Kuvantamisen matematiikka: tieteestä tuotteiksi

Kuvantamisen matematiikka: tieteestä tuotteiksi Samuli Siltanen Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto samuli.siltanen@helsinki.fi http://www.siltanen-research.net Uusien ajatusten iltapäivä Patentti- ja rekisterihallitus, 23.8.2016

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

Finland http://wiki.helsinki.fi/display/inverse/home

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

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

Näin mittaus tehtiin ensimmäisen sukupolven tomografialaitteessa https://www.youtube.com/watch?v=tblaqo3rgee

Pyörivä liike mahdollisti kuvaamisen eri suunnista ja sinogrammin kokoamisen https://www.youtube.com/watch?v=5vyc1tzmni8

Näin toimii perusmenetelmä nimeltä suodatettu takaisinprojektio https://www.youtube.com/watch?v=ddzelnh9aac

Professori Keijo Hämäläisen röntgenlaboratorio

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

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

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

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:

Sovellus: hammasistutteen asennus

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.

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

Ohjelmoimme panoraamalaitteen uudestaan niin, että se kerää röntgenkuvia skannaavalla liikkeellä https://www.youtube.com/watch?v=motthjip8zq

Uudet liikeradat tuottavat joukon 2D-kuvia, joita voidaan käyttää syötteenä tomografiassa Projektiokuvien lukumäärä: 11 Avautumiskulma: 40 astetta Kuvakoko: 1000 1000 pikseliä Tietokoneen laskettavaksi jää 7 000 000 vokselia.

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 7269241

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.

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

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

Jean Dubuffet

DeepArt.io

Katsura Funakoshi

DeepArt.io

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.

Kiitos mielenkiinnosta!