Abstract The aim of this work was to develop time-to-digital converters(TDC) with a wide measurement range of several hundred microseconds and with a measurement precision of a few picoseconds. Because of these requirements, the focus of this work was mainly on TDC architectures based on the Nutt interpolation method, which has several advantages when a long measurement range is a requirement. Compared to conventional data converters the characteristics of a Nutt TDC differ significantly when, for example, quantization errors and linearity errors are considered. In this thesis, the operating principle of a Nutt TDC is analysed and, in particular, the effects of reference clock instabilities are studied giving new insight how the different phase noise processes can be reliably translated into time interval jitter, and how these affect the measurement precision when very long time intervals are measured. Furthermore, these analytical results are confirmed by measurements conducted with a long-range TDC designed as part of this work. Two long-range TDCs have been designed, each based on different interpolator architectures. The first TDC utilises discrete component time-to-voltage converters(TVC) as interpolators. Other key functionality is implemented on an FPGA. The interpolators use Miller integrators to improve the linearity and the single-shot precision of the converter. The TDC has a nominal measurement range of 84ms and it achieves a single-shot precision of 2ps for time intervals shorter than 2ms, after which the precision starts to deteriorate due to the phase noise of the reference clock. In addition to the discrete TDC, an integrated long-range CMOS TDC has been designed with 0.35μm technology. Instead of TVCs, this TDC features cyclic/algorithmic interpolators, which are based on switched-frequency ring oscillators(SRO). The frequency switching is used as a mechanism to amplify quantization error, a key functionality required by any cyclic or a pipeline converter. The interpolators are combined with a 16-bit main counter giving a total range of 327μs. The RMS single-shot precision of the TDC is 4.2ps without any nonlinearity compensation. Furthermore, a calibration functionality implemented partially on-chip ensures that the accuracy of the TDC varies only ±2.5ps in a temperature range of -30C to 70C. Although implemented with fairly old technology, the interpolators’ effective linear range and precision represent state-of-the-art performance. / Tiivistelmä Tämän työn tavoitteena oli kehittää aika-digitaalimuuntia (TDC), joilla on laaja satojen mikrosekuntien mittausalue ja muutaman pikosekunnin kertamittaustarkkuus. Näistä vaatimuksista johtuen tässä työssä keskitytään pääasiassa Nuttin interpolointimenetelmään perustuviin TDC-arkkitehtuureihin. Verrattuna tavanomaisiin datamuuntimiin, Nutt TDC:n toiminta poikkeaa merkittävästi, kun tarkastellaan kvantisointi- ja lineaarisuusvirhettä. Tässä väitöskirjatyössä Nuttin menetelmään perustavan TDC:n toiminta analysoidaan, jonka yhteydessä tutkitaan erityisesti referenssioskillaattorin epästabiilisuuksien vaikutusta mittausepävarmuuteen. Tämän pohjalta vaihekohinan eri kohinaprosessit voidaan luotettavasti muuntaa taajuustason kohinatiheysmittauksista aika-tasossa kuvattavaksi aikavälijitteriksi. Nämä teoreettiset tulokset ovat varmistettu yhdellä osana tätä työtä suunnitellulla pitkän kantaman TDC:llä. Teoreettisen tarkastelun lisäksi kaksi pitkän kantaman TDC:tä on suunniteltu, toteutettu ja testattu. Ensimmäinen näistä perustuu erilliskomponenteilla toteutettuun aika-jännitemuunnokseen (TVC) pohjautuvaan interpolointimenetelmään. Analogisten interpolaattoreiden ohella muu olennainen toiminnallisuus toteutettiin FPGA:lle. Interpolaattorit käyttävät Miller-integraattoreita lineaarisuuden ja kertamittaustarkkuuden parantamiseksi. TDC:n nimellinen mittausalue on 84ms ja sillä saavutetaan 2ps:n kertamittaustarkkuus, kun mitattava aikaväli on lyhyempi kuin 2ms, minkä jälkeen mittaustarkkuus heikkenee referenssioskillaattorin vaihekohinan vaikutuksesta. Toinen pitkän kantaman TDC perustuu 0.35μm:n CMOS teknologialla totetutettuun integroituun piiriin. Aika-jännitemuunnoksen sijasta tämä TDC perustuu sykliseen/algoritmiseen interpolointitekniikkaan, jossa taajuusmoduloitua rengasoskillaattoria(SRO) käytetään kvantisointivirheen vahvistamiseksi. Interpolaattorit ovat yhdistetty 16-bittiseen referenssioskillaattorin laskuriin, jolloin TDC:n mittausalue on noin 327μs. Tämän TDC:n RMS kertamittaustarkkuus on 4.2ps, joka saavutetaan ilman epälineaarisuuden kompensointia. Samalle piirille on lisäksi toteutettu kalibrointitoiminnallisuus, jolla varmistetaan TDC:n hyvä mittaustarkkuus kaikissa olosuhteissa. Mittaustarkkuus poikkeaa maksimissaan vain ±2.5ps, kun lämpötila on välillä -30C-70C. Vaikka TDC on toteutettu kohtalaisen vanhalla CMOS teknologialla, interpolaattoreiden efektiivinen lineaarinen alue ja mittaustarkkuus edustavat alansa huippua.

Abstract This thesis examined hydrological processes such as snowmelt and groundwater discharge in drained peatland areas in the boreal zone. The studied processes were measured in situ using environmental tracers. Further, performance of a treatment wetland was studied during snowmelt and high flow. A GIS model was developed to estimate groundwater seepage areas in peatland systems surrounding eskers. It was found that soil frost had a clear impact on water quality during snowmelt. This was evident as lower suspended sediments, water colour and dissolved organic carbon concentrations, among other changes. The treatment wetland was found to reduce the suspended solids load during the snowmelt period and late autumn, while reductions in phosphorus and nitrogen loads occurred during summer. A sampling algorithm was built to test how different sampling frequencies affected the estimation of suspended solid loads from the constructed wetland. The results showed increasing uncertainty for sparser sampling (from weekly to monthly sampling), but the uncertainty remained high even at weekly sampling. The GIS model was tested on two eskers and shown to give a fair estimate of groundwater discharge locations. It can thus be used for improving aquifer protection in boreal eskers related to the drainage networks surrounding them. However, to be applied more widely, further efforts are required. The findings in this thesis could be used to develop better water management policies for peat extraction areas, or other industries operating in similar soils and climate. For example, meltwater could be allowed to temporarily bypass treatment facilities in areas with deep soil frost penetration. The wetland study showed that peatland-based wetlands are a suitable approach for improving water treatment performance even under variable hydraulic loads. The uncertainty in the estimated load from a small peat extraction catchment was high, which might limit the use of such data for some purposes. Load estimation methods using the concentration data collected during previous years might be able to reduce the uncertainty, but if the uncertainty needs to be lowered substantially use of sensor technology might be the only viable approach. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja käsittelee lumensulannasta syntyvää valuntaa erilaisilla turvemailla ja pintavalutuskentän puhdistustehoa lumensulannan aikaan turvetuontantoalueella. Lisäksi työssä pohditaan miten erilainen näytteenottoohjelma vaikuttaa turvetuotantoalueilta arvioituun kiintoaine kuormitukseen ja kehitetään yleiseen paikkatietoaineistoon perustuva malli jolla on mahdollista ennustaa pohjaveden purkatumispaikkoja harjualueilla. Routaisella turvetuotantoalueelta kiintoaineen, värin ja liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuudet olivat pieniä lumensulannan aikaan. Työssä seurattu pintavalutuskenttä vähensi kiintoainekuormitusta alapuoliseen vesistöön myös lumensulannan ja syksyn aikana. Ravinteiden osalta pintavalutuskentän toiminta oli parasta kesäaikaan, lumensulannan ja syksyn aikana havaittiin typen ja fosforin huuhtoutumista. Eri näytteenotto-ohjelmilla havaittiin olevan suuri vaikutus arvioituun kuormitukseen. Yleisesti voidaan sanoa epävarmuuden kasvavan kohti harvempaa näytteenotto väliä (viikoittainen-kuukausittainen), mutta, myös viikoittaisella näytteenotolla epävarmuus on huomattava. Kehitettyä paikka- tietomallia kokeiltiin kahdella harjulla jossa se pystyi antamaan suuntaa antavaa arvioita pohjaveden purkautumispaikoista. Työn tuloksia voidaan hyödyntää turvetuotannon tai muiden turvemailla tai niiden lähellä sijaitsevien teollisuuden vesistövaikutuksia arvioitaessa. Esimerkiksi routaisella turvemaalla voitaisiin harkita lumensulannasta aiheituvan valunnan ohijuoksutusta vesiensuojelurakenteista. Työssä todettiin myös pintavalutuskenttien toimivan vaihtelevan kuormituksen alaisena, sekä lumensulannan että syksyn aikaan. Arvioiduissa kuormituksissa erinäytteenottoväleillä havaitut suuret epävarmuudet saattavat rajoittaa laskelmien käyttöä joissakin tarkoituksissa. Epävarmuutta voidaan vähentää käyttämällä hyväksi edellisinä vuosina tehtyjä vedenlaatumittauksia. Luotettavin tapa epävarmuuden vähentämiseksi on jatkuvatoimisten vedenlaatumittareiden käyttäminen.

Abstract Cartilage-related diseases such as osteoarthritis (OA) are a major cause of disability and decrease in the quality of life. Moreover OA causes a heavy economical burden on the social welfare and health care systems. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) provides accurate noninvasive method of morphological evaluation of the articular cartilage. However, there are early degenerative changes in the articular cartilage that can be evaluated with modern quantitative MRI methods prior to the signs of cartilage loss. In this study, T2 relaxation time of the articular cartilage was further evaluated in 1.5T in vivo using clinical patients and asymptomatic volunteers. The detection of focal patellar cartilage lesions in T2 mapping as compared to standard clinical MRI was evaluated. T2 mapping showed more lesions than the clinical MRI, and in T2 maps the lesions appeared generally wider. This suggests that T2-mapping is feasible in the clinical setting and may reveal cartilage lesions not seen in the standard knee MRI. The normal topographical variation of T2 relaxation time of articular cartilage in different compartments of the knee joint and at different zones of cartilage in young healthy adults was assessed. T2 values were significantly higher in the superficial zone as compared to the deep tissue at all locations and there was remarkable variation in T2 relaxation between different locations. The normal variation in cartilage T2 within a joint is significant and should be acknowledged when pathology-related T2 changes are investigated. The short- and long-term repeatability of T2 relaxation time measurements of articular cartilage in the knee joint was assessed. The results showed mostly good repeatability, and with careful patient positioning T2 relaxation time at the different cartilage surfaces of the knee can be accurately determined. / Tiivistelmä Nivelrikko, joka usein liittyy nivelruston vaurioitumiseen, aiheuttaa merkittävää toimintakyvyn ja elämänlaadun heikentymistä ikääntyvässä väestössä. Lisäksi nivelrikosta aiheutuu merkittäviä kustannuksia sosiaali- ja terveydenhuollolle. Magneettikuvaus on tarkka kajoamaton menetelmä rustovaurioiden arvioimiseksi. Kuitenkin rustovaurion alkuvaiheessa tapahtuu ruston sisäisiä rakenteellisia ja biokemiallisia muutoksia, joita on mahdollista arvioida uusilla kvantitatiivisilla magneettikuvausmenetelmillä ennen varsinaisten rustopuutosten kehittymistä. Tässä tutkimuksessa tutkittiin ruston T2-relaksaatioaikamittausta 1.5T magneettikuvauslaitteella sekä potilasaineistossa että vapaaehtoisilla. Tutkimuksessa verrattiin paikallisten rustomuutosten havaitsemisen herk¬kyyttä T2-relaksaatioaikakartoituksen ja tavanomaisen kliinisen magneetti¬kuvauksen välillä kliinisessä potilasaineistossa. T2-relaksaatiomittaus osoitti useampia muutoksia kuin kliininen magneettikuvaus ja muutokset olivat yleensä laajempia. Voidaan olettaa, että T2-relaksaatioaikamittaus soveltuu kliiniseen käyttöön ja voi osoittaa tavanomaisessa magneettikuvauksessa näkymättömiä rustomuutoksia. Tutkimuksessa arvioitiin ruston T2-relaksaatioajan paikkakohtaista ja kerroksittaista vaihtelua polven nivelpintojen eri alueilla nuorten vapaaehtoisten aineistossa. T2-relaksaatioaika oli merkitsevästi pidempi ruston pinnallisessa kuin syvässä kerroksessa kaikilla nivelpintojen alueilla. Lisäksi T2-relaksaatioajassa oli merkittävää normaalia vaihtelua eri alueiden välillä ja tämä tulisi huomioida ruston patologisia muutoksia arvioitaessa. Tutkimuksessa arvioitiin polven ruston T2-relaksaatioajan lyhyen ja pitkän aikavälin toistettavuutta vapaaehtoisaineistossa. Tulokset osoittivat enimmäkseen hyvää toistettavuutta ja huolellisella asettelulla voidaan ruston T2-relaksaatioaika mitata luotettavasti polven nivelpintojen eri alueilla.

Abstract Hallux valgus (HV) decreases the forces under the first ray during the propulsive phases of gait and transfers loading to the lesser metatarsals. Biomechanical factors contribute to the development of HV through various mechanisms; however, the flexibility of HV has not been considered to be a major determinant when planning surgery for HV. The aims of this thesis were to develop a clinical test and a new surgical technique for flexible HV, to report the mid-term follow-up results of this new correction method, and to compare the metatarsal load distribution after the new technique to that achieved with distal chevron osteotomy in a matched-pair analysis. The new surgical technique, first tarsometatarsal joint derotational arthrodesis (FTJDA), includes rotational correction of the first metatarsal without surgery to the first metatarsophalangeal joint (I MTPJ). It is indicated for patients who are able to reduce HV with peroneus longus (PL) function (PL activation test). Between 2003 and 2009, a total of 88 flexible HV underwent FTJDA operations. Seventy-six operated feet were re-examined after an average of 5.1 (range 3.0 to 8.3) years of follow-up. Outcome measures included the American Orthopaedic Foot and Ankle Society (AOFAS) score and pre- and postoperative radiological analysis. Gait analysis was used to compare the metatarsal load distribution after the FTJDA with a distal chevron cohort in 30 pairs matched by HV angle and follow-up time. The mean HV and intermetatarsal correction angles between preoperative and six-week follow-up radiographs were 19.8 degrees and 8.9 degrees, respectively. HV and intermetatarsal angle (IMA 1-2) correction were satisfactorily maintained (13.4 degrees [95% CI 11.6 to 15.1] and 4.5 degrees [95% CI 3.7 to 5.2], respectively) at mid-term follow-up. AOFAS score was excellent or good in 72% of the operated feet. In gait analysis, the FTJDA group had 8% higher relative impulses under the first metatarsal head (MTH), whereas chevron group had central loading pattern. In conclusion, FTJDA corrects flexible HV effectively without intervention to the I MTPJ. The correction is satisfactorily maintained at the late follow-up and the clinical results are good. In the gait analysis, the FTJDA produces better postoperative dynamic loading capacity of the first ray in comparison to distal chevron osteotomy. / Tiivistelmä Vaivaisenluu heikentää voimantuottoa ensimmäisen säteen alla kävelyn ponnistusvaiheiden aikana ja kuormitus siirtyy ulommille jalkapöytäluille. Biomekaanisilla tekijöillä arvellaan olevan osuutta vaivaisenluun kehittymiseen. Vaivaisenluun joustavuutta ei ole pidetty ratkaisevana tekijänä kirurgisen hoidon suunnittelussa. Tämän tutkimuksen tavoitteina oli kehittää kliininen testi ja uusi kirurginen korjausmenetelmä joustavalle vaivaisenluuvirheasennolle, raportoida uuden korjausmenetelmän keskipitkän seuranta-ajan tulokset ja verrata jalkapöytäluiden kuormitusjakaumaa uuden korjausmenetelmän jälkeen distaaliseen chevron -osteotomiaan kaltaistettujen parien analyysillä. Uusi kirurginen toimenpide, ensimmäisen tarsometatarsaalinivelen derotaatioartrodeesi (FTJDA), sisältää metatarsaalin rotaatiokorjauksen avaamatta ensimmäisen varpaan tyviniveltä. Menetelmä on tarkoitettu potilaille, joilla vaivaisenluuvirheasento korjaantuu peroneus longuksen toiminnalla (PL-aktivaatiotesti). Vuosina 2003–2009 operoitiin yhteensä 88 joustavaa vaivaisenluuvirheasentoa ensimmäisen tarsometatarsaalinivelen derotaatioartrodeesillä (FTJDA). 76 leikattua jalkaa tutkittiin uudelleen 5,1 vuoden (vaihteluväli 3,0 – 8,3) keskiseuranta-ajan jälkeen. Tulosten arvioinnissa käytettiin AOFAS-pisteytystä ja pre- ja postoperatiivisia radiologisia mittauksia. Kävelyanalyysillä verrattiin jalkapöytäluiden kuormitusta FTJDA- ja distaalisen chevron -osteotomiaryhmän välillä 30 parilla, jotka kaltaistettiin vaivaisenluukulman ja seuranta-ajan suhteen. Keskimääräinen vaivaisenluu- ja intermetatarsaalikulmien korjautuminen oli preoperatiivisten ja kuuden viikon kontrollikuvien välillä 19,8 ja 8,9 astetta. Korjautumistulokset vaivaisenluu- ja intermetatarsaalikulmien osalta säilyivät hyvänä,13,4 astetta (95% luottamusväli 11,6-15,1) ja 4,5 astetta (95% luottamusväli 3,7-5,2), keskipitkänajan seurannassa. AOFAS pisteytys antoi erinomaisen tai hyvän tuloksen 72%:lle leikatuista jaloista. Kävelyanalyysissä FTJDA -ryhmän relatiivinen impulssi oli 8% korkeampi ensimmäisen jalkapöytäluun pään alla, kun taas chevron -ryhmällä todettiin päkiän keskiosan kohonnut kuormitusjakauma. Yhteenvetona voidaan todeta, että FTJDA korjaa joustavan vaivaisenluun tehokkaasti ilman I-varpaan tyvinivelen toimenpiteitä. Korjautumistulos säilyy pitkäaikaisseurannassa ja kliiniset tulokset ovat hyviä. Kävelyanalyysissä FTJDA tuottaa paremman postoperatiivisen, ensimmäisen säteen dynaamisen kuormituskapasiteetin, distaaliseen chevron -osteotomiaan verrattuna.

Abstract The thesis is an investigation into the spatio-temporal knowledge creation of international research groups. Knowledge is spatial: it is created in geographical places, shared in communicative space and analyzed in the cognitive space of the mind. Knowledge is a process that evolves in the interactions and interpretations of people. It is created in the tempo of working days that is experienced as flowing or disrupted time. These dimensions of spaces and times come together as the contexts of knowledge creation. In current internationalizing universities, work groups increasingly consist of members from different countries and with varying professional backgrounds. In their endeavor to create globally renowned results, the international research groups are both challenged and enabled by their diversity. Multiple views can benefit the creation of novelty, but reaching a common understanding in a diverse group might not be easy. Current research calls for a more detailed understanding of the processes and contexts of knowledge creation in international groups. The empirical part of the thesis is comprised of two case study compilations. Case A focuses on the University of Oulu, with its foreign employees and three international research groups from the humanist, scientific and technical fields. Four international research groups from the fields of science and technology, led by top foreign professors and funded by the Finland Distinguished Professor Programme, form case B. Altogether, the main materials include 37 interviews, 123 weekly diaries, observation and a survey (67 replies). The main methods applied are mental mapping, discourse analysis and content analysis. According to the results, knowledge creation is a complex spatio-temporal process that often leads to unexpected results. Processes of interaction and interpretation enable the group to reach cognitive friction. This fertile ground of knowledge creation can be reached when a group possesses enough common understanding and enough diversity in their individual interpretations. Humanist, scientific and technical knowledges are created in multiple contexts through group-specific discourses. Knowledge itself is a spatio-temporal process of stages, flows and disruptions towards the not-yet-known. Knowledge is inseparable from individuals, groups, the processes and contexts of creation. / Tiivistelmä Väitöskirjassa tarkastellaan tiedon jalostamista tilassa ja ajassa kansainvälisissä tutkimusryhmissä. Tieto on tilallista: sitä jalostetaan maantieteellisissä paikoissa, jaetaan kommunikaation tilassa ja analysoidaan mielen kognitiivisessa tilassa. Tieto on prosessi, jota ihmiset jalostavat vuorovaikutuksen ja tulkinnan kautta. Tietoa jalostetaan aikarajojen ja työpäivien määrittelemässä ajassa, joka voi tuntua virtaavan tai pysähtelevän. Nämä tilan ja ajan ulottuvuudet yhdistyvät tiedon jalostamisen kontekstiksi. Kansainvälistyvissä yliopistoissa työryhmät koostuvat enenevissä määrin jäsenistä, jotka edustavat eri kansallisuuksia ja joiden ammatilliset taustat ovat erilaiset. Monimuotoisuus on sekä haaste että mahdollisuus ryhmien tavoitteelle luoda kansainvälisesti merkittäviä tuloksia. Monipuoliset näkökulmat voivat edesauttaa tiedon jalostamista, mutta yhteisymmärryksen muodostaminen ryhmässä voi olla haastavaa. Nykytutkimuksessa tarvitaan syvällisempää ymmärrystä tiedon jalostamisen prosesseista ja konteksteista kansainvälisissä ryhmissä. Väitöskirjan empiirinen osa sisältää kaksi tapaustutkimuskokonaisuutta. Tapaus A koskee Oulun yliopiston ulkomaalaisia työntekijöitä ja kolmea kansainvälistä tutkimusryhmää humanistiselta, luonnontieteelliseltä ja tekniseltä alalta. Tapauksen B muodostavat neljä kansainvälistä luonnontieteen ja tekniikan alan tutkimusryhmää, joiden johtajat ovat ulkomaalaisia huippuprofessoreita ja jotka ovat Finland Distinguished Professor -ohjelman rahoittamia. Yhteensä pääaineisto koostuu 37 haastattelusta, 123 viikkopäiväkirjasta, havainnoinnista ja kyselystä (67 vastausta). Aineiston käsittelyn päämenetelmät ovat mentaalikartta-, diskurssi- ja sisällönanalyysi. Tulosten mukaan tiedon jalostaminen on monimutkainen prosessi, joka usein johtaa odottamattomiin tuloksiin. Vuorovaikutuksen ja tulkitsemisen prosessit mahdollistavat kognitiivisen kitkan muodostumisen, joka on hedelmällinen maaperä tiedon jalostamiselle. Sen saavuttamiseksi ryhmässä tarvitaan riittävästi yhteisymmärrystä ja riittävästi monimuotoisuutta jäsenten yksilöllisissä tulkinnoissa. Humanistiset, luonnontieteelliset ja tekniset tiedot jalostetaan ryhmän sisäisissä diskursseissa monipuolisissa konteksteissa. Tieto on tilallinen ja ajallinen prosessi kohti toistaiseksi tietämätöntä. Tieto on erottamaton osa ihmisiä, ryhmiä ja jalostamisen prosesseja ja konteksteja.

Abstract The aim of this work was to improve the performance and usability of a digital time-to-digital converter (TDC) in CMOS technology. The characteristics of the TDC were improved especially for the needs of pulsed laser time-of-flight (TOF) distance measurement, where picosecond-level precision with a long µs-level measurement range is needed in order to approach mm-level measurement accuracy. Stability in the face of process, voltage and temperature variations, multiple measurement channels, alternative measurement modes, a high integration level, standard interfaces and simple usage were the main features for development. The measurement architecture is based on counter and timing signal interpolation on two levels. The counter counts the full reference clock cycles between the timing signals, while a new recycling delay line developed in this thesis interpolates within the reference clock cycle. This technique utilizes a short delay line several times per reference clock cycle, which minimizes the interpolation nonlinearity. The same structure also makes the use of a low, MHz-level reference frequency possible, and thus only a crystal is needed as an external oscillator component. The parallel load capacitor-scaled delay line structure acts as the second, sub-gate-delay interpolation level. The INL does not accumulate in elements connected in parallel, and the load capacitance differences enable high, ps-level resolution to be achieved. Four TDC circuits in 0.35 µm CMOS technology were designed and tested in the course of this work, of which the latest, a 7-channel TDC, is able to measure the time intervals between the start pulse and three separate stop pulses in one measurement and to resolve the pulse widths or rise times at the same time. In laser TOF distance measurement this functionality can be used when several echoes arrive at the receiver, and also to compensate for the detection threshold problem known as timing walk error. The TDC achieves 8.9 ps interpolation resolution within the cycle time of a 20 MHz reference clock using only 8 delay elements on the first interpolation level and 14 delay elements on the second. A measurement precision better than 9 ps was achieved without using result post-processing or look-up tables. This work shows that versatile, high performance TDCs can be created in standard CMOS technology. / Tiivistelmä Väitöskirjatyön tavoitteena oli parantaa CMOS-aika-digitaalimuuntimien suorituskykyä ja käytettävyyttä. Muuntimen ominaisuuksia kehitettiin erityisesti laseretäisyysmittauksen tarpeita ajatellen, missä millimetritason mittaustarkkuus laajalla mittausaluella edellyttää aika-digitaalimuuntimelta pikosekuntitason tarkkuutta mikrosekuntien mittausalueella. Stabiilius prosessiparametri-, jännite- ja lämpötilavaihteluita vastaan, useat mittauskanavat, useat mittausmoodit, korkea integraatioaste, standardoidut liitäntäväylät ja helppo käytettävyys olivat erityisesti kehityksen kohteina. Suunniteltu mittausarkkitehtuuri koostuu laskurista ja kaksitasoisesta ajoitussignaali-interpolaattorista. Laskuri laskee kokonaiset referenssikellojaksot ajoitussignaalien välillä ja työssä kehitetty referenssiä kierrättävä viivelinjarakenne rekistereineen interpoloi ajoitussignaalien paikat referenssikellojaksojen sisältä. Referenssinkierrätystekniikka hyödyntää lyhyttä viivelinjaa useampaan kertaan kellojakson aikana, mikä minimoi epälineaarisuuden interpoloinnissa. Sama rakenne mahdollistaa myös MHz-tason referenssitaajuuden, jolloin matalataajuista kidettä voidaan käyttää referenssilähteenä. Toinen interpolointitaso koostuu rinnakkaisista kapasitanssiskaalatuista viive-elementeistä, mitkä mahdollistavat alle porttiviiveen mittausresoluution. Rinnakkaisessa rakenteessa elementtien epälineaarisuudet eivät summaudu, mikä mahdollistaa pikosekuntitason mittaustarkkuuden. Väitöskirjatyössä suunniteltiin ja toteutettiin neljä aikavälinmittauspiiriä käyttäen 0,35 µm CMOS-teknologiaa, joista viimeisin, 7-kanavainen muunnin kykenee mittaamaan aikavälin useampaan pulssiin yhdellä kertaa sekä voi selvittää samalla pulssien leveydet tai nousuajat. Laseretäisyysmittauksessa monikanavaisuutta voidaan käyttää kun useita kaikuja lähetetystä pulssista saapuu vastaanottimeen sekä kompensoimaan mittauksessa esiintyviä muita virhelähteitä. Käytettäessä 20 MHz:n kidettä referenssilähteenä muunnin saavuttaa alle 9 ps:n interpolointiresoluution ja tarkkuuden ilman epälineaarisuudenkorjaustaulukoita. Työ osoittaa, että edullisella CMOS-teknologialla voidaan toteuttaa monipuolinen ja erittäin suorituskykyinen aika-digitaalimuunnin.

<h1>Abstract</h1> <p>Axel Adolf Laurell (1800–1852), theoretical philosopher by training, was Professor of Dogmatics at the University of Helsinki 1836–1852. In the history of Finnish theology, he has been rather ignored. The aim of this doctoral thesis has been two-fold: to analyze both Laurell and the later theological tradition that ignored him.</p> <p>Laurell was one of the intellectually oriented theologians in Finland representing the view that university theology was a field of rational study, not a way of practicing religion. His qualifying thesis, already approved of by the official opponent, was rejected by the Faculty of Theology and by the Lutheran archbishop E. G. Melartin. However, Laurell gained the support of the Academic Senate and was appointed professor by Nikolai I.</p> <p>Archive material depicting Laurell´s lectures on theology shows that he lectured, among other things, on the German controversy between rationalism and supranaturalism. He seems to have supported the idea of mediation between these two, an approach typical of to the school of <i>Vermitttlungstheologie</i>. Laurell began his career as a Hegelian, rejected Hegelianism in the 1840s and became interested in the questions of empirical study. Laurell was one of the Finnish academics who adopted ideas both from Herder and Hegel.</p> <p>Laurell, during his formative years a member of the Saturday Society, a circle of reform-minded young intellectuals, was the most notable Finnish representative of pedagogics during his time. He was one of the founders of Helsingfors Lyceum in 1831 and the first headmaster of this school with its new, modern-type curriculum. According to him, “state” and “church” should not interfere in the matters of education.</p> <p>Taking into account Mythologies by Roland Barthes and some international discussions on nationalistic myths, I have delineated the previously unrecognized myth of Genuine Finnish theology. Influential Finnish revivalist theologians adopted the biblical theology of Johann Tobias Beck during the latter part of the 19^th century. From this standpoint they and notably history professor Ernst Gustaf Palmén, invented a religious-nationalistic interpretation of the 19^th-century Finnish history. Scientifically significant theologians had been Beckians or revival movement sympathizers while Laurell, among other actual forerunners of rational research, were marginalized and forgotten.</p> / <h1>Tiivistelmä</h1> <p>Väitöskirjani tarkastelee Lauantaiseuran jäsenen ja Helsingin yliopiston dogmatiikan ruotsinkielisen professorin Axel Adolf Laurellin (1800–1852) näkemyksiä ja toimintaa 1830-luvulta 1850-luvun alkuun sekä autonomian kaudesta kertovaa suomalaisen teologian oppitraditiota. Laurell on yksi tämän oppitradition vähättelemistä 1800-luvun teologeista. Teologinen tiedekunta sekä luterilaisen kirkon arkkipiispa E. G. Melartin yrittivät 1830-luvulla torjua Laurellin professorinvirasta hylkäämällä hänen väitöskirjansa, jonka vastaväittäjä oli jo hyväksynyt. Hänellä oli kuitenkin yliopiston professorikunnan enemmistön tuki, ja Nikolai I nimitti hänet dogmatiikan professoriksi.</p> <p>Teologian oppitraditiota, historiallisista lähteistä piittaamatonta keksittyä historiaa, kutsutaan tässä tutkimuksessa Oikean teologian myytiksi. Se on hahmoteltu soveltaen Roland Barthesin ja eräiden nationalismitutkijoiden myyttitulkintoja. Myytti on arvioinut aiempien tutkijoiden tieteellistä merkittävyyttä sen perusteella miten he suhtautuivat herännäisyyteen ja olivatko he suomenkielisiä. Myytin keskeinen muotoilija oli historian professori Ernst Gustaf Palmén ja sen syntyedellytyksenä olivat suomalaisen yliopistoherännäisyyden muuttuminen beckiläiseksi raamattufundamentalismiksi 1850-luvulta alkaen sekä lähdetutkimuksen laiminlyöminen. Aiempien tutkijoiden tulkintaa autonomian kauden teologiasta toistettiin sittemmin vuosikymmenestä toiseen tarkistamatta heidän tulkintojensa paikkansapitävyyttä alkuperäislähteistä.</p> <p>Laurellin luennoista säilynyttä käsikirjoitusaineistoa on käytetty selvittämään mitä hän opetti Helsingin yliopiston teologian opiskelijoille. Yksi luentojen keskeinen aihe oli saksalaisen rationalismi-supranaturalismi -kiistan käsittely. Luennot viittaavat siihen, että Laurell edusti välitysteologiseksi kutsuttua koulukuntaa, joka nimensä mukaisesti pyrki edustamaan välittävää kantaa näiden kahden välillä.</p> <p>Laurell oli aikansa merkittävin suomalainen pedagogi, Helsingfors Lyceumin johtaja ja yksi sen perustaja, koulutukseltaan teoreettisen filosofian dosentti ja aikansa maltillinen, kristillisestä luomisuskosta kiinnipitänyt rationalisti, joka hegeliläisyydestä luovuttuaan kiinnostui empiirisestä tutkimuksesta. Laurellin ajattelussa näkyy monelle muullekin 1800-luvun alkupuolen toimijalle tyypillinen hegeliläisten ja herderiläisten vaikutteiden rinnakkaisuus. Teologina Laurell edusti näkemystä, jonka mukaan yliopistoteologia on uskonnon tarkastelua, ei yliopistossa tapahtuvaa uskonnonharjoitusta.</p>

Abstract Termination of pregnancy (TOP) is the most common gynaecological procedure, each year approximately 9500 TOPs have been performed in Finland in recent years. In recent decades the termination practice has changed. In Finland the traditional surgical method has been largely replaced by medical method. Commonly, women undergoing TOP are at their best reproductive age, and a high proportion of them will be pregnant again later in life. There has been a concern that TOP might lead to adverse outcomes in following pregnancies, or could affect future fertility. However, the long-term reproductive health effects of TOP, and especially the effects of medical TOP, are not well established. The aim of this study was to investigate the effects of medical TOP and the influence of inter-pregnancy intervals (IPIs) after TOP on the risk of adverse events in following pregnancies. The other part of the study assessed which factors are associated with future in vitro fertilization (IVF) treatment after TOP. In this large nationwide register-based study, the risks of preterm birth, low birth weight, SGA (small-for-gestational-age) infants and placental complications were similar among women giving birth following a single first-trimester medical TOP (n = 3441) compared with surgical TOP (n = 4853), and after a single second-trimester medical TOP (n = 416) compared with first-trimester medical TOP (n = 3427). Women who conceived &lt; 6 months after TOP (n = 2956) had a slightly but significantly increased risk of preterm birth compared with women who conceived at 18 to &lt; 24 months (n = 2076). A higher age and a lower number of previous terminations and deliveries at the time of TOP were associated with the IVF treatments in the future. TOP-associated factors, such as method or complications of TOP or gestational age at TOP did not have an association with IVF. This study provides further evidence on the safety of medical TOP as regards the following pregnancy. Well-timed subsequent pregnancy after TOP may help to avoid potential harmful consequences associated with preterm birth. The factors found to be associated with IVF treatments after TOP are those generally recognized risk factors for infertility. / Tiivistelmä Raskaudenkeskeytys on yleisin gynekologinen toimenpide; viime vuosina Suomessa on tehty keskimäärin 9500 keskeytystä vuosittain. Kahden viimeisen vuosikymmenen aikana raskaudenkeskeytysmenetelmien käytössä on tapahtunut merkittävä muutos. Lääkkeellinen menetelmä on lähes syrjäyttänyt perinteisen kirurgisen menetelmän Suomessa. Suurin osa keskeytykseen hakeutuvista naisista on nuoria ja huomattava osa suunnittelee raskautta myöhemmässä elämänvaiheessa. Tämä on herättänyt huolen siitä, onko raskaudenkeskeytyksellä vaikutusta seuraavan raskauden kulkuun tai myöhempään hedelmällisyyteen. Yhteneväistä laajaa näyttöä raskaudenkeskeytyksen, erityisesti lääkkeellisen menetelmän, pitkäaikaisvaikutuksista lisääntymisterveyteen ei kuitenkaan ole saatavilla. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää lääkkeellisen raskaudenkeskeytyksen sekä keskeytyksen ja seuraavan raskauden välisen ajan vaikutuksia mahdollisiin haitallisiin tapahtumiin keskeytystä seuraavassa raskaudessa. Lisäksi selvitettiin, ovatko keskeytykseen liittyvät tekijät yhteydessä mahdolliseen myöhempään koeputkihedelmöityshoitoon (in vitro fertilization, IVF). Tässä laajassa valtakunnallisessa rekisteripohjaisessa tutkimuksessa ennenaikaisen synnytyksen, vastasyntyneen matalan syntymäpainon, pienikokoisena syntyneen lapsen ja istukkaongelmien riski oli samankaltainen yhden lääkkeellisen (n = 3441) ja kirurgisen (n = 4853) ensimmäisen raskauskolmanneksen keskeytyksen jälkeen. Myöskään ensimmäisen (n = 3427) ja toisen raskauskolmanneksen (n = 416) lääkkeellisen keskeytyksen välillä ei havaittu eroja kyseisissä haittatapahtumissa. Ennenaikaisen synnytyksen riski lisääntyi hieman naisilla, joilla keskeytyksen ja seuraavan raskauden välinen aika oli alle kuusi kuukautta (n = 2956) verrattuna naisiin, joilla raskauksien välinen aika oli 18–23 kuukautta (n = 2076). IVF-hoitoja lisäsivät naisen korkeampi ikä ja matalampi aikaisempien keskeytysten ja synnytysten määrä keskeytyshetkellä. Raskaudenkeskeytykseen liittyvät tekijät, kuten keskeytysmenetelmä, komplikaatiot tai raskausviikot keskeytyshetkellä, eivät sen sijaan liittyneet myöhempään hoitojen tarpeeseen. Tutkimus antaa lisätietoa lääkkeellisen raskaudenkeskeytyksen turvallisuudesta. Hyvin ajoitettu seuraava raskaus keskeytyksen jälkeen voi vähentää ennenaikaisen synnytyksen riskiä. IVF-hoidot keskeytyksen jälkeen liittyvät aiemmin tunnettuihin lapsettomuuden riskitekijöihin.

Abstract Axel Adolf Laurell (1800–1852), theoretical philosopher by training, was Professor of Dogmatics at the University of Helsinki 1836–1852. In the history of Finnish theology, he has been rather ignored. The aim of this doctoral thesis has been two-fold: to analyze both Laurell and the later theological tradition that ignored him. Laurell was one of the intellectually oriented theologians in Finland representing the view that university theology was a field of rational study, not a way of practicing religion. His qualifying thesis, already approved of by the official opponent, was rejected by the Faculty of Theology and by the Lutheran archbishop E. G. Melartin. However, Laurell gained the support of the Academic Senate and was appointed professor by Nikolai I. Archive material depicting Laurell´s lectures on theology shows that he lectured, among other things, on the German controversy between rationalism and supranaturalism. He seems to have supported the idea of mediation between these two, an approach typical of to the school of Vermitttlungstheologie. Laurell began his career as a Hegelian, rejected Hegelianism in the 1840s and became interested in the questions of empirical study. Laurell was one of the Finnish academics who adopted ideas both from Herder and Hegel. Laurell, during his formative years a member of the Saturday Society, a circle of reform-minded young intellectuals, was the most notable Finnish representative of pedagogics during his time. He was one of the founders of Helsingfors Lyceum in 1831 and the first headmaster of this school with its new, modern-type curriculum. According to him, “state” and “church” should not interfere in the matters of education. Taking into account Mythologies by Roland Barthes and some international discussions on nationalistic myths, I have delineated the previously unrecognized myth of Genuine Finnish theology. Influential Finnish revivalist theologians adopted the biblical theology of Johann Tobias Beck during the latter part of the 19th century. From this standpoint they and notably history professor Ernst Gustaf Palmén, invented a religious-nationalistic interpretation of the 19th-century Finnish history. Scientifically significant theologians had been Beckians or revival movement sympathizers while Laurell, among other actual forerunners of rational research, were marginalized and forgotten. / Tiivistelmä Väitöskirjani tarkastelee Lauantaiseuran jäsenen ja Helsingin yliopiston dogmatiikan ruotsinkielisen professorin Axel Adolf Laurellin (1800–1852) näkemyksiä ja toimintaa 1830-luvulta 1850-luvun alkuun sekä autonomian kaudesta kertovaa suomalaisen teologian oppitraditiota. Laurell on yksi tämän oppitradition vähättelemistä 1800-luvun teologeista. Teologinen tiedekunta sekä luterilaisen kirkon arkkipiispa E. G. Melartin yrittivät 1830-luvulla torjua Laurellin professorinvirasta hylkäämällä hänen väitöskirjansa, jonka vastaväittäjä oli jo hyväksynyt. Hänellä oli kuitenkin yliopiston professorikunnan enemmistön tuki, ja Nikolai I nimitti hänet dogmatiikan professoriksi. Teologian oppitraditiota, historiallisista lähteistä piittaamatonta keksittyä historiaa, kutsutaan tässä tutkimuksessa Oikean teologian myytiksi. Se on hahmoteltu soveltaen Roland Barthesin ja eräiden nationalismitutkijoiden myyttitulkintoja. Myytti on arvioinut aiempien tutkijoiden tieteellistä merkittävyyttä sen perusteella miten he suhtautuivat herännäisyyteen ja olivatko he suomenkielisiä. Myytin keskeinen muotoilija oli historian professori Ernst Gustaf Palmén ja sen syntyedellytyksenä olivat suomalaisen yliopistoherännäisyyden muuttuminen beckiläiseksi raamattufundamentalismiksi 1850-luvulta alkaen sekä lähdetutkimuksen laiminlyöminen. Aiempien tutkijoiden tulkintaa autonomian kauden teologiasta toistettiin sittemmin vuosikymmenestä toiseen tarkistamatta heidän tulkintojensa paikkansapitävyyttä alkuperäislähteistä. Laurellin luennoista säilynyttä käsikirjoitusaineistoa on käytetty selvittämään mitä hän opetti Helsingin yliopiston teologian opiskelijoille. Yksi luentojen keskeinen aihe oli saksalaisen rationalismi-supranaturalismi -kiistan käsittely. Luennot viittaavat siihen, että Laurell edusti välitysteologiseksi kutsuttua koulukuntaa, joka nimensä mukaisesti pyrki edustamaan välittävää kantaa näiden kahden välillä. Laurell oli aikansa merkittävin suomalainen pedagogi, Helsingfors Lyceumin johtaja ja yksi sen perustaja, koulutukseltaan teoreettisen filosofian dosentti ja aikansa maltillinen, kristillisestä luomisuskosta kiinnipitänyt rationalisti, joka hegeliläisyydestä luovuttuaan kiinnostui empiirisestä tutkimuksesta. Laurellin ajattelussa näkyy monelle muullekin 1800-luvun alkupuolen toimijalle tyypillinen hegeliläisten ja herderiläisten vaikutteiden rinnakkaisuus. Teologina Laurell edusti näkemystä, jonka mukaan yliopistoteologia on uskonnon tarkastelua, ei yliopistossa tapahtuvaa uskonnonharjoitusta.

Abstract My thesis focuses on the incorporation of Hyperboreans, a mythical classical race, into the prevailing Gothic or Geatic narrative of national history in seventeenth and eighteenth century Swedish historiography. The beatific Hyperboreans were identified with ancient Swedes to emphasise that the Gothic ancestors of Sweden’s rulers had not been mere mediaeval barbarians. The most extreme proponents of this Hyperborean research tradition claimed that a high culture had thrived in Sweden before classical antiquity. They asserted that traces of this highly-developed northern civilisation could be found in the Bible, classical writings and mediaeval historiography, as well as the domestic antiquities such as runestones and Old Norse writings. By close-reading published and unpublished writings of historians and antiquaries, I examined the overarching and shared distinctive features within this Hyperborean research tradition. This involved an analysis of the main content of this research tradition in its learned, mostly Western European historiographical setting. I focused especially on understanding the Hyperborean research tradition within the intellectual traditions of constructing fabulous pasts. The seventeenth century was a period of institutionalisation of historical and antiquarian research in Sweden and Europe. Hence, I also studied the role of specific politico-historical and institutional conditions in the emergence, development and decline of the Hyperborean research tradition. By combining these two approaches, I attempted to strike a balance between research on long-term intellectual traditions and short-term immediate situations in which the ideas about the Hyperboreans were developed and used. Ultimately my thesis illustrates that the Hyperborean research tradition was a fairly coherent tradition of research. It arose in the early seventeenth century as part of the political pursuits and problems of Swedish monarchs in the domestic front and the Baltics. The tradition dominated Swedish historiography during the period of Swedish absolutism (1690–1720), before gradually crumbling from 1730s onwards. The emergence, development and decline of the Hyperborean research tradition were all a result of complex historiographical and politico-institutional factors. / Tiivistelmä Keskityn väitöskirjassani 1600- ja 1700-lukujen ruotsalaisen historiankirjoituksen ilmiöön, jossa antiikin kirjoitusten myyttiset hyperborealaiset sisällytettiin niin kutsuttuun goottilaiseen historianarratiiviin. Tämä varhaismodernissa Ruotsissa suosittu historianarratiivi perustui näkemykseen Raamatun Maagogista sotaisten goottien sekä ruotsalaisten kantaisänä. Eurooppalaiset humanistit kuvasivat kuitenkin gootit keskiaikaisina barbaareina, minkä vastapainoksi oppineet Ruotsissa esittivät kotimaiset gootit sivistyneinä ja hurskaina hyperborealaisina. Hyperborealaisen tutkimusperinteen keskeisin tutkimuskohde oli muinaisen Ruotsin kulttuuri, jonka väitettiin levinneen Upsalasta aina Välimerelle saakka jo ennen kreikkalais-roomalaista antiikkia. Tukeakseen väitteitään oppineet käyttivät lähteinään antiikin kirjoitusten ohella Raamattua ja keskiajan historiantutkimusta. 1600-luvun mittaan he hyödynsivät kasvavassa määrin myös pohjolan alueen muinaismuistoja, kuten muinaisnorjalaisia kirjoituksia ja riimukiviä. Tutkimukseni lähdeaineisto muodostuu hyperborealaiseen perinteeseen kuuluneiden oppineiden julkaistuista ja julkaisemattomista kirjoituksista. Tarkastelen tutkimusperinteen yhtenäisyyttä analysoimalla sen keskeisimpiä yhdistäviä ja erottavia käsityksiä. Analyysini kattaa myös sen opillisten, lähinnä historiantutkimuksellisten puitteiden määrittämisen. Pyrin erityisesti ymmärtämään hyperborealaista tutkimusperinnettä osana varhaismodernille ajalle tyypillisiä historianarratiiveja tarunomaisesta kansallisesta muinaisuudesta. Ruotsalainen historian- ja muinaistutkimus institutionaalistui 1700-luvulla. Täten tarkastelen työn pääasiallisen tutkimusongelman ohella, kuinka poliittiset ja institutionaalisetolosuhteet myötävaikuttivat hyperborealaisen tutkimusperinteen kehittymiseen, vakiintumiseen ja asteittaiseen murenemiseen. Osoitan tutkimuksessani, että hyperborealainen tutkimusperinne syntyi 1600-luvun alussa liittyen Ruotsin kuninkaiden poliittisiin pyrkimyksiin sekä kotirintamalla että Itämerellä. Sen valtakausi sijoittui aikavälille 1685–1720, jolloin Ruotsin itsevaltiaat kuninkaat hyödynsivät hyperborealaisiin liitettäviä teemoja propagandassaan. Tutkimusperinteen vaiheittainen mureneminen tapahtui 1700-luvun puolivälissä. Sen taustalla oli useita poliittisia, institutionaalisia ja opillisia tekijöitä.