Abstract Hallux valgus is a very common foot deformation and it is also very common reason for orthopaedic surgery in Western industrialised countries, including Finland. In Finland, about 90% of the patients are women. Several early studies support the opinion that distal chevron osteotomy is a predictably successful treatment for mild-to-moderate hallux valgus deformities. Nevertheless, the necessity of chevron osteotomy fixation is controversial and only limited evidence supports the effectiveness of postoperative regimens. In this prospective randomised study, we compared the long-term results of 2 operative techniques (osteotomy fixation versus no fixation) and 2 postoperative regimens (a soft cast versus an elastic bandage) in 100 patients who underwent surgery for hallux valgus. Clinical evaluations based on the American Orthopedic Foot and Ankle Society (AOFAS) scale scoring were performed at baseline and again at 6 weeks, 6 months, 1 year, and a mean of 7.9 years postoperatively. Radiographic measurements were also made of the hallux valgus angle (HVA), first intermetatarsal angle (I/II IMA), distal metatarsal articular angle (DMAA), sesamoid position (LaPorta), congruence of the first metatarsophalangeal joint and the shift of the metatarsal head. Intraobserver repeatability and inter-observer reliability of radiographic measurements were evaluated by an experienced orthopaedic surgeon and an experienced radiologist. The mean AOFAS function scores were better in the group treated without osteotomy fixation and with an elastic bandage at 6 weeks postoperatively, but the difference disappeared at later dates. AOFAS scores were significantly worse when the preoperative hallux valgus angle exceeded 30 degrees. The AOFAS scores did not differ statistically among the groups in our population. Radiological recurrence of hallux valgus deformity of 15 degrees or more was very common at long-term follow-up after distal chevron osteotomy. Preoperative congruence, DMAA, sesamoid positon (LaPorta), HVA and I/II IMA affected recurrence. All recurrences were painless; thus, no revision surgery was required. A statistically higher metatarsal head shift was observed in the fixation group, but the clinical significance of 0.8 mm was very small. The experienced orthopaedic surgeon and experienced radiologist each exhibited good repeatability and reliability. Based on this study, the fixation of the distal chevron osteotomy is not necessary, nor is a rigid soft cast bandage required. The risk of recurrence of hallux valgus is higher when the preoperative HVA is 30 degrees or over. / Tiivistelmä Vaivaisenluu on hyvin yleinen jalan epämuotoisuus ja se on myös hyvin yleinen syy jalkakirurgiaan läntisissä teollistuneissa maissa ja myös Suomessa. Noin 90 % suomalaisista potilaista on naisia. Useat aiemmat tutkimukset tukevat mielipidettä, jonka mukaan ensimmäisen jalkapöydänluun alaosan V-muotoinen luunkorjausleikkaus näyttäisi olevan suositeltava hoito lievän ja kohtalaisen vaivaisenluun hoidossa. Luunkorjauksen kiinnityksen tarpeellisuus on kiistanalainen ja todisteet leikkauksen jälkeisen hoidon tehosta ovat rajalliset. Tässä eteenpäin suuntautuvassa, satunnaistetussa tutkimuksessa vertasimme kahden leikkaustekniikan (luunkorjauksen kiinnitys/ei kiinnitystä) ja kahden leikkauksen jälkeisen hoidon (kevyt kipsisidos/elastinen tukisidos) pitkäaikaistuloksia 100 potilaalla, jotka hoidettiin vaivaisenluun vuoksi. Kliininen arviointi suoritettiin Amerikan ortopedisen jalka- ja nilkkayhdistyksen pisteytyksen mukaan (AOFAS) ennen leikkausta ja 6 viikkoa, 6 kuukautta, 1 vuosi sekä keskimäärin 7.9 vuotta leikkauksen jälkeen. Samoin röntgenkuvista mitattiin vaivaisenluukulma (HVA), ensimmäisen ja toisen jalkapöydänluun välinen kulma (I/II IMA), ensimmäisen jalkapöydänluun alapään nivelpinnan kulma (DMAA), jänneluun asema (LaPorta), ensimmäisen jalkapöydänluun ja varpaan välisen nivelen asento sekä leikkauksessa tapahtunut jalkapöydänluun pään siirto. Röntgenkuvista tehtyjen mittausten toistettavuus ja luotettavuus arvioitiin kokeneen ortopedin ja kokeneen röntgenlääkärin välillä. Keskimääräiset AOFAS toimintapisteet olivat parempia siinä leikkausryhmässä, jossa luunkorjausta ei kiinnitetty ja leikkauksen jälkeen käytettiin joustavaa tukisidosta 6 viikon kontrollissa, mutta seurannassa ero hävisi. AOFAS-pisteet olivat merkittävästi huonommat, jos vaivaisenluukulma oli ennen leikkausta yli 30 astetta. Aineistossamme AOFAS-pisteet eivät eronneet tilastollisesti merkittävästi eri ryhmien välillä. Röntgenkuvissa vaivaisenluukulman uusiutuminen 15 asteeseen tai sen yli oli hyvin tavallinen jalkapöydänluun alaosan chevron osteotomian jälkeisessä pitkäaikaisseurannassa. Ennen leikkausta arvioidut nivelen asema, DMAA, LaPorta, HVA ja I/II IMA vaikuttivat uusiutumiseen. Kaikki uusiutumiset olivat kivuttomia ja uusintaleikkauksia ei tarvittu. Ryhmässä, jossa luunkorjaus kiinnitettiin, jalkapöydänluun pään siirto pysyi tilastollisesti paremmin, mutta 0.8 mm:n eron kliininen merkitys on olematon. Röntgenkuvista tehtyjen mittausten toistettavuus ja luotettavuus olivat hyviä sekä ortopedilla että röntgenlääkärillä. Tämän tutkimuksen perusteella ensimmäisen jalkapöydänluun alaosan luunkorjauksen kiinnittäminen ei ole tarpeellista eikä myöskään ole tarpeen käyttää kipsisidosta. Vaivaisenluun uusiutumisen riski on suurempi, jos vaivaisenluukulma on ennen leikkausta 30 astetta tai enemmän.

Abstract This thesis investigates the reliability of printed conductors on flexible substrates under cyclic bending. The topic is approached by studying the effects of several key design parameters on the bending lifetime of printed conductors under dynamic loading. In this thesis, the test specimens with various cross-sectional geometries were printed on different plastic and paper substrates. The test samples were fabricated with two printing methods, silk screen and roll-to-roll printing, by utilizing three different silver pastes as the conductive material. To evaluate the long-term performance of the printed traces, the test specimens were exposed to cyclic bending and their electrical behaviour during the test was monitored with resistance measurements. The bending test results were analysed by utilizing the Weibull analysis, with a 20% increase in resistance as the failure criterion. This method yielded a characteristic lifetime for a test population, including 10 individual test specimens. When comparing the characteristic lifetimes of all of the fabricated test populations, it was observed that all of the varied design parameters had an effect on the bending reliability of the printed traces. However, within the studied geometries and materials, the substrate was found to have the highest impact on the long-term electrical performance of printed conductors under cyclic bending. The study proves that the bending reliability of printed conductors can be enhanced by proper design choices. This is done by minimizing the strain when the printed trace is subjected to bending. / Tiivistelmä Tässä työssä tutkitaan joustaville substraateille painettujen johdinten luotettavuutta syklisessä taivutuksessa. Aihetta lähestytään tutkimalla useiden tärkeiden suunnitteluparametrien vaikutusta painettujen johdinten elinikään dynaamisessa rasituksessa. Työssä painettiin poikkileikkausgeometrialtaan vaihtelevia testirakenteita erilaisille muovi- ja paperisubstraateille. Testinäytteet valmistettiin käyttäen kahta painotekniikkaa, silkkipainoa ja rullalta rullalle painoa, hyödyntäen kolmea erilaista hopeapastaa johtavana materiaalina. Painettujen johdinten pitkäaikaisen suorituskyvyn arvioimiseksi testinäytteet altistettiin sykliselle taivutukselle ja niiden sähköistä käyttäytymistä monitoroitiin testin aikana resistanssimittauksilla. Taivutustestin tulokset analysoitiin Weibull analyysin avulla käyttäen 20%:n kasvua resistanssissa vikakriteerinä. Tämän menetelmän lopputuloksena saatiin karakteristinen elinikä testipopulaatiolle koostuen kymmenestä yksittäisestä testinäytteestä. Vertailtaessa kaikkien valmistettujen testipopulaatioiden karakteristisiä elinikiä, havaittiin kaikilla vaihdelluilla parametreilla olevan vaikutusta painettujen johdinten luotettavuuteen. Tästä huolimatta, tutkittujen geometrioiden ja materiaalien rajoissa, substraatilla todettiin olevan suurin vaikutus painettujen johdinten pitkä-aikaiseen sähköiseen suorituskykyyn syklisessä taivutuksessa. Tämä tutkimus osoittaa, että painettujen johdinten taivutusluotettavuutta voidaan parantaa oikeilla suunnitteluvalinnoilla. Tämä voidaan toteuttaa minimoimalla venymä painetun johtimen ollessa taivutuksessa.

Abstract Electronic devices are subjected to various usage environments, wherein stresses are induced to components and their interconnections. The level of stress affects the interval of failure occurrences. When the stress level and aging characteristics of sub-material parts are known, the failure occurrence can be predicted. However, the predictions are based on uncertainties and a practical method to help to assess the component interconnection reliability is needed. In this thesis a novel method to utilize the accelerated stress test data for the hazard rate estimates is introduced. The hazard rate expectations of the interconnection elements are presented as interconnection failures in time (i-FIT) figures that can be used as a part of the conventional product reliability estimates. The method utilizes second level reliability test results for a packaging type specific failure occurrence estimates. Furthermore, the results can be used as such in the component packaging reliability estimates. Moreover, a novel method to estimate the interconnection failures in terms of costs is presented. In this novel method the interconnection elements are dealt as cost elements. It is also shown that the costs of the interconnection failures could be very high, if the stress-strength characteristics of the interconnection system are wrongly chosen. The lead-free manufacturing has emphasized the thermal compatibility of the materials of the component, the solder and the Printed Wiring Board. Improper materials for Area Array components will result as excessive component warping during the reflow, as is shown in this thesis. A novel method for estimating the amount of component warping during the lead-free reflow is introduced. In this thesis, a method to predict the second level interconnection hazard rate is introduced. The method utilizes the second level reliability test data in the life time predictions of the component solder joints. The resulted hazard rates can be used as a part of product field performance estimates. Also, the effect of the process variation and the material properties on the lead-free solder joint reliability is introduced. / Tiivistelmä Elektronisen laitteen materiaalien yhteensopivuus ja käyttöympäristö määrittävät sen kokemat rasitukset. Laitteen komponentteihin tai niiden liitoksiin kohdistuvat rasitukset aiheuttavat lopulta laitteen vikaantumisen. Vikaantumisten taajuuteen vaikuttavat paitsi rasituksen taso ja tyyppi, myös laitteen materiaalien ominaisuudet. Todellinen vikaantumistaajuus perustuu kuitenkin muihinkin parametreihin, mistä johtuen vikaantumisennusteet voivat olla epätarkkoja. Tästä syystä käytännölliselle liitosten vikaantumisen arviointimenetelmälle on tarve. Tässä väitöskirjassa esitellään uusi komponenttien juotosliitosten arviointimenetelmä, jonka avulla voidaan muuntaa kiihdytetyn rasitustestauksen tulos vikaantumistaajuusarvioksi laitteen todellisessa käyttöympäristössä. Menelmässä hyödynnetään levytason rasitustestauksen tuloksia komponenttien kotelotyyppikohtaisiin vikaantumisennusteisiin. Menetelmää voidaan käyttää sellaisenaan arvioitaessa komponenttikoteloiden luotettavuutta todellisissa rasitus- tai tuoteympäristöissä. Väitöskirjassa esitellään myös uusi menetelmä vikaantuneiden liitosten kustannusten määrittämiseen, mikä auttaa myös uuden liitosteknologian kokonaiskustannusten arvioimisessa. Lisäksi väitöskirjatyössä osoitetaan, että liitosvikojen aiheuttamat kustannukset voivat olla erittäin korkeita, mikäli juotosliitoksiin kohdistuvat rasitukset ylittävät liitosten suunnitellun kestävyyden. Elektroniikan lyijyttömän valmistamisen myötä komponenttien, juotteen ja piirilevyn materiaalien yhteensopivuus korostuu. Väitöskirjatyössä osoitetaan, että yhteensopimattomien materiaalien käyttäminen komponenteissa voi johtaa komponentin liialliseen taipumaan kuumakonvektiojuottamisen aikana. Lisäksi esitellään menetelmä komponentin taipuman arvioimiseksi lämpötilan funktiona. Tässä väitöskirjassa esitellään uusi menetelmä, jolla voidaan arvioida komponenttien juotosliitosten vikaantumista ja vikaantumisen vaikutusta tuotteiden kokonaiskustannuksiin. Menetelmä perustuu kiihdytetyn rasitustestauksen tuloksiin, joita voidaan käyttää juotosliitosten vikaantumisten arvioimiseen tuotteen todellisissa käyttöolosuhteissa. Lisäksi väitöskirjatyössä on arvioitu juotosmateriaalin ja juotosaluemitoituksen vaikutusta juotosliitosten luotettavuuteen.

Abstract Radio communication is used in increasingly diversified device typologies. Telecommunications with a reduced detrimental impact on health and environment, and an improved cost-efficiency and working lifetime are expected by institutions, end-users, operators and manufacturers. Moreover, with more networks present or more articulated systems, dependability of the entirety is to be ensured. The related need of efficiency in various compartments – such as in the use energy or the radio spectrum – and of effectiveness in adapting to changing operating conditions can be achieved with cognitive features. This dissertation addresses network reconfiguration and dependability by cognitive measures from multiple perspectives – each covered by a respective part of this work – providing guidelines for cognitive networks design. A rationalising view on cognitive networks with related taxonomies and models includes a discussion on the dynamics and interactions in networks operating closely and simultaneously (here, concurrent networks). While cognitive domains are specified for cognitive functions, with a more generic scope control functions are assigned to topological domains. This allows a flexible exploitation of the system design by decoupling the specification of system functions from their mapping onto network devices that will host them. As interaction plays an important role in many topical scenarios, a model for networked engineered cognitive entities comprising four categories (observation, interworking, consolidation, operation) and two levels (a cognitive frontier and a metacognitive hub) is presented here. Its cognitive phases are considered with regard to the other architectural elements. Moving the focus down to the levers for exploitation of context awareness, are presented solutions for efficient use of resources and dependability in general, considering the network dynamics. For communication link and network adaptation, the effective capacity is captured by a compact-form expression also considering imperfections, while learning is exploited for reducing overhead, and collaboration for fairly maximising energy save. / Tiivistelmä Käyttäjät, operaattorit ja laitevalmistajat toivovat tulevilta tietoliikennejärjestelmiltä sekä aiempaa pienempiä haitallisia vaikutuksia terveyteen ja ympäristöön että parannettua kustannustehokkuutta ja toiminta-aikaa. Lisäksi olisi varmistettava useiden verkkojen ja niiden muodostamien monimutkaisten järjestelmien kokonaisuuden luotettava toiminta. Tarvittava tehokkuus energian ja radioresurssien käytössä, samoin kuin kyky sopeutua muuttuviin käyttötilanteisiin, voidaan saavuttaa kognitiivisilla radioteknikoilla. Tämä väitöskirja käsittelee kognitiivisten menetelmien tuomaa radioverkkojen mukauttamista ja luotettavuutta eri näkökulmista. Samalla esitetään kognitiivisten verkkojen suunnittelun periaatteita ja lähtökohtia. Väitöskirja sisältää katsauksen kognitiivisiin radioverkkoihin niihin liittyvine luokitteluineen ja malleineen, sekä tarkastelee samanaikaisesti ja läheisesti toimivien verkkojen (rinnakkaisten verkkojen) dynamiikkaa ja vuorovaikutuksia. Työssä määritetään kognitiiviset lohkot kognitiivisine toimintoineen, kun taas topologiset tasot hallintatoimintoineen määritetään yleisemmin. Tämä mahdollistaa järjestelmäsuunnittelun joustavan hyödyntämisen erottamalla järjestelmän toimintojen määrittelyn toteuttavista verkkolaitteista. Koska vuorovaikutus on merkittävä tekijä useissa sovellusskenaarioissa, verkottuneille keinotekoisille kognitiivisille yksiköille ehdotetaan tässä neljä luokkaa (havainnointi, yhteistoiminta, vakauttaminen, toiminta) sekä kaksi vyöhykettä (kognitiivinen raja-alue ja metakognitiivinen keskus) sisältävää mallia. Mallin kognitiiviset vaiheet käsitellään suhteessa muihin arkkitehtuurin elementteihin. Järjestelmän kontekstitietoisuuden hyväksikäyttöön liittyen esitetään ratkaisuja resurssien tehokkaaseen käyttöön ja yleisemmin luotettavuuteen ottaen huomioon verkkojen dynamiikkaa. Yhteyksien ja verkkojen mukauttamisesta esitetään analyyttinen ratkaisu saavutettavan tehollisen kapasiteetin määrittämiseksi, huomioiden mahdolliset epäideaalisuudet. Kognitiivista oppimista hyödynnetään hallintalikenteen vähentämiseksi ja yhteistyötä energiansäästön maksimoimiseksi verkon alueella tasapuolisesti.