Trepo - Institutional Repository of Tampere University
Not a member yet
93710 research outputs found
Sort by
Light-Tuned Actuators for the Passive Flight Modes
Full text linkThe emergence of intelligent, stimuli-responsive materials has transformed small-scale robotics, enabling systems that can walk, swim, and roll with increasing autonomy without relying on conventional cables or electronics. Extending these capabilities into the aerial domain presents a greater challenge, demanding new approaches to materials, structural design, and aerodynamics. Powered flight—whether via flapping wings or propellers—remains the benchmark for aerial mobility, but it requires a lift-to-weight ratio above unity, alongside high energy density and thrust generation. Despite progress in actuation technologies, no wirelessly powered centimetre-scale robot based on stimuli-responsive actuators has yet achieved continuous flight.
An alternative strategy takes inspiration from passive dispersal in nature. Seeds such as dandelion diaspores, maple samaras, and Javan cucumber seeds employ highly optimized structures to exploit wind currents and pressure differentials, sustaining long airborne times with minimal energy cost. Engineering synthetic analogues of these strategies offers a promising path for robotic flight, especially where energy conservation is essential. Unlike natural dispersers, however, stimuli-responsive materials enable active tuning of geometry during flight, offering a degree of control and adaptation never realized in biology. Yet, such responsiveness introduces potential instability, highlighting the challenge of balancing aerodynamic stability with maneuverability.
This thesis explores bio-inspired aerial locomotion through light-responsive materials, demonstrating a new class of robotic flyers capable of light-tuned gliding and mid-air shape adaptation. By coupling photomechanical actuation with aerodynamic design, we present several passive flyers that achieve controlled ascent and descent, directional steering in three dimensions, and prolonged airborne stability. Systematic refinement of materials, geometry, and aerodynamics yields flight behaviors that rival, and in some cases surpass, those of natural passive systems. These findings highlight how responsive materials can redefine aerial robotics, advancing lightweight, efficient, and controllable platforms for sustainable airborne exploration
Fretting-Induced Degradation of Quenched and Tempered Steel under Flat-on-Flat Contact : An Experimental and Microstructural Study of Friction, Wear, and Cracking
No full textFretting refers to tangentially cyclic micro-movement between the preloaded contact surfaces, usually found in mechanical joints and machine components, such as those in heavy-duty internal combustion engines. It can cause two distinct types of damage: fretting fatigue, characterized by surface crack nucleation, subsequent growth, and potentially complete fracture if the cracks propagate sufficiently under cyclic loading, and fretting wear, resulting from the combined effects of various wear mechanisms. Because fretting often occurs at hidden or tightly fitted interfaces, such as shaft–hub connections or bolted assemblies, it can progress unnoticed during operation, finally leading to premature component failure.
Despite its prevalent impact, predicting and mitigating fretting damage remains a key challenge because of the complex interplay of mechanical and chemical processes at contact surfaces, posing major obstacles to the reliable design of components under high loading conditions. Motivated by the need for deeper understanding, this study investigates fretting-induced degradation of quenched and tempered steel under self-mated flat-on-flat contact, with emphasis on friction, wear, and cracking.
A series of fretting experiments were carried out using a uniquely designed in-house testing device with a large annular flat-on-flat contact, compared with small lab-scale Hertzian contacts. The effect of surface conditions was first analyzed using a unique rough-textured surface and varying contact orientations, which have not been studied in existing research. The results revealed a delay and reduction in the initial adhesive friction peaks under the gross sliding regime, along with modified wear and cracking behavior relative to the ground surface. Building on the limited existing experiments involving flat-on-flat configurations under oil lubrication, the role of lubrication was studied in the second phase. Oil-lubricated contacts exhibited a delayed and reduced friction peak, as well as lower steady-state friction relative to dry contacts under gross sliding. These effects were accompanied by distinct changes in surface damage, such as the formation of carbonaceous tribolayers from oil decomposition. Moreover, the effect of imposed displacement amplitude on fretting behavior was systematically characterized in both test series to identify the threshold values of tangential loading that ensure so-called stable friction behavior, which is defined by the absence of an initial adhesive friction peak and notable instability in the friction curves. Increasing the imposed displacement amplitude led to substantial crack growth, with transitions in wear and damage mechanisms discerned between the partial slip and gross sliding regimes.
The results elucidate how surface texture, lubrication, and applied tangential loading govern the progression of fretting damage. The findings have practical implications for the design of fretting-resistant components, recommending strategies for surface engineering, lubricant selection, and operational parameter optimization. The work also provides a foundation for future efforts to develop predictive models of fretting behavior under service-relevant conditions
Stroke after Acute Coronary Syndrome
No full textAivoverenkiertohäiriö (AVH) on tunnettu akuutin sepelvaltimotautikohtauksen jälkeinen komplikaatio, johon liittyy merkittävä neurologisen vammautumisen, heikentyneen elämänlaadun ja kuolleisuuden riski. AVH:n määritelmä sisältää aivoinfarktin, aivoverenvuodon ja ohimenevän aivoverenkiertohäiriön. Varsinkin aivoinfarktin ilmaantuvuus on arvioitu erityisen korkeaksi pian sepelvaltimotautikohtauksen jälkeen ja sen ajatellaan säilyvän koholla pitkäkestoisesti, jopa vuosia. Tällä hetkellä ei ole tarkkaa tietoa sepelvaltimotautikohtauksen (sisältäen sydäninfarktin ja epästabiilin angina pectoriksen) jälkeisestä AVH-riskistä tai muista siihen liittyvistä oleellisista riskitekijöistä sepelvaltimotautikohtauksen sairastaneilla potilailla.
Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli täsmentää sepelvaltimotautikohtauksen jälkeisen AVH:n (aivoinfarktin ja -verenvuodon) ilmaantuvuus ja kuolleisuus eri aikaväleillä (I), tunnistaa erilaisia ennustetekijöitä (II) ja määrittää 12-kytkentäisestä elektrokardiogrammista (EKG:sta) muuttujia, jotka lisäävät aivoinfarktiriskiä tällä potilasjoukolla (III).
Tämä väitöskirja perustuu MADDEC (Mass Data in DEtection and prevention of serious adverse events in Cardiac patient) -rekisteriin, joka sisältää kaikki Tampereen yliopistollisessa Sydänsairaalassa vuosina 2007-2018 angiografian avulla diagnosoidut sepelvaltimotautikohtauspotilaat. Potilasasiakirjat tutkittiin kattavasti vuoden 2020 loppuun saakka kaikkien todellisten AVH-tapausten (aivoinfarkti ja - verenvuoto) sekä oleellisten ennustetekijöiden löytämiseksi (I-III). Lisäksi hoitojakson aikana otetut EKG:t analysoitiin automatisoidulla Marquette™ 12SL™ ECG (versio 24) -analyysiohjelmalla erilaisten EKG-muuttujien (725) analysoimista varten (III).
Ensimmäisessä osajulkaisussa AVH:n (aivoinfarkti ja -verenvuoto) kumulatiivinen ilmaantuvuus kasvoi selvästi ensimmäisen kuukauden aikana, jonka jälkeen se tasaantui. Kuolleisuus oli myös suurta. Aivoinfarktien osuus oli merkittävä, eikä sepelvaltimotautikohtauksen alaluokilla (sydäninfarkti tai epästabiili angina pectoris) ollut eroa AVH-riskin kannalta sairaalahoidon jälkeen.
Toisessa osajulkaisussa sepelvaltimotautikohtauksen jälkeisen aivoinfarktin merkittäviä riskitekijöitä olivat aiemmin sairastettu AVH, eteisvärinä ja sydämen vajaatoiminta Killip-luokituksen mukaisesti. CHA₂DS₂-VASc-pisteytys oli merkittävä riskitekijä eteisvärinästä ja -lepatuksesta riippumatta. Vasemman kammion matala pumppausteho sekä sepelvaltimotaudin vaikeusaste osoittautuivat riskitekijöiksi varhaisessa aivoinfarktissa (0-30 vrk), siinä missä myöhäiseen aivoinfarktiin (31 vrk-14 v.) liittyivät korkea ikä sekä alaraajojen tukkiva valtimotauti.
Kolmannessa osatyössä erilaisia sepelvaltimotautikohtauksen jälkeiseen aivoinfarktiin liittyviä EKG-muuttujia olivat kammioperäiset tai aberroivat lisälyönnit eteisvärinän tai -lepatuksen aikana, Sokolow-Lyon -kriteerien mukaisesti arvioitu vasemman kammion liikakasvu, S-aallon amplitudi V4-kytkennässä ja P-aallon negatiivisen osan huippuaika V2-kytkennässä. Sen sijaan sivuseinästä katsottuna T-aallon amplitudi V6-kytkennässä ja T-aallon kesto aVL-kytkennässä liittyivät vähäisempään riskiin.
Yhteenvetona nämä tulokset vahvistavat käsitystä siitä, että AVH (aivoinfarkti ja - verenvuoto) on merkittävä sekä kohtalokas komplikaatio akuutin sepelvaltimotautikohtauksen jälkeen. Lisäksi löysimme lukuisia käytännön potilastyön kannalta oleellisia ennustetekijöitä. Eritoten korkeat CHA₂DS₂-VASc-pisteet eteisvärinästä tai -lepatuksesta riippumatta, sydämen vajaatoiminta sekä EKG:ssa nähtävät viitteet vasemman kammion liikakasvusta/vajaatoiminnasta tai vasemman eteisen toimintahäiriöstä olivat merkittäviä riskitekijöitä.Ischaemic stroke (IS) and intracranial haemorrhage (ICH) are known complications after myocardial infarction (MI) associated with risk of neurological disability, impaired quality of life and increased mortality. The incidence of IS is in particular significant shortly after MI, and is considered to remain increased long after, even for years. There is currently no precise or updated data on the long-term incidence and related mortality of IS and ICH after acute coronary syndrome (ACS, MI and unstable angina pectoris (UAP)).
The aim of this dissertation was to establish the precise incidence and mortality of stroke (IS and ICH) following ACS in different timeframes (I), to identify possible predictive factors for IS in the acute phase and later on after ACS (II) and to define different 12-lead electrocardiogram (ECG) markers related to increased IS risk in the ACS patient population (III).
This dissertation consisting of three scientific articles is based on the MADDEC (Mass Data in DEtection and prevention of serious adverse events in Cardiac patient) registry comprising all ACS patients diagnosed by angiography in Tampere Heart Hospital in 2007-2018. An in-depth review was conducted to ascertain all incident strokes (IS and ICH) until the end of 2020 (I-III) and related predictive factors (II). A vast number (725) of ECG markers was produced by automated Marquette™ 12SL™ ECG Analysis Program version 24 (III).
In Study I, the cumulative incidence of stroke (IS and ICH) increased rapidly during the first month after ACS with increased mortality, then plateaued to a steady level. The proportion of IS was substantial compared to ICH early on after ACS, and there was no difference in stroke (IS and ICH) risk between UAP and MI after the first week.
In Study II, the main risk factors for IS after ACS were a history of stroke (IS and ICH), atrial fibrillation (AF) and heart failure (HF) status depicted by the Killip classification. The CHA₂DS₂-VASc Score was associated with IS risk irrespective of the AF/atrial flutter (AFL) status. Additional significant risk factors for early-onset (0-30 days after ACS) IS were low left ventricular (LV) ejection fraction (LVEF) and coronary artery disease (CAD) severity, whereas age and peripheral artery disease (PAD) were risk factors for late-onset (31 days to 14 years after ACS) IS.
In Study III, the most notable ECG markers relating to IS risk after ACS were premature ventricular complexes (PVCs) or aberrantly conducted complexes in ECG presenting with AF or AFL, LV hypertrophy (LVH) in Sokolow-Lyon criteria, S wave amplitude in lead V4 and negative P wave peak time in lead V2. Lateral T wave amplitude in lead V6 and T wave duration in lead aVL were associated with reduced IS risk.
To conclude, the findings establish stroke (IS and ICH) after ACS as a serious event, especially during the first month, with notable mortality. Multiple clinically relevant predictive factors are also highlighted, including increased CHA₂DS₂-VASc Score irrespective of AF/AFL status, HF and ECG markers relating to LVH and LV dysfunction as well as atriopathy
Projektioppimisen hyödyntäminen yläkoulun matematiikan opetuksen kontekstissa
Full text linkProjektioppiminen ja ilmiöoppiminen ovat olleet pinnalla suomalaisessa perusopetuksessa erityisesti nykyisen vuonna 2014 julkaistun perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden aikana. Opetussuunnitelman perusteet vaativat sisällyttämään vähintään yhden monialaisen oppimiskokonaisuuden jokaiseen lukuvuoteen. Projektioppimisella tarkoitetaan opetusmenetelmää, jossa keskiössä on jokin projekti. Projektit pohjautuvat usein oppilaiden arkeen tai tulevaan työelämään, minkä vuoksi niihin voidaan luontevasti sitoa opintokäynti.
Tämä väitöskirja keskittyy tarkastelemaan matematiikan opetukseen sidottua projektioppimista: asetettuja tavoitteita, matemaattisia sisältöjä sekä toteutusta. Mixed methods -menetelmällä toteutettu tutkimus yhdistelee neljän kyselytutkimuksen ja neljän tapaustutkimuksen kautta vuosina 2016–2018 suomalaisesta perusopetuksesta kerättyjä aineistoja.
Tutkimustulosten mukaan projektioppimisen tavoitteet matematiikan opetuksen kontekstissa liittyvät matematiikan oppimiseen, työelämätaitojen kehitykseen, monialaisuuteen sekä opettajajohtoisesta opetuksesta poikkeavaan opetusmenetelmään. Osaamistavoitteita matematiikan oppimisen näkökulmasta voi asettaa mihin tahansa kolmesta akateemisen lukutaidon elementistä, jotka ovat matemaattinen osaaminen, matemaattiset käytänteet ja matemaattinen diskurssi. Samoin projektien matemaattinen sisältö on liitettävissä mihin tahansa opetussuunnitelman perusteiden sisältöalueeseen. Periaatteessa jokainen sisältöalue on yhdistettävissä opintokäyntiin teknologia- alan yrityksessä.
Opettajat liittävät projektioppimisen toteutukseen seuraavia piirteitä: motivaatio ja innostus, matematiikan oppiminen, ryhmätyöskentely, haasteet organisoinnissa ja aikataulutuksessa, vastuunotto sekä teorian ja käytännön yhteys. Toisaalta opettajat kaipaavat tukea projektioppimisen toteutukseen ja koulun johdon tarjoamat resurssit sekä yhteistyö kollegoiden kanssa ovat keskeisiä onnistumisen kannalta. Lisäksi opettajille on tärkeää saada valmiita projekti-ideoita.
Opintokäyntien suunnittelussa on tärkeää tehdä tiivistä yhteistyötä yrityksen edustajan kanssa. Ennen opintokäyntiä on hyvä varmistaa, että oppilailla on aktiivinen rooli tapahtumassa, vierailun sisältö liittyy koulussa käsiteltäviin aiheisiin ja tehtävien vaikeustaso on sopiva. Näin opintokäynnistä saadaan mahdollisimman mielekäs kokemus.Project-based learning and phenomenon-based learning have been prominent in Finnish basic education, especially during the implementation of the current national core curriculum published in 2014. The curriculum requires the inclusion of at least one multidisciplinary learning module in each school year. Project-based learning refers to a teaching method centered around a specific project. These projects are often grounded in students’ everyday lives or future working lives, which makes it natural to incorporate study visits into them.
The dissertation focuses on project-based learning tied to mathematics education: the set objectives, mathematical content, and implementation. The study is conducted using a mixed methods approach, combining data from four surveys and four case studies collected from Finnish basic education between 2016 and 2018.
According to the research findings, the goals of project-based learning in the context of mathematics education relate to learning mathematics, developing 21st century skills, interdisciplinarity, and using a teaching method that differs from teacher-led instruction. Learning objectives from the perspective of mathematics can be set in any of the three elements of academic literacy: mathematical competence, mathematical practices, and mathematical discourse. Similarly, the mathematical content of the projects can be linked to any content area of the national core curriculum. In principle, each content area can be connected to a study visit to a technology company.
Teachers associate the following features with the implementation of project-based learning: motivation and enthusiasm, learning mathematics, group work, challenges in organization and scheduling, taking responsibility, and the connection between theory and practice. Teachers need support in implementing project-based learning. Resources provided by the school administration and collaboration with colleagues are essential for success. In addition, having readily available project ideas is important.
When planning study visits, it is crucial to collaborate closely with the company representative. Before the visit, it is important to ensure that students have an active role in the event, that the content of the visit is connected to topics covered at school, and that the difficulty level of the tasks is appropriate. This ensures that the visit becomes a meaningful learning experience
Bioimpedance-Based Real-Time Tissue-Sensing for Needle Guidance
Full text linkLääkärit joutuvat tekemään haastavia pistoja ja ottamaan kudosnäytteitä usein näkemättä suoraan kohdetta. Epätarkkuus neulan kärjen sijainnissa injektion tai näytteenoton yhteydessä voi lisätä komplikaatioriskiä, viivästyttää diagnoosia ja hoitoa, lisätä piston kestoa, aiheuttaa ylimääräistä kipua sekä kudosvaurioita.
Bioimpedanssi voisi tarjota käytännöllisen neulaohjausmenetelmän haastaviin pistoihin. Bioimpedanssi mittaa kudosten sähköisiä ominaisuuksia, on turvallinen, kustannustehokas menetelmä, joka voidaan toteuttaa monenlaisiin instrumentteihin. Ennen tätä väitöskirjatutkimusta, tutkimus on kuitenkin pääasiassa keskittynyt kehittämään mittausteknologiaa laboratorio-olosuhteissa. Reaaliaikaista bioimpedanssipohjaista neulaohjaus- ja kudostunnistuslaitteistoa ei ole tutkittu riittävästi elävällä kudoksella sovelluskohtaisesti optimoiden todellisessa kliinisessä käytössä.
Tämän työn tavoitteena on kehittää ja arvioida reaaliaikaista bioimpedanssipohjaista neulaohjaus- ja kudostunnistuslaitteistoa haastaviin pistoihin. Työssä tarkastellaan laitteiston toimivuutta ensin nestetunnistukseen, sitten pehmytkudos- ja lopuksi kasvainkudostunnistukseen. Työssä keskitytään teknologian toimivuuden tarkasteluun todellisessa kliinisessä käytössä, mihin kuuluu myös kudoksen mikrorakenteiden vaikutus sekä sovelluskohtainen vaihteleva potilasaineisto. Esimerkkisovellukset, joissa laitteiston soveltuvuutta ja toimivuutta tutkitaan käytännön kliinisessä työssä ovat nivelpistot, selkäydinpuudutuksen lannepistot sekä maksabiopsiat.
Bioimpedanssipohjainen kudostunnistuslaitteisto koostuu mittauselektrodista, im-pedanssianalysaattorista sekä kudosluokitusalgoritmista. Kehitetyn laitteiston mittauselektrodina toimii tyypillinen neula ja sen sisälle laitettu, kärkeä lukuun ottamatta eristetty metallilanka. Mittaus tapahtuu neulaputken ja sisälangan väliltä bipolaarisesti. Useampaa injektioneulakokoa sekä yhtä biopsianeulakokoa testattiin. Reaaliaikainen mittaus on toteutettu käyttäen monitaajuusbinääriherätesignaalia, jonka teho on suunniteltu keskittymään 15 eri taajuudelle väliltä 1–349 kHz. Luokittelija-algoritmi on tilastollinen, Bayesian luokittelijaan perustuva. Algoritmi muuttaa impedanssianalysaattorin impedanssispektrin informaation 15 taajuudelta ensin ominaispiirteiksi ja sitten ominaispiirteiden perusteella tekee kudosluokituksen. Käytetyt ominaispiirteet, sisällytetyt kudosluokat, kohdekudos ja algoritmin parametrit valitaan, optimoidaan ja opetetaan sovelluskohtaisesti.
Menetelminä käytin elementtimenetelmä tietokonesimulaatioita, yhden sian in vivo eläinkoetta sekä kolmea in vivo kliinistä koetta. Reaaliaikaista nesteen tunnistusta tutkittiin 80 nivelen nivelpistoissa (51 potilasta) sekä 45 potilaan selkäydinpuudutuksissa ja kasvainten erottuvuutta 26 potilaan maksabiopsiatutkimuksessa.
Kliiniset in vivo tutkimukset nivelpistoissa ja selkäydinpuudutuksissa osoittivat, että laitteisto soveltuu hyvin reaaliaikaiseen nestetunnistukseen myös kliinisessä ympäristössä todellisilla potilailla. Nivelnesteen tunnistuksen luotettavuus oli 85 % kokeessa, jossa tehtiin 80 nivelpistoa eri niveliin, ja selkäydinnesteelle 91 % selkäydin-puudutuksissa 45 potilaalle. Eläinkoe osoitti, että laitteisto pystyy luokittelemaan luotettavasti myös pehmytkudoksia, joiden johtavuuserot itsessään voivat olla pieniä. Kokonaisluotettavuus tunnistaa pehmytkudos oli 94 % yhdestä elävästä siasta kerätyllä aineistolla luokitellessa maksaa, pernaa, lihasta, rasvaa ja verta. Impedanssisignaali vaihteli suuresti elävästä kudoksesta mitattaessa ja jo pienikin neulan siirtymä hieman eri kohtaan kudoksessa vaikutti mittausarvoon. Simulaatiot osoittivat, että jo 0,2 mm paksuiset kudosrakenteet vaikuttavat merkittävästi signaaliin aiheuttaen siihen vaihtelua. Toisaalta simulaatiot näyttivät myös miten paikallisesti tarkka toteutetun mittauselektrodin herkkyysjakauma on. Herkkyysjakauma keskittyi voimakkaasti neulan kärjelle, eikä kudosrakenteet neulan sivulla vaikuttaneet mittaus-signaaliin. Kohteet, jotka olivat kooltaan 2 x 2 x 2 mm3 tai suurempia mittautuivat oikein. Kliininen in vivo tutkimus 26 potilaan maksabiopsiasta osoitti, että kasvainkudoksen impedanssispektri on erilainen verrattuna ympäröivään kasvaimettomaan kudokseen. Ero oli merkittävä impedanssimagnitudissa alle 25 kHz taajuuksilla ja vaihekulmassa alle 3 kHz sekä yli 30 kHz taajuuksilla. Luotettavan kasvaintunnistusalgoritmin kehitys vaatii kuitenkin lisää tutkimusta ja laajempaa mittausaineistoa.
Tässä työssä tutkittu reaaliaikainen bioimpedanssipohjainen kudostunnistusmenetelmä osoittautui hyvin tarkaksi paikallisesti sekä toimivaksi kliinisessä ympäristössä todellisilla potilailla. Koska laitteisto pystyy reaaliaikaisesti tunnistamaan, missä kudoksessa neulan kärki sijaitsee, menetelmällä on potentiaalia haastavien pistojen helpottamisessa. Tulevaisuudessa se voisi jopa muuttaa käytänteitä tehdä haastavia pistoja.Physicians need to perform demanding injections and biopsies without visual control, even though achieving the right location is essential for proper treatment and diagnosis. Uncertainty in needle tip location during injection or sampling may increase complication risks, cause delays in diagnosis and treatment, increase puncture duration, unnecessary pain and tissue damage.
Bioimpedance may provide a feasible answer to the need of simple needle guidance. It measures tissue electrical properties and is safe, non-invasive and possible to implement in various of instruments. Prior to this thesis, the research has been focused on developing the measurement technology mainly in the laboratory environment. Robust real-time bioimpedance-based tissue-sensing measurement device and classification algorithms for needle guidance have not been satisfyingly studied and optimized application specifically in clinical practice in vivo.
The aim of this thesis was to develop and evaluate real-time bioimpedance-based needle guidance and tissue detection device for demanding clinical punctures. In this work the performance and feasibility of the method is studied and evaluated first in detecting body fluids, then in detecting soft tissues and finally in detecting tumorous tissue from surrounding non-tumorous tissue. Thesis work focuses on evaluating the method in real clinical use, which includes tissue microstructures and patient variation. The example applications studied are intra-articular injections, lumbar punctures for spinal anesthesia and liver biopsies.
Bioimpedance based tissue detecting device consists of sensor electrodes, impedance analyzer and classification algorithm. The measurement electrode utilized in this thesis is conventional looking needle which includes insulated metal wire. The measurement is performed between the needle cannula and the tip of the inner metal wire. Multiple injection needle sizes and one biopsy needle size are implemented. Real-time measurement is implemented using binary multifrequency excitation signal which has most of its power within 15 frequencies between 1 kHz and 349 kHz.
The classification algorithm utilized in this thesis is statistical, based on Bayesian clas-sifier. First the information within impedance spectra is transformed into features and then classified into tissue type. The features, classifier parameters, included tissue classes and the target tissue is selected and optimized application specifically.
The methods included finite element method simulations, in vivo animal study of one pig and three clinical in vivo studies. Real-time fluid detection was studied in intra-articular injections to 80 joints (51 patients) and in spinal anesthesia lumbar punctures to 45 patients. Tumor detection was studied in liver biopsy study with 26 patients.
Clinical in vivo studies in intra-articular injections and spinal anesthesia lumbar punctures showed that the method is very feasible for real-time fluid detection also in clinical environment with real patients. The accuracy to detect synovial fluid was 85% in 80 injections to different joint types, and accuracy to detect cerebrospinal fluid was 91% in 45 patients. Animal study of one pig showed that the device is capable to accurately classify also soft tissues which can have very small conductivity differences. Total accuracy to detect soft tissues was 94% to classify liver, spleen, muscle, fat and blood. Impedance signal varies a lot when measuring living tissue. Already small movement of the needle to another location changed the impedance signal significantly. Finite element method computer simulations showed that already 0.2 mm thin heterogeneities change the impedance values significantly. On the other hand, the simulations also showed that the measurement is spatially precise. Heterogeneities next to the needle tip do not affect the measurement. The sensitivity distribution is focused on the needle facet and targets with size 2 x 2 x 2 mm3 and larger are correctly measurable. Clinical in vivo liver biopsy study with 26 patients showed that tumor impedance spectrum is different from impedance spectrum from non-tumorous tissue. Difference was significant in impedance magnitude at frequencies below 25 kHz and in phase angle below 3 kHz and above 30 kHz. Developing accurate real-time tumor tissue detection requires more studies and larger data sets.
The studied real-time bioimpedance-based tissue detection method was proven to be spatially precise and feasible in clinical environment with real patients. Since the device is capable to detect tissue at the needle tip in real-time adequately accurately, it has potential to help performing demanding punctures. In the future the method may change the state-of-the-art in performing demanding punctures
Työeläkeuudistuksista käyty keskustelu eduskunnassa : Näkemykset työeläkejärjestelmän sosiaalisesta ja taloudellisesta kestävyydestä sekä sosiaalisista riskeistä ja niiden vakuuttamisesta vuosina 1990–2022
No full textLakisääteisellä työeläkejärjestelmällä on keskeinen merkitys yhteiskunnassa työntekijöiden, työnantajien, yrittäjien, eläkkeensaajien ja julkisen talouden näkökulmasta. 1990-luvulta alkaen väestön ikääntyminen, matala syntyvyys ja julkisen talouden ongelmat ovat aiheuttaneet paineita eläkejärjestelmän uudistamiseksi. Kestävyysajattelu on noussut laajasti yhteiskunnalliseen keskusteluun ja siten myös työeläkejärjestelmässä ollaan kiinnostuneita kestävyydestä ja sen kehittymisestä.
Väitöskirjassa tutkitaan poliittisten päätöksentekijöiden ja eri sidosryhmien näkemyksiä sosiaalisesta ja taloudellisesta kestävyydestä sekä sosiaalisista riskeistä ja niiden vakuuttamisesta eduskuntakäsittelyn aikana Suomessa. Aiemmin julkaistuun tutkimukseen verrattuna erityisenä tavoitteena on ajallisten muutosten kokonaisuuden tutkiminen. Väitöskirja on kauppatieteiden alaan luokiteltava tutkimus, jonka tiedepohja on vakuutustieteellinen. Tutkimuksen keskiössä on sosiaalivakuutukseen kuuluva työeläkejärjestelmä, jossa vakuutettuna ovat työkyvyttömyyden, vanhuuden ja kuoleman riskit. Työeläkejärjestelmän on oltava taloudellisesti kestävä, jotta järjestelmästä pystytään maksamaan luvatut eläke-etuudet. Eläkevakuutettujen ja eläkkeensaajien näkökulmasta myös eläkejärjestelmän sosiaalinen kestävyys on keskeistä. Sosiaalisesti kestävä työeläke on riittävä, se määräytyy oikeudenmukaisesti ja herättää luottamusta. Eläkejärjestelmän legitimiteetin vuoksi luottamus eläkejärjestelmään on tärkeää.
Tutkimuskohteena on kahdeksan merkittävää työeläkeuudistusta vuosilta 1990–2022, joten väitöskirjassa on tutkittuna uudistusten käsittelyssä esitettyjä näkemyksiä 32 vuoden ajalta. Tutkimusaineisto sisältää hallituksen esitykset, valiokuntiin toimitetut asiantuntijalausunnot, valiokuntien antamat lausunnot ja mietinnöt sekä eduskuntakeskustelun täysistunnossa. Tutkimusta varten on kerätty eduskuntakäsittelyn aineisto, jollaista ei ole tässä laajuudessa ja tästä näkökulmasta tutkittu. Väitöskirja on päätöksentekoprosessiin liittyvä vertaileva eksploratiivinen tapaustutkimus, jossa tapauksina ovat valitut työeläkeuudistukset niiden eduskuntakäsittelyn aikana. Tutkimuksen analyysimenetelminä on laadullinen ja määrällinen sisällönanalyysi.
Väitöskirjan tulosten mukaan keskeisimmät sosiaaliseen kestävyyteen liittyvät näkemykset käsittelivät työeläketurvan kestävyyttä eri sukupolvien välillä: riittävää eläketasoa, kohtuullista ja oikeudenmukaista eläkemaksua tuleville sukupolville sekä osallistumista työeläkejärjestelmän rahoitukseen. Toinen keskeinen kannanottojen aihe oli eri sukupuolten väliset erot eläketurvan tasossa ja erojen oikeudenmukaisuus. Luottamus oli selvästi harvemmin esillä kuin riittävyys ja oikeudenmukaisuus.
Eläkejärjestelmän taloudellinen kestävyys painottui eri tavoin eri uudistuksissa, mutta sen merkitys voimistui vähitellen tutkimusjakson aikana. Taloudellisen kestävyyden näkemykset laajenivat eläkejärjestelmien taloudellisen kestävyyden lisäksi julkisen talouden kestävyyteen. Osassa esitetyistä näkemyksistä taloudellinen kestävyys oli esillä peitellymmin, jolloin eläkeuudistusta yritettiin oikeuttaa sosiaaliseen kestävyyteen liittyvillä kannanotoilla. Työntekijöiden ostovoima ja yritysten kilpailukyky olivat tärkeitä tekijöitä eläkeuudistusten perusteluina.
Työeläkejärjestelmässä vakuutettavista sosiaalisista riskeistä keskustelussa nousi eniten esille vanhuuden/ikääntymisen riski. Toiseksi eniten esillä oli työttömyyden riski. Tämä kertoo tarpeesta nostaa työttömien asema esille, vaikka kaikissa eläkeuudistuksissa ei käsitelty työttömyyseläkkeeseen tehtäviä muutoksia. Työkyvyttömyyden riskiä käsiteltiin kaikkien eläkeuudistusten yhteydessä jollain tavalla. Kuoleman riski oli sosiaalisista riskeistä vähiten esillä, ja sitä käsiteltiin lähinnä kahdessa perhe-eläkeuudistuksessa. Näkemykset sosiaalisten riskien hallinnasta työeläkevakuutuksen avulla keskittyivät siihen, mikä rooli työeläkkeillä on tai tulisi olla toimeentulon turvaajana.
Hallitus- ja oppositiopuolueiden erilainen valta-asema näkyi esitettyjen näkemysten määrässä ja sisällössä, vaikka eri puolueiden kestävyyspuheessa oli myös eroja samanlaisesta valta-asemasta huolimatta. Puolueilla on siten erilaisia intressejä ja arvoja. Työmarkkinajärjestöjen intressit välittyivät valiokuntiin toimitetuista asiantuntijalausunnoista, sillä työntekijäjärjestöt puolustivat työntekijöiden ja työnantajajärjestöt työnantajien etuja. Järjestöjen yhteiset neuvottelut kuitenkin näkyivät niin, että työntekijäjärjestöt esittivät myös taloudellisen kestävyyden vahvistamisen tärkeyteen liittyviä kannanottoja. Työnantajajärjestöt taas vetosivat joissain uudistuksissa sosiaaliseen kestävyyteen, vaikka tärkeämpi perustelu oli taloudellinen kestävyys.
Tutkimuksessa on kuvattu työeläkeuudistusten eduskuntakäsittely ja tutkimuskysymyksiä tarkastellaan laajan tutkimuksen viitekehyksen avulla. Tutkimusta varten on kerätty eduskuntakäsittelyn aineisto, jollaista ei ole tässä laajuudessa ja tästä näkökulmasta aiemmin tutkittu. Eläkeuudistusten eduskuntakäsittelyn aikana esitetyistä näkemyksistä sosiaalisesta ja taloudellisesta kestävyydestä sekä sosiaalisista riskeistä ja niiden vakuuttamisesta on tehty vähän tapaustutkimuksia tai analysoitu aineistoa sisällönanalyysilla. Valittua tutkimusaihetta on tutkittu aiemmin vähän Suomessa ja kansainvälisesti. Tutkimus tuottaa uutta tietoa puolueiden ja eri sidosryhmien näkemyksistä sosiaalisesta ja taloudellisesta kestävyydestä, niiden yhteyksistä ja ristikkäisistä vaikutuksista kestävyyteen. Tutkimuksessa havaittiin, että eri uudistuksissa ja eri ajankohtina eduskuntakeskusteluissa esitettiin erilaisia näkemyksiä. Taloudellinen kestävyys oli vahvemmin esillä jo vuoden 2005 eläkeuudistuksen käsittelystä alkaen. Luottamus eläkejärjestelmään oli vähän esillä eduskuntakäsittelyn aikana. Toisaalta eläkeuudistuksissa tehtyjä muutoksia perusteltiin nuorten sukupolvien oikeudenmukaisuudella ja eläketurvan riittävyydellä. Tämä korostaa eläkejärjestelmän legitimiteetin ja luottamuksen tärkeyttä. Sosiaalisista riskeistä ja niiden vakuuttamisesta ei juurikaan keskusteltu, jolloin työeläkeuudistuksiin liittyvä olennainen vakuutusnäkökulma jäi vähälle huomiolle.The statutory earnings-related pension system holds a pivotal role in society from the perspectives of employees, employers, entrepreneurs, pensioners, and public finances. Since the 1990s, population ageing, low birth rates, and challenges in public finances have exerted pressure to reform the pension system. The concept of sustainability has become a prominent theme in public discourse, and consequently, sustainability and its development have also attracted attention within the earnings-related pension system.
This doctoral thesis explores the views of political decision-makers and various stakeholders on social and economic sustainability, as well as on social risks and their insurance during parliamentary deliberations in Finland. Compared to previously published research, a specific objective is to examine the entirety of temporal changes. The study is classified within the field of business studies, with its scientific foundation in insurance science. At its core lies the earnings-related pension system as part of social insurance, covering the risks of disability, old age, and death. The system must be economically sustainable to ensure the payment of promised pension benefits. From the perspective of insured individuals and pensioners, social sustainability is equally essential: a socially sustainable pension system provides adequate benefits, is based on fairness, and inspires trust.
The research focuses on eight major pension reforms between 1990 and 2022, thus covering views expressed during reform deliberations over a thirty-year period. The data include government proposals, expert statements submitted to committees, committee reports and opinions, and plenary debates. For the study, legislative records have been collected, which has not previously been examined at his scale or from this percpective. The thesis adopts a comparative, exploratory case study approach to decision-making processes, with the selected pension reforms serving as cases during their parliamentary consideration. The analysis employs both qualitative and quantitative content analysis.
The findings indicate that the most prominent views on social sustainability concerned intergenerational sustainability of pension security: an adequate pension level, reasonable and fair contributions rates for future generations, and the participation in financing the earnings-related pension system. Another major topic was gender differences in pension levels and their fairness. Trust appeared far less frequently than adequacy and fairness.
Economic sustainability was emphasized differently across reforms, but its importance gradually increased over the research period. Views on economic sustainability expanded from the financial soundness of pension systems to the sustainability of public finances. In some of the views presented, economic sustainability was addressed more implicitly, which led to attempts to justify the pension reform through statements related to social sustainability. Employee purchasing power and corporate competitiveness were also important factors in the reasoning behind reforms.
Among the social risks insured by the pension system, old age/ageing was most frequently discussed, followed by unemployment risk — reflecting a need to address the position of the unemployed, even though not all reforms involved changes to unemployment pensions. Disability risk was addressed in some way in all reforms, while death risk was least discussed, appearing mainly in two survivor’s pension reforms. Views on managing social risks through earnings-related pension insurance focused on the role earnings-related pensions play or should play in securing livelihood.
Differences in power between government and opposition parties were evident in the number and content of views expressed, although sustainability discourse also varied among parties with similar power positions, reflecting differences in interests and values. The interests of labour market organizations were conveyed through expert statements to committees: employee organizations defended workers’ interests, while employer organizations advocated for employers. However, joint negotiations were visible in that employee organizations also stressed the importance of strengthening economic sustainability, while employer organizations occasionally appealed to social sustainability, even when economic sustainability was the primary justification.
The study describes parliamentary deliberations on pension reforms and addresses the research questions through a broad theoretical framework. The study collected parliamentary material that has not previously been examined to this extent or from this perspective. Few case studies or content analyses have examined views on social and economic sustainability and on social risks and their insurance during pension reform deliberations. The chosen topic has been scarcely researched in Finland or internationally. This study provides new insights into the views of parties and stakeholders on social and economic sustainability, their interconnections, and cross-cutting effects on sustainability. The findings reveal that different views were expressed in different reforms and at different times. Economic sustainability became more prominent starting with the 2005 reform. Trust in the pension system was rarely discussed during parliamentary deliberations. Conversely, changes introduced in reforms were often justified by intergenerational fairness and adequacy of pension security, underscoring the importance of legitimacy and trust. Social risks and their insurance were hardly discussed, leaving the insurance perspective of the pension system largely overlooked
Analog Computational Imaging with Meta-Optics : From image processing to structured illumination
No full textConventional optical information processing systems, particularly those used for real-time image transformation and analysis, face growing limitations in terms of size, speed, energy efficiency, and integration with electronic systems. Traditional optical components lack the flexibility to perform complex processing tasks in a compact format, while digital image processing suffers from latency and power inefficiencies due to sequential and resource-intensive computations. These challenges drive the need for new approaches that enable compact, high-speed, and energy-efficient manipulation of light fields and analog image processing.
Meta-optics, which are planar optical elements composed of subwavelength-engineered meta-atoms, offer a transformative solution to these challenges. By providing precise control over the phase, amplitude, and polarization of light at the subwavelength scale, this thesis explores meta-optical approaches for advancing optical information processing and computational imaging, aiming to develop high-speed, energy-efficient, and miniaturized imaging and sensing systems.
The first part of this thesis introduces a meta-optical azimuthal shearing interferometer that enables real-time, broadband edge detection, differential interference contrast microscopy, and wavefront sensing. By embedding birefringent nanopore structures into silica substrates via laser direct writing, this compact device achieves robust, broadband azimuthal shear interference within a common-path configuration, eliminating the need for complex alignment or bulk optics.
Building on the broader potential of meta-optics, the thesis next introduces a platform of generalized meta-operators based on double-phase encoding and polarization multiplexing, capable of performing diverse analog optical computations. Operating at visible wavelengths, these metasurfaces implement tasks such as first- and second-order spatial differentiation and cross-correlation-based pattern recognition, enabling direct light-field manipulation without the need for digital post-processing. Additionally, the same platform is utilized to achieve high-fidelity three-dimensional meta-holography, demonstrating volumetric wavefront reconstruction with a single-layer optical element.
Finally, this thesis advances the capabilities of meta-optics in structured illumination by introducing a polarization-encoded metasurface platform for generating high-fidelity phase-shifting fringe patterns. This static, polarization-controlled approach enables the generation of phase-shifting sinusoidal fringe patterns without requiring active modulation or tunable elements, enabling compact fringe projection profilometry for three-dimensional surface measurement and super-resolution structured illumination microscopy.
This thesis establishes meta-optics as a versatile platform for embedding analog optical processing into modern imaging systems, enabling compact, high-speed, and energy-efficient solutions. By combining meta-optical analog computing with computational imaging techniques, the methods developed here advance the functionality of optical systems beyond the limitations of conventional electronic processing. These results lay the groundwork for next-generation intelligent photonic devices, with broad potential applications in biomedical imaging, machine vision, precision metrology, optical sensing, and advanced optical information processing.Cotutelle -yhteisväitöskirj