Kuvantamisen matematiikka: tieteestä tuotteiksi

Transkriptio

1 Kuvantamisen matematiikka: tieteestä tuotteiksi Samuli Siltanen Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto Uusien ajatusten iltapäivä Patentti- ja rekisterihallitus,

2 Taustani yritys- ja yliopistomaailmassa 1999: TkT, Teknillinen korkeakoulu 2000: Instrumentarium Imaging 2002: Postdoc, Gunma University, Japan 2004: GE Healthcare 2005: Palodex Group 2006: Professori, Tampereen teknillinen yliopisto 2009: Professori, Helsingin yliopisto

3 Finland

4 Outline Klassinen röntgentomografia Harvan datan tomografia Mullistava suomalainen hammaskuvaustuote Valokuvauksen ja matematiikan mahdollisuudet

5 Godfrey Hounsfield ja Allan McLeod Cormack kehittivät röntgentomografian Hounsfield ja Cormack saivat Nobelin vuonna 1979.

6 Näin mittaus tehtiin ensimmäisen sukupolven tomografialaitteessa

7 Pyörivä liike mahdollisti kuvaamisen eri suunnista ja sinogrammin kokoamisen

8 Näin toimii perusmenetelmä nimeltä suodatettu takaisinprojektio

9 Outline Klassinen röntgentomografia Harvan datan tomografia Mullistava suomalainen hammaskuvaustuote Valokuvauksen ja matematiikan mahdollisuudet

10 Professori Keijo Hämäläisen röntgenlaboratorio

11 Kuvasimme saksanpähkinän 1200 suunnasta, jolloin saimme täydellisen tiedon sen sisällöstä Laboratorio ja mittaukset: Keijo Hämäläinen ja Aki Kallonen (Helsingin yliopisto). Data on avoimesti saatavilla: Kiitos, Esa Niemi ja Antti Kujanpää

12 Perinteisellä suodatetulla takaisinprojektiolla saamme tällaiset viipalekuvat Kaikki 1200 kuvaa käytössä Vain 20 kuvaa käytössä

13 Uudenaikaiset matemaattiset menetelmät tuottavat aivan erilaisia viipaleita Vain 20 kuvaa käytössä Samat 20 kuvaa käytössä

14 Uudenaikaiset matemaattiset menetelmät tuottavat aivan erilaisia viipaleita Vain 20 kuvaa käytössä Samat 20 kuvaa käytössä

15 Uudenaikaiset matemaattiset menetelmät tuottavat aivan erilaisia viipaleita Vain 20 kuvaa käytössä Samat 20 kuvaa käytössä

16 Uudenaikaiset matemaattiset menetelmät tuottavat aivan erilaisia viipaleita Vain 20 kuvaa käytössä Samat 20 kuvaa käytössä

17 Uudenaikaiset matemaattiset menetelmät tuottavat aivan erilaisia viipaleita Vain 20 kuvaa käytössä Samat 20 kuvaa käytössä

18 Uudenaikaiset matemaattiset menetelmät tuottavat aivan erilaisia viipaleita Vain 20 kuvaa käytössä Samat 20 kuvaa käytössä

19 Outline Klassinen röntgentomografia Harvan datan tomografia Mullistava suomalainen hammaskuvaustuote Valokuvauksen ja matematiikan mahdollisuudet

20 Vuonna 2001 Instrumentariumilla aloitettiin uuden kolmiulotteisen röntgenkuvauksen kehitystyö Tavoitteena oli matemaattinen menetelmä, joka ottaa syötteeksi vain muutaman eri suunnista otetun röntgenkuvan ja tuottaa lääkärille riittävän hyvän 3D-rekonstruktion. Projekti keskittyi näihin Instrumentarium Imagingin tuotteisiin:

21 Sovellus: hammasistutteen asennus

22 Digitaalinen panoraamakuvauslaite on nykyään perustyökalu maailman hammasklinikoilla Röntgenlähde Kapea ilmaisin Panoraamakuva tarjoaa yleiskuvan hampaista ja ympäröivistä kudoksista. Istutesuunnitteluun panoraamakuva ei ole hyvä, koska siinä on vääristymiä.

23 Panoraamakuva näyttää kaikki hampaat kerralla Yrjö Paatero keksi panoraamakuvauksen 1950-luvulla.

24 Ohjelmoimme panoraamalaitteen uudestaan niin, että se kerää röntgenkuvia skannaavalla liikkeellä

25 Uudet liikeradat tuottavat joukon 2D-kuvia, joita voidaan käyttää syötteenä tomografiassa Projektiokuvien lukumäärä: 11 Avautumiskulma: 40 astetta Kuvakoko: pikseliä Tietokoneen laskettavaksi jää vokselia.

26 Tässä on aito potilastapaus: navigaatiokuva vasemmalla ja valittu viipale oikealla. Kolehmainen, Vanne, S, Järvenpää, Kaipio, Lassas & Kalke 2006, Kolehmainen, Lassas & S 2008 Cederlund, Kalke & Welander 2009, Hyvönen, Kalke, Lassas, Setälä & S 2010, U.S. patent

27 VT-laitteen potilaalle aiheuttama säteilyannos on pienempi kuin kilpailevissa tekniikoissa Modality µsv Head CT 2100 CB Mercuray 558 i-cat 193 NewTom 3G 59 VT device 13 [Ludlow, Davies-Ludlow, Brooks & Howerton 2006] VT on ollut kansainvälisillä markkinoilla vuodesta 2008.

28 Kartiokeilakuvaus (c) aiheutti 100 kertaa enemmän säteilyannosta kuin VT-kuvaus (b) Kuvat: Martti Kalkkeen väitöskirja

29 Harvan datan röntgentomografian innovaatioita kehitetään edelleen TEKES-rahoitteisissa projekteissa on mukana Helsingin yliopisto, Oulun yliopisto ja sairaala, Innomentarium, Ajat sekä KaVo Kerr Group.

30 Outline Klassinen röntgentomografia Harvan datan tomografia Mullistava suomalainen hammaskuvaustuote Valokuvauksen ja matematiikan mahdollisuudet

31

32

33

34 Jean Dubuffet

35 DeepArt.io

36 Katsura Funakoshi

37 DeepArt.io

38

39 DeepArt.io

40

41 DeepArt.io

42 Voisiko Suomessa syntyä uusia keksintöjä digitaalisen valokuvauksen alueella? Tutkimusryhmiä toimii Helsingin yliopistossa, Aalto-yliopistossa ja Tampereen teknillisessä yliopistossa. Röntgenkuvantamisen osaamista on laajalti, näissä yrityksissä: GE Healthcare, KaVo Kerr Group, Planmeca, Varian, Innomentarium. Valokuvaustekniikkaa edustaa esimerkiksi entisen Nokian kamerakehitysryhmä.

43

44

45

46

47 Kiitos mielenkiinnosta!