Sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Kuopion kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Väitöskirjatyössä tutkittiin kvantitatiivista fotoakustista tomografiaa, joka on kehitteillä oleva kuvantamismenetelmä erityisesti lääketieteen sovelluksiin. Menetelmä perustuu fotoakustiseen ilmiöön, missä valon absorboituminen synnyttää akustisia aaltoja lämpölaajenemisen seurauksena. Fotoakustinen kuvantaminen yhdistää optisen kuvantamisen ainutlaatuisen kontrastin sekä ultraäänikuvantamisen korkean resoluution. Lisäksi menetelmällä on mahdollista saada tietoa kohteen fysiologisista parametreista, eikä mittaus ei altista kuvannettavaa kohdetta ionisoivalle säteilylle tai muille terveydelle haitallisille tekijöille. Menetelmää voidaan hyödyntää esimerkiksi verisuoniston tai rintasyövän kuvantamiseen, hoitojen seurantaan sekä pieneläinten kuvantamiseen.
Kuvan rekonstruoiminen kvantitatiivisessa fotoakustisessa tomografiassa on huonokuntoinen käänteisongelma, eli se on herkkä mittauksen ja mallinnuksen virheiden suhteen. Lisäksi aidosti kvantitatiivisten kuvien rekonstruoiminen edellyttää valon mallintamisen tarkasti mitattavassa kohteessa, mikä vaatii merkittävästi laskennallisia resursseja. Nämä seikat tekevät kuvien rekonstruoimisesta laskennallisesti raskasta, mikä on eräs merkittävimpiä haasteita kvantitatiivisessa fotoakustisessa tomografiassa. Rekonstruoitujen kuvien lisäksi myös niiden luotettavuuden arvioiminen on välttämätöntä kuvien tulkitsemisessa käytännön sovelluksissa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Väitöskirjatyössä kehitettiin uusia laskennallisia menetelmiä kvantitatiiviseen fotoakustiseen tomografiaan perustuen Bayesilaisiin käänteislaskennan menetelmiin. Työn ensimmäisessä osassa valon käyttäytymistä mitattavassa kohteessa mallinnettiin käyttämällä säteilynkuljetusyhtälön diffuusioapproksimaatiota ja kehitettiin menetelmiä, joilla voidaan kompensoida valon approksimatiivisesta mallintamisesta syntyviä virheitä rekonstruoiduissa kuvissa. Työn toisessa osassa valon käyttäytymisen mallintamisessa hyödynnettiin stokastista Monte Carlo -menetelmää, ja kehitettiin laskennallisia menetelmiä, joilla kuvan rekonstruktion laskennallista kuormaa voidaan keventää. Lisäksi työssä tarkasteltiin rekonstruoitujen kuvien luotettavuuden arviointia Bayesilaisiin menetelmiin perustuen.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Väitöskirjatyössä kehitettyjä laskennallisia menetelmiä voidaan hyödyntää valon mallinnuksesta johtuvien virheiden kompensoimiseen, laskennallisen kuorman pienentämiseen ja kuvien luotettavuuden arvioimiseen kvantitatiivisessa fotoakustisessa tomografiassa. Kehitetyt menetelmät eivät kuitenkaan rajoitu vain kvantitatiiviseen fotoakustiseen tomografiaan, vaan niitä voidaan soveltaa myös muihin tomografisiin kuvantamismenetelmiin, esimerkiksi diffuusiin optiseen tomografiaan.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöskirjatyö tehtiin osana ERC-CoG-projektia ”Quantitative tomography using coupled physics of waves” sekä Inversiomallinnuksen ja kuvantamisen huippuyksikköä.
FM Niko Hännisen sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Image reconstruction and uncertainty quantification in quantitative photoacoustic tomography (Kuvan rekonstruktio ja epävarmuuksien mallintaminen kvantitatiivisessa fotoakustisessa tomografiassa) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Kuopion kampuksella. Vastaväittäjänä toimii professori Daniela Calvetti, Case Western Reserve University, ja kustoksena professori Tanja Tarvainen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti ja sitä voi seurata verkossa.
Lisätietoja:
Niko Hänninen, niko.hanninen@uef.fi
