Advances in superconducting sensors for medical imaging and metrology

Julkaisun otsikon käännös: Edistysaskelia suprajohtavien antureiden kehityksessä lääketieteellisen kuvantamisen ja metrologian tarpeisiin

Juho Luomahaara

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Aivokuvantamisessa kaksi toisiaan täydentävää, mutta teknisesti vastakkaista menetelmää ovat magnetoenkefalografia (MEG) ja magneettikuvaus (MRI). MEG tutkii aivojen toimintaa mittaamalla suprajohtavaan kvantti-interferenssilaitteeseen (SQUID) perustuvilla antureilla hermosignaalien seurauksena syntyviä, erittäin heikkoja magneettikenttiä. Korkeiden magneettikenttien käyttö MRI:ssä mahdollistaa materiaalin rakenteen kuvantamisen. Ultramatalan kentän (ULF) MRI:ssä tapahtuneen kehityksen seurauksena MEG:n ja ULF MRI:n yhdistämisestä yhdeksi mittalaitteeksi onkin tullut kiinnostava tutkimuskohde. Menetelmien ristiriitaiset vaatimukset tulevat esille, kun ULF MRI:n verrattain korkeat magneettikentät kohdistetaan SQUID-magneettikenttäantureihin, mikä heikentää niiden suorituskykyä. Tässä väitöskirjassa antureiden kenttäsietoisuutta parannettiin kiinnittämällä erityistä huomiota niiden toipumiseen ja toimintaan magneettipulssin jälkeen. Kehitettyjen antureiden avulla työssä rakennettiin yhdistetty MEG-ULF MRI -laite. Laitteen toiminta verifioitiin ja tulokset osoittavat, että ULF MRI -toiminnallisuus tuo lisäarvoa MEG-laitteeseen. Väitöskirjassa kehitettiin myös uudenlainen magneettikenttäanturi käyttäen hyväksi kineettisen induktanssin epälineaarisuutta suprajohtavassa materiaalissa. Kokeelliset tulokset yhdessä kehitetyn teorian kanssa osoittavat, että laitteella on matala kohinataso ja luontaisesti laaja dynaaminen alue. Lisäksi kineettisen induktanssin magnetometri soveltuu hyvin monen kanavan biomagneettisiin mittauksiin, sillä usean anturin luenta voidaan hoitaa yhdellä vahvistimella. Laitteen yksinkertaisuus vähentää valmistuskustannuksia ja mahdollistaa SQUID-antureita paremman magneettikenttäsietoisuuden. Lopuksi työssä esitellään uudenlainen suprajohtava muuntaja. Kytkemällä se SQUID-anturiin saadaan aikaan erittäin herkkä virtamittari. Laitetta voidaan käyttää kvanttimetrologiakolmiokokeen (QMT) sulkemiseen, joka on yksi metrologian pitkäaikaisista tavoitteista. QMT:n tarkoituksena on kasvattaa luottamusta suunniteltuun SI-yksikköjärjestelmäuudistukseen vertaamalla virran, jännitteen ja vastuksen kvanttinormaaleja toisiinsa. Laite karakterisoitiin tarkoitusta varten käyttämällä sitä nollailmaisimena QMT-kokeen simuloinnissa. Tulokset osoittavat kehitetyn laitteen potentiaalin ja antavat yksityiskohtaista tietoa nollailmaisuun liittyvistä käytännön haasteista.
    Julkaisun otsikon käännösEdistysaskelia suprajohtavien antureiden kehityksessä lääketieteellisen kuvantamisen ja metrologian tarpeisiin
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Tittonen, Ilkka, Vastuuprofessori
    • Hassel, Juha, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5955-6
    Sähköinen ISBN978-952-60-5956-3
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • suprajohtava kvantti-interferenssilaite
    • magnetoenkefalografia
    • ultramatalan kentän magneettikuvaus
    • kineettinen induktanssi
    • kvanttimetrologiakolmio
    • nollailmaisin
    • vuomuuntaja

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Edistysaskelia suprajohtavien antureiden kehityksessä lääketieteellisen kuvantamisen ja metrologian tarpeisiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä