Teknillisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa. Tilaisuutta voi seurata Kuopion kampuksella ja verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Väitöstutkimuksessani kehitettiin menetelmiä kvantitatiivisen fotoakustisen tomografian käänteisongelman ratkaisuun, eli kuvan rekonstruktioon. Kvantitatiivinen fotoakustinen tomografia on biolääketieteellinen kuvantamismenetelmä, jonka tavoitteena on rekonstruoida kuvia kohteen optisista parametreista tuottaen tietoa kohteen fysiologiasta. Menetelmä pohjautuu fotoakustiseen ilmiöön, jossa kohteeseen kohdistetun valopulssin avulla tuotetaan etenevä ultraääniaalto. Etenevät ultraääniaallot voidaan mitata kohteen reunalta tai sen ulkopuolelta käyttäen ultraääniantureita. Näitä mittauksia sekä laskennallisia menetelmiä hyödyntäen voidaan lopulta muodostaa kuva kohteesta.
Kvantitatiivinen fotoakustinen tomografia hyödyntää ionisoimatonta säteilyä ja on siten ihmiselle turvallinen kuvantamismenetelmä. Lisäksi sen mittauslaitteistot ovat verrattain edullisia ja ne voidaan tehdä kannettaviksi. Sovelluskohteita ovat esimerkiksi rintasyövän, verisuonistojen ja pieneläinten kuvantaminen.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Väitöstutkimukseni pyrkii kehittämään kvantitatiivista fotoakustista tomografiaa tuottamaan entistä tarkempaa ja kattavampaa tietoa kuvannettavasta kohteesta. Erityisesti tutkimus keskittyy huomioimaan myös toissijaisia kohteen fysiologisia parametreja, jotka usein jätetään huomioimatta ongelman monimutkaisuuden takia, mutta voivat vaikuttaa huomattavasti rekonstruoitujen kuvien tarkkuuteen.
Väitöskirjatyö koostuu kolmesta osatyöstä. Ensimmäisessä osatyössä kehitettiin menetelmä, jonka avulla kohteen optiset spektraaliparametrit voidaan rekonstruoida yksivaiheisesti suoraan fotoakustisesta mittausdatasta. Tämä eroaa perinteisestä menetelmästä, jossa nämä parametrit estimoidaan kaksivaiheisesti.
Toisessa osatyössä kehitettiin menetelmä, jonka avulla kohteen äänennopeusjakauma voidaan rekonstruoida samanaikaisesti alkupainejakauman kanssa. Tämä eroaa tyypillisesti käytetystä lähestymistavasta, jossa kohteen äänennopeusjakauma oletetaan vakioksi.
Kolmannessa osatyössä kehitettiin menetelmä, joka mahdollistaa kohteen optisten spektraaliparametrien ja äänennopeuden samanaikaisen estimoinnin. Kyseinen menetelmä mahdollistaa entistä tarkemman kuvanrekonstruktion verrattuna tyypilliseen lähestymistapaan, jossa kohteen heterogeenista äänennopeutta ei huomioida.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Tutkimukseni tuloksia voidaan hyödyntää tuottamaan entistä tarkempia fotoakustisia kuvia, jotka myös samanaikaisesti tuottavat entistä laajempaa kvantitatiivista tietoa kuvannettavasta kohteesta. Kehitettyjen menetelmien avulla voidaan myös arvioida kuvien luotettavuutta. Lisäksi työssä kehitettyjä menetelmiä voidaan hyödyntää muissa käänteisongelmien ja biolääketieteellisen kuvantamisen sovelluskohteissa kuten esimerkiksi ultraäänitomografiassa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöstutkimuksessani käytettiin useita menetelmiä liittyen valon ja ultraäänen etenemisen mallinnukseen sekä käänteisongelmien numeeriseen ratkaisuun. Tutkimus tehtiin osana ERC-CoG-projektia nimeltään Quantitative tomography using coupled physics of waves, Inversiomallinnuksen ja kuvantamisen huippuyksikköä, sekä Matemaattisen mallinnuksen, havainnoinnin ja kuvantamisen lippulaivaa.
FM Miika Suhosen teknillisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Inverse problem of quantitative photoacoustic tomography in a heterogeneous medium (Kvantitatiivisen fotoakustisen tomografian käänteisongelma heterogeenisessa väliaineessa) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Kuopion kampuksella. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Joonas Ilmavirta, Jyväskylän yliopisto, ja kustoksena professori Tanja Tarvainen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti.
Lisätietoja:
Miika Suhonen, [email protected]
