Väitös teknillisen fysiikan, lääketieteellisen tekniikan alalta, DI Koos (Cornelis) Zevenhoven

Väitöskirjan nimi: Unconventional MRI scanner technology and intelligent dynamics

Tohtoriopiskelija: Koos (Cornelis) Zevenhoven
Vastaväittäjä: Prof. Lawrence Wald, Harvard Medical School, Yhdysvallat 
Kustos: Prof. Lauri Parkkonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Uusi magneettikuvauslaite lisää käyttömahdollisuuksia ja tuo tarkkaa tietoa aivoista 

Magneettikuvaus (engl. magnetic resonance imaging, MRI) mahdollistaa kajoamattomasti elimistön sisäisen tarkastelun erilaisissa kliinisissä ja tieteellisissä sovelluksissa. Perinteisen MRI-teknologian kehityskulku on kuitenkin keskittynyt magneettikentän voimakkuuden kasvattamiseen, mikä pienten parannusten ohella merkitsee kalliimpia, raskaampia, äänekkäämpiä ja ahtaampia laitteita. Lisäksi voimakkaat magneettikentät estävät monien muiden teknologioiden käytön MRI-kuvantamisen yhteydessä ja voivat aiheuttaa vaaratilanteita. 

Tässä väitöskirjassa on kehitetty uusi MRI-laite, jossa kaikkien osien toteutus poikkeaa perinteisestä magneettikuvauksesta. Suprajohtavuutta – kvantti-ilmiötä, jossa elektroniparit muodostavat sähkövirtaa häviöttömästi kuljettavan aineaallon – on hyödynnetty työssä sekä äärimmäisen tarkkaan magneettisten signaalien mittaamiseen että ns. polarisointikentän luomiseen. Käytetyt lähestymistavat mahdollistavat huomattavasti heikompien magneettikenttien käytön. Työssä on lisäksi kehitetty teoriaa, elektroniikkaa, ohjelmistoa ja menetelmiä laitteiston kanssa käytettäväksi. 

Laitteistosta tehdyt eri variaatiot tuovat esiin erilaisia hyötyjä perinteiseen magneettikuvaukseen verrattuna. Näitä ovat esimerkiksi parempi siirrettävyys, pienempi hinta, keveys, väljyys sekä suurempi paikkatarkkuus. Tuloksena on myös aivojen yhdistelmäkuvantamislaite, jolla onnistuu MRI:n lisäksi magnetoenkefalografia (MEG), joka mittaa magneettikenttien avulla aivotoiminnan sijaintia ja dynamiikkaa. MEG ja MRI saadaan tarkasti samaan koordinaatistoon. 

Älykäs dynamiikka on yksi väitöskirjan teemoista. Kuten aivotoiminnassa, monessa laitteiston osassa esiintyy monimutkaista ja moniulotteista dynamiikkaa. Dynamiikan pulssimuotokytkentä (DynaCAN) on väitöskirjassa esitelty joukko menetelmiä, joissa sopivasti muotoillut pulssit tuottavat jonkin halutun lopputuloksen. Näin voidaan esimerkiksi kumota tarkasti laitteiston osissa esiintyviä haitallisia pyörrevirtoja tai palauttaa antureita mittauskykyisiksi. Alustavien aivopiirisimulaatioiden perusteella sama periaate on lupaava myös aivostimulaation kohdentamisessa. Lähestymistavalla voi olla sovelluskohteita laajemminkin. 

Toteutuessaan kaupallisina laitteina väitöskirjassa kehitetty kuvantamisteknologia laajentaa MRI-kuvantamisen soveltuvuusaluetta ja avaa uusia mahdollisuuksia sairauksien diagnosoinnissa sekä hoidon suunnittelussa.

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52