In Vivo Utvärdering av Skelettmusklers Morfologiska och Mekaniska Egenskaper med Hjälp av Medicinsk Bildbehandling

Skeletal muscles are soft tissues that play an important role in maintaining body posture and enabling movements through force generation. The force-generating capacity is associated with the morphological and mechanical properties of the muscle. Abnormal muscle force-generating capacity may result in or be the outcome of abnormal muscle morphological and mechanical properties. Medical imaging is a widely-used and powerful in vivo measurement technique that could provide valuable information for diagnosis, treatment planning, outcome evaluation, and research of muscle-related pathologies. The overall objectives of this thesis were to quantify skeletal muscle morphological and mechanical properties in vivo using different medical imaging techniques and to evaluate the performance of the proposed medical imaging techniques with respect to different aspects of reliability. This thesis was based on two papers that focused on the morphological and mechanical properties of skeletal muscles, respectively. In the first study, skeletal muscle morphological parameters, i.e., volume, fascicle length, and pennation angle of the tibialis anterior and gastrocnemius medialis, were measured in vivo using three-dimensional freehand ultrasound (3DfUS) and magnetic resonance imaging (MRI), respectively. In total, sixteen able-bodied subjects were recruited in this study. Seven of them received both 3DfUS and MRI measurements, while the remaining subjects received 3DfUS measurements twice at a one-week interval. Good to excellent intra-rater reliability and inter-session repeatability was found in muscle morphological parameters quantified by 3DfUS measurements, as indicated by the high intra-class correlation coefficient values and low standard error of measurement. The only statistically significant difference found between 3DfUS and MRI measurements was the pennation angle of the tibialis anterior, although the actual discrepancy was small. This study suggested that 3DfUS could be considered as an alternative to MRI for measuring 3D skeletal muscle morphological parameters in vivo. In the second study, a direct inversion approach based on magnetic resonance elastography (MRE) and diffusion tensor imaging (DTI) for skeletal muscle’s anisotropic mechanical properties quantification was proposed. DTI was used to identify the muscle fascicle orientation. An incompressible transversely isotropic material model was adopted to describe the material property of the skeletal muscles. The proposed approach was evaluated with a multifrequency MRE setup on gastrocnemius and soleus in five able-bodied subjects. The existence of anisotropy and frequency dependence was observed in all muscle sub-compartments using the proposed inversion approach. The necessity of using DTI to identify muscle fascicle orientation was also illustrated. This study suggested that the proposed direct inversion approach had the potential to quantify the anisotropic mechanical properties of skeletal muscles in both healthy and pathological conditions.Skelettmuskler är mjuka vävnader som spelar en viktig roll för att upprätthålla kroppshållning och möjliggöra rörelser genom kraftgenerering. Den kraftgenererande förmågan är förknippad med muskelns morfologiska och mekaniska egenskaper. Onormal förmåga att generera muskelkraft kan resultera i eller vara resultatet av onormala morfologiska och mekaniska egenskaper hos muskeln. Medicinsk avbildning är en allmänt använd och kraftfull in vivo-mätteknik som kan ge värdefull information för diagnos, behandlingsplanering, utvärdering av resultat och forskning av muskelrelaterade patologier. Det övergripande syftet med denna avhandling var att kvantifiera skelettmuskelns morfologiska och mekaniska egenskaper in vivo med hjälp av olika medicinska avbildningstekniker och att utvärdera prestandan för de föreslagna medicinska avbildningsteknikerna med avseende på olika aspekter av reliabilitet. Denna avhandling baserades på två artiklar som fokuserade på de morfologiska respektive mekaniska egenskaperna hos skelettmuskler.  I den första studien mättes skelettmuskelns morfologiska parametrar, det vill säga volym, fascikellängd och pennationsvinkel för tibialis anterior och gastrocnemius medialis, in vivo med hjälp av tredimensionellt frihandsultraljud (3DfUS) respektive magnetisk resonanstomografi (MRI). Totalt rekryterades sexton friska försökspersoner i denna studie. Sju av dem fick både 3DfUS- och MRI-mätningar, medan de återstående försökspersonerna fick 3DfUS-mätningar två gånger med en veckas intervall. God till utmärkt intrabedömarreliabilitet och repeterbarhet mellan mätningar hittades i muskelmorfologiska parametrar kvantifierade med 3DfUS-mätningar, vilket indikeras av höga intraklasskorrelationskoefficient-värden och låga standardmätfel. Den enda statistiskt signifikanta skillnaden som hittades mellan 3DfUS- och MRI-mätningar var pennationsvinkeln på tibialis anterior, även om den faktiska avvikelsen var liten. Denna studie föreslog att 3DfUS kunde övervägas som ett alternativ till MRI för 3D-mätningar av skelettmuskelmorfologiska parametrar in vivo.  I den andra studien föreslogs en direkt inversionsmetod baserad på magnetisk resonanselastografi (MRE) och diffusionstensoravbildning (DTI) för kvantifiering av skelettmusklers anisotropa mekaniska egenskaper. DTI användes för att identifiera muskelfascikelorienteringen. En inkompressibel transversellt isotrop materialmodell användes för att beskriva skelettmusklernas materialegenskaper. Det föreslagna tillvägagångssättet utvärderades med en multifrekvens-MRE-uppsättning på gastrocnemius och soleus hos fem friska försökspersoner. Förekomsten av anisotropi och frekvensberoende observerades i alla muskelunderavdelningar med den föreslagna inversionsmetoden. Nödvändigheten av att använda DTI för att identifiera muskelfascikelorientering illustrerades också. Denna studie föreslog att den föreslagna direkta inversionsmetoden hade potentialen att kvantifiera de anisotropa mekaniska egenskaperna hos skelettmuskler under både friska och patologiska tillstånd.QC 230221</p

Deep Generative Modeling : An Overview of Recent Advances in Likelihood-based Models and an Application to 3D Point Cloud Generation

Deep generative modeling refers to the process of constructing a model, parameterized by a deep neural network, that learns the underlying patterns and structures of the data generating process which produced the samples in a given dataset, in order to generate novel samples that resemble those in the original dataset. Deep generative models for 3D shape generation hold significant importance to various fields including robotics, medical imaging, manufacturing, computer animation and more. This work provides a pedagogical overview of likelihood-based models, namely variational autoencoders, flow-based models, diffusion models and rectified flows and investigates the effect on generation quality of replacing the Chamfer loss with a sliced Wasserstein loss in an application to shape generation with 3D point clouds.Djup generativ modellering hänvisar till processen att konstruera en modell, parametriserad av ett djupt neuralt nätverk, som lär sig de underliggande mönstren och strukturerna för den datagenererande process som producerade proverna i en given datamängd, för att producera nya prover som liknar dem i den ursprungliga datamängden. Djupa generativa modeller för 3D-formgenerering har stor betydelse för olika områden, inklusive robotik, medicinsk bildbehandling, industriell tillverkning, datoranimation osv. Detta arbete ger en pedagogisk översikt av sannolikhetsbaserade modeller, nämligen variational autoencoders, flödesbaserade modeller, diffusionsmodeller och likriktade flöden och undersöker effekten på generationskvaliteten av att ersätta Chamfer-lossfunktionen med en sliced Wasserstein-lossfunktion i en applikation för att forma formgenerering med 3D-punktmoln

Deep Generative Modeling : An Overview of Recent Advances in Likelihood-based Models and an Application to 3D Point Cloud Generation

Deep generative modeling refers to the process of constructing a model, parameterized by a deep neural network, that learns the underlying patterns and structures of the data generating process which produced the samples in a given dataset, in order to generate novel samples that resemble those in the original dataset. Deep generative models for 3D shape generation hold significant importance to various fields including robotics, medical imaging, manufacturing, computer animation and more. This work provides a pedagogical overview of likelihood-based models, namely variational autoencoders, flow-based models, diffusion models and rectified flows and investigates the effect on generation quality of replacing the Chamfer loss with a sliced Wasserstein loss in an application to shape generation with 3D point clouds.Djup generativ modellering hänvisar till processen att konstruera en modell, parametriserad av ett djupt neuralt nätverk, som lär sig de underliggande mönstren och strukturerna för den datagenererande process som producerade proverna i en given datamängd, för att producera nya prover som liknar dem i den ursprungliga datamängden. Djupa generativa modeller för 3D-formgenerering har stor betydelse för olika områden, inklusive robotik, medicinsk bildbehandling, industriell tillverkning, datoranimation osv. Detta arbete ger en pedagogisk översikt av sannolikhetsbaserade modeller, nämligen variational autoencoders, flödesbaserade modeller, diffusionsmodeller och likriktade flöden och undersöker effekten på generationskvaliteten av att ersätta Chamfer-lossfunktionen med en sliced Wasserstein-lossfunktion i en applikation för att forma formgenerering med 3D-punktmoln

Tunable Nanomaterials and their Applications for Terahertz Devices : Carbon Nanotubes and Silver Nanowires

The interest in terahertz (THz) technologies is growing in academia and industry. The design of electronic components at THz frequencies is relevant to application areas such as telecommunication, radar, material spectroscopy, and medical imaging and diagnosis. Even though high-performance THz instrumentation becomes more available, the systems are not commonly found outside of the laboratory environment. Researchers have recently demonstrated a platform based on dielectric rod waveguides (DRWs) that is suitable for integrating THz electronics. The electromagnetic waves propagate inside a low-loss dielectric structure, a concept similar to optical fibres. DRWs have seen many advances for THz electronics in recent years. However, the platform still lacks essential active and passive components for building complete systems.  This thesis investigates ways to integrate tunable nanomaterials to dielectric waveguides in order to design novel terahertz devices. First, silicon rectangular DRWs are investigated at 75 GHz to 500 GHz frequencies. In particular, the interface with the measurement instrumentation and the tapered transitions to hollow metallic waveguides are considered by electromagnetic simulations. Additionally, ways to implement phase shifters and attenuators are explored using thin layers of nanomaterials that are modelled by an impedance surface in the simulations.  Second, several nanomaterials are studied by optical spectrophotometry, Raman spectroscopy, and terahertz time-domain and frequency- domain spectroscopy. Thin layers of silver nanowires are fabricated with increasing densities, ranging from individual nanowires to nanowire networks at the percolation threshold, to thick semi-continuous layers. This technique allows the manufacturing of optically transparent samples with a tunable THz conductivity. Additionally, thin layers of single-walled carbon nanotubes are investigated. Their dielectric properties are shown to be tunable by light illumination, supported by measurements at low frequencies and in the terahertz range.  Finally, tunable THz devices based on dielectric waveguides are designed, manufactured, and characterized. Thin layers of carbon nanotubes are integrated with DRWs and used as a surface impedance to modify the wave propagation in the waveguide. The presented phase shifters are tunable by light with wideband operation at sub-THz and potentially higher frequencies, and further device improvements are proposed. Intresset för terahertz (THz) -teknologi ökar både i den akademiska världen och inom industrin. Design av elektroniska komponenter i THz-frekvenser är relevanta för applikationsområden som telekommunikation, radar, materialspektroskopi och medicinsk bildbehandling och diagnostik. Även om högpresterande THz-instrumentering blir mer tillgängligt finns systemen ofta inte utanför laboratoriemiljöer. Forskare har nyligen demonstrerat en plattform baserad på dielektriska vågledare (DRWs) som är lämplig för att integrera THz-elektronik. De elektromagnetiska vågorna sprids inuti en lågförlustdielektrisk struktur, ett koncept som liknar den optiska fibern. DRW har sett många framsteg för THz-elektronik på senare år. Plattformen saknar dock fortfarande väsentliga aktiva och passiva komponenter för att bygga kompletta system.  Denna avhandling undersöker olika sätt att integrera avstämbara nanomaterial till dielektriska vågledare för att designa nya terahertzenheter. Först undersöks rektangulära kisel-DRWs vid frekvenserna 75 GHz till 500 GHz. I synnerhet används elektromagnetiska simuleringar för att efterlikna gränssnittet mellan mätinstrumentet och de avsmalnande övergångarna till de ihåliga metalliska vågledarna. Dessutom utforskas sätt för att implementera  fasväxlare och dämpare med hjäp av tunna lager av nanometrial som modelleras av en impedansyta i simuleringarna.  Sedan studeras även flera nanomaterial genom optisk spektrofotometri, Ramanspektroskopi och terahertztidsdomän- och frekvensdomänspektroskopi. Tunna lager av silvernanotrådar tillverkas med ökande densiteter, allt från enskilda nanotrådar till nanotrådsnät vid perkolationströskeln, till tjockare halvkontinuerliga lager. Denna teknik möjliggör tillverkning av optiskt transparenta prover med en avstämbar THz-konduktivitet. Dessutom undersöks tunna lager av enkelväggiga kolnanorör. Deras dielektriska egenskaper påvisas vara avstämbara med belysning, vilket även stöds av mätningar vid låga frekvenser och i terahertz-omfånget.  Slutligen designas, tillverkas och karakteriseras inställbara THz-enheter baserade på dielektriska vågledare. Tunna lager av kolnanorör integreras med DRW och används som ytimpedans för att ändra vågutbredningen i vågledaren. De presenterade fasskiftarna kan ställas in med hjälp av ljus med bredbandsoperationer vid sub-THz och potentiellt högre frekvenser, även ytterligare enhetsoptimeringar föreslås.QC 20210518</p

Tunable Nanomaterials and their Applications for Terahertz Devices : Carbon Nanotubes and Silver Nanowires

The interest in terahertz (THz) technologies is growing in academia and industry. The design of electronic components at THz frequencies is relevant to application areas such as telecommunication, radar, material spectroscopy, and medical imaging and diagnosis. Even though high-performance THz instrumentation becomes more available, the systems are not commonly found outside of the laboratory environment. Researchers have recently demonstrated a platform based on dielectric rod waveguides (DRWs) that is suitable for integrating THz electronics. The electromagnetic waves propagate inside a low-loss dielectric structure, a concept similar to optical fibres. DRWs have seen many advances for THz electronics in recent years. However, the platform still lacks essential active and passive components for building complete systems.  This thesis investigates ways to integrate tunable nanomaterials to dielectric waveguides in order to design novel terahertz devices. First, silicon rectangular DRWs are investigated at 75 GHz to 500 GHz frequencies. In particular, the interface with the measurement instrumentation and the tapered transitions to hollow metallic waveguides are considered by electromagnetic simulations. Additionally, ways to implement phase shifters and attenuators are explored using thin layers of nanomaterials that are modelled by an impedance surface in the simulations.  Second, several nanomaterials are studied by optical spectrophotometry, Raman spectroscopy, and terahertz time-domain and frequency- domain spectroscopy. Thin layers of silver nanowires are fabricated with increasing densities, ranging from individual nanowires to nanowire networks at the percolation threshold, to thick semi-continuous layers. This technique allows the manufacturing of optically transparent samples with a tunable THz conductivity. Additionally, thin layers of single-walled carbon nanotubes are investigated. Their dielectric properties are shown to be tunable by light illumination, supported by measurements at low frequencies and in the terahertz range.  Finally, tunable THz devices based on dielectric waveguides are designed, manufactured, and characterized. Thin layers of carbon nanotubes are integrated with DRWs and used as a surface impedance to modify the wave propagation in the waveguide. The presented phase shifters are tunable by light with wideband operation at sub-THz and potentially higher frequencies, and further device improvements are proposed. Intresset för terahertz (THz) -teknologi ökar både i den akademiska världen och inom industrin. Design av elektroniska komponenter i THz-frekvenser är relevanta för applikationsområden som telekommunikation, radar, materialspektroskopi och medicinsk bildbehandling och diagnostik. Även om högpresterande THz-instrumentering blir mer tillgängligt finns systemen ofta inte utanför laboratoriemiljöer. Forskare har nyligen demonstrerat en plattform baserad på dielektriska vågledare (DRWs) som är lämplig för att integrera THz-elektronik. De elektromagnetiska vågorna sprids inuti en lågförlustdielektrisk struktur, ett koncept som liknar den optiska fibern. DRW har sett många framsteg för THz-elektronik på senare år. Plattformen saknar dock fortfarande väsentliga aktiva och passiva komponenter för att bygga kompletta system.  Denna avhandling undersöker olika sätt att integrera avstämbara nanomaterial till dielektriska vågledare för att designa nya terahertzenheter. Först undersöks rektangulära kisel-DRWs vid frekvenserna 75 GHz till 500 GHz. I synnerhet används elektromagnetiska simuleringar för att efterlikna gränssnittet mellan mätinstrumentet och de avsmalnande övergångarna till de ihåliga metalliska vågledarna. Dessutom utforskas sätt för att implementera  fasväxlare och dämpare med hjäp av tunna lager av nanometrial som modelleras av en impedansyta i simuleringarna.  Sedan studeras även flera nanomaterial genom optisk spektrofotometri, Ramanspektroskopi och terahertztidsdomän- och frekvensdomänspektroskopi. Tunna lager av silvernanotrådar tillverkas med ökande densiteter, allt från enskilda nanotrådar till nanotrådsnät vid perkolationströskeln, till tjockare halvkontinuerliga lager. Denna teknik möjliggör tillverkning av optiskt transparenta prover med en avstämbar THz-konduktivitet. Dessutom undersöks tunna lager av enkelväggiga kolnanorör. Deras dielektriska egenskaper påvisas vara avstämbara med belysning, vilket även stöds av mätningar vid låga frekvenser och i terahertz-omfånget.  Slutligen designas, tillverkas och karakteriseras inställbara THz-enheter baserade på dielektriska vågledare. Tunna lager av kolnanorör integreras med DRW och används som ytimpedans för att ändra vågutbredningen i vågledaren. De presenterade fasskiftarna kan ställas in med hjälp av ljus med bredbandsoperationer vid sub-THz och potentiellt högre frekvenser, även ytterligare enhetsoptimeringar föreslås.QC 20210518</p

Explanation Methods for a Medical Image Classifier by Analysis of its Uncertainty

Over the last decade, neural networks have reached almost every field of science and technology. They have become a crucial part of various real-world applications, such as medical imaging. Still, their deployment in safety-critical applications remains limited owing to their inability to provide reliable uncertainty estimates and frequently occurring overconfident predictions, which is normally the case in modern neural networks possessing a substantial number of layers. In this thesis, we leverage the capability of data mining algorithms like density clustering to explain the behavior of a medical image classifier responsible for classifying white blood cells. We know that any clustering algorithm acts on the feature vector of the input data and annotates the data into different clusters as per the features. In this work, we lay down and prove the hypothesis that the output discrete probability matrix of a multi-class classification problem can be used as a feature vector where the confidence value of every class can be considered as a degree of resemblance with that class. Before implementing clustering, one needs to make sure that these confidence values represent actual probabilities so that they can be used as features; hence certain calibration techniques were incorporated to improve the calibration of the network first. Having a better calibrated medical classifier, density clustering was implemented, which generated results that provided solid arguments to justify the behavior of the network. As far as the use case of this method is concerned, it was observed that we could identify pathologies like myelodysplastic syndromes, acute lymphocytic leukemia, and chronic myelomonocytic leukemia in a patient. This was possible due to the presence of the same class of White blood cells in multiple clusters indicating the presence of subpopulations separated into healthy and pathological cells of the same class depending upon the pathology that needs to be detected. This was proved visually by mapping cluster points to actual cell images and quantitatively as well by using entropy as a method of quantifying uncertainty. This method showed that there is a lot of information embedded in the output probability matrix. Hence one can employ various data mining techniques to extract more information and not just limit themselves to misclassifications and confusion matrices.Under det senaste decenniet har neurala nätverk nått nästan alla områden inom vetenskap och teknik. De har blivit en avgörande del av olika verkliga tillämpningar, såsom medicinsk bildbehandling. Ändå förblir deras användning i säkerhetskritiska applikationer begränsad på grund av deras oförmåga att tillhandahålla tillförlitliga osäkerhetsuppskattningar och ofta förekommande övermodiga förutsägelser, vilket normalt är fallet i moderna neurala nätverk som har ett stort antal lager. I den här avhandlingen utnyttjar vi förmågan hos datautvinningsalgoritmer som densitetsklustring för att förklara beteendet hos en medicinsk bildklassificerare som är ansvarig för att klassificera vita blodkroppar. Vi vet att alla klustringsalgoritmer verkar på funktionsvektorn för indata och annoterar data i olika kluster enligt funktionerna. I detta arbete lägger vi ner och bevisar hypotesen att den utgående diskreta sannolikhetsmatrisen för ett klassificeringsproblem med flera klasser kan användas som en egenskapsvektor där konfidensvärdet för varje klass kan betraktas som en grad av likhet med den klassen. Innan man implementerar klustring måste man se till att dessa konfidensvärden representerar faktiska sannolikheter så att de kan användas som funktioner; därför införlivades vissa kalibreringstekniker för att först förbättra kalibreringen av nätverket. Med en bättre kalibrerad medicinsk klassificerare implementerades densitetsklustring, vilket genererade resultat som gav solida argument för att motivera nätverkets beteende. När det gäller användningsfallet för denna metod, observerades det att vi kunde identifiera patologier som myelodysplastiska syndrom, akut lymfatisk leukemi och kronisk myelomonocytisk leukemi hos en patient. Detta var möjligt på grund av närvaron av samma klass av vita blodkroppar i flera kluster, vilket indikerar närvaron av subpopulationer separerade i friska och patologiska celler av samma klass beroende på vilken patologi som behöver detekteras. Detta bevisades visuellt genom att kartlägga klusterpunkter till faktiska cellbilder och kvantitativt också genom att använda entropi som en metod för att kvantifiera osäkerhet. Denna metod visade att det finns mycket information inbäddad i utmatningssannolikhetsmatrisen. Därför kan man använda olika datautvinningstekniker för att extrahera mer information och inte bara begränsa sig till felklassificeringar och förvirringsmatriser

Svårbehandlad epilepsi: Hur 7-Tesla magnetundersökning spelar en viktig roll i diagnosprocessen

Detta examensarbete handlar om ett av de mest utmanande neurologiska tillstånden, svårbehandlad epilepsi, samt 7-Tesla magnetapparat. Det kommer att analyseras och utforskas hur modern medicinsk bildbehandling, särskilt 7-Tesla magnettekniken kan bidra till en förbättrad diagnos och förståelse av epilepsin. För vissa patienter är epilepsin svår att behandla med traditionella metoder. I det här arbete kommer det att fördjupas i frågor som rör svårbehandlad epilepsi. Det kommer också att undersökas hur denna högteknologiska bildbehandlingsteknik fungerar samt vilka fördelar den kan erbjuda när det gäller att upptäcka och kritisera epileptiska förändringar i hjärnan samt skillnaderna mellan de olika magnetfältstyrkorna i magnetapparater, hur de påverkar diagnostiska möjligheter. Examensarbetets syfte är att utreda 7-Tesla magnetundersökningens roll vid diagnostisering av svårbehandlad epilepsi och frågeställningarna i arbetet är: Varför undersöka med en 7-Tesla magnetapparat, vilka säkerhetsaspekter skall beaktas vid en 7-Tesla apparat samt vad är svårbehandlad epilepsi. Idén bakom detta arbete uppstår från respondentens intresse för magnetundersökningar och särskilt en önskan att sätta sig i 7-Tesla magnettekniken. Målet med detta arbete är att förstå varför 7-Tesla magnetundersökning är ett bra alternativ till att diagnostisera svårbehandlad epilepsi. Examensarbetet är en kvalitativ studie som använder sig av metoden scoping review. Denna metod möjliggör granskning av både vetenskaplig och grå litteratur. Respondenten har genomfört litteratursökningen på olika databaser för att identifiera användbara artiklar inom ämnet. Informationen från olika källorna så som artiklar, tidskrifter, webbsidor samt böcker Resultatet av undersökningen visar att en 7-Tesla magnet-apparat är bättre till att avbilda hjärnan vid utredning av svårbehandlad epilepsi. Apparaten med en högre fältstyrka ger ett bättre resultat. Säkerhetsaspekterna vid apparaten är annorlunda, speciellt riskerna med proteserna, pacemaker och andra metaller i kroppen.Tämä opinnäytetyö käsittelee yhtä haastavimmista neurologisista tiloista, vaikeahoitoista epilepsiaa, sekä 7-Tesla magneettikoneesta. Työssä analysoidaan ja tutkitaan, miten nykyaikainen lääketieteellinen kuvantaminen, erityisesti 7-Teslan magneettitekniikkaa, voi edistää epilepsian diagnosointia ja ymmärrystä. Epilepsia on neurologinen sairaus, joka vaikuttaa miljooniin ihmisiin ympäri maailmaa. Jollekin potilaille epilepsian hoitaminen on vaikeaa perinteisillä menetelmillä. Tässä työssä keskitytään vaikeahoitoiseen epilepsian kysymyksiin. Lisäksi tutkitaan, miten tämä korkean teknologian kuvantamistekniikka toimii ja mitä etuja se voi tarjota epileptisten muutosten havaitsemisessa ja arvioinnissa aivoissa, myös eri tehoisten magneettilaitteiden magneettikenttien vahvuudessa ja niiden vaikutus diagnostisiin mahdollisuuksiin. Opinnäytetyön tarkoitus on tutkia 7-Tesla magneetti tutkimuksen käyttöä vaikeahoitoiseen epilepsian diagnosoinnissa, ja työn tutkimuskysymykset ovat: Miksi tutkia 7-Teslan magneettilaitteella? Mitä turvallisuusnäkökohtia on otettava huomioon 7-Tesla-laitteessa? Ja mikä on vaikeahoitoinen epilepsia? Työn idea syntyy vastaajan kiinnostuksesta magneettitutkimuksiin, erityisesti halusta perehtyä 7- Tesla MRI tekniikkaan. Työn tavoitteena on ymmärtää, miksi 7-Tesla magneettitutkimus on hyvä vaihtoehto vaikeahoitoiseen epilepsian diagnosoinnissa. Opinnäytetyö on laadullinen tutkimus, joka hyödyntää scoping review -menetelmää. Tämä menetelmä mahdollistaa tieteellisen ja harmaan kirjallisuuden kattavan tarkastelun. Tarkastelun ja tieteellisen tiedon tiivistämisen kautta eri lähteistä, kuten aikakusilehdet, artikkelit, luotettavat verkkosivut ja kirjat. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että 7-Teslan magneettilaite on parempi aivojen kuvantamiseen vaikeasti hoidettavan epilepsian tutkimuksessa. Suurempi kenttävoima parantaa tuloksia. Turvallisuusnäkökohdat laitteessa ovat erilaiset, erityisesti riskit proteeseista, sydämentahdistimesta ja muista kehon metalleista.This thesis is about one of the most challenging neurological conditions, treatment-resistant epilepsy, and 7-Tesla MRI. It will be analyzed and explore how modern medical imaging, especially the 7-Tesla MRI technology can contribute to an improved diagnosis and understanding of epilepsy. Epilepsy is a neurological disorder that affects millions of people worldwide. For some patients, epilepsy is difficult to treat with traditional methods. This work will delve into issues related to treatment-resistant epilepsy. It will also investigate how this high-tech imaging technique works and the advantages It can offer in detecting and assessing epileptic changes in the brain, as well as the differences in magnetic field strengths in MRI machines and how they affect diagnostic possibilities. The purpose of the thesis is to investigate the role of the 7-Tesla magnetic resonance imaging in diagnosing refractory epilepsy. The questions addressed in the thesis include: Why examine with a 7-Tesla magnetic resonance imaging machine? What safety aspects need to be considered with a 7-Tesla apparatus? And what constitutes refractory epilepsy? The idea behind this work arises from the respondent’s interest in MRI and a desire to delve into the 7-Tesla MRI technology. The goal of this work is to comprehend why a 7-Tesla magnetic resonance imaging is a viable alternative for diagnosing refractory epilepsy. The thesis employs a qualitative study approach utilizing the scoping review method. This method enables the examination of both scientific and grey literature. The respondent conducted a literature search across various databases to identify relevant articles on the subject. Information from diverse sources such as articles, journals, websites, and books was incorporate

Networked Haptics

Haptic feedback is feedback relating to the sense of touch. Current research suggests that the use of haptic feedback could give an increase in speed and accuracy when doing certain tasks such as outlining organ contours in medical applications or even filling in spreadsheets. This master thesis project has two different goals concerning haptic feedback. The first is to try to improve the forces for the SensAble PHANTOM Omni® Haptic Device when used in an application to outline contours in medical images, to give the user better feedback. The PHANTOM Omni is a device able to read in user movement of an arm attached to it in three dimensions, but it is also able to output forces through this arm back to the user, i.e. giving haptic feedback. By improving these forces and thus providing better feedback, we hope that speed and accuracy increases for a user working with the mentioned application. The second part of the project consists of evaluating if delays in a network between the haptic feedback device and the place where the data sets are located impact the user perceived quality or the outcome of the task. We do this by considering a number of potential architectures for distributing the image processing and generation of haptic feedback. By considering both of these goals we hope to demonstrate both a way to get faster and more accurate results when doing the tasks already mentioned (and other tasks), but also to understand the limitations of haptic performance with regard to distributed processing. We have successfully fulfilled our first goal by introducing a haptic force which seems quite promising. This should mean that the people working with outlining contours in medical images can work more effectively; which is good both economically for hospitals and quality of service-wise for patients. Our results concerning the second goal indicate that a haptic system for outlining contour can work well when using this new haptic force, even on low quality data links (which can be used for example in battlefield medicine or by specialists to conduct long distance operations or examinations) -- if the system architecture distributes the functionality so as to provide low delay haptic feedback locally. We have tried to compare our results from the second part with a model for the impact of network delay on voice traffic quality developed by Cole and Rosenbluth, but as there is not necessarily a numeric correspondence between the quality values that we used and the ITU MOS quality values for voice we cannot make a numeric comparison between our results and that model. However our experimental data seem to suggest that the decrease in perceived quality was not as fast as one might expect considering simply the ratios of the voice packet rate (typically 50 Hz) and the 1000 Hz rate of the haptic feedback loop. The decrease in quality seems to only be about one half of what the ratio of these rates might suggest (i.e., a factor of 10x faster decrease in quality with increasing delay rather than 20x).Haptisk återkoppling är återkoppling som fås genom känseln. Nutida forskning visar att användandet av sådan återkoppling kan öka effektiviteten vid vissa arbetsuppgifter inom sjukvård, till exempel vid förberedande uppgifter inom strålbehandling, men också vid kontorsarbete såsom att fylla i värden i ett kalkylark. Detta examensarbete har två mål som rör haptisk återkoppling. Det första är att försöka förbättra krafterna som ges från den haptiska enheten SensAble PHANTOM Omni® Haptic Device vid användning i ett medicinskt datorprogram rörande strålbehandling, i syfte att förbättra användareffektiviteten. PHANTOM Omni är en maskin som har en arm kopplad till sig som både kan läsa av rörelser och ge ut krafter med hjälp av en inbyggd motor, det vill säga ge haptisk återkoppling. Genom att förbättra dessa krafter och därigenom ge mer realistisk återkoppling hoppas vi att effektiviteten kan öka för en användare av det nämnda datorprogrammet. Det andra målet är att utvärdera hur fördröjningar i ett nätverk mellan den plats där enheten är placerad och den plats där informationen som ska bearbetas finns, påverkar upplevelsen för användaren och därmed resultatet av arbetet. Vi genomför detta genom att analysera flera olika tänkbara arkitekturer, där placeringen av bilddatat och uträkningen av krafter som ska ges ut av den haptiska enheten varierar. Genom att undersöka dessa två olika aspekter hoppas vi att vi både kan visa ett sätt att få snabbare och bättre resultat när man arbetar med uppgifter av den karaktären som redan beskrivits, men också att förstå begränsningarna för att använda haptisk återkoppling i distribuerade system. Vi har framgångsrikt lyckats uppfylla vårt första mål genom att utveckla en kraft till den haptiska enheten som verkar lovande. Om denna kraft funkar i praktiken innebär det att personer som arbetar med förberedande uppgifter inom strålbehandling kan göra dessa uppgifter effektivare vilket är positivt både ekonomiskt för sjukhusen och kvalitetsmässigt för patienterna. De resultat vi har fått fram avseende vårt andra mål indikerar att användandet av en haptisk enhet inom medicinsk bildbehandling kan fungera bra med vår nyutvecklade kraft, även på nätverkslänkar med dålig kvalitet (som kan vara fallet exempelvis när medicinska specialister utför undersökningar eller operationer på distans) – om systemet är uppbyggt så att den haptiska återkopplingen sker lokalt med en minimal fördröjning. Vi har försökt att jämföra våra resultat från nätverksdelen med en modell beskriven av Cole och Rosenbluth, som ger kvaliteten på rösttrafik som en funktion av fördröjningen i ett nätverk. Dock finns det inte nödvändigtvis någon korrelation mellan de värden vi har fått fram och den kvalitetsskala för rösttrafik som de använde. Vi kan därmed inte göra en jämförelse rakt av mellan våra resultat och deras modell. Däremot så pekar de data vi har fått i våra experiment på att den användarupplevda kvaliteten inte sänktes lika snabbt som man kunde ha väntat sig om man bara tar hänsyn till förhållandet mellan uppdateringsfrekvenserna för rösttrafik (vanligtvis 50 Hz) och den haptiska återkopplingen (1000 Hz). Kvalitetssänkningen verkar vara hälften av vad detta förhållande skulle kunna antyda (det vill säga en faktor på 10 gånger snabbare sänkning i kvalitet med ökande fördröjning snarare än 20 gånger)