Sovelletun 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?
Väitöstutkimus keskittyy sähköiseen impedanssitomografiaan, joka on ainetta rikkomaton kuvantamismenetelmä. Impedanssitomografialla on monia sovelluksia muun muassa prosessiteollisuudessa, geologiassa ja lääketieteessä.
Impedanssitomografiassa tehdään sähköisiä virta- ja jännitemittauksia, joiden perusteella muodostetaan kuvia kohteen sisäisestä 3D-sähkönjohtavuusjakaumasta. Sähkönjohtavuuksien kuvantaminen edellyttää mittausten laskennallista mallintamista. Impedanssitomografian erilaiset sovellukset edellyttävät usein toisistaan poikkeavien laskentamallien kehittämistä. Lisäksi eri sovelluksissa erilaiset fysikaaliset, kemialliset tai biologiset ilmiöt vaikuttavat kohteen sähkönjohtavuuteen, ja on tärkeää tutkia, minkälaista tietoa kyseisistä ilmiöistä on mahdollista saada impedanssitomografian avulla.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Väitöskirjassa esitetyt menetelmät sopivat impedanssitomografian mittausten mallintamiseen ja kuvien muodostamiseen useassa sovelluksessa. Menetelmiä kehitettiin aluksi kudosnäytteiden kuvantamiseen laboratorioasetelmassa, jossa näytteen pyörittäminen kuvantamisen aikana tuottaa lisää mittauksia, sekä mahdollistaa valolla toimivan projektiokuvantamisen samanaikaisesti impedanssitomografian kanssa. Projektiokuvia hyödynnettiin yhdistämällä niistä saatu tarkka paikkatieto impedanssitomografiaan, joka puolestaan antoi tietoa solubiologiasta.
Lisäksi impedanssitomografiaa tutkittiin kohteen pinnalle jakautuneen venymän eli muodonmuutoksen kuvantamiseen. Tässä tapauksessa materiaalin sähkönjohtavuus on anisotrooppinen, eli tarkastelusuunnasta riippuva, johtuen materiaaliin kohdistuneesta venymästä. Esitettyjä menetelmiä voidaan hyödyntää esimerkiksi rakenteiden kunnon seurannassa kuvantamaan rakenteiden pintojen muodonmuutoksia. Lisäksi menetelmistä on hyötyä tietyissä sovelluksissa, joissa kuvannettavat kohteet sisältävät luonnostaan anisotrooppisia materiaaleja, kuten sähköä johtavia komposiittilevyjä.
Väitöskirjatyössä käsiteltiin myös impedanssitomografian soveltamista maaperän kuvantamiseen. Erityisesti siinä tutkittiin mittauksissa käytettävien maanalaisten elektrodien paikkojen epätarkkuuksien vaikutusta kuvanmuodostukseen ja kehitettiin laskennallisia menetelmiä, joiden avulla näistä epätarkkuuksista aiheutuvia virheitä saatiin pienennettyä.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Esitettyjä menetelmiä voidaan käyttää erilaisten kudosnäytteiden kuvantamisessa ja niiden sähkönjohtavuuden muutosten seurannassa, josta on hyötyä esimerkiksi lääkeaineiden testaamisessa.
Anisotrooppisia kohteita varten esitettyjä menetelmiä voidaan hyödyntää pinnalle jakautuneen venymän kuvantamiseen rakenteiden kunnon seurannan sovelluksissa, sekä robotiikassa ja kosketuspohjaisissa sensoreissa.
Mallintamisen virheiden huomiointiin esitetyt menetelmät soveltuvat maaperän kuvantamiseen impedanssitomografialla. Käytettäessä maanalaisia, porakaivoihin asennettuja sensoreja, niiden tarkat sijainnit eivät mahdollisesti ole tiedossa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöskirjatutkimus tehtiin Itä-Suomen yliopiston teknillisen fysiikan laitoksella professori Aku Ursinin tutkimusryhmässä, ja se kytkeytyi useisiin kansainvälisiin ja kansallisiin monitieteellisiin tutkimushakeisiin sekä Suomen Akatemian valitsemaan Matemaattisen mallinnuksen, havainnoinnin ja kuvantamisen lippulaivaan. Väitöskirjatyö tehtiin yhteistyössä Tampereen yliopiston, Pohjois-Carolinan valtionyliopiston sekä Aucklandin yliopiston kanssa.
Kudosnäytteiden kuvantamista koskeva tutkimuksen osuus toteutettiin yhteistyössä Tampereen yliopiston kanssa, jonka lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa työskentelevät kanssakirjoittajat suorittivat mittausaineiston keruun ja osallistuivat mittaustilanteen mallintamiseen.
Muut osat tutkimusaineistosta kerättiin Itä-Suomen yliopistolla käyttämällä kaupallista impedanssitomografian mittauslaitetta, sekä hyödyntämällä tietokonesimulaatioita.
FM Mikko Räsäsen sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Development of computational methods for electrical impedance tomography in multiphysical applications (Laskennallisten menetelmien kehitys sähköisen impedanssitomografian monifysikaalisia sovelluksia varten) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Kuopion kampuksella ja verkossa. Vastaväittäjänä toimii professori Nuutti Hyvönen, Aalto-yliopisto, ja kustoksena professori Aku Ursin, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
Lisätietoja:
FM Mikko Räsänen, [email protected]
- Väitöstilaisuus
- Väitöskirja (PDF)
- Valokuva (tulossa)
