Väitös lääketieteellisen tekniikan alalta, M.Sc. Emanuele Perra

Vastaväittäjä: professori Michael R. Bailey, University of Washington, Yhdysvallat

Kustos: professori Heikki Nieminen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos

Väittelijän yhteystiedot: [email protected], +358 505135200

Väitös järjestetään kampuksella ja etäyhteydellä Zoomissa (Otakaari 4, sali 213a ja linkki tapahtumaan).

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

Ultraääni voi mahdollistaa lääketieteellisten neulojen käyttöä uusilla tavoilla.

Tämä väitöskirja käsittelee epälineaarisen ultraäänen käyttöä värähtelyjen luomisessa tavallisessa lääketieteellisessä neulassa. Tämän väitöstutkimuksen perustana on, ettei lääketieteellisten neulojen kehityksessä ole saavutettu merkittävää teknologista parannusta viimeisten 150 vuoden aikana. Lääketieteellisillä neuloilla on edelleen rajoituksia kivun, tarkkuuden, paikannuksen ja neulabiopsioiden yhteydessä kudossaannon suhteen. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, voidaanko epälineaarista ultraääntä käyttää siten, että se mahdollistaisi lääketieteellisten neulojen käytön uudella tavalla ratkoen nykyisin käytettyjen neulojen rajoituksia.

Tässä tutkimuksessa käytimme neuloja, joihin tuotimme poikittaissuuntaista värähtelyä 30 kHz:n taajuudella. Tämä mahdollisti akustisen energian vahvistumiseen neulan kärkeä kohti, mikä osoittautui hyvin hyödylliseksi. Neulan kärjen terävien reunojen ultraäänitaajuudella tapahtuva liike yhdistettynä neulan säteilemään ultraääneen voivat vaikuttaa pehmytkudokseen tavalla, mitä ei tavallisella lääketieteellisellä neulalla voi saavuttaa. Tietokonemalleilla ja kokeellisilla tutkimuksilla voitiin osoittaa, että neulan värähtelyt aiheuttivat useiden epälineaaristen akustisten ilmiöiden syntymisen ml. kavitaatio (ilmakuplien äkillinen laajeneminen ja romahtaminen), akustiset virtaukset (akustisesti ohjattujen nestevirtausten muodostuminen), akustinen säteilyvoima (ultraääniaallon esineeseen kohdistama voima) ja mikropisaroiden muodostus (mikropisaroiden synnyttäminen nesteen pinnalta). Nämä mekanismit voivat olla hyödyllisiä vastatessa lääketieteellisiin tarpeisiin uusilla tavoilla.

Tutkimuksessa osoitettiin, miten ultraäänen kytkeminen neulaan voisi hyödyttää ohutneulabiopsiaa: menetelmä lisäsi kudoksen määrää jopa 6x verrattuna perinteisellä menetelmällä saatuun näytteeseen. Tämä tulos on erityisen tärkeä syövän hoitoprosesseissa, joissa nykyisilla ohutneulabiopsialla saadaan usein riittämättömästi näytettä, mikä voi johtaa epäselvään diagnosiin ja uusintabiopsiaan. Tutkittu ultraäänineula voisi laajentaa lääketieteellisten neulojen käyttösovelluksia neulabiopsian lisäksi lääkkeiden tai geenien kuljettamisessa, solujen stimuloinnissa ja minimaalisesti invasiivisissa kirurgisissa toimenpiteissä.