UEF väitös 17.6.: Luun ja ruston muutoksia voidaan havaita älykkäillä tietokonemenetelmillä

Väitös sovelletun fysiikan alalta

FM Yevgeniya Kobrina

Aika ja paikka: 17.6.2014 klo 12.00, Canthia L3, Kuopion kampus

Luu- ja rustokudoksen koostumus ja rakenne määräävät kudosten ominaisuudet. Biokemiallisia menetelmiä käytetään yleisesti kudoksen koostumuksen analysointiin, mutta niiden avulla ei saada tietoa kudoksen paikallisista muutoksista. Myöskään magneettikuvaus tai ultraäänikuvantaminen eivät tuota riittävää paikkatarkkuutta, joten tarvitaan tarkempia ja nopeampia kuvantamismenetelmiä. Filosofian maisteri Yevgeniya Kobrina tutki väitöskirjassaan tietokonepohjaisten, käyttäjästä riippumattomien mikroskooppimenetelmien soveltuvuutta nivelruston ja luun koostumuksen arviointiin. Menetelmät tuottivat tarkkaa tietoa luu- ja rustokudoksen muutoksista ilman asiantuntijan apua, joten ne tehostavat kudosten mikroskooppidiagnostiikkaa.

Työssä käytettiin valomikroskopiaa, infrapunaspektroskopiaa ja tietokonepohjaista ryhmittelyanalyysia (ns. klusterianalyysi). Ryhmittelyanalyysin avulla voidaan automaattisesti tunnistaa luu- ja rustokudoksen koostumuksen muutoksia. Menetelmät erottelivat eri-ikäisen luun sekä terveen ja kirurgisesti korjatun ruston kudosten pienten koostumuserojen perusteella. Nivelruston normaali kerroksittainen rakenne voitiin tunnistaa automaattisesti. Eri ryhmittelymenetelmiä vertailtiin ja kaikkein parhaiten luu- ja rustokudoksen tutkimukseen soveltuvia menetelmiä hyödynnettiin. Tulokset osoittivat, että ryhmittelyanalyysi on käyttökelpoinen diagnostiikkamenetelmä ja kudosnäytteistä tehdyt analyysit voivat havaita mahdollisia luu- ja rustokudoksen patologisia muutoksia automaattisesti.

Infrapunaspektroskopiassa mitataan mikroskooppisella tarkkuudella kudoksen molekyylikoostumusta määrittämällä siihen absorboituvan infrapunavalon määrää eri aallonpituuksilla. Kun kudosmuutoksia tapahtuu, läpimenneen infrapunavalon spektri muuttuu. Tämä muutos voidaan määrittää käyttäen ryhmittelymenetelmää. Menetelmä luokittelee spektrimuutokset ja tunnistaa kudosalueet, joilla on samanlaiset luokat. Alueet edustavat koostumukseltaan samanlaista kudosta.

Automaattinen analyysi erottelee tarkasti kudosmuutoksia

Tutkimus osoitti, että ryhmittelyanalyysin avulla voitiin herkästi havaita sekä luu- että rustokudoksen koostumuksen muutoksia. Se pystyi erottelemaan normaalin rustokudoksen kerroksittaisen rakenteen ilman mitään etukäteistietoa kudoksesta. Kun ryhmittelyanalyysiä verrattiin kokeneen asiantuntijan tekemään tunnistukseen, automaattisen analyysin yhtenevyys oli 91 prosenttia (ns. fuzzy clustering). Tekniikka toimi erityisen hyvin luu- ja rustokudoksessa, joissa koostumuksen paikalliset muutokset eivät ole äkillisiä. Jatkotutkimusten avulla pyritään selvittämään, kuinka havaitut infrapunaspektrin muutokset kytkeytyvät kudoksessa tapahtuviin biologisiin ilmiöihin.

Filosofian maisteri Yevgeniya Kobrinan väitöskirja Infrared Microspectroscopic Cluster Analysis of Bone and Cartilage tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on professori Ela Claridge Birminghamin yliopistosta ja kustoksena apulaisprofessori Hanna Isaksson Lundin yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.

Väittelijän painokelpoinen kuva löytyy osoitteesta: http://www.uef.fi/vaitoskuvat

Lisätietoja:

Yevgeniya Kobrina , yevgeniya.kobrina (at) uef.fi

Yrityksestä

Itä-Suomen yliopisto on yksi Suomen suurimmista tiedeyliopistoista. Yliopiston toiminnassa korostuu monitieteisyys. Opetusta on yli sadassa pääaineessa. Tasokkaan opetuksen lisäksi yliopisto tarjoaa opiskelijoilleen nykyaikaisen opiskeluympäristön, jota kehitetään jatkuvasti. Yliopistolla on kampukset Joensuussa, Kuopiossa ja Savonlinnassa. Tiedekuntia on neljä: filosofinen tiedekunta, luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, terveystieteiden tiedekunta sekä yhteiskuntatieteiden ja kauppatieteiden tiedekunta. Yliopistossa on noin 15 000 opiskelijaa ja se työllistää lähes 2 800 henkilöä.

Yhteyshenkilöt

  • Itä-Suomen yliopisto
    Joensuu / Kuopio / Savonlinna
    http://www.uef.fi
  • Joensuun kampus
    Yliopistokatu 2, PL 111, 80101 Joensuu
  • Kuopion kampus
    Yliopistonranta 1, PL 1627, 70211 Kuopio
  • Savonlinnan kampus
    Kuninkaankartanonkatu 5-7, PL 86, 57101 Savonlinna

Tilaa