Embracing Integrability in Stellar and Planetary Dynamics

Hamiltonian systems in stellar and planetary dynamics are typically near integrable. For example, Solar System planets are almost in two-body orbits, and in simulations of the Galaxy, the orbits of stars seem regular. For such systems, sophisticated numerical methods can be developed through integrable approximations. Following this theme, we discuss three distinct problems. We start by considering numerical integration techniques for planetary systems. Perturbation methods (that utilize the integrability of the two-body motion) are preferred over conventional "blind" integration schemes. We introduce perturbation methods formulated with Cartesian variables. In our numerical comparisons, these are superior to their conventional counterparts, but, by definition, lack the energy-preserving properties of symplectic integrators. However, they are exceptionally well suited for relatively short-term integrations in which moderately high positional accuracy is required. The next exercise falls into the category of stability questions in solar systems. Traditionally, the interest has been on the orbital stability of planets, which have been quantified, e.g., by Liapunov exponents. We offer a complementary aspect by considering the protective effect that massive gas giants, like Jupiter, can offer to Earth-like planets inside the habitable zone of a planetary system. Our method produces a single quantity, called the escape rate, which characterizes the system of giant planets. We obtain some interesting results by computing escape rates for the Solar System. Galaxy modelling is our third and final topic. Because of the sheer number of stars (about 10^11 in Milky Way) galaxies are often modelled as smooth potentials hosting distributions of stars. Unfortunately, only a handful of suitable potentials are integrable (harmonic oscillator, isochrone and Stäckel potential). This severely limits the possibilities of finding an integrable approximation for an observed galaxy. A solution to this problem is torus construction; a method for numerically creating a foliation of invariant phase-space tori corresponding to a given target Hamiltonian. Canonically, the invariant tori are constructed by deforming the tori of some existing integrable toy Hamiltonian. Our contribution is to demonstrate how this can be accomplished by using a Stäckel toy Hamiltonian in ellipsoidal coordinates.Aurinkokuntien ja galaksien dynaamiseen mallintamiseen käytetyt systeemit ovat tyypillisesti lähi-integroituvia. Integroituvuudella tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, että systeemin tila on tunnettu kaikilla ajanhetkillä, eikä liikeyhtälöitä tarvitse ratkaista numeerisesti. Esim. planettojen radat Aurinkokunnassa ovat lähellä kahden kappaleen ongelman ratkaisuja, ja toisaalta numeerisissa simulaatioissa Linnunrata käyttäytyy lähi-integroituvan systeemin tavoin. Tässä väitöskirjassa esitellään kolme galaksi- ja planeettadynamiikan menetelmää, joissa periaatteena on hyödyntää lähi-integroituvuutta. Menetelmien tarve pyritään perustelemaan matemaattisesti; tämän pohjalta muotoillaan eksplisiittiset ratkaisualgoritmit, ja näiden toimivuus osoitetaan numeerisin esimerkein. Aurinkokuntiin liittyvästä kahdesta sovelluksesta ensimmäisessä muotoillaan menetelmä planeettojen ratojen integroimiseksi. Tämä nojaa jo Lagrangen aikana tunnettuihin periaatteisiin, mutta karteesisia rataelementtejä käyttäen tuloksena on tehokkaita algoritmeja, jotka ovat parhaimmillaan haluttaessa tarkkoja tuloksia lyhyillä aikaväleillä. Toisessa sovelluksessa tutkitaan, miten Jupiterin kaltainen massiivinen kaasuplaneetta suojaa aurinkokunnan elämänvyöhykettä pienkappaleiden pommitukselta. Tarkoitusta varten esitellään suure, joka muistuttaa Liapunov-eksponenttia. Viimeinen väitöskirjan aiheista käsittelee galaksien dynaamista mallintamista. Käytössä on menetelmä, jolla lähi-integroituvan systeemin faasiavaruuteen voidaan keinotekoisesti luoda invariantteja toruksia käyttäen lähtökohtana jotain integroituvaa potentiaalia; tässä tapauksessa ellipsoidaalista Stäckel-potentiaalia

Studies on the Efficacy of Transcatheter Aortic Valve Replacement : Results from the FinnValve Registry

Aortic valve stenosis (AS) is the most prevalent valvular heart disease in the developing world and becomes more common due to ageing population and increased life expectancy. Severe symptomatic AS carries a dismal prognosis without operative treatment. Transcatheter aortic valve replacement (TAVR) has revolutionized the treatment of patients at high or prohibitive risk for surgical aortic valve replacement (SAVR). TAVR has been tested in randomized clinical trials which have shown superiority in comparison to medical treatment in inoperable patients, and comparable results in comparison to SAVR in intermediate- to high-risk patients. Recently, the ongoing clinical trials in low-risk patients have reported equivalent 2-year results after TAVR and SAVR. This thesis is based on five original articles from the FinnValve registry, which is is a nationwide registry including data on all patients who underwent TAVR or SAVR with a bioprosthesis for severe aortic stenosis from 2008 to 2017. The aim of this thesis was to investigate the efficacy of TAVR with a focus on important adverse effects. Study I examined the incidence of PVR and its impact on survival after TAVR and SAVR. In this study, both mild and moderate-to-severe PVR were associated with increased mortality in mid-term follow-up. Study II studied major vascular complications (MVC) after transfemoral TAVR. The rate of MVC declined significantly during the study period. Non-access-site related MVC increased mortality to threefold in 3-year follow-up. Access-site related MVC was associated with increased mortality if severe bleeding occurred. Study III investigated acute kidney injury (AKI) following TAVR and SAVR in patients without chronic kidney disease. In propensity score matched cohorts, the risk of AKI was significantly lower after TAVR. Mortality was significantly increased with increasing severity of AKI. Study IV examined the risk endocarditis after TAVR and SAVR. There was no difference in the risk of prosthetic valve endocarditis between TAVR and SAVR in mid-term follow-up. Study V assessed the efficacy of TAVR with newer generation prostheses in preventing 1-year mortality. The vast majority of patients underwent TAVR with acceptable risk in Finland. The accuracy of risk scores in estimating mortality risk were also investigated. In conclusion, TAVR has transformed the outlook for high-risk AS patients. Complication rates have decreased significantly with increased operator experience and better devices. Still, there are issues of concern and together with the lack of long-term valve durability data, TAVR is not yet the first choice in low-risk patients with longer life expectancy.Aorttastenoosi yleistyy väestön ikääntyessä ja eläessä pidempään. Vaikea-asteinen oireinen aorttastenoosi on huonoennusteinen sairaus. Katetriteitse asennettava aorttakeinoläppä (TAVI) on mullistanut korkean leikkausriskin potilaiden hoidon. Leikkaukseen soveltumattomilla potilailla TAVI on osoitettu paremmaksi kuin konservatiivinen hoito. TAVI-toimenpidettä on verrattu kirurgiseen aorttaläppäleikkaukseen useissa satunnaistetuissa tutkimuksissa. Tulokset ovat olleet verrattavissa kirurgiaan. Tämä väitöskirja koostuu viidestä tutkimusartikkelista, jotka ovat osa FinnValve-monikeskustutkimusta. FinnValve on kansallinen rekisteri, joka käsittää tiedot yliopistosairaaloissa aorttaläpän ahtauman vuoksi TAVI:lla tai kirurgisesti biologisella aorttakeinoläpällä hoidetuista potilaista vuosina 2008-2017. Väitöskirjan tavoitteena oli tutkia TAVI:n tehokkuutta keskittyen tärkeisiin haittavaikutuksiin. Osatyö I selvitti läppäkehikon ulkopuolisen vuodon (paravalvulaarivuodon) yleisyyttä ja vaikutusta ennusteeseen TAVI:n ja kirurgisen leikkauksen jälkeen. Tässä tutkimuksessa sekä lievä että keskivaikea paravalvulaarivuoto heikensivät TAVI-potilaiden ennustetta. Osatyö II tutki merkittävien verisuonikomplikaatioiden esiintyvyyttä ja niiden vaikutusta ennusteeseen reisivaltimon kautta tehdyissä TAVI-toimenpiteissä. Verisuonireitin sisäänmenokohtaan liittyvät komplikaatiot huononsivat ennustetta, jos niihin liittyi merkittävää verenvuotoa. Muualla kuin verisuonireitin sisäänmenokohdassa tapahtuvat verisuonikomplikaatiot lisäsivät kuolleisuutta kolminkertaiseksi. Osatyö III vertaili akuutin munuaisvaurion esiintyvyyttä ja vaikutusta ennusteeseen TAVI:n ja kirurgisen aorttaläppäleikkauksen jälkeen. Akuutti munuaisvaurio oli merkittävästi harvinaisempi TAVI:n jälkeen. Kuolleisuus lisääntyi huomattavasti munuaisvaurion vaikeusasteen lisääntyessä. Osatyö IV tarkasteli läppätulehduksen (endokardiitti) esiintyvyyttä TAVI:n ja kirurgisen aorttaläppäleikkauksen jälkeen. Endokardiitin riski ei eronnut ryhmien välillä. Osatyö V arvioi uudemman polven katetriläppien tehokkuutta varhaisen kuoleman estämisessä. Valtaosa potilaista katetriläppä asennettiin hyväksyttävällä riskillä. Osatyössä arvioitiin myös riskilaskureiden toimivuutta kuolemanriskin ennustamisessa. Yhteenvetona TAVI on mullistanut aorttaläppäahtaumaa sairastavien potilaiden hoidon. Komplikaatiot vähenivät seurannassa lisääntyneen kokemuksen ja kehittyneen teknologian myötä. Pitkäaikaistulosten puuttuessa kirurginen aorttaläppäleikkaus on edelleen ensisijainen hoitomuoto nuoremmilla matalamman leikkausriskin potilailla

Julkisen velan ja nollakorkojen vaikutus talouskasvuun

Vuoden 2008 finanssikriisin seurauksena erityisesti teollisuusmaiden taloudet kärsivät pahas-ti, minkä seurauksena valtiot ja keskuspankit ympäri maailman ryhtyivät vastatoimenpiteisiin tukeakseen taloutta ja edistääkseen talouskasvua. Fiskaalipoliittiset vastakeinot kuitenkin johtivat velkasuhteiden suureen kasvuun, kun taas kevyen rahapolitiikan seurauksena useis-sa maissa siirryttiin niin kutsuttuun nollakorkopolitiikan aikaan. Useiden valtioiden velkataak-ka onkin kasvanut lähes koko 2010-luvun samalla kun korkotaso on pysytellyt historiallisen alhaisella tasolla. Tämän tutkielman tarkoituksena on selvittää, miten julkinen velka ja nollakorot ovat vaikut-taneet talouskasvuun. Tutkielman aikavälinä on 2010-luku, jolloin useiden maiden nimellisko-rot laskivat nollaan tai sen lähelle. Tulosten perusteella yritetään tehdä johtopäätöksiä sekä nollakorkopolitiikan hyödyistä että siitä, onko julkisella velalla vaikutusta talouskasvuun kor-kokustannusten ollessa historiallisen matalalla tasolla. Tutkielma jakautuu teoria- ja empiriaosuuteen. Teoriaosuudessa tuodaan esille aiheeseen liittyvää perusteoriaa talouskasvusta, julkisesta velasta, koroista sekä siitä, miten nämä muut-tujat ovat yhteydessä toisiinsa. Empiirisessä osiossa pyritään saamaan vastauksia tutkimus-ongelmaan, eli siihen, onko nollakorkopolitiikka ollut hyödyllinen, ja onko julkisella velalla vaikutusta talouskasvuun nollakorkojen aikana. Empiiristä osioita varten kerätty aineisto koostuu OECD:n tilastoista kerätystä vuosineljännesdatasta, ja mukana on useita, talouskas-vun kannalta keskeisiä muuttujia 30 OECD maasta. Analysointi tehdään koko aineiston kanssa sekä myös jakamalla aineiston maat ryhmiin niiden velka-BKT-suhteen ja maantieteen mu-kaan. Tulosten perusteella tutkielman alkuperäinen hypoteesi, että sekä koroilla että julkisella ve-lalla on selvää negatiivista yhteyttä talouskasvuun, näyttää pitävän lähes täydellisesti paik-kaansa. Koroista kuitenkin vain pitkällä korolla oli tilastollisesti merkitsevää vaikutusta talous-kasvuun, kun taas lyhyellä korolla ei ollut lainkaan. Regressiot antoivat tilastollisesti merkittä-viä tuloksia niin koko aineiston analyysissa kuin ryhmittäin tehdyissä analyyseissäkin, ja erityi-sesti velkasuhteen osalta lähes kaikki regressiotulokset olivat tilastollisesti merkitseviä. Sekä velkasuhteen että pitkän koron regressiokertoimien perusteella niillä on melko huomattavaa, negatiivista vaikutusta talouskasvuun, ja näistä kahdesta pitkällä korolla on hieman suurempi merkitys. Tulosten perusteella muilla analyysissa olleilla muuttujilla, esimerkiksi työllisyysas-teella, oli kuitenkin voimakkaampaa vaikutusta talouskasvuun. Tämän tutkielman perusteella voidaan sanoa, että nollakorkopolitiikasta huolimatta julkinen velka vaikuttaa negatiivisesti talouskasvuun. Lyhyillä koroilla ei ole vaikutusta talouskasvuun, kun taas pitkillä koroilla on, minkä vuoksi keskuspankkien ohjauskoroilla ei voida suoraan vai-kuttaa maiden talouskasvuun. Talouskasvun kannalta nollakorkopolitiikka ei siis näiden tulos-ten pohjalta vaikuta olleen onnistunut, eikä sen vaikutus näytä edes heijastuvan julkisessa velassa

Älykkäästi erikoistuva Satakunta : kestävää aluekehitystä ja hyvinvointia rakentamassa

Älykkään erikoistumisen käsitteeseen törmää tänä päivänä usein puhuttaessa maaseudun ja kaupunkien kehityshaasteista. Mistä oikeastaan on kysymys, miten erikoistutaan älykkäästi ja miten asiaa tulisi seurata? Nämä kaikki ovat kysymyksiä, joihin tämä raportti pyrkii vastaamaan. Älykkäässä erikoistumisessa on pitkälti kysymys alueellisesta innovaatiopolitiikasta ja alueen toimijoiden kyvystä tehdä yhteistyötä. Tarkastelun kohteena voivat olla erilaiset aluehallinnon yksiköt tai koko kansantalous. Suomessa älykästä erikoistumista on mielekästä tarkastella lähinnä maakunnittain maakuntasuunnitelmien yhteydessä. Tilastot mahdollistavat myöskin seutukunnittaisen tarkastelun. Älykäs erikoistuminen on myös yksittäisten kaupunkien ja kuntien intressissä, mutta Tilastokeskuksen tarjoamien tilastojen hyödyntäminen on silloin rajoitetumpaa. Älykkään erikoistumisen idean mukaan jokaisen alueen tulisi itse tunnistaa ja valita omat vahvuusalueensa, joihin tulevaisuuden panostukset ja investoinnit kohdennetaan. Tämän raportin tavoitteena on avata älykkään erikoistumisen käsitteen taustaa ja merkitystä sekä kansainvälisesti että kansallisesti. Raportissa painotetaan satakuntalaista näkökulmaa. Tarkoituksena on, että se palvelisi maakunnan älykkään erikoistumisen strategiatyöskentelyä sekä toteutuneen ja potentiaalisen aluekehityksen monitorointia

Älykkäästi erikoistuva Satakunta : Kestävää aluekehitystä ja hyvinvointia rakentamassa

Tämän raportin tarkoituksena on selvittää, mitä Euroopan unionin innovaatiopolitiikkaan vahvasti liittyvä älykkään erikoistumisen käsite ja sen implementointi aluekehitystyön tueksi merkitsee Satakunnalle. Älykkäässä erikoistumisessa on kyse ennen kaikkea kyvystä tuottaa positiivista aluekehitystä tukevia paikallisia innovaatioita yhteistyössä alueen eri intressiryhmien kesken. Suomessa älykkään erikoistumisen strateginen toimeenpano kuuluu maakunnille. Käsitteen mukaan alueen tulisi tunnistaa ja valita omat vahvuusalueensa, joihin tulevaisuuden panostukset ja investoinnit kohdennetaan. Raportin tavoitteena on avata älykkään erikoistumisen käsitteen taustaa ja merkitystä erityisesti Satakunnan aluekehityksen kannalta. Euroopan unionin älykkään erikoistumisen strategiaa pyritään toteuttamaan koko unionin alueella, mutta strategian laatimisen, toteutusten sekä älykkääseen erikoistumiseen olennaisena osana kuuluvien monitorointiratkaisujen realisaatiot vaihtelevat suuresti. Jotkut alueet ovat vielä lähtötelineissä toisten edetessä jo suhteellisen pitkälle. Raportissa päädytään havaintoon, että Satakunta näyttäisi olevan hyvin mukana eurooppalaisen aluekehitystyön eturintamassa. </p