Abstrakti
Lääketieteellinen kuvantaminen tarjoaa arvokasta tietoa elimistön sisäisestä rakenteesta ja toiminnasta. Magneettikuvauksessa (MRI) kuvantamislaite kommunikoi kudosten atomiydinten kanssa magneettikenttien välityksellä keräten kuvan rekonstruoimiseen sopivaa dataa. Toinen kuvantamismenetelmä, magnetoenkefalografia (MEG), mittaa aivojen sähköistä toimintaa sen tuottamien magneettikenttien kautta. Tässä väitöskirjassa kehitettiin uudenlaista magneettikuvauksen teoriaa, menetelmiä, laitteistoa ja ohjelmistoa sovelluksiin, joissa tarvitaan esim. yhteensopivuutta muiden teknologioiden kanssa, siirrettävyyttä, avointa geometriaa, suurta paikkatarkkuutta tai matalaa kustannusta. Erityisesti suunniteltiin ja rakennettiin MEG:n ja MRI:n yhdistävä kuvantamislaite ihmisaivoille.
MRI-teoria laajennetaan sallimaan magneettikentän suunnan variaatiot ajassa ja paikassa. Tämä mahdollistaa mm. tarkan analyysin ja joustavuutta MRI-lähestymistavassa, jossa päämagneettikenttä on jaettu kahteen osaan: polarisaatio- ja mittauskenttään. Tällainen MRI lieventää vaatimuksia liittyen kenttävoimakkuuksiin ja -homogeenisuuksiin. Pienempää mittauskenttää voidaan käyttää yhdessä äärimmäisen herkkien suprajohtavien kvantti-interferenssilaitteiden (SQUID) kanssa, joita myös MEG:ssä käytetään. Erilaisten SQUID-anturien asennelmien MRI-suorituskykyä ja soveltuvuutta MEG-MRI-hybridilaitteeseen tarkastellaan.
Suprajohtavuutta – kvantti-ilmiötä, jossa materiaalin sähkövastus häviää kokonaan tietyn kriittisen lämpötilan alapuolella – käytetään SQUID-anturien lisäksi pulssitettavissa polarisointimagneeteissa. Supravirtojen teorian ohella tarkastellaan myös virran kulkua tavallisissa johtavissa rakenteissa, ja tuloksia käytetään kenttäkelojen suunnitteluun ja termisen magneettisen kohinan sekä MRI-kenttien aiheuttamien pyörrevirtojen analyysiin. Tätä käytetään edelleen magneettisuojahuoneen ja matalakohinaisen termisen supereristeen suunnittelussa ja toteutuksessa. Matalakohinaisuus on keskeistä myös kehitetyssä elektroniikassa, kuten ultramatalakohinaisessa vahvistimessa mittauskenttää ja gradienttejä varten.
Korkean paikkatarkkuuden saavuttamiseen esitellään menetelmä, joka perustuu monikanavaiseen mittaukseen ja matalissa kentissä hyvin tarkkaan signaalimalliin. Toinen MRI-menetelmä, nollakenttäkoodattu virrantiheyskuvantaminen, tuottaa täyden 3D-kuvan sähkövirran kulusta tilavuudessa. Kiertopyyhkäisymittaus puolestaan yksinkertaistaa MRI-laitevaatimuksia.
Lisäksi esitellään monikäyttöinen lähestymistapa ongelmien ratkaisuun: Dynaamisessa pulssimuotokytkennässä (DynaCAN) käytetään pulssimuotoja, jotka ovat tarkoin sunniteltu kytkeytymään kohdesysteemin, kuten laitteen osan, dynamiikkaan. Tälle esitellään useampi käyttötarkoitus sekä yksityiskohtaisempi demonstraatio haitallisten pyörrevirtojen kumoamisessa. Alustavat simulaatiotulokset viittaavat siihen, että lähestymistapaa voisi käyttää myös neuromodulaatiossa tai aivostimulaatiossa.
Julkaisun otsikon käännös | Uudenlainen MRI-kuvantamislaiteteknologia ja älykäs dynamiikka |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-1529-1 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-1530-7 |
Tila | Julkaistu - 2023 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- magnetismi
- suprajohtavuus
- elektroniikka
- ohjelmistot