Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunnassa
esitettiin 16.5.1997 tarkastettavaksi FK Marko Vauhkosen väitöskirja
Electrical Impedance Tomography and Prior Information (Impedanssitomografia
ja etukäteistiedot). Vastaväittäjänä
oli professori Margaret Cheney Rensselaer Polytechnic Institutesta
USA:sta ja väitöstilaisuuden valvojana apulaisprofessori
Jari Kaipio Kuopion yliopistosta.
Väitöskirjan tiivistelmä:
Impedanssitomografia ja etukäteistiedot
Impedanssitomografia on kuvantamismenetelmä, jossa tutkittavan
kohteen ympärille kiinnitetään elektrodeja (yleensä
16 tai 32 kpl). Näiden elektrodien kautta kohteeseen syötetään
heikkoa vaihtovirtaa ja samojen elektrodien avulla mitataan kohteen
pinnalle muodostuneet jännitteet. Näiden mittausten
avulla saadaan kohteesta muodostettua leikekuva siltä tasolta,
jolle elektrodit on asetettu.
Impedanssitomografia soveltuu erittäin hyvin ihmisen kuvantamiseen,
koska eri kudokset ja elimet johtavat sähköä eri
tavalla. Tämän perusteella ne erottuvat toisistaan muodostetussa
leikekuvassa. Kyseinen kuvantamismenetelmä on potilaalle
vaaraton ja kuvantamiseen tarvittava mittauslaitteisto on edullinen
ja pienikokoinen.
Menetelmän haittapuolena on huono paikkaerotuskyky. Impedanssitomografian
mahdollisuuksia potilaskuvantamisessa on tutkittu paljon ja lupaavampia
sovelluksia ovat muun muassa sydämen ja keuhkojen toiminnan
kuvantaminen, keskosten aivoverenvuodon paikantaminen sekä
vatsan toiminnan tutkiminen.
Impedanssitomografiassa tarvittava mittauslaitteisto ja sillä
tehdyt jännitteiden mittaukset ja virran syötöt
ovat vain osa kuvan muodostusta. Varsinainen leikekuva saadaan
muodostettua näistä pinnalta tehdyistä mittauksista
käyttämällä matemaattisia laskentamenetelmiä.
Kuvan muodostuminen koostuu siis sekä mittauslaitteistosta,
joka syöttää tarvittavat virrat ja mittaa vastaavat
jännitteet, että matematiikasta, jonka avulla kuva lasketaan
mitattuihin jännitteisiin perustuen. Tämä laskentavaihe
vaikuttaa suurelta osin kuvan laatuun ja näin ollen kuvan
tarkkuutta voidaan parantaa kehittämällä tehokkaampia
laskentamenetelmiä.
Tässä väitöskirjatyössä on kehitetty
kuvan muodostukseen menetelmiä, joissa voidaan hyödyntää
olemassa olevaa tietoa tutkittavasta kohteesta. Esimerkiksi kuvattaessa
ihmistä, tämä etukäteistieto voi olla kudosten
arvioitu sähkönjohtavuus (eli impedanssi) tai tutkittavan
kohteen arvioitu sisäinen rakenne. Väitöstutkimuksessa
kehitettyjen menetelmien avulla tämä etukäteistieto
voidaan liittää kuvan muodostukseen ja siten parantaa
kuvan laatua. Tämä puolestaan parantaa impedanssitomografian
avulla tehtävää diagnostiikkaa. Väitöskirjassa
on lisäksi sovellettu matemaattisia menetelmiä, joiden
avulla voidaan kuvata nopeita johtokyvyn muutoksia. Kyseistä
menetelmää voidaan hyödyntää esimerkiksi
tutkittaessa sydämen toimintaa impedanssitomografian avulla.