ΒΙΟΛ-403ΔΕΜ – Ειδικές Τεχνικές Βιοαπεικόνισης

Στόχος του μαθήματος είναι η εξοικείωση των φοιτητών με εξειδικευμένες σύγχρονες τεχνολογίες και τεχνικές βιοαπεικόνισης οι οποίες χρησιμοποιούνται στις επιστήμες ζωής καθώς και η κατανόηση των πλεονεκτημάτων και περιορισμών τους. Συγκεκριμένα, αναλύονται οι τεχνολογίες της Μικροϋπολογιστικής Τομογραφίας (Micro-computed Tomography), της Τομογραφίας Εκπομπής Ποζιτρονίων (Positron Emission Tomography, PET) καθώς και της απεικόνισης μικρών ζώων με υπερήχους. Μεταξύ άλλων, θα περιγραφθούν σύνθετες απεικονιστικές τεχνολογίες αιχμής όπως η μη γραμμική μικροσκοπία (πολυφωτονικά διεγειρόμενος φθορισμός, παραγωγή 2ης και 3ης αρμονικής συχνότητας), προσεγγίσεις φωτοακουστικής απεικόνισης, η τεχνική μικροσκοπίας φθορισμού «φύλλου φωτός» SPIM, αλλά και οπτικές μέθοδοι μικροσκοπίας υπερ-υψηλής ανάλυσης κάτω από το όριο της περίθλασης όπως η Stimulated Emission Depletion (STED) και Photoactivated Localization Microscopy (PALM).

ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΒΙΟΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ

  • Μπορεί η απεικόνιση να δώσει απάντηση σε ένα βιολογικό ερώτημα;
  • Ποια τεχνική θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για μια συγκεκριμένη εφαρμογή;
  • Πώς ακριβώς λειτουργεί μια συγκεκριμένη τεχνική απεικόνισης και ποιοι είναι οι υποκείμενοι φυσικοί μηχανισμοί που αξιοποιεί;
  • Τι είδους πληροφορία μπορεί να δώσει κάθε τεχνική;
  • Ποια τα πλεονεκτήματα της κάθε απεικονιστικής τεχνικής και ποιοι οι περιορισμοί της;
  • Πως αναλύονται και ερμηνεύονται οι καταγραφόμενες εικόνες;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ

  • Τί είναι οι ακτίνες Χ και πώς παράγονται;
  • Πώς αλληλεπιδρούν με τον ιστό;
  • Πώς λειτουργεί ένας σύγχρονος αξονικός τομογράφος;
  • Πώς γίνεται η ανακατασκευή των εικόνων;
  • Τί είδους βιολογική πληροφορία μπορούν να μας παρέχουν;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΠΟΖΙΤΡΟΝΙΟΥ (PET)

  • Τι είναι ραδιενέργεια, πώς προκύπτει και ποιες είναι οι τρεις μορφές της;
  • Πως προκύπτει το σήμα σε μια διάταξη PET;
  • Ποια είναι τα τυπικά ραδιοϊσότοπα που χρησιμοποιούνται στο PET και τι χαρακτηριστικά έχουν;
  • Πώς γίνεται η ανίχνευση της εκπομπής ποζιτρονίου από έναν ραδιενεργό πυρήνα;
  • Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η χωρική ανάλυση της τεχνικής;
  • Πώς γίνεται η ανακατασκευή της εικόνας στο PET;
  • Ποιες είναι οι τυπικές εφαρμογές του PET;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΥΠΕΡΗΧΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ

  • Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί της υπερηχογραφίας;
  • Ποιοι νόμοι διέπουν την ανάκλαση, διάθλαση και εξασθένηση των υπερήχων μέσα στους ιστούς;
  • Τι είναι το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο και πώς αυτό σχετίζεται με την παραγωγή και ανίχνευση των υπερήχων;
  • Ποιες είναι οι διαφορές της υπερηχογραφίας A-Scan από τη Β-Scan;
  • Με ποιους βασικούς τρόπους επιτυγχάνεται η σάρωση της δέσμης για την απόκτηση εικόνας στο B-Scan;
  • Από τι εξαρτάται η χωρική ανάλυση και το μέγιστο βάθος απεικόνισης;
  • Πώς μπορούμε να μετρήσουμε ταχύτητες ροής μέσω φαινομένου Doppler;
  • Ποιες είναι οι βασικές εφαρμογές της υπερηχογραφίας;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΦΩΤΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ

  • Τί είναι το φωτοακουστικό φαινόμενο;
  • Πώς συνδέεται η φωτοακουστική πίεση με τις παραμέτρους του απορροφητή και του λέιζερ;
  • Ποιοι είναι οι ενδογενείς απορροφητές στους ιστούς;
  • Τί εξωγενείς παράγοντες αντίθεσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ποια πληροφορία μπορούν να δώσουν;
  • Πώς λειτουργούν τα φωτοακουστικά τομογραφικά συστήματα;
  • Πώς επιτυγχάνεται η ανακατασκευή των φωτοακουστικών εικόνων;
  • Τί είδους βιολογική πληροφορία μπορεί να δώσει η φωτοακουστική τομογραφία;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ

  • Τι είδους βιολογικές παρατηρήσεις έγιναν με τα πρώτα μικροσκόπια κατά το 17ο έως 19ο αιώνα;
  • Πότε και γιατί ήλθε στο προσκήνιο το σύνθετο οπτικό μικροσκόπιο;
  • Ποιοι οι κανόνες του ray-tracing και πως αυτοί εφαρμόζονται στο μικροσκόπιο;
  • Ποια είναι τα βασικά είδη των οπτικών μικροσκοπίων;
  • Τί είναι περίθλαση και πως συνδέεται η περιγραφή της με την αρχή Huygens;
  • Πώς προκύπτει η σχέση Abbe για τη χωρική ανάλυση ενός μικροσκοπίου;
  • Τί ειναι ο φωτισμός Köhler και τι πλεονεκτηματα προσφέρει;
  • Ποιες είναι οι βασικές οπτικές εκτροπές σε ένα μικροσκόπιο;
  • Τι σημαίνουν τα στοιχεία που αναγράφονται σε έναν αντικειμενικό φακό;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ Ι

  • Τί είναι φθορισμός και πως αναπαρίσταται σε διάγραμμα Jablonski;
  • Πώς λειτουργεί ένα widefield μικροσκόπιο φθορισμού;
  • Ποια είναι τα βασικά είδη φίλτρων και διχροϊκών κατόπτρων;
  • Ποιες είναι οι δύο τεχνολογίες φίλτρων και τι προσφέρει η κάθε μία;
  • Τί είναι η φωτολεύκανση και πως μπορεί να αντιμετωπιστεί;
  • Τι δυνατότητες προσφέρει το συνεστιακό μικροσκόπιο σε σχέση με το widefield;
  • Ποια είναι η αρχή λειτουργίας της συνεστιακής μικροσκοπίας;
  • Από ποιες σχέσεις δίνεται η χωρική ανάλυση ενός μικροσκοπίου φθορισμού λόγω περίθλασης και πως αυτές προκύπτουν;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ ΙΙ

  • Ποια είναι η βασική αρχή λειτουργίας της μικροσκοπίας SPIM;
  • Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του SPIM σε σύγκριση με το confocal / widefield;
  • Πως μπορούμε να παράξουμε ένα φύλλο φωτός;
  • Ποιες είναι οι βασικές παράμετροι των γκαουσιανών δεσμών και πως σχετίζονται μεταξύ τους;
  • Πως συνδέεται το πεδίο θέασης με το πλάτος του φύλλου φωτός;
  • Από τι εξαρτάται η πλευρική και αξονική ανάλυση στο SPIM;
  • Ποια είναι τα κύρια προβλήματα που παρουσιάζονται στο SPIM με φωτισμό από μία μόνο πλευρά;
  • Ποιες είναι οι πέντε κύριες προσεγγίσεις μικροσκοπίας SPIM;
  • Ποιες είναι οι σπουδαιότερες εφαρμογές της μικροσκοπίας SPIM;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ

  • Ποιοι είναι οι βασικοί σκεδαστές και απορροφητές εντός των ιστών στην ορατή περιοχή του φάσματος;
  • Ποια είναι τα δύο είδη σκέδασης του φωτός εντός του ιστού;
  • Τι ονομάζουμε οπτικό παράθυρο του ιστού;
  • Τι είναι ο διφωτονικά διεγειρόμενος φθορισμός και σε τι διαφέρει από τη μονοφωτονική περίπτωση;
  • Τι είναι η αρχή της απροσδιοριστίας χρόνου – ενέργειας και πως αυτή συνδέεται με τις εικονικές καταστάσεις;
  • Ποιες είναι οι τυπικές παράμετροι λέιζερ για την απόκτηση μη γραμμικού σήματος;
  • Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της μη γραμμικής μικροσκοπίας έναντι του confocal;
  • Τι είναι οι οπτικές αρμονικές, πότε παράγονται και τι πληροφορία μπορούν να δώσουν;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΦΩΤΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ

  • Ποια είναι τα δύο είδη της φωτοακουστικής μικροσκοπίας και ποιες οι διαφορές μεταξύ τους;
  • Πώς καθορίζεται η χωρική ανάλυση και το βάθος απεικόνισης σε κάθε περίπτωση;
  • Ποια πιστεύετε πως είναι τα πλεονεκτήματα της φωτοακουστικής μικροσκοπίας έναντι των αμιγώς οπτικών τεχνικών μικροσκοπίας;
  • Πως λειτουργεί ο γραμμικός φασματικός διαχωρισμός απορροφητών;
  • Ποιες ειναι οι κύριες εφαρμογές της φωτοακουστικής μικροσκοπίας στη βασική έρευνα;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ CARS

  • Τι ειναι η αυθόρμητη σκέδαση Raman και σε τι διαφέρει από τη σκέδαση Rayleigh;
  • Τι δείχνει ένα φάσμα Raman και ποιες είναι οι πιο σημαντικές κορυφές βιολογικού ενδιαφέροντος;
  • Ποια τα πλεονεκτήματα και ποια τα μειονεκτήματα της απόκτησης φασμάτων αυθόρμητης σκέδασης Raman; Γιατί η τεχνική αυτή δεν είναι η πλέον κατάλληλη για απεικόνιση;
  • Τι είναι και πως προκύπτουν τα διακροτήματα; Τι ονομάζεται beat frequency;
  • Πως προκύπτει το φαινόμενο CARS; Τί είναι το SRG και SRL;
  • Ποια είναι τα βασικά πλεονεκτήματα της μικροσκοπίας CARS και ποιες ειναι οι τυπικές εφαρμογές της στη βιολογία;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)

ΝΑΝΟΣΚΟΠΙΑ

  • Τι ειναι η περίθλαση και πως συνδέεται με τη χωρική διακριτική ικανότητα ενός μικροσκοπίου;
  • Ποιες είναι οι τρεις διαδικασίες αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας – ύλης;
  • Πως σχηματίζεται μια δέσμη doughnut;
  • Ποια είναι η αρχή λειτουργίας της μικροσκοπίας STED;
  • Από τι εξαρτάται η χωρική ανάλυση τη τεχνικής STED και μέχρι τι τιμές μπορεί να φτάσει;

(Δεξί click > “Αποθήκευση ως”
για κατέβασμα αρχείου)