Computational and theoretical models in diffuse imaging

Julkaisun otsikon käännös: Laskennallisia ja teoreettisia menetelmiä diffuusiin kuvantamiseen

Topi Kuutela

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tässä työssä tutkitaan diffuusiin kuvantamiseen liittyvien parametrinestimointiongelmien ominaisuuksia. Sekä impedanssitomografia että diffuusi optinen tomografia ovat elliptisiin osittaisdifferentiaaliyhtälöihin liittyviä heikosti aseteltuja käänteisongelmia, joissa kappaleen sisäpuolisia fysikaalisia suureita pyritään määrittämään sen ulkopuolisilla mittauksilla. Työssä tarkastellut kuvantamismenetelmät ovat heikon asettelunsa johdosta erityisen herkkiä mallinnusvirheille. Tässä väitöskirjassa esitellään laskennallisia ja teoreettisia malleja, joiden avulla virhettä tutkittavien tomografiamenetelmien tuottamissa rekonstruktioissa voidaan vähentää. Impedanssitomografian logaritminen suora kuvaus on työkalu, jolla voidaan helpottaa parametrinestimointiongelman linearisointia. Tämän työn ensimmäisessä osassa todistetaan logaritmisen suoran kuvauksen Fréchet-derivoituvuus ja tarkastellaan derivaataan säännöllisyyttä. Fréchet-derivaatta osoittautuu yllättäen säännöllisemmäksi kuin itse logaritminen suora kuvaus. Työn toisen teoreettisen osan muodostavat laajennukset impedanssitomografian sarjareversioon. Sarjareversiolla voidaan johtaa korkeamman asteen suppenemisnopeuden numeerisia ratkaisumenetelmiä, joiden käyttö edellyttää ainoastaan suunnattujen derivaattojen määrittämistä, mikä on laskennallisesti helppoa impedanssitomografian suoralle kuvaukselle. Tässä työssä sarjareversio yleistetään sekä kappaleen sisäisen johtavuuden että kontakti-impedanssien samanaikaiseen ratkaisemiseen. Lisäksi molempien suureiden parametrisaatio yleistetään vapaamuotoiseksi. Yksi suurimmista virhelähteistä impedanssitomografiassa on elektrodien geometrinen paikkavirhe. Väitöskirjassa esitellään laskennallisesti yksinkertainen menetelmä elektrodien paikkavirheen huomioimiseksi rekonstruktiossa ja tutkitaan numeerisesti menetelmän toimivuutta. Menetelmä perustuu silotetun täydellisen elektrodimallin laajennukseen, jossa elektrodien kontakti-impedansseja ei oleteta vakioksi, vaan ne määritellään funktiona mitattavan kappaleen reunalla. Menetelmän toimivuus osoitetaan esittelemällä kokeellisiin mittauksiin pohjautuvia kaksiulotteisia rekonstruktioita ja lisäksi kolmiulotteisilla numeerisilla kokeilla sarjareversiotutkimuksen yhteydessä. Työn viimeisessä osassa tutkitaan taajuusalueen diffuusin optisen tomografian herkkyyttä anatomiselle vaihtelulle. Vaihtelun tutkimiseen käytetään 166 vastasyntyneen segmentoituja päämalleja, joissa mittaus mallinetaan kahdella tyypillisimmällä laskentamenetelmällä: diffuusioapproksimaatiolla ja Markovin ketju Monte Carlo -simulaatiolla. Lisäksi artikkelissa esitellään uusi menetelmä aivo-selkäydinnesteen jakamiseksi kahteen fysiologisesti perusteltuun tyyppiin, joista ensimmäinen esiintyy kallon ja aivojen välissä ja toinen aivojen uurteissa.
Julkaisun otsikon käännösLaskennallisia ja teoreettisia menetelmiä diffuusiin kuvantamiseen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Hyvönen, Nuutti, Vastuuprofessori
  • Hyvönen, Nuutti, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1144-6
Sähköinen ISBN978-952-64-1145-3
TilaJulkaistu - 2023
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • käänteisongelmat
  • parametriestimointi
  • suora mallinnus
  • impedanssitomografia
  • diffuusi optinen tomografia
  • täydellinen elektrodimalli
  • mallinnusvirheet
  • sarjareversio

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Laskennallisia ja teoreettisia menetelmiä diffuusiin kuvantamiseen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä