Themen für Bachelor-, Masterarbeiten und Projektpraktika

Bei Interesse schicken Sie dem Ansprechpartner*in bitte einen Lebenslauf sowie einen aktuellen Notenspiegel mit Ihrer Anfrage.

4D SLIDE: Videoraten volumetrische SLIDE Mikroskopie

AG Karpf, Ma

In diesem Projekt soll die schnelle Bildaufnahmegeschwindigkeit von 4.000 Bildern pro Sekunde der SLIDE Mikroskopie dafür eingesetzt werden, volumetrische Zweiphotonenaufnahmen mit >20 Hz Volumenrate (Videoraten) aufgenommen werden. Somit wird erreicht, dass per optischer, nichtlinearer Zweiphotonenmikroskopie ganz Volumen (3D) in Echtzeit aufgenommen werden können, um biomedizinische Vorgänge und dynamische Zellvorgänge in intravitaler Mikroskopie aufgenommen werden können. Dieser Ansatz wird demnach 4D-SLIDE (3D+Zeit) genannt. Sie werden in diesem Projekt die 4D-SLIDE Technologie erforschen und in biomedizinischen Fragestellungen anwenden.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Sebastian Karpf


Axial-gescannte SLIDE Mikroskopie mittels diffraktiver Optik (DOE)

Die SLIDE Mikroskopie hat eine enorm schnelle Art der Zweiphotonenmikroskopie hervorgebracht, indem das Zeilenscanverfahren mittels eines hochschnellen wellenlängenabstimmbaren FDML Laser vollführt wird. In dieser Masterarbeit soll mithilfe einer diffraktiven Optik (ähnlich Fresnellinse) ein hochschneller (MHz) axialer chromatischer Scan vollführt werden. Somit kann eine schnelle (24Hz) volumetrische SLIDE Mikroskopieaufnahme erreicht werden, indem per diffraktiver Optik in axialer (z-) Richtung gescannt wird und per galvanometrischer Scanner in x- und y-Richtung.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Sebastian Karpf


780nm Metabolic FLIM Imaging

AG Karpf, Ma

Bei diesem Projekt soll auf erfolgreichen Vorarbeiten einer Laserentwicklungs-Masterarbeit aufgebaut werden. Hier wurde ein 1550nm Faserlaser entwickelt, der anschließend per Frequenzverdopplung 780nm Licht erzeugt hat. Dieses Licht wurde folglich für Autofluoreszenzbildgebung und Fluoreszenzlebenszeitbildgebung (FLIM) eingesetzt. Mit Autofluoreszenz-FLIM der Ko-enzyme NADH und FAD lässt sich ein metabolischer Zustand von Zellen anfärbefrei optisch untersuchen, und so bspw. eine mutagene krebsartige Veränderung von Zellen erkennen. In dieser Masterarbeit soll der Laser zu höheren Laserleistungen optimiert werden und anschließend in autofluoreszenter metabolischer FLIM-Bildgebung unterschiedlicher Zelllinien eingesetzt werden.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Sebastian Karpf


TICO-Raman Messung mit spontaner Ramanstreuung im SLIDE System

AG Karpf, Ma

Bei dieser Masterarbeit soll auf Vorarbeiten im Bereich der zeitkodierten Raman-Streuung (TICO-Raman, Karpf et al., Nature Communications 2015) und der SLIDE Mikroskopie Technologie (Karpf et al., Nature Communications 2020) zurückgegriffen werden und somit die hochschnelle Zweiphotonenmikroskopie SLIDE um einen anfärbefreien Kontrastmechanismus (Raman-Streuung) erweitert werden. Das bietet das Potential in der biomedizinischen Bildgebung die Spezifizität durch molekularen Kontrast entscheidend zu erweitern und bildet als multi-modales Bildgebungssystem neue Anwendungsmöglichkeiten bei der Erkennung von zellulären Krankheitsursprüngen.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Sebastian Karpf


MHz-OCT für neuartigen Kontrast von Gewebeaufnahmen

AG Huber, Masterarbeit | Projektpraktikum

Vor kurzem wurde basierend auf optischen Kohärenztomographie (OCT) Systemen eine neue Art der Gewebekontrastierung demonstriert, die sogenannte „dynamische OCT (dOCT)“. Bei dieser wird der Kontrast nicht wie in der gewöhnlichen Bildgebung durch inhärenten strukturellen Kontrast aufgrund von Streuung oder Absorption erzeugt, sondern basiert auf einer statistischen Auswertung der einzelnen Bildelemente und ihrem Verhalten über die Zeit. Für diesen sogenannten „dynamischen Kontrast“ wurden vornehmlich sehr hochauflösende sogenannte optische Kohärenzmikroskopie (OCM) Systeme verwendet, womit es möglich war subzelluläre Strukturen in vivo aufzulösen. Da diese Systeme meist Bildgebungsraten deutlich unter einem Megahertz aufweisen, wäre es von großem Nutzen schnelle Multi-MHz OCT Systeme basierend auf FDML-Lasern einzusetzen. Diese verfügen jedoch über eine etwas niedrigere axiale Auflösung. Basierend auf ersten vielversprechenden Testmessungen kann auch mit schneller MHz-OCT dynamischer Kontrast erreicht werden. Es sind allerdings weitere Forschungsarbeiten notwendig, um die Möglichkeiten dieses Ansatzes genauer zu erforschen. Ziel dieser Arbeit ist es, durch systematische Messungen und deren Auswertung das Potenzial aber auch die Limitierungen von dynamischem Kontrast mittels MHz-OCT zu evaluieren. Es sind keine besonderen Kenntnisse erforderlich, in jedem Falle sollte jedoch ein hohes Interesse an optischer Bildgebung, der Arbeit mit tierischen Gewebeproben und grundlegende Programmierkenntnisse vorhanden sein. Erste Erfahrungen in der OCT Bildgebung sind wünschenswert, werden jedoch nicht vorausgesetzt. Das Thema eignet sich besonders gut als Projektpraktikum mit anschließender Masterarbeit .

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Madita Göb


Multimodale Vergleichsstudie unterschiedlicher Bildgebungssysteme

AG Huber, Masterarbeit

In dieser Masterarbeit sollen für unterschiedliche Gewebetypen Aufnahmen derselben Probe mit unterschiedlichen Bildgebungssystemen durchgeführt und verglichen werden. Sie werden nach einer Einführung die Messungen an den unterschiedlichen Geräten selbst durchführen. Den Messungen vorangestellt, ist die Ausarbeitung eines Aufnahmekonzepts, um verlässlich denselben Probenbereich in allen Systemen messen zu können. Die aufgenommenen Daten sollen verglichen werden, um Gemeinsamkeiten/Unterschiede zwischen den Aufnahmen der einzelnen Systeme zu finden. In Abhängigkeit des Arbeitsfortschritt sollen erste Auswerteversuche mit multivariaten Analysemethoden und künstliche Intelligenz erfolgen.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Hubertus Hakert


Onlinepositionsregelung eines Leichtbauroboters anhand von MHz-OCT Daten

AG Huber, Masterarbeit | Projektpraktikum

Für die großflächige OCT-Bildgebung von Hautgewebe soll die Aufnahmeeinheit eines OCT-Systems an einem Roboterarm befestigt und über den Patienten geführt werden. Hierbei ist eine stetige Anpassung des Endeffektor-Proben-Abstandes nötig. Die OCT-Daten liefern dabei intrinsisch Informationen über den Abstand als auch die Lage der Probe in Bezug auf das Endeffektor Koordinatensystem. Durch die Segmentierung der Probenoberfläche im OCT-Bild können die exakte Position und Flächennormale bestimmt werden. Sind diese bekannt, kann die am Endeffektor befestigte Aufnahmeeinheit des OCT-Systems koaxial zur Oberflächennormalen ausgerichtet werden und der Abstand zwischen Aufnahmeeinheit und Probenoberfläche optimiert werden.

Die in dieser Masterarbeit gestellten Aufgaben umfassen die Extrahierung der Oberflächennormalen aus den OCT-Datensätzen sowie die online Positionsregelung des Roboters während der Fahrt. Der oder die Studierende sollte eine hohe Zuverlässigkeit und Interesse an den Gebieten der Robotik, optischen Kohärenztomographie und Informatik mitbringen. Erste Erfahrungen in der C++ und LabVIEW Programmierung sind wünschenswert, werden aber nicht vorausgesetzt.

Dieses Projekt ist ein Kooperationsprojekt der Institute für Biomedizinische Optik (BMO) und Robotik und kognitive Systeme (ROB). Die Arbeit kann auch als großes Projektpraktikum mit oder ohne anschließender Masterarbeit angeboten werden.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Simon Lotz (BMO) und Maria Henke (ROB)


Software zur Bewertung der photobiologischen Sicherheit von Lichtquellen

AG Brinkmann, Bachelorarbeit

Für einen vorhanden optomechanischen Aufbau zur Sicherheitsbewertung von Lichtquellen nach DIN EN 62471 soll eine Bedien- und Auswertungssoftware erstellt werden.Teilaufgaben:  Programmierung einer Benutzeroberfläche  Einbindung von Hardware (Beam Profiler, Leistungssensor, Spektrometer)  Berechnung der Bewertungskriterien nach Vorgabe der Norm  Implementierung eines existierenden Algorithmus zur Hotspot-Detektion im Strahlprofil-Bild  Optional: Optimierung des Algorithmus.  Optional: Testmessungen an Lichtquellen mit bekannter Risikogruppe,Voraussetzungen sind Programmier-Grundkenntnisse idealerweise in C# oder Python. 

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Ralf Brinkmann


Softwareentwicklung zur Bestimmung von Drusen-Volumen aus OCT-Bildern der Netzhaut

AG Brinkmann, Bachelorarbeit

In einer an der Augenklinik des UKSH laufenden klinischen Studie wird die Wirkung von Laserstrahlung auf Ablagerungen (Drusen) an der Netzhaut des Auges untersucht. In 3-D-Bildern, die mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) aufgenommen werden, sind die Drusen gut zu identifizieren. Im Rahmen der Bachelorarbeit soll ein halb-automatisiertes Verfahren angewendet und weiterentwickelt werden mit welchem das Volumen der Drusen bestimmt werden soll. Voraussetzungen: Programmiererfahrung in MATLAB sowie Vorkenntnisse in Bildverarbeitung und Klassifizierungs-Problemen sind hilfreich.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Ralf Brinkmann


Echtzeit-Temperaturregelung für Laserbestrahlungen an der Netzhaut des Auges

AG Brinkmann, Bachelorarbeit

Im Rahmen eines DFG-geförderten Projekts wird ein neuer Laseraufbau erstellt, bei dem wir mit nur einem einzigen Laser die Netzhaut erwärmen und parallel die Temperaturerhöhung in Echtzeit messen wollen. In der Bachelorarbeit sind Optimierungen des Aufbaus, Messungen an Retina-Explantaten von Schweineaugen, sowie die Echtzeitaufnahme und Verarbeitung der Daten vorgesehen. Anhand von Zell-Vitalitätsessays soll ein Abgleich zur thermischen Schädigung als Funktion des Temperaturverlaufs gewonnen werden.Voraussetzungen: Experimentelles Geschick und Programmiererfahrung

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Ralf Brinkmann


Aufbau einer Fourier-Ptychogaphie-Bildgebung und Auswertung mittels Maschine Learning

AG, Rahlves, Masterarbeit

Die Fourier-Ptychographie ist eine hochauflösende Bildgebungsmethode, bei der Intensitätsbilder einer Probe unter verschiedenen Beleuchtungswinkeln unter kohärenter Beleuchtung aufgenommen werden. Aus den Einzelaufnahmen kann numerisch sowohl ein höher aufgelöstes Bild als auch die Objektphase rekonstruiert werden ohne das interferometrische Aufnahmen notwendig sind. Hierfür sind sogenannte Phase-Retrieval Algorithmen für die Bildrekonstruktion notwendig, wie beispielsweise der Gerchberg-Saxton-Algorithmus. Alternativ etablieren sich jedoch zunehmend Methoden des Maschine Learnings, um die Rekonstruktion zu ermöglichen. Ziel der Arbeit ist zunächst der Aufbau einer einfachen Fourier-Ptychographie Bildgebung. Der Schwerpunkt wir jedoch auf der Implementierung und Evaluation von Maschine Learning basierter Auswertung liegen, die beispielsweise in Python unter Verwendung von PyTorch oder TensorFlow realisiert werden sollen.

Bei Interesse kontaktieren Sie bitte: Maik Rahlves