Spektrikuvantaminen voi tulevaisuudessa olla vaihtoehto röntgen- ja valokuvaukselle suu- ja hammassairauksien diagnostiikassa, selviää filosofian maisteri Joni Hyttisen väitöstutkimuksessa.

”Hammaslääketieteellinen diagnostiikka on hyvin pitkälti ammatilliseen kokemukseen ja invasiivisiin menetelmiin pohjautuvaa. Röntgenkuvaus altistaa potilaan ja mahdollisesti henkilökuntaa ionisoivalle säteilylle. Spektrikuvauksessa käytetään näkyvän valon ja lähi-infrapunan aluetta, joka ei altista ionisoivalle säteilylle. Tutkimukseni tulokset ovat askel kohti kontaktivapaita ja turvallisia diagnosointimenetelmiä”, Hyttinen sanoo tiedotteessa.

Spektrikuvantaminen tallentaa enemmän tietoa kuin perinteinen valokuvaus ja on siksi itsessään houkutteleva menetelmä vaihtoehtoiseksi kuvausmodaliteetiksi röntgen- ja valokuvauksen rinnalle. Väitöstutkimus hyödyntää menetelmän tuottamaa lisätietoa optimoitujen yksinkertaisempien kuvausjärjestelmien suunnitteluun. Tutkimuksessa yhdistettiin tietojenkäsittelytieteen laskennallisia menetelmiä ja fotoniikan kuvantamismenetelmiä.

Osana väitöstutkimusta kerättiin laaja spektrikuvatietokanta, joka sisältää yli 300 suu- ja hammasspektrikuvaa. Tietokanta on julkaistu verkossa ja on vapaasti käytettävissä ei-kaupallisiin tarkoituksiin (CC BY-NC-SA).

Spektrikuvatietokannan pohjalta kehitettiin optisia valonlähteitä, jotka parantavat suu- ja hammassairauksien aiheuttamien muutoksien ja muiden piirteiden kontrastia ympäröivään kudokseen nähden. Näiden tulosten pohjalta toteutettiin optinen kuvausjärjestelmä, joka hyödyntää pääkomponenttianalyysista johdettuja näennäisesti osittain negatiivisia valonlähteitä.

Näitä valonlähteitä ja kuvausjärjestelmää voidaan hyödyntää suu- ja hammaskuvaukseen tarkoitetuissa hammaslääketieteellisissä diagnostisissa laitteistoissa. Uutta suu- ja hammasspektrikuvatietokantaa voidaan käyttää osana muita tutkimuksia erityisesti kone- ja syväoppimismenetelmien kanssa.

”Suurta spektrikuvatietokantaa voidaan käyttää myös lääketieteeseen liittymättömillä tavoilla, esimerkiksi spektrikuvien parannusalgoritmien suunnittelussa tai spektridatan rekonstruktiossa”, Hyttinen toteaa.

Optisesti toteutettavia valonlähteitä tai -suotimia kehitettiin optimoinnilla siten, että suu- tai hammassairauden aiheuttaman muutoksen kontrasti sitä ympäröivän kudoksen suhteen paranisi. Tämän saavuttamiseksi optimointia tehtiin hiukkasparvioptimoinnilla ja pääkomponenttianalyysillä.

Väitöstutkimus on tehty osana Business Finland ja Euroopan aluekehitysrahaston rahoittamaa DIGIDENT-hanketta (2017–2019) Fotoniikan instituutissa laskennallisen spektrikuvantamisen tutkimusryhmässä. Tutkimuksessa käytetty aineisto eli spektrikuvatietokanta kerättiin Itä-Suomen yliopiston Joensuun kampuksella Fotoniikan instituutin värilaboratorion tiloissa ja Kuopion kampuksella hammaslääketieteen yksikön opetusklinikan tiloissa. Spektrikuva-analyysia varten kukin kuva annotoitiin yhteistyössä hammaslääketieteen asiantuntijoiden kanssa.

Joni Hyttisen tietojenkäsittelytieteen alaan kuuluva väitöstutkimus Oral and Dental Spectral Imaging for Computational and Optical Visualization Enhancement (Suu- ja hammasspektrikuvantaminen laskennallisen ja optisen visualisoinnin parannukseksi) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 26.11.2021 klo 10 verkossa.

Lue seuraavaksi: