HTWK-Absolvent Florens Rohde entwickelte im Elektrotechnikstudium mit „Correlia“ eine freie Forschungssoftware für die Hightech-Mikroskopie
In ihren Abschlussarbeiten zeigen Studierende, dass sie ihr über Jahre angeeignetes Fachwissen zur Lösung anwendungsnaher Problemstellungen anwenden können. Und obwohl viel Leidenschaft in diesen Arbeiten steckt, werden die meisten nur von einer Hand voll von Personen gelesen: den Prüfenden. Anders bei Florens Rohde: Für seine Masterarbeit entwickelte er in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) eine Software für die Hightech-Mikroskopie. Für die Masterarbeit wurde Rohde am 23. Januar 2019 mit dem Preis des Fördervereins der HTWK Leipzig ausgezeichnet. Das UFZ veröffentlichte die entstandene Software unter www.ufz.de/correlia frei zugänglich und kostenlos für alle. Die Dokumentation der Software reichte Florens Rohde im April 2020 beim britischen „Journal of Microscopy“ ein. Der Artikel erscheint nun in der Oktoberausgabe, eine Abbildung daraus ziert das Cover.
Correlia wurde entwickelt, um Forscher bei der Datenauswertung im Bereich der korrelativen Mikroskopie zu unterstützen. Dabei werden auf ein und dieselbe Probe verschiedene mikroskopische Modalitäten angewandt. So können beispielsweise lichtoptische Bilder der Anatomie der Proben im Lebendzustand, rasterelektronenmikroskopische Bilder der Feinstruktur nach Fixierung und Trocknung sowie massenspektrometrische Bilder der chemischen Zusammensetzung aus dem bildgebenden Sekundärionen-Massenspektrometer kombiniert werden. Diese retrospektive Überlagerung erfordert zweierlei: Zum einen müssen die variierenden Bildausschnitte aufeinander ausgerichtet werden. Zum anderen müssen innerhalb der jeweiligen „Region of Interest“ sowohl die modalitätsbedingten nichtlinearen Abbildungsfehler als auch die präparierungsbedingten Verzerrungen der Probe selbst kompensiert werden und somit Bilder ganz verschiedener Modalitäten so exakt wie möglich in Deckung gebracht werden („Bildregistrierung“).
Diese Thematik wurde von Florens Rohde im Rahmen seiner Masterarbeit im Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik an der HTWK Leipzig im ProVIS-Zentrum des UFZ bearbeitet. Hochschulseitiger Betreuer war Ulf-Dietrich Braumann, Professor für Biotronische Systeme an der Fakultät Ingenieurwissenschaften. Am ProVIS-Zentrum wurde Florens Rohde von Dr. Matthias Schmidt betreut. Schmidt ist als Physiker für die dortigen Elektronen- und Helium-Ionen-Rastermikroskopie zuständig und hat bereits eine Software entwickelt, die auf Basis des freien Bildverarbeitungsprogramms ImageJ mikroskopische Bilder verwalten und anhand manuell gesetzter Landmarken linear registrieren kann.
Anspruch der Masterarbeit war es, geeignete algorithmische Erweiterungen für eine automatische und interaktiv-semiautomatische elastische Registrierung sowie weitere Bildähnlichkeitsmaße wie Transinformation (mutual information) hinzuzufügen.
Im Ergebnis liegt mit Correlia ein Plug-in für ImageJ/Fiji vor, das als Open-Source-Software einschließlich von Beispieldatensätzen unter www.ufz.de/correlia verfügbar ist und das genau auf die Bedürfnisse der modernen korrelativen Mikroskopie zugeschnitten ist.
„Die Correlia-Software ist von hohem Nutzen, da sie im Unterschied zu existierenden Werkzeugen keine Beschränkung des Umfangs an zu überlagernden Mikroskopien aufweist, verschiedene Visualisierungen zur Überlagerung anbietet und zudem die Registrierungsschritte, also die einzelnen Transformationsprozesse, beliebig und verlustlos kaskadiert werden können. Den Anwendern ist es somit möglich, automatische, semiautomatische und manuelle Schritte zu kombinieren, um mit hoher Transparenz und geringem Aufwand zum Ziel zu gelangen“, lobt Prof. Ulf-Dietrich Braumann.
Anfang April 2020 wurde das Manuskript „Correlia: an ImageJ plug-in to co-register and visualise multimodal correlative micrographs“ von Rohde, Braumann und Schmidt als Originalarbeit beim britischen „Journal of Microscopy“ eingereicht. Nach Begutachtung durch zwei anonyme Gutachtende und anschließender Überarbeitung ist der Fachartikel seit 3. Juni 2020 unter doi.org/10.1111/jmi.12928 als Open-Access-Publikation verfügbar.
Florens Rohde forscht mittlerweile als Doktorand am Institut für Informatik der Universität Leipzig.
Autorin: Dr. Rebecca Schweier