Search

203 σ., Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στην ανάπτυξη μεθοδολογιών επεξεργασίας και αξιολόγησης εγκεφαλικών σημάτων προερχόμενα απο πειραματικές μετρήσεις Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες εφαρμόζονται σε σήματα Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) ηρεμίας, σε Εγκεφαλικά Προκλητά Δυναμικά (Π.Δ.) και σε μία περίπτωση σε σήματα Ηλεκτρομυογραφήματος (ΗΜΓ) προσώπου. Παράλληλα γίνεται προσπάθεια μελέτης και αξιολόγησης της επίδρασης Η/Μ ακτινοβολίας διαφορετικών χαρακτηριστικών και παραμέτρων στα ηλεκτρικά σήματα του εγκεφάλου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα εγκεφαλικών σημάτων παρουσία Η/Μ ακτινοβολίας από προγενέστερα πειράματα, αλλά και από ένα πείραμα καταγραφής ΗΜΓ και ΗΕΓ χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας. Επιπλέον, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διεξήχθησαν και νέα πειράματα, σε συνεργασία με το Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγιεινής. Τα πειράματα αυτά σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν με αρχικό στόχο τη μελέτη της επίδρασης σημάτων ευρυεκπομπής νέων τεχνολογιών στα εγκεφαλικά σήματα. Στη συνέχεια, τα δεδομένα που συνελέγησαν από τις πειραματικές μετρήσεις επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν με διάφορες τεχνικές. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν γνωστές και καθιερωμένες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση της κορυφής P600 των εγκεφαλικών Π.Δ. που προήλθαν από τα πειράματα μελέτης της επίδρασης μονοχρωματικής ακτινοβολίας, εκπεμπόμενης από κινητό τηλέφωνο στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz. Στόχος ήταν να εξεταστεί το μοτίβο ενεργοποίησης της κυματομορφής P600 καθώς και η εξάρτησή του από το φύλο και την ακτινοβολία, εφαρμόζοντας δύο διαφορετικές στατιστικές μεθόδους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κορυφή P600 ακολουθεί διακριτά μοτίβα ενεργοποίησης στα πρόσθια, κεντρικά και οπίσθια ηλεκτρόδια, ενώ διαφορές ανάμεσα στα δύο φύλα παρατηρήθηκαν ταυτόχρονα σε πολλά ηλεκτρόδια αυτών των εγκεφαλικών περιοχών. Τέλος, οι παραπάνω διαφορές φάνηκε να επηρεάζονται σημαντικά κι από την επίδραση της ακτινοβολίας. Τα δεδομένα των ίδιων πειραμάτων, υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz, χρησιμοποιήθηκαν επίσης για τη μελέτη της συνδιακύμανσης ανάμεσα σε σήματα Π.Δ., χρησιμοποιώντας μεθόδους χρονολογικών σειρών και συγκεκριμένα τη μέθοδο της συνολοκλήρωσης. Συγκεκριμένα, ορίστηκε ο παράγοντας συνολοκλήρωσης ως η ικανότητα ενός σήματος Π.Δ. να συμμεταβάλλεται με άλλα αντίστοιχα σήματα Π.Δ. Στη συνέχεια ερευνήθηκε η εξάρτηση του παράγοντα αυτού από την ακτινοβολία, το φύλο αλλά και από τις θέσεις των ηλεκτροδίων στο κεφάλι. Τα ευρήματα που προέκυψαν απεκάλυψαν ότι οι γυναίκες έχουν σημαντικά υψηλότερο παράγοντα συνολοκλήρωσης από τους άντρες, ενώ σε όλα τα άτομα η παρουσία ακτινοβολίας ενίσχυσε την τιμή του παράγοντα αυτού. Τέλος, ο παράγοντας συνολοκλήρωσης εμφάνισε διαφοροποιήσεις σχετικές με τις τοποθεσίες του εγκεφάλου, δημιουργώντας διακριτά συμπλέγματα σε αυτόν. Στην πορεία της διατριβής διεξήχθη πείραμα υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας εκπεμπόμενη από WiFi access point. Από τα δεδομένα που καταγράφηκαν υπολογίστηκε αρχικά το πλάτος του ΗΕΓ στο πεδίο της συχνότητας, με βάση τον Ταχύ Μετασχηματισμό Fourier. Οι ενέργειες των ηλεκτροδίων καταγραφής, που προέκυψαν με αυτό τον τρόπο, υποβλήθηκαν σε πολυπαραγοντική ανάλυση της διακύμανσης, μέσω της οποίας εξετάστηκε η επίδραση του φύλου, της πειραματικής συνθήκης και της αλληλεπίδρασης των δύο με τις ενέργειες αυτές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ακτινοβολία δεν επηρέασε καθόλου τις ενέργειες του άλφα και βήτα ρυθμού των ανδρών, ενώ προκάλεσε μείωση στις αντίστοιχες ενέργειες των γυναικών. Οι ενέργειες της δέλτα και θήτα μπάντας δεν παρουσίασαν καμία αξιοσημείωτη μεταβολή οφειλόμενη στο φύλο, την ακτινοβολία ή την αλληλεπίδρασή τους. Αντίθετα, υπήρξε σημαντική αλληλεπίδραση του φύλου και της ακτινοβολίας στις ενέργειες του άλφα και του βήτα ρυθμού. Ενδιαφέρον παρουσίασε το γεγονός ότι αυτό το μοτίβο παρατηρήθηκε σε αρκετά ηλεκτρόδια, τα οποία σχημάτιζαν δύο διακριτές περιοχές στον εγκέφαλο,η μία πρόσθια δεξιά κι η δεύτερη η ινιακή. Στο τελευταίο μέρος της παρούσας μελέτης γίνεται προσπάθεια δημιουργίας ενός εργαλείου, το οποίο επεμβαίνοντας σε πρώιμο στάδιο σε αρχικές μετρήσεις εγκεφαλικών σημάτων, θα βοηθά στη σωστότερη αποθορυβοποίηση τους. Το εργαλείο αυτό βασίστηκε στη θεωρία των Γενετικών Αλγορίθμων και ουσιαστικά αναπτύχθηκε μία μέθοδος στάθμισης των δεδομένων που προέρχονται από πειράματα πολλών επαναλήψεων, με τρόπο τέτοιο ώστε να επιτευχθεί η κανονικότητα της κατανομής τους. Στο πλαίσιο αυτό, ελέγχθηκε το ενεργειακό περιεχόμενο σημάτων ΗΕΓ και ΗΜΓ, που ελήφθησαν από πείραμα χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας, ως προς την κατανομή των τιμών ενέργειας στις επαναλήψεις. Οι τιμές αυτές σταθμίστηκαν με συντελεστές που υπολογίστηκαν με χρήση των Γ.Α. κι έγινε εκ νέου έλεγχος της κατανομής των σταθμισμένων δεδομένων. Και στις δύο περιπτώσεις ο έλεγχος έγινε με τρεις διαφορετικές μεθόδους, ενώ τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνηγορούν αφενός στην αναγκαιότητα ύπαρξης μίας τέτοιας μεθοδολογίας κι αφετέρου στην αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης διαδικασίας. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα από το πείραμα που υλοποιήθηκε υπό την επίδραση μη μονοχρωματικής ακτινοβολίας W-CDMA, για τα οποία υπολογίστηκαν και εφαρμόστηκαν κοινοί συντελεστές στάθμισης σε ολόκληρο το σήμα του ΗΕΓ. Η ιδέα επεκτάθηκε και στα Π.Δ., με τον εφαρμογή των ίδιων βαρών που υπολογίστηκαν από το ΗΕΓ ηρεμίας και στο σήμα που ακολουθούσε το ερέθισμα. Στόχος και πάλι ήταν η μετατροπή της κατανομής των τιμών των επανάληψεων, σε κάθε μία χρονική στιγμή, σε κανονική. Η ισχύς της μεθόδου ελέγχθηκε μέσω των τιμών των συντελεστών κύρτωσης και ασυμμετρίας και φάνηκε να έχει αποτέλεσμα, αλλά όχι σε όλες τις περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων και ενίοτε μόνο στον ένα εκ των μέτρων ασυμμετρίας και κύρτωσης. Συγκεκριμένα, αποδείχθηκε ότι σε ό,τι αφορά το σήμα ΗΕΓ, η κατανομή των τιμών που προκύπτουν από τις πολλές επαναλήψεις σε κάθε χρονική στιγμή του είναι δυνατό να προσεγγίσει την κανονική, εφόσον γίνει στάθμιση όλων των δεδομένων με κοινούς συντελεστές βαρους. Από την άλλη πλευρά, η στάθμιση του σήματος των Π.Δ. με τους συντελεστές βαρύτητας που υπολογίστηκαν από το σήμα ΗΕΓ ηρεμίας βρήκε έστω μικρής κλίμακας εφαρμογή. Υπήρξαν πολλές περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων όπου οι συντελεστές ασυμμετρίας και κύρτωσης παρουσίασαν βελτίωση έναντι αυτών που αντιστοιχούσαν στα αρχικά δεδομένα, παρόλο που η βελτίωση δεν ήταν αντίστοιχη με αυτή που συντελέστηκε στο σήμα ΗΕΓ. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα της διαριβής και η επιστημονική συνεισφορά της. Επίσης γίνεται αναφορά σε μελλοντικές προοπτικές της παρούσας διατριβής., The present study aims to the development of processing methodologies and the evaluation of brain signals recorded during experimental measurements of EEG. The proposed methodology is applied to Electroencephalographic (EEG) signals, Event Related Potentials (ERP) and in one case to facial surface Electromyographic (EMG) signals. At the same time, an attempt to study and evaluate the effect of Electromagnetic Field (EMF) radiation of different characteristics and parameters on the electrical signals of the brain is being made. In this context, data acquired by previous experiments were used. Such data were brain signals recorded under the influence of EMF radiation and EMG and EEG measurements executed in an uncontaminated by EMF radiation environment. This “pool” of data was enriched by new experiments conducted during this study. The latter were designed and executed in collaboration with the University Mental Health Research Institute and their initial objective was to investigate the effect of broadband signals radiation, corresponding to the latest communication technologies, on the brain signals. The data collected from the aforementioned experimental measurements were processed and analyzed by various techniques. As a first approach, established and standard statistical methods were used to analyze the P600 component of ERPs recorded during an auditory memory task, in the presence and absence of monochromatic RF radiation, similar to that emitted by mobile phones, operating in 900 and 1800 MHz. The aim was to examine the patterns of activation of the P600 waveform of the ERPs, applying principal component analysis (PCA) and repeated measures ANOVA, and whether these patterns were RF and gender dependent. The results showed that the P600 component follows distinct patterns of activation in the anterior, central and posterior brain areas, while gender differences are observed simultaneously at several electrodes within these areas. Finally, the gender-related functional architecture with regard to the P600 component appears to be RF sensitive. In conclusion, the application of the PCA procedure provided an adequate model of the spatially distributed event-related dynamics that correspond to the P600 waveform. The same data, as described in the previous paragraph, were used to investigate the co-variance among ERP signals, using methods applied to time series and specifically the cointegration method. Within this framework, cointegration factor was defined as the ability of an ERP signal to co-vary with other ERP signals. Additionally, its dependance on different EMF conditions and gender, as well as the locations of the electrodes on the scalp, was investigated. The findings revealed that women have significantly higher cointegration factor than men, while all subjects have increased cointegration factors in the presence of EMF. What is more, the cointegration factor is location dependent, creating a distinct cluster of high cointegration capacity at the central and lateral electrodes of the scalp, in contrast to clusters of low cointegration capacity at the anterior and posterior electrodes. These findings seemed to have distinct similarities with those derived from standard methodologies of the ERPs. In the course of this thesis, a new experiment was conducted measuring brain signals of healthy volunteers, while performing an auditory memory task in the presence and absence of RF radiation, similar to that emitted by a WiFi access point operating at 2.4 GHz. For each subject, radiation condition and electrode, the amplitude in the frequency domain of the EEG signal was calculated, using the Fast Fourier transform. The presence of radiation had no effect on the energies of alpha and beta band of male subjects, while it reduced these energies of female subjects, resulting in significantly lower energies, as compared to those of males. Delta and theta band energies did not experience any noteworthy effect from gender, radiation condition and their interaction. Conversely, there was a significant interaction effect (gender x radiation) on the energies of alpha and beta rhythms. Interestingly, this pattern was observed for a number of electrodes, which formed two distinct clusters, one located at right- anterior and the second at occipital brain areas. These findings supported the idea that Wi-Fi signal may influence normal physiology through changes in gender related cortical excitability, as reflected by alpha and beta EEG frequencies. The last part of the present study implicates the development of a tool, which intends to improve the de- noising of brain signals’ measurements, by intervening at an early stage in them. This tool was based on the theory of Genetic Algorithms. In fact, a method of weighting data, which were recorded during experiments of many repetitions, was developed, so as to achieve the normality of their distribution. In this context, EEG and EMG signals, obtained from an experiment conducted in an environment clear of EMF were used. Initially, the distribution of the energy values of each repetition was checked in terms of normality. Subsequently, these values were weighted using the GAs and their distribution was checked once again. In both cases the test was performed using three different methods, while the results obtained suggest both to the need for such a methodology and to the effectiveness of the proposed procedure. Thereafter, the data acquired from an experiment that was implemented under the influence of non-monochromatic W-CDMA radiation, were processed. Common weights were calculated and applied to the entire EEG signal. This idea was extended to ERPs, by applying the same weights, calculated from the resting EEG signal, to the signal that followed the stimulus. The aim again was to transform the distribution of the values through iterations in each moment, into normal. The validity of the method was tested by means of the values of skewness and kurtosis coefficient. Generally the method appeared to have an effect, however not in all cases of subjects and electrodes, and sometimes only in one of the coefficients of skewness and kurtosis. More specifically, it was shown that regarding the EEG signal, the distribution of the values resulting from many repetitions at each moment, is possible to approach normality, upon weighting of all the data with common weight factors. On the other hand, weighting ERP signal with the factors calculated from the resting EEG signal showed a so be it small-scale effect. There have been many cases of subjects and electrodes where skewness and kurtosis coefficients found improved over those corresponding to the original data, although the improvement was not similar to that occurred in the EEG signal. The last chapter presents the overall conclusions of the thesis and its scientific contribution. Finally, references to the future perspectives of this thesis are being made., Αργυρώ Εμ. Μαγκανιώτη

251 σ., Η διατριβή αυτή απαρτίζεται από δύο μέρη. Στην πρώτη ενότητα, μελετάται η περαιτέρω ανάπτυξη ενός αλγορίθμου αυτόματης ανακατασκευής θραυσμένων αντικειμένων με βάση το περίγραμμα των κομματιών του θραυσμένου αντικειμένου. Ο αλγόριθμος αυτός αναπτύχθηκε από τους Κ. Παπαοδυσσέα, Α. Παναγόπουλο, Μ. Έξαρχο, Κ. Τριανταφύλλου, Δ. Φραγκούλη και Δ. Ντούμα και δημοσιεύτηκε στο διεθνές περιοδικό IEEE Trans. On Signal Processing το 2002 (IEEE Trans. On Signal Processing, 50 (6), 1277-1288, 2002, by Papaodysseus C., Panagopoulos Th., Exarhos M., Τriantafillou C., Fragoulis D., Doumas C.). Η περαιτέρω ανάπτυξη του αλγορίθμου αφορά την διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης του χρωματικού και του θεματικού περιεχομένου των κομματιών που αποτελούν το θραυσμένο αντικείμενο (θραυσμάτων ή κονιαμάτων), με σκοπό την επιβεβαίωση ή απόρριψη προτάσεων συνενώσεων θραυσμάτων που προκύπτουν από την εφαρμογή της αρχικής μορφής του αλγορίθμου ανακατασκευής της εικόνας. Στην αρχική μορφή του αλγορίθμου ανακατασκευής γίνεται χρήση μόνο της πληροφορίας που προκύπτει από το περίγραμμα των θραυσμάτων. Ο βελτιωμένος αλγόριθμος εφαρμόστηκε αρχικά στην ανακατασκευή ενός απλού εμπορικού παιχνιδιού ανακατασκευής εικόνας (puzzle), ώστε να διερευνηθεί σε θεωρητικό επίπεδο η αποτελεσματικότητά του σε άριστης ποιότητας εικόνα και σε θραύσματα που δεν έχουν υποστεί αλλοίωση του σχήματος τους λόγω καταπόνησης και ηλικιακής φθοράς. Στη συνέχεια, έγινε εφαρμογή του βελτιωμένου αλγορίθμου στην πραγματική περίπτωση της ανακατασκευής των θραυσμένων τοιχογραφιών που ευρέθησαν στην αρχαιολογική ανασκαφή στο Ακρωτήρι της Σαντορίνης. Στη δεύτερη ενότητα της διατριβής, περιγράφεται η δυνατότητα εφαρμογής τεχνικών κατάτμησης εικόνας (image segmentation) σε ακτινογραφίες (οι οποίες είναι εικόνες ιδιαίτερα χαμηλής ποιότητας), με σκοπό τον σαφή προσδιορισμό της απεικονισθείσας προβολής ενός ειδικού ήλου ή, απλά, καρφιού, το οποίο είναι κατασκευασμένο από ειδικό, ελαφρά εύκαμπτο κράμα τιτανίου και χρησιμοποιείται ιδιαίτερα συχνά στις εγχειρίσεις κλειστών ενδομυελικών ηλώσεων. Οι συγκεκριμένες χειρουργικές επεμβάσεις προτιμώνται στις εγχειρίσεις αποκατάστασης μακρών, θραυσμένων οστών (μηρών, βραχιόνων, κλπ). Με χρήση τεχνικών αναγνώρισης σχημάτων και προτύπων, εξήχθη η μέγιστη δυνατή χρήσιμη πληροφορία από την προβολή των καρφιών αυτού στην ακτινογραφική εικόνα. Η πληροφορία χρησιμοποιείται, στη συνέχεια, για τον ακριβή προσδιορισμό της θέσης και του σχήματος του ήλου, καθώς και του προσανατολισμού του ήλου σε σχέση με το θραυσμένο οστούν, στο εσωτερικό του οποίου τοποθετείται ο ήλος χειρουργικά. Έτσι, καθίσταται δυνατή η στερέωση του ήλου στο οστούν με χρήση βιδών και η ολοκλήρωση της χειρουργικής διαδικασίας, ακόμη και αν ο ήλος έχει ελαφρά παραμορφωθεί κατά την εισαγωγή του στο εσωτερικό του οστού., This PhD thesis is divided into two parts. In the first part, the further development of an automated fragmented object reconstruction algorithm is presented. This algorithm uses information extracted from the outline of the fragmented object pieces and was developed by Papaodysseus C., Panagopoulos Th., Exarhos M., Τriantafillou C., Fragoulis D., Doumas C. and presented in the international journal IEEE Trans. On Signal Processing το 2002 (IEEE Trans. On Signal Processing, 50(6), 1277-1288, 2002. The further development of this algorithm involves the potential use of the chromatic and the thematic content of the fragments that constitute the object, in order to confirm or reject the proposals for potential matches that are the result of the application of the initial form of the fragmented object reconstruction algorithm. In the initial version of the reconstruction algorithm, only the information extracted from the fragment outline is used. The improved algorithm was initially applied in the reconstruction of a simple commercial jigsaw puzzle, in order to ascertain the effectiveness of the algorithm in excellent quality images and in fragments that have not been degraded due to wear and the passage of time. Then, the improved algorithm was applied in the real-life case of the reconstruction of fragmented wall-paintings that were unearthed during the archaeological excavation of the Akrotiri site in Santorini. In the second part of the thesis, the application of image segmentation techniques in radiology images (which are low quality images) is presented, in order to accurately determine the depicted projection of a special nail, which is constructed out of a special slightly flexible titanium alloy, and is used in closed intramedullary nailing surgical procedures. These particular procedures are used in treating long fragmented or broken bones (hip bone, tibia fractures, etc). Using shape and pattern recognition techniques, the maximum geometric information from the x-ray projection of these nails was extracted. This information will be then used for the exact determination of the position and the shape of the nail, as well as the orientation of the nail with regard to the fragmented bone, in the interior of which the nail is surgically inserted. Thus, the fixation of the nail with the use of screws is accomplished and the surgical procedure is completed, even if the nail has been slightly deformed during its insertion in the bone interior., Άγγελος-Σαβέριος Σ. Σκέμπρης

Electrocardiography (ECG) has been established as one of the most useful diagnostic tools in medicine and is critical in the management of various heart conditions. Automated or semi-automated ECG analysis algorithms are expected to play an important role in the utilization of the ECG data. The correct identification of the QRS complexes is a fundamental step in every ECG analysis method. A major problem that is often encountered in automatic QRS detection is the presence of artifacts in the ECG data, which cause considerable alterations to the signal. Some common filters can smooth the effect of the artifacts, however they cannot eliminate them due to their spectral frequency overlap with the signal components. In this thesis, the objective was to develop a method, based on Time-Frequency Analysis that would be able to automatically detect and remove artifacts in order to increase the reliability of automatic QRS detection. The ECG data used for this purpose was taken from the Physionet library and more specifically from the MIMIC II database. The data in this database was acquired from ICU patients and it contains various types of rhythms as well as artifacts. First, a Graphical User Interface (GUI) was developed in order to manually annotate ECG data and was used for creating the ground truth for testing the methods developed. The Time-Frequency Analysis method used for the analysis of the ECG data, was based on a time-varying Autoregressive (AR) model whose solutions were obtained using Burg’s method. Several factors that affect the effectiveness of the method were investigated in order to optimize the algorithm experimentally. The algorithm implemented performs three main functions: “Artifact Hypothesis Testing,” “Artifact Detection and Removal,” and “QRS Complex Detection.” The first step, “Artifact Hypothesis Testing,” examines whether the signal contains any artifact or not. This is performed with a correct classification rate of 95.56%. The second step was the “Artifact Detection and Removal,” which could detect and remove the artifact area with an accuracy of 95.60% based on each signal sample identified as artifact or not. The final step, the “QRS Complex Detection,” correctly identified 92% of QRS complexes (322 out of 335 annotated QRS complexes). Finally, the proposed method was compared with one of the most commonly used methods in ECG analysis, the Wavelet Transform Analysis (WTA). The two methods were tested on exactly the same dataset. The WTA resulted in an overall score of 65.3% mainly due to the large number of false positive detections in the regions of artifact. Το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ) έχει καθιερωθεί ως ένα από τα πιο χρήσιμα εργαλεία διάγνωσης στην ιατρική και είναι πολύ σημαντικό στη διαχείριση καρδιαγγειακών παθήσεων. Αυτοματοποιημένοι ή ημι-αυτοματοποιημένοι αλγόριθμοι ανάλυσης του ΗΚΓ αναμένεται να έχουν σημαντικό ρόλο στη χρήση των δεδομένων του ΗΚΓ. Η σωστή αναγνώριση των συμπλεγμάτων QRS είναι βασικό βήμα σε κάθε μέθοδο ανάλυσης του ΗΚΓ. Ένα σημαντικό πρόβλημα που συχνά προκύπτει σε αυτόματη ανίχνευση QRS είναι η παρουσία των τεχνητών σφαλμάτων (artifacts) στα δεδομένα ΗΚΓ, τα οποία προκαλούν σημαντικές αλλαγές στο σήμα. Κάποια κοινά φίλτρα μπορούν να εξομαλύνουν τις επιπτώσεις των τεχνητών σφαλμάτων, ωστόσο δεν μπορούν να τα εξαλείψουν λόγω της μεγάλης επικάλυψης του φάσματος συχνοτήτων τους με αυτού των στοιχείων του σήματος. Στην παρούσα εργασία στόχος ήταν η ανάπτυξη μιας μεθόδου, βασισμένης στην Ανάλυση Χρόνου-Συχνότητας, που θα είναι σε θέση να εντοπίσει αυτόματα και να αφαιρεί τα τεχνητά σφάλματα, ώστε να έχουμε μια πιο αξιόπιστη μέθοδο αυτόματης ανίχνευσης των QRS. Τα δεδομένα ΗΚΓ που χρησιμοποιήθηκαν για το σκοπό αυτό λήφθηκαν από τη βιβλιοθήκη Physionet και πιο συγκεκριμένα από τη βάση δεδομένων MIMIC II. Τα δεδομένα σε αυτή τη βάση δεδομένων προέρχονται από ασθενείς της Μονάδας Εντατικής Θεραπείας, και ως εκ τούτου, περιέχουν διάφορα είδη ρυθμών αλλά και τεχνητών σφαλμάτων. Αρχικά, ένα Γραφικό Περιβάλλον Χρήστη (GUI), σχεδιάστηκε για τη χειροκίνητη σηματοδότηση των διάφορων περιοχών ΗΚΓ σημάτων και χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία των αληθών αποτελεσμάτων για δοκιμή της μεθόδου. H Ανάλυση Χρόνου-Συχνότητας έγινε με τη χρήση ενός χρονικά μεταβαλλόμενου Αυτοπαλινδρομικού (AR) μοντέλου οι λύσεις του οποίου βρέθηκαν με τη μέθοδο Burg. Ακολούθησε η διερεύνηση διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί πειραματικά η μέθοδος. Ο αλγόριθμος που υλοποιήθηκε εκτελεί τρεις βασικές λειτουργίες: “Artifact Hypothesis Testing,” “Artifact Detection and Removal” και “QRS Complex Detection.” Κατ’ αρχήν, το βήμα "Artifact Hypothesis Testing" εξετάζει αν το σήμα περιέχει τεχνητό σφάλμα ή όχι, με το ποσοστό σωστής ταξινόμησης να ανέρχεται στο 95.56%. Το δεύτερο βήμα, η ανίχνευση και αφαίρεση της περιοχής του τεχνητού σφάλματος, έγινε με ακρίβεια 95.60% με βάση το πόσα σημεία του σήματος αναγνωρίστηκαν ως τεχνητό σφάλμα ή όχι. Τέλος, το συνολικό ποσοστό ορθής ανίχνευσης των συμπλεγμάτων QRS ήταν 92% (322 από τα 335 QRS που επισημάνθηκαν χειροκίνητα). Τέλος, έγινε μια σύγκριση μεταξύ της προτεινόμενης μεθόδου και μιας μεθόδου ανάλυσης ΗΚΓ που χρησιμοποιείται πολύ συχνά, της ανάλυσης με Μετασχηματισμό Wavelet (WTA). Οι δύο μέθοδοι δοκιμάστηκαν στα ίδια ακριβώς δεδομένα. Η ορθή ανίχνευση των συμπλεγμάτων QRS με τη μέθοδο WTA ήταν 65.3% κυρίως λόγω του μεγάλου αριθμού ψευδώς θετικών αποτελεσμάτων στις περιοχές των τεχνητών σφαλμάτων.

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός μοντέλου Επαυξημένης Πραγματικότητας για την υποβοήθηση του χειρουργού-χειριστή ρομποτικού μηχανήματος. Το μοντέλο αυτό παρουσιάστηκε για την εύρεση του οπτικού πεδίου του ειδικού ενδοσκοπίου. Για τον σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν δύο προγράμματα τα οποία μπορούν να χειριστούν ιατρικά δεδομένα και να προσφέρουν εικόνες από το εσωτερικό του μοντέλου του ασθενούς. Συγκεκριμένα, έγινε μελέτη των βασικών μεθόδων εφαρμογής Επαυξημένης Πραγματικότητας στην χειρουργική, όπως η εγγραφή του ασθενούς, η κατάτμηση των ιατρικών δεδομένων, η τρισδιάστατη ανακατασκευή τους και η ανίχνευση των ενδοσκοπικών εργαλείων και της κάμερας. Παρουσιάστηκε το πλήρες θεωρητικό μοντέλο εφαρμογής επαυξημένης πραγματικότητας και έγινε ανάλυση των επιμέρους διαδικασιών. Κατασκευάστηκαν με την βοήθεια της Matlab δύο προγράμματα με τα αντίστοιχα GUIs για τον προεγχειρητικό σχεδιασμό και την διεγχειρητική καθοδήγηση/επαύξηση αντίστοιχα. Τέλος έγινε δοκιμή των προγραμμάτων χρησιμοποιώντας 22 τομές μαγνητικής τομογραφίας (μορφής DICOM) εγκεφάλου με εμφανή καρκίνο στην αριστερή κοιλία. Επίσης καταγράφηκαν οι εικόνες και τα δεδομένα που παίρνουμε σε κάθε βήμα εφαρμογής των προγραμμάτων με στόχο την αξιολόγηση τους. Το μοντέλο αυτό κατασκευάστηκε με στόχο την εφαρμογή του σε επεμβάσεις μέσω του ρομποτικού μηχανήματος daVinci. Παρόλα αυτά η γενικότερη εφαρμογή της μεθοδολογίας που αναπτύσσεται μπορεί να βρει εφαρμογές και σε άλλες ενδοσκοπικές επεμβάσεις. The purpose of this thesis was to develop a model of Augmented Reality to assist the surgeon-operator of a robotic machine. The model has been presented for finding the field of special endoscope. For this purpose we built two programs that can manipulate medical data and provide images of the interior of the patient’s model. Specifically, a study was done in the basic methods of Augmented Reality application in Surgery such as, the registration of the patient, the segmentation of medical data, their 3D reconstruction and the detection of endoscopic instruments and the camera. Has been presented the complete theoretical model for applying augmented reality and an analysis of individual procedures was done. Moreover we constructed with the help of Matlab two programs with their GUIs, for preoperative planning and intraoperative guidance/augmentation, respectively. Finally the programs were tested, using 22 MRI slices (format DICOM) with visible brain cancer in the left ventricle. Also were recorded images and data that we get at each step of programs implementation in order to evaluate them. This model was constructed to implement the operations through the daVinci robotic machine. Nevertheless, the general application of the methodology developed in this study may find applications also in other endoscopic procedures

In ultrasound contrast imaging, the discrimination between acoustic echoes from tissue and contrast microbubbles would have as a result the increase of the Contrast-to-Tissue-Ratio, improving therefore the quality of the imaging. The main idea is to differentiate the responses from those two kinds of signals based on their spectral content. The most important features of those sinusoidal signals are that they are very short in duration and than they are very likely to have many closely spaced frequency components. So, in order to achieve this target a novel Bayesian parametric spectral estimation technique has been originally designed by Yan Yan (PhD University of Edinburgh), that is supposed to have greater resolving capabilities than commonly used spectral estimation methods. The new technique uses a reversible jump Markov Chain Monte Carlo (rjMCMC) algorithm so as to identify the frequency components of a signal and it is called parametric because it assumes a model and then the problem of spectral estimation is reduced to that of estimating the parameters of the model. This new method has been initially tested with synthetic signals created in Matlab, so as to define on which parameters it depends and to extract mathematical equations that describe these dependences. And although some coarse comparisons with other techniques showed that the capabilities of this method were great, there was plenty room for improvements. Corrections in the Matlab code of this method, analysis of the code’s output in various ways so as to find which is superior, and the proposal of a new simpler model are just some of the changes that have evidently improved the method’s function. But the most important one is the completion of the amplitude estimation that was left unfinished in the past, as a complete spectral analysis implies both frequency and amplitude estimation. Now, signal reconstruction is possible and also, direct comparisons of the method’s resulting spectrum with the one of the Discrete Fourier Transform or of any other nonparametric (DFT-based) or parametric method can be made. The new version of the code has been applied apart from synthetic signals, to the real ones providing indeed information that was undisclosed in the past concerning the spectral content of those signals. However, further research is required, in order to take advantage of this information and in order to determine the exact performance and limitations of this method that remains still in experimental level. Στην απεικόνιση με υπέρηχους όταν χρησιμοποιείται μέσο αντίθεσης, ο διαχωρισμός ανάμεσα στην ακουστική ηχώ που προέρχεται από τον ιστό και σε αυτή που προέρχεται από τo μέσο αντίθεσης όπως οι μικροφυσαλίδες, θα μπορούσε να έχει σαν αποτέλεσμα τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας. Η βασική ιδέα είναι να διαφοροποιηθούν οι αποκρίσεις από τα δύο διαφορετικά είδη σημάτων υπερηχοτομογραφίας με βάση το φασματικό τους περιεχόμενο. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά αυτών των ημιτονοειδών σημάτων είναι ότι είναι πολύ μικρά σε χρονική διάρκεια και ότι είναι πολύ πιθανό να αποτελούνται από συχνοτικές συνιστώσες που βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους. Έτσι, για την επίτευξη αυτού του στόχου, μία καινούρια Μπαγιεσιανή παραμετρική μέθοδος για συχνοτική ανάλυση σχεδιάστηκε αρχικά από την Yan Yan (PhD Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου), η οποία θεωρητικά παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια από τις υπόλοιπες συμβατικές μεθόδους που ήδη χρησιμοποιούνται. Η τεχνική αυτή, κάνει χρήση ενός συγκεκριμένου αλγορίθμου (rjMCMC) έτσι ώστε να προσδιορίσει τις συχνοτικές συνιστώσες ενός σήματος και καλείται παραμετρική επειδή υποθέτει ένα αρχικό μοντέλο και στη συνέχεια «υποβιβάζει» το πρόβλημα της συχνοτικής ανάλυσης σε ένα πιο απλό, όπως αυτό του υπολογισμού των παραμέτρων του μοντέλου. Αρχικά, η μέθοδος δοκιμάστηκε σε συνθετικά σήματα, που δημιουργήθηκαν στο Matlab, ούτως ώστε να προσδιοριστούν οι παράμετροι από τις οποίες εξαρτάται και να εξαχθούν μαθηματικές εξισώσεις που να περιγράφουν τις εξαρτήσεις αυτές. Αν και από τις πρώτες συγκρίσεις με άλλες μεθόδους ήταν φανερό ότι η συγκεκριμένη έχει πολύ μεγάλες δυνατότητες, υπήρχαν πολλά περιθώρια βελτίωσης. Διορθώσεις στον κώδικα Matlab της μεθόδου, ανάλυση της εξόδου του με διάφορους τρόπους με σκοπό να προσδιοριστεί ο πιο αποτελεσματικός και η πρόταση ενός νέου πιο απλού μοντέλου είναι κάποιες από τις αλλαγές που αποδεδειγμένα βελτίωσαν τη λειτουργία της μεθόδου. Αλλά η πιο σημαντική αλλαγή είναι η ολοκλήρωση του κώδικα έτσι ώστε να περιλαμβάνει και προσδιορισμό των πλατών που αντιστοιχούν σε κάθε μια συχνότητα. Ο κώδικας για την εκτίμηση των πλατών αν και προϋπήρχε ως ένα βαθμό, δεν είχε ενσωματωθεί στον κυρίως κώδικα και έτσι η μέθοδος δεν μπορούσε να χαρακτηριστεί ολοκληρωμένη. Τώρα η ανακατασκευή σήματος είναι εφικτή καθώς και οι άμεσες συγκρίσεις του φάσματος της μεθόδου με το αντίστοιχο που προκύπτει από τον διακριτό μετασχηματισμό Fourier ή από άλλες μη παραμετρικές και παραμετρικές μεθόδους. Η καινούρια έκδοση του κώδικα εφαρμόστηκε, εκτός από τα συνθετικά σήματα, στα πραγματικά σήματα παρέχοντας πράγματι πληροφορίες που δεν είχαν φανερωθεί στο παρελθόν, σχετικά με το φασματικό περιεχόμενο των σημάτων αυτών. Ωστόσο, περαιτέρω έρευνα απαιτείται για να αξιοποιηθούν οι πληροφορίες αυτές αλλά και για να προσδιοριστούν οι ακριβείς περιορισμοί και οι επιδόσεις της μεθόδου που ακόμα και τώρα παραμένει σε πειραματικό στάδιο.

The Intensive Care Unit, well known as ICU, is a specialized section of a hospital that provides comprehensive and continuous care (treatment and monitoring) for persons who are critically ill or in an unstable condition and who can benefit from treatment. The importance of this specific area of the hospital can be also understood from the amount and variety of the equipment that is installed inside. Therefore the Intensive Care Unit (ICU) should provide both continuous fault-free equipment operation and enhanced electrical safety for the patients and the medical staff. The main objective of the thesis is to study and design the electrical installation and the dedicated devices of a sample ICU, according to the latest European regulations and standards. In the first introductory chapter is described the main ICU medical equipment, patient modules, areas and utilities. The second chapter contains the Main Standards, Directives and Recommendations related to the building installing and testing of the ICU electrical installation and dedicated equipment. Chapter three described general the electrical safety in the ICU and the methods and means of protection against an Electrical shock. The next chapter reviews the methods and means of protection against an Equipment Malfunction and against Mains power failure. The fifth chapter is the design of a sample ICU Area including main power electrical installation and dedicated protection and monitoring devices. The last chapter includes the electrical safety tests of the installed system and dedicated devices and also the value limitations according to the European Standards and Regulations. Η Μονάδα Εντατικής Θεραπείας, γνωστή ως ICU, είναι ένα εξειδικευμένο τμήμα του νοσοκομείου που παρέχει πλήρη και συνεχή φροντίδα (θεραπεία και παρακολούθηση) στα πρόσωπα που αντιμετωπίζουν κρίσιμα προβλήματα υγείας ή βρίσκονται σε μια ασταθή κατάσταση. Ο εξειδικευμένος εξοπλισμός της χωρίς καμία αμφιβολία μπορεί να επιφέρει πολύ θετικά αποτελέσματα στον ιατρικό τομέα Η λειτουργία και η σημασία της μονάδας, αναμφίβολα μπορούν να διαφανούν και από τον άριστο εξοπλισμό που διακατέχει. Είναι βέβαιο ότι μέσα από την συγκεκριμένη μονάδα θεραπείας μπορεί να δοθεί στον ασθενή η κατάλληλη σημασία έτσι ώστε να μπορεί να γιατρευτεί. Ο άρτια εξοπλισμός που υπάρχει μπορεί να επιφέρει άριστα αποτελέσματα. Συνεπώς, η Μονάδα Εντατικής Θεραπείας (ICU) πρέπει να συνεχίσει την απρόσκοπτη λειτουργία της και συνάμα την ενίσχυση του εξοπλισμού της, έτσι ώστε να υπάρχει ενισχυμένη ηλεκτρική ασφάλεια τόσο για τους ασθενείς όσο και για το ιατρικό προσωπικό. Ο κύριος στόχος της διατριβής είναι η μελέτη και ο σχεδιασμός της ηλεκτρικής εγκατάστασης και δείγμα των αποκλειστικών συσκευών της μονάδα, σύμφωνα με τις τελευταίες ευρωπαϊκές προδιαγραφές. Στο πρώτο εισαγωγικό κεφάλαιο, περιγράφεται ο βασικός εξοπλισμός της μονάδας και η ιατρική που παρέχεται. Ακολούθως στο δεύτερο κεφάλαιο περιλαμβάνονται οι κύριοι κανόνες, οδηγίες και οι συστάσεις που σχετίζονται με την εγκατάσταση του κτιρίου. Επίσης γίνεται αναφορά στον έλεγχο της ηλεκτρικής εγκατάστασης και του ειδικού εξοπλισμού της μονάδας. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η γενική ηλεκτρική ασφάλεια στη μονάδα, με ιδιαίτερη αναφορά στις μεθόδους και στα μέσα προστασίας από ηλεκτροπληξία. Στη συνέχεια στο επόμενο κεφάλαιο εξετάζεται το κατά πόσο οι μέθοδοι και τα μέσα προστασίας μπορούν να είναι λειτουργικά έναντι των δυσλειτουργιών που μπορεί να προκληθεί από την διακοπή ρεύματος. Για την όσο καλύτερη λειτουργία της μονάδας γίνεται αναφορά στο πέμπτο κεφάλαιο, όπου γίνεται νύξη για τον σχεδιασμό του χώρου της μονάδας, συμπεριλαμβανομένων των κύριων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων συσκευών προστασίας και παρακολούθησης. Μέσα από μια εκτεταμένη ανασκόπηση, έρευνα και πληθώρα πειραμάτων στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι ηλεκτρικές δοκιμές ασφαλείας του εγκατεστημένου συστήματος, οι ειδικές συσκευές, σύμφωνα πάντα με τα Ευρωπαϊκά πρότυπα και κανονισμούς.

Στόχος αυτής της Διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των Δεικτών Ποιότητας στην Κλινική Μηχανικη. Οι δείκτες ποιότητας είναι αντικειμενικές, αξιόπιστες, έγκυρες, ποιοτικές μετρήσεις διαδικασιών και χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των διαδικασιών αυτών με όρους ποιότητας. Με τη διαδικτυακή εφαρμογή Web – Praxis, που έχει αναπτυχθεί μέσα από τη συνεργασία του Ινστιτούτου Βιοϊατρικής Τεχνολογίας (ΙΝΒΙΤ) και του εργαστηρίου Ιατρικής Φυσικής του τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών, συλλέχθησαν και καταγράφηκαν δεδομένα που υπήρχαν στο τμήμα Βιοϊατρικής Τεχνολογίας (ΤΒΙΤ) του Γ.Ν.Ν.Θ.Α. «Η Σωτηρία». Έπειτα, μετα από κατάλληλη επεξεργασία και συζήτησ, επιλέχθηκαν κάποιοι αντιπροσωπευτικοί δείκτες με τους οποίους μελετάται, στα πλαίσια αυτής τησ διπλωματικής εργασίας, εάν ένα μεγάλο ελληνικό νοσοκομείο ικανοποιεί τα πρότυπα της βελτίωσης, της ασφάλειας και της αποδοτικότητας. Ο σχολιασμός των αποτελεσμάτων κα ικανοποιεί τους στόχους της έρευνας και τέλος θα γίνει πρόταση για τη βελτιστοποίηση των εργαλείων και την καλύτερη αξιοποίηση των δεδομλενων, μέσα από νέους δείκτες. The goal of this Master Diploma Thesis is the investigation of Quality Indicators in Clinical Engineering. A quality indicator is an objective, valid, quantitative measurement of a process: they are used for the evaluation of these processes with terms of quality assurance. With the web - based application Web – Praxis, that has been developed through the collaboration of the Institute of Biomedical Engineering (INBIT) and the University of Patras Medical Physics laboratory, the available data in the Clinical Engineering Department of the General Hospital “H Sotiria” were collected and registered in the program. Afterwards, through the appropriate editing and discussion, some representative quality indicators were chosen, with which it is studied if such a big Greek Hospital satisfies the safety, improvement and efficiency standards. The commentary of the results will satisfy the goals of this research and in the end there will be suggestions for the optimization of the existing tools and for new quality indicators that could improve the performance of the department and satisfy the goals.

Most common diseases have a heritable component that is influenced by mutations on multiple loci, and by interactions between loci and with the environment. However, traditional genetic analysis techniques have focused on single locus effects. This is mostly due to the polynomial increase in computational capacity needed to attempt multi-loci interaction analyses, and the anticipated loss of power due to multiple testing. In this dissertation, a framework for performing a complete two single nucleotide polymorphism (SNP) interaction analysis of high dimensionality genome wide association scans (GWAS) is presented. The implementation of the framework utilizes diverse distributed computational resources to overcome the bottlenecks of each resource, harvesting enough capacity to analyze any of the GWAS in existence today within a reasonable time frame. Algorithmic approaches are proposed to improve the efficiency of the framework and improve its computational performance so that a brute force attack on the problem can be performed. The data is encoded in binary using a lossless algorithm that significantly reduces its size. Computationally efficient data mining measures for the Omnibus and Epistatic interaction effects are proposed and compared to traditional statistical techniques. An algorithm is proposed that optimizes the analyses of multiple response variables within the same GWAS. GenMSA, a multiple sclerosis (MS) dataset, is analyzed using the proposed framework with top results tested for replication using ANZgene, an independent MS, dataset. Some of the top results replicated, implicating SNPs in a region of known association to MS providing evidence to the validity of the proposed framework. Top results are further examined through a proposed approach that enables drilling into these results and studying correlation coefficient between each of the genotype combinations of the SNP and the signal level to each of the main and epistatic effects., Doctoral Theses

Includes bibliography (p. 163-170). Number of sources in the bibliography: 100 Thesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Pure and Applied Sciences, Department of Computer Science, 2011. The University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis. Στις πλείστες κληρονομικές ασθένειες η προδιάθεση ατόμον επηρεάζεται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ πολλαπλών γενετικών περιοχών και περιβαλλοντικών παραγόντων. Οι παραδοσιακές μέθοδοι γενετικής ανάλυσης έχουν συγκεντρωθεί στη μελέτη μοναδικών γενετικών περιοχών. Ο λόγος που γίνεται αυτό είναι η πολυνησιακή αύξηση του υπολογιστικού κόστους της ανάλυσης για μελέτη αλληλεπίδρασης μεταξύ πολλαπλών γενετικών περιοχών, και η αναμενόμενη απώλεια στατιστικής δύναμης λόγω του μεγάλου αριθμού ελέγχων που απαιτούνται. Προτείνετε πλαίσιο για εκτέλεση ανάλυσης όλων των πιθανών συνδυασμών δύο μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών (SNP) σε μια βάση με στόχο τη μελέτη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο SNPs. Το προτεινόμενο πλαίσιο εκμεταλλεύεται δύο παράλληλα και κατανεμημένα συστήματα διαφορετικής αρχιτεκτονικής για να ξεπεράσει τις αδυναμίες του κάθε ενός και να μπορέσει να αποκτήσει αρκετή υπολογιστική ισχύ ώστε να εκτελέσει την ανάλυση ακόμη και των πιο μεγάλων γενετικών βάσεων που υπάρχουν σήμερα. Αλγοριθμικές μέθοδοι προτείνονται, οι οποίες αυξάνουν την αποδοτικότητα του προτεινόμενου πλαισίου έτσι ώστε όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί δύο SNPs να μπορούν να μελετηθούν. Τα δεδομένα κωδικοποιούνται σε διφυακή μορφή χρησιμοποιώντας ένα προτεινόμενο αλγόριθμο ο οποίος τα συμπιέζει χωρίς απώλεια. Ένα υπολογιστικά αποτελεσματικό μέτρο της αλληλεπίδρασης προτείνεται και συγκρίνεται με παραδοσιακές τεχνικές οπου βρέθηκε να είναι 20 φορές πιο γρήγορος από κλασσικές στατιστικές μεθόδους, ενώ τα αποτελέσματα που παράγει έχουν συντελεστή συσχέτισης πέραν του 95%. ‘Ένας αλγόριθμος προτείνεται ο οποίος βελτιστοποιεί την ανάλυση πολλαπλών μεταβλητών απόκρισης. Το πλαίσιο εφαρμόστηκε σε μία ερευνα για την κατά πλάκα σκλήρυνση. Τα κορυφαία αποτελέσματα επανελέγχθησαν σε μία δεύτερη, ανεξάρτητη βάση για σκοπούς επαλήθευσης. Η επαλήθευση ήταν επιτυχής επιδεικνύοντας ότι πολλαπλές αλληλεπίδρασης είναι συσχετισμένες με την ασθένεια. Most common diseases have a heritable component that is influenced by mutations on multiple loci, and by interactions between loci and with the environment. Traditional genetic analysis techniques have focused on single locus effects. This is mostly due to the polynomial increase in computational capacity needed to attempt multi-loci interaction analyses, and the anticipated loss of power due to multiple testing. In this dissertation, a framework for performing a complete two single nucleotide polymorphism (SNP) interaction analysis of high dimensionality genome wide association scans (GWAS) is presented. The framework utilizes diverse distributed computational resources harvesting enough capacity to analyze any of the GWAS in existence today within a reasonable time frame. Algorithmic approaches are proposed to improve the efficiency of the framework and improve its computational performance to enable a brute force attack on the problem. The data is encoded in binary using a lossless algorithm that significantly reduces its size. Computationally efficient data mining measures for the Omnibus and Epistatic interaction effects are proposed and compared to traditional statistical techniques. An algorithm is proposed that optimizes the analyses of multiple response variables within the same GWAS. A multiple sclerosis (MS) dataset is analyzed using the proposed framework with top results tested for replication using an independent MS dataset. Some of the top results replicated, implicating SNPs in a region of known association to MS providing evidence to the validity of the proposed framework.

Η αντιμετώπιση των χρόνιων ασθενών αποτελεί σήμερα για τα συστήματα υγείας και κοινωνικής φροντίδας ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα διεθνώς, τόσο από ιατρικής όσο και από κοινωνικό-οικονομικής πλευράς. Για το λόγο αυτό, τα αντίστοιχα συστήματα στις ΗΠΑ και ΕΕ έχουν αποδυθεί τα τελευταία χρόνια σε ένα εντατικό αγώνα για την αναδόμηση (reengineering) της συνολικής αντιμετώπισής τους, με στόχο τη βελτιστοποίηση των παρεχομένων υπηρεσιών και τον εξορθολογισμό του κόστους. Στρατηγικό εργαλείο για τη παροχή των νέων υπηρεσιών αποτελούν οι νέες Τεχνολογίες Πληροφορικής και Επικοινωνιών (ΤΠΕ). Στο πλαίσιο της παρούσας ερευνητικής εργασίας εξετάζεται η αξιοποίηση σύγχρονων και ευρέως διαθέσιμων τεχνολογιών επικοινωνιών (ευρυζωνικότητα, δίκτυα κινητής τηλεφωνίας κ.ά.), σε συνδυασμό με τη χρήση καινοτόμων προϊόντων, όπως αυτά των «ηλεκτρονικών» υφασμάτων (e-Textiles) για την παροχή καινοτόμων υπηρεσιών παρακολούθησης από απόσταση. Η παρούσα διπλωματική είχε σαν στόχο την εφαρμογή και αξιολόγηση ενός προγράμματος πρώιμης εξόδου από νοσοκομείο και κατ’ οίκον νοσηλείας σε χρόνιους αναπνευστικούς ασθενείς στο Νοσοκομείο «Η Σωτηρία» και διεξήχθη στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος ‘HealthWear’. Η μεθοδολογική προσέγγιση έγινε αφενός με την ευρεία βιβλιογραφική ανασκόπηση αναλόγων παρεμβάσεων και αφετέρου με την αξιολόγηση ενός προγράμματος κλινικής εφαρμογής του σε πραγματικές συνθήκες. Στο πρόγραμμα συμμετείχαν 48 ασθενείς με Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια, διαχωρισμένοι τυχαία σε ομάδα ελέγχου (ενδονοσοκομειακή φροντίδα), και ομάδα παρέμβασης (πρώιμη έξοδος και παρακολούθηση με τη χρήση φορετών και φορητών, μη επεμβατικών συσκευών). Παρουσιάζονται αναλυτικά ο σχεδιασμός του συστήματος και της υπηρεσίας, η μεθοδολογία και ο τρόπος παρακολούθησης των ασθενών της ομάδας παρέμβασης καθώς και τα αποτελέσματα της αξιολόγησης. Η εφαρμογή του προγράμματος στην καθ’ ημέρα κλινική πράξη κατέδειξε τη χρήση φορητών και φορετών συστημάτων ως αξιόπιστη εναλλακτική μέθοδο για την πρώιμη έξοδο και συνέχεια της φροντίδας των ασθενών με Χ.Α.Π. Παράλληλα διερευνήθηκαν μελλοντικές προοπτικές εφαρμογών για την εξ αποστάσεως παρακολούθηση κατά τη διάρκεια του ύπνου ή ταυτόχρονα με εκτέλεση άσκησης σε εξωτερικούς χώρους. Treatment of chronic patients is currently one of the most difficult international issues that health and social care systems need to address, both medically and by socio-economic terms. For this reason, the corresponding systems in the U.S. and EU have engaged the last years a lot of effort, in an intense struggle, for the restructuring (reengineering) of the total care management process, in order to optimize service and streamline costs. Strategic tool for providing new services is Information and Communication Technologies (ICTs). In the current study, the usage of modern and widely available communication technologies (broadband internet, mobile telephony, etc.), combined with innovative products, such as the 'electronic' fabrics (e-Textiles), in order to provide advanced remote monitoring services, were thoroughly examined. This thesis aimed to implement and evaluate a program of early hospital discharge, followed by a home hospitalization program, in chronic respiratory patients of ‘Sotiria’ Hospital in the region of Attica - Greece, conducted within the framework of a European Research Project named 'HealthWear'. The methodological approach followed was first to establish an in-depth background for this type of interventions, through a broad, thorough systematic literature review, and secondly to evaluate a clinical trial, in the real everyday life of a public hospital. The program involved 48 patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), separated randomly into control group (traditional care) and intervention group (early discharge and follow up by using wearable, portable, non-invasive devices). A comprehensive presentation of the ICT system used, the clinical protocol of the service and the methodology for the remote monitoring the intervention group patients, are followed by the assessment results of the trial. Our experience from this trial allows the prediction that wearable and wireless systems can be proved as new era’s tools in patients’ remote follow up and personalized care, especially valuable in early discharge, as well as in home based monitoring during sleep and outdoor activities.

Η διπλωματική εργασία με τίτλο «Μέθοδοι για Ανίχνευση και Χαρακτηρισμό Βιοσημάτων σε Θορυβώδεις Χρονοσειρές βασισμένοι στο Μετασχηματισμό Hilbert-Huang» μελετάει ζητήματα που σχετίζονται με βιοϊατρικά σήματα και την ανάλυση τους. Γίνεται διερεύνηση των διαθέσιμων τεχνικών και μεθόδων ανάλυσης βιοϊατρικών σημάτων, επισημαίνονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των χρονοσειρών που προκύπτουν από την παρατήρηση και καταγραφή των σημάτων και έμφαση δίνεται στη μη στασιμότητα, την μη γραμμικότητα των υποκείμενων φυσικών διεργασιών και την ανάγκη προσαρμοστικότητας της μεθόδου. Μια μέθοδος που ικανοποιεί αυτές τις απαιτήσεις είναι η εμπειρική μέθοδος αποσύνθεσης η οποία αναλύει ένα σήμα σε ένα σύνολο συνιστωσών (IMFs) από τις οποίες ένα υποσύνολο θεωρείται ότι έχει φυσική σημασία. Επιπλέον, με το μετασχηματισμό Hilbert ανιχνεύονται οι στιγμιαίες συχνότητες και διαμορφώνεται η χρονοσυχνοτική κατανομή του σήματος. Τα θέματα που διερευνώνται αναφορικά με την εμπειρική μέθοδο αποσύνθεσης αφορούν τη στατιστική σημαντικότητα των IMFs, την αποθορυβοποίηση βιοϊατρικών σημάτων, την εξαγωγή χαρακτηριστικών από ηλεκτροκαρδιογράφημα και την απόδοση της μεθόδου. Ειδικά η απόδοση της εμπειρικής μεθόδου αποσύνθεσης είναι κρίσιμη παράμετρος για συστήματα με περιορισμένους πόρους όπως είναι οι κόμβοι ασύρματων δικτύων αισθητήρων ή τα ενσωματωμένα συστήματα. Η μοντελοποίηση μεθόδων που υλοποιούνται στο επίπεδο κόμβων ασύρματου δικτύου αισθητήρων είναι απαραίτητη για τη βέλτιστη διαχείριση πόρων και τον προγραμματισμό διεργασιών ώστε να μην διαταραχθεί η λειτουργία και λειτουργικότητα του συστήματος This diploma thesis entitled "Methods for Identification and Characterization of Biosignals in Noise corrupted Time Series based on Hilbert-Huang Transform " studies issues concerning biomedical signal analysis. There is a review of the available techniques and methods for biomedical signal analysis pointing at certain characteristics of biomedical time series such as non stationarity, the non linearity of the underlying physical process and the need for the adaptive nature of the analysis method. One method that meets these requirements is considered to be the Empirical Mode Decomposition (EMD) which decomposes a signal into a set of components (IMFs) that a subset of them is believed to have a physical meaning. Application of Hilbert Transform on these IMFs provides the instantaneous frequencies and forms the time-frequency distribution of the signal. Issues studied are related to the statistical significance of the IMFs, denoising of biomedical signals, characteristics extraction and feature selection out of the electrocardiogram as well as the performance of the method. Particularly, the performance of empirical mode decomposition is considered to be a critical parameter especially in the case of implementation on nodes of wireless sensor networks or generally embedded systems due to the limited amount of resources available onboard. Modeling method's performance and demand for resources is a significant task facilitating the optimum resource management and task execution schedule of these systems.

Κατά τη διάρκεια τόσο των ιατρικών διεργασιών μέσα στο νοσοκομείο – όπως των απλών τεστ που διενεργούνται στους ασθενείς, αλλά και των πιο περίπλοκων διεργασιών των μεταμοσχεύσεων και των χειρουργείων, όσο και των in vitro τεστ, διάφορες παράμετροι πρέπει συνεχώς να μετρούνται και να απεικονίζονται, για παράδειγμα η πίεση, η ροή και η θερμοκρασία του αίματος και των ειδικών διαλυμάτων διατήρησης των οργάνων που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια των μεταμοσχεύσεων. Η πίεση και η ροή του αίματος καθώς και η θερμοκρασία του σώματος, ως πολύ σημαντικές φυσιολογικές παράμετροι που είναι, πρέπει να μετρούνται με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια έτσι ώστε να δίνεται συνεχώς μια σαφής εικόνα της λειτουργίας του ανθρωπίνου σώματος. Μέχρι τώρα, οι μετρήσεις αυτών των παραμέτρων διενεργούνταν από ξεχωριστές μονάδες μέτρησης και επιπλέον από ξεχωριστά συστήματα ανάκτησης δεδομένων (Data Acquisition Systems), με αποτέλεσμα το αυξημένο κόστος λειτουργίας και την αύξηση της περιπλοκότητας των μετρήσεων για τον χρήστη. Το DatAssist δημιουργήθηκε επάνω στην ιδέα ανάπτυξης ενός φορητού συστήματος μετρήσεων με ενσωματωμένη επεξεργασία των δεδομένων μέτρησης, το οποίο θα έχει τη δυνατότητα απεικόνισης όλων των φυσιολογικών παραμέτρων που αναλύθηκαν παραπάνω. Επιπλέον, θα έχει τη δυνατότητα αποθήκευσης όλων των δεδομένων για περαιτέρω ανάλυση. Το DatAssist σκοπεύει να παρέχει ακριβείς μετρήσεις, ευκολία στη χρήση και καθαρή πληροφόρηση για τις μετρούμενες παραμέτρους στην οθόνη. Επιπρόσθετα ο σχεδιασμός του έγινε έτσι ώστε να έχει το λιγότερο δυνατό βάρος για να μπορεί να μετακινείται εύκολα κατά την διάρκεια ιατρικών εφαρμογών. Το DatAssist σχεδιάστηκε με βάση το πρότυπο IEC 60601-1:2005 και σκοπεύει να αποτελέσει ένα πολυκάναλο σύστημα με ευκολία εισαγωγής επιπρόσθετων στοιχείων στο εσωτερικό του, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί από την Organ Assist B.V. Netherlands, spin-off εταιρίας του University Medical Centre Groningen, για λογαριασμό της οποίας σχεδιάστηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Η επιδιωκόμενη χρήση της μονάδας είναι αρχικά η χρήση της για εργαστηριακά πειράματα σε ζώα, στα πλαίσια των τεστ λειτουργίας που διενεργεί η Organ Assist B.V. Netherlands στις δικές της συσκευές. Στο μέλλον, θα χρησιμοποιηθεί σε κλινικές έρευνες και κατά τη διάρκεια μεταμοσχεύσεων και χειρουργείων. Η πίεση και η ροή του αίματος, καθώς και η θερμοκρασία του σώματος και των οργάνων θα μετριέται με τη χρήση αναλώσιμων ή εύκολα αποστειρώσιμων αισθητήρων, ειδικών για ιατρικές μετρήσεις. Πιο αναλυτικά, το σύστημα παρέχει συνδέσεις με δύο αισθητήρες πίεσης, δύο αισθητήρες θερμοκρασίας (ένα Θερμοζεύγος και έναν τύπου NTC), έναν αισθητήρα ροής και επίσης έχει μια υποδοχή BNC για μέτρηση και απεικόνιση εξωτερικών σημάτων από άλλες ιατρικές συσκευές. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα σύνδεσης περισσότερων αισθητήρων ανάλογα με τις ανάγκες του εκάστοτε χρήστη. Το σύστημα τροφοδοτείται από μια χαμηλή DC τάση μέσω ενός AC/DC Adapter, και με αυτόν τον τρόπο παρέχει τόσο ασφάλεια στον χρήστη από ηλεκτροπληξία η οποία προκαλείται από την υψηλή AC τάση, όσο και αποφυγή καταστροφής των ηλεκτρικών εξαρτημάτων της συσκευής. Ο σχεδιασμός του DatAssist βασίστηκε στις απαιτήσεις της Organ Assist B.V. με βάση την κάλυψη των αναγκών των βασικών χρηστών της συσκευής, όπως των χειρούργων και των χειριστών ιατρικών μηχανημάτων. Οι απαιτήσεις των τελευταίων συνοψίστηκαν σε εφτά γενικές προϋποθέσεις (σε μια Λίστα Προϋποθέσεων η οποία αναλύεται εκτενώς στο 2ο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας) που αποτέλεσαν και τις προϋποθέσεις που το μηχάνημα καλούταν να καλύπτει: εγκυρότητα, ποιότητα, ασφάλεια, ευκολία χρήσης, ευκολία μετακίνησης, χαμηλό κόστος κατασκευής και χρήση εξαρτημάτων πιστοποιημένων κατά CE. Επιπλέον, τρεις ακόμη προϋποθέσεις λήφθηκαν υπόψη για τον σχεδιασμό των διαφόρων εξαρτημάτων της συσκευής: ευκολία αποστείρωσης, ευκολία εισαγωγής επιπρόσθετων εξαρτημάτων και δυνατότητα χρήσης των τελευταίων τόσο στο αίμα όσο και μέσα σε διαλύματα. Οι πιο σημαντικές λειτουργίες που καλείται να επιτελέσει το DatAssist είναι: η ανίχνευση των φυσικών παραμέτρων (πίεσης, θερμοκρασίας και ροής) από τους αισθητήρες, η ενίσχυση των αναλογικών σημάτων εισόδου των αισθητήρων, η επεξεργασία και η ψηφιοποίηση των ενισχυμένων σημάτων, η τελική επεξεργασία των ψηφιακών σημάτων από έναν υπολογιστή και τελικά η συνεχής απεικόνιση των σημάτων σε μια οθόνη monitor με την βοήθεια ενός προγράμματος Software (LabView 8.5). Για καθεμία από τις παραπάνω λειτουργίες ακολουθήθηκε μια συγκεκριμένη διαδικασία για να ορίσει τον σχεδιασμό της υλοποίησής της. Αυτή η διαδικασία είχε ως αποτέλεσμα την επιλογή των εξαρτημάτων που θα χρησιμοποιηθούν στην τελική συσκευή, έπειτα από μια αξιολόγηση των υποψήφιων εξαρτημάτων, για κάθε λειτουργία βασισμένη στην εκπλήρωση των προαναφερθέντων προϋποθέσεων, με τη χρήση της κλίμακας 1-10 (1-μη εκπλήρωση, 10-πλήρης εκπλήρωση). Επιπρόσθετα, για κάθε στάδιο του σχεδιασμού που ορίζεται από τις προαναφερ-θείσες λειτουργίες, αναπτύχθηκε ένα λειτουργικό μοντέλο (functional model) το οποίο περιείχε τον τελικό σχεδιασμό του κάθε σταδίου, καθώς και ένα τεστ που μετράει την λειτουργικότητα του κάθε σταδίου, την εγκυρότητα, το σφάλμα και μια εκτίμηση της ακρίβειας των μετρήσεων. Τελικά, η εργασία είχε ως αποτέλεσμα την κατασκευή ενός πρωτοτύπου του DatAssist βασισμένο στον σχεδιασμό που αποφασίστηκε και εγκρίθηκε από την Organ Assist B.V., το οποίο ικανοποιεί τις προϋποθέσεις που αναλύονται στην Λίστα των Προϋποθέσεων (List of Requirements). Το πρωτότυπο αυτό στη συνέχεια ελέγχεται όσον αφορά την ακρίβεια των μετρήσεων και την ικανοποίηση της Λίστας των Προϋποθέσεων . Έτσι, αυτή η εργασία είχε ως τελικό αποτέλεσμα την σχεδίαση ενός εγκύρου, εύκολα αποστειρώσιμου, φορητού, εύκολου στη χρήση, ασφαλούς για τον χρήστη πολυχρηστικού συστήματος μέτρησης ιατρικών δεδομένων με κόστος δημιουργίας και μετέπειτα πώλησης λιγότερο από 3000 €. During both inside the hospital medical procedures-from simple patient tests to more sophisticated procedures such as transplantations and surgeries, and laboratory or animal testing, several parameters have to be measured and monitored i.e. pressure, flow and temperature of blood and of the perfusion solution during transplantations. Since blood pressure, blood flow and body temperature have shown to be important physiological parameters, they have to be measured and registered accurately in order to monitor the functioning of the human body. Up to now, these measurements had to be performed with separate measuring units and separate data acquisition systems and thus with increased cost and resulting to a complicated measuring procedure for the user. The idea of the DatAssist project is to develop a portable measuring system with integrated data acquisition that is able to monitor and display all these physiological parameters and save them for later analysis for Organ Assist -a spin-off company of the University Medical Centre Groningen. DatAssist will provide accurate measurements, it will be easy to use and give clear information about the measured parameters in the monitor. It will also be as much light-weighted as it can in order to be easy to move during medical applications. DatAssist intends to be a modular multi-channel system and is going to be designed according to IEC 60601-1:2005 regulations. The intended use of the unit is primary for animal and laboratory experiments. In the future the unit will be used for clinical studies in the hospital and while transplantations or surgeries. Blood flow and pressure and body temperature will be measured non-invasively or using disposable transducers. More analytically the system will provide connections with a pressure sensor, two temperature sensors (Thermocouple and NTC), a flow sensor and moreover it will have a BNC Connector for measuring external signals from other medical devices. These are the basic connections but there will be a possibility of having more connectors and sensors according to the needs of the several customers. It will be powered by a low DC voltage through an AC/DC Adapter, and in that way it will provide electrical safety to the user against the hazards that can be caused by the high AC Voltages, as long as safety against damage of the electrical components of the device. The design of DatAssist will be based on the stakeholders such as surgeons, perfusionists and Organ Assist. Their preferences have been summarized in seven general requirements: reliability, quality, safety, ease of use, portability, purchase costs and CE Certified components. Moreover three more requirements were taken into account for the design of the several components: sterility (easy to sterilize components), modularity and ability of components to be used both inside blood and inside solutions. A function analysis demonstrated the most important functions of the DatAssist: sensing of the physical parameters (Pressure, Temperature, Flow), amplification of the analog input signal of the sensors, signal conditioning of the amplified signal, integration and processing of the digital signals with the help of a computer and display of the signal values in a monitor with the use of a Software program and a User interface. For each function, a certain procedure have been developed for defining its planning of implementation. This has resulted in the decision for which components to use in the final device after a scoring evaluation of the candidate components for each function based in their fulfillment to the mentioned above requirements. Additionally for each stage of the design defined by the functions, a functional model has been developed containing the final design of each stage and a test measuring its functionality and the reliability of measurements, as well as error measurements and an accuracy of the measurements estimation. Finally, a prototype of the DatAssist was engineered based on a design decided by the stakeholders having in mind to comply with the List of Requirements. This prototype is going to be tested for its accuracy of the measurements and evaluated according to its fulfillment of the list of requirements. With this study a proven reliable, sterile, portable, easy to use, safe for the user multi purpose medical Data Acquisition System is designed which can be purchased for less than €3000.

Η βελτιστοποίηση της ποιότητας των υπηρεσιών στο χώρο της υγείας είναι επιτακτική στις μέρες μας. Στο χώρο της Ακτινοφυσικής συλλέγεται μεγάλος αριθμός δεδομένων από τη χρήση τυποποιημένων Πρωτοκόλλων Ποιοτικών Ελέγχων, τα αποτελέσματα των οποίων θα μπορούσαν να παρέχουν πολύτιμη πληροφορία για όλες τις σχετικές διεργασίες. Η ανάπτυξη εξειδικευμένων προγραμμάτων εκπαίδευσης των επαγγελματιών υγείας καθιστά αναγκαία την πιστοποίησή τους ώστε να διασφαλίζεται η ποιότητα σπουδών που προσφέρουν. Η χρήση του ηλεκτρονικού εργαλείου QS-PRO (Quality System Processes), ενός γενικευμένου εργαλείου λογισμικού για εφαρμογές που σχετίζονται με ποιότητα των υπηρεσιών συνέβαλλε στην ανάπτυξη συστημάτων ποιότητας σε δύο πεδία, αυτό της διασφάλισης ποιότητας στις διαδικασίες Ποιοτικών Ελέγχων στη Μαστογραφία καθώς και της διαχείρισης ποιότητας στο Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών στη Βιοϊατρική Τεχνολογία. Συνοπτικά, το εργαλείο διευκόλυνε στην ανάπτυξη μιας δομής διεργασιών και διαδικασιών που τεκμηριώνονται επαρκώς ώστε να χρησιμοποιηθούν για τους σκοπούς ποιότητας που έχουν τεθεί. Συγκεκριμένα, η ηλεκτρονική έκδοση του Ευρωπαϊκού Πρωτοκόλλου Ποιοτικών Ελέγχων στη Μαστογραφία χαρακτηρίζεται από την αποτελεσματική χαρτογράφηση των ολοκληρωμένων συνεδριών ποιοτικών ελέγχων με καθορισμένες μεταβλητές (μετρήσιμες παραμέτρους και αποτελέσματα) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ολοκληρωμένα προγράμματα ελέγχων μονάδων μαστογραφίας. Το Εγχειρίδιο Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας για το Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών στη Βιοϊατρική Τεχνολογία αποτελεί έναν οδηγό για όλους όσους συμμετέχουν στην υλοποίηση του προγράμματος και μέσα από τις προσδιορισμένες διαδικασίες μέτρησης και βελτίωσης της ικανοποίησης των φοιτητών και των διδασκόντων των συνεργαζόμενων πανεπιστημίων οδηγεί στη βελτίωση του και ταυτόχρονα στην πιστοποίηση του προγράμματος κατά ISO-9001. Nowadays, optimization of health services is imperative. Large data sets collected through standardised Quality Control Protocols can provide valuable information cornering the related processes. On the other hand, the development of highly specialised educational programs for health professionals has rendered their certification necessary in order to ensure the quality of the offered services. The adoption of the electronic tool QS-PRO (Quality System Processes) - a standard software tool used for quality applications in services- has significantly contributed to the development of quality systems in two fields: Quality Assurance in Quality Control procedures in Mammography and Quality Management of the European Postgraduate Program on Biomedical Engineering. In short, the tool facilitated the creation of a process structure that is well documented in order to be further applied for reaching already-set quality objectives. More specifically, the electronic version of the European Protocol of Quality Control in Mammography features an effective mapping of complete quality control sessions with specified variables (measurable parameters and outcomes) aimed for further use in integrated quality control trials. The Quality System Manual of the European Postgraduate Program on Biomedical Engineering constitutes a comprehensive guide for all course participants; through measurements and improvements in overall satisfaction levels (by students, staff and collaborating institutions) the aim is to improve the program itself and eventually lead to its certification according to ISO-9001 standards.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί μια μελέτη σύγκρισης και βελτιστοποίησης διάφορων αλγορίθμων ανακατασκευής δεδομένων, τα οποία προέρχονται από ένα πρότυπο σύστημα ΡΕΤ ικανό για απεικονίσεις μικρών ζώων. Η σύγκριση αφορά υπάρχοντες αλγορίθμους ανακατασκευής ενώ παρουσιάζεται και ένας νέος επαναληπτικός αλγόριθμος o ISWLS. Το δεύτερο μέρος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ασχολείται με ένα άλλο σημαντικό στάδιο της επεξεργασίας ιατρικών δεδομένων την τμηματοποίηση της ιατρικής εικόνας. Παρουσιάζονται διάφορες τεχνικές παραμετρικών ελαστικών μοντέλων. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται το κλασσικό μοντέλο φιδιού (snake), το μοντέλο gradient vector flow (gvf-snake) και τα t-snakes (topology-adaptive snakes). Επίσης παρουσιάζεται η μέθοδος self-affine mapping σαν μια εναλλακτική των παραπάνω παραμετρικών ελαστικών μοντέλων και εισάγεται ένα νέο κριτήριο σύγκλισής της. Όλες οι τεχνικές εφαρμόζονται σε οφθαλμικές εικόνες με σκοπό την τμηματοποίηση του οπτικού δίσκου Small animal imaging is the conjunctive ring between experimental research and clinical implementation. Positron Emission Tomography (PET) has proven a valuable tool for in vivo small animal functional imaging. Image reconstruction in PET uses the collected projection data of the object/patient under examination. The purpose of this study is to assess the performance of iterative reconstruction methods, using phantom data from a prototype small-animal PET system. The algorithms being compared are the simultaneous versions of ART (SART), EM-ML, ISRA and WLS and a new iterative algorithm being introduced under the short name ISWLS. In the second part of this thesis elastic or deformable models are studied. Various methods of parametric elastic models are presented, namely the classical snake, the gradient vector field snake (gvf-snake) and the topogy-adaptive snake (t-snake). Also presented the method of self-affine mapping system as an alternative of elastic models. Further a new comparison criterion for the self affine mapping system method is introduced. All methods are applied to retinal images with the purpose of segmenting the optical disk. Moreover the aforementioned methods are compared in terms of segmentation accuracy.

Τα φαινόμενα απάτης τείνουν να κυριαρχήσουν τις τελευταίες δεκαετίες σε κάθε τομέα. Ένας τομέας που πλήττεται ιδιαίτερα στις μέρες μας είναι αυτός της υγειονομικής περίθαλψης γενικά και ειδικά της συνταγογράφησης των φαρμάκων. Οι υγειονομικές υπηρεσίες είναι ιδιαίτερα τρωτές στην απάτη και την κατάχρηση. Τόσο οι φορείς κοινωνικής ασφάλισης, όσο και οι ιδιωτικές ασφαλιστικές εταιρείες χάνουν όλο και περισσότερα χρήματα κάθε χρόνο, λόγω ψευδών αιτιών αποζημιώσεων. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας ανίχνευσης και πρόληψης της απάτης, που θα μπορεί να εφαρμοστεί στις επιχειρησιακές διεργασίες των υπηρεσιών υγειονομικής περίθαλψης και θα εξασφαλίζει την ελαχιστοποίηση της απώλειας των σχετικών κεφαλαίων. Η ίδια θα είναι σε θέση να ανιχνεύει τα ύποπτα προς απάτη περιστατικά, εξασφαλίζοντας έτσι την ποιότητα και την συνέπεια των παρεχόμενων υπηρεσιών. Fraud phenomena tend to dominate the last decades. A sector that is particularly affected in our days is that of healthcare domain in general and specifically prescriptions reimbursement. Healthcare services are particularly vulnerable in fraud and abuse. Not only institutions of social insurance, but also private companies lose more money each year, because of false causes of compensations. This thesis intends to illustrate the planning and development of a fraud detection methodology, which is accompanied and supported by a generic fraud ontological framework. This methodology will be able to detect erroneous or suspicious records, ensuring thus the quality and the consequence of provided services.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναζητείται ένας αυτόματος τρόπος ελέγχου, του επιπέδου της εκπεμπόμενης ισχύος προς το εσωτερικό του ανθρωπίνου σώματος. Εκεί μέσα βρίσκεται κάποιο ενεργό ιατροτεχνολογικό εμφύτευμα. Αυτό το εμφύτευμα στην περίπτωση της εργασίας αυτής, ήταν μία κάψουλα που καταγράφει με φωτογραφίες το γαστρεντερικό σύστημα καθώς οι περισταλτικές κινήσεις του εντέρου προωθούν την κάψουλα προς την έξοδο. Οι φωτογραφίες μεταδίδονται προς καταγραφικό που βρίσκεται έξω από το σώμα με ασύρματο τρόπο. Όπως καταλαβαίνουμε η κάψουλα αυτή αλλά και οποιοδήποτε άλλο ενεργό ιατροτεχνολογικό εμφύτευμα έχει ενεργειακές ανάγκες για την απρόσκοπτη λειτουργία του. Αυτές οι ανάγκες καλύπτονται με ασύρματη μετάδοση ενέργειας. Οι καινοτομίες που υπάρχουν σ’ αυτήν την εργασία είναι οι εξής: 1. Όσον αφορά το εξωτερικό τροφοδοτικό χρησιμοποιήθηκε ένας αντιστροφέας συντονισμού κλάσης D 2. Το πιο καινοτόμο στοιχείο είναι η δημιουργία κλειστού βρόχου ελέγχου μεταξύ του εξωτερικού τροφοδοτικού και του εμφυτεύματος ώστε αυτό να λαμβάνει την ποσότητα της ενέργειας που χρειάζεται κάθε στιγμή. 3. Επίσης σημαντικό είναι ότι η μετάδοση πληροφορίας από το εμφύτευμα προς τα έξω δεν γίνεται με μία ξεχωριστή συχνότητα αλλά χρησιμοποιώντας αρχές παθητικής τηλεμετρίας. Η εργασία αυτή πέρα από την θεωρητική προσέγγιση υλοποιήθηκε και πρακτικά σε εργαστήρια του πανεπιστημίου KUL (ESAT MICAS) στο Βέλγιο. Ο Βρόγχος ελέγχου λειτούργησε και πολλά συμπεράσματα εξάχθηκαν για περεταίρω βελτιώσεις. Η δομή του παρόντος πονήματος είναι ως εξής: Μετά την αρχική εισαγωγή το δεύτερο κεφάλαιο μας δίνει ένα θεωρητικό υπόβαθρο για την ασύρματη μετάδοση ενέργειας. Στη συνέχεια τα διάφορα μέρη των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που αναπτύχθηκαν αναλύονται διεξοδικά στα επόμενα κεφάλαια. Τέλος καταγράφονται τα συμπεράσματα και προτείνονται πιθανές βελτιώσεις για το μέλλον. In this diploma thesis a way to have an automated control of the transmitted power level into the human body is sought. Inside the body there is an active medical implant. This implant in the case of this project is a swallowable capsule-camera that captures images along the GI tract as the peristaltic propulusion of the bowel push the capsule towards the exit. The photos are transmitted wirelessly to a special recording device that is located out of the body. It is obvious that not only this capsule but any other active medical implant needs energy to operate uninterrupted. This necessary energy is given through inductive power transmission. Innovations in this project are these: 1. The power supply outside the body is realized with Class-D resonant inverter topology. 2. The most innovative is the effectuation of closed control loop between the outer power supply and the implant in order to be received from the implant the exact amount of power that is needed every instant. 3. Also significant is that the transmission of data from the implant to the controlled power supply is not be done with a different carrier but using passive telemetry principles. Beyond the theoretic approximation that was made for this project, it was also realized in KUL university laboratories (ESAT MICAS) in Belgium. The closed control loop functioned properly and conclusions for further development are inferred. The structure of this diploma thesis is as follows: After the starting introduction the theoretic background for wireless inductive power transmission is given in chapter 2. Following, the different parts of the electronic circuits that were developed are analyzed comprehensively in next chapters. Finally conclusions are registered and future improvements are proposed.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ακτίνας εξαΰλωσης του ποζιτρονίου στην Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου (PET) ύστερα από διάσπαση βήτα ενός ραδιενεργού πυρήνα. Η μελέτη γίνεται σε περιβάλλον GATE, ενός πακέτου που χρησιμοποιείται για προσομοίωση απεικονιστικών τεχνικών. Προσομοιώνονται διάφοροι πυρήνες και σε διαφορετικά περιβάλλοντα με σκοπό την ανάλυση και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων. Main objective of the present diplomatic thesis is the positron annihilation distance study in Positron Emission Tomography, after radioactive nucleus’ beta decay. The study is using GATE, which is an application used in imaging techniques. Under GATE we simulate a variety of nuclei in different ambient materials in order to analyze and compare the results.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός ενός συστήματος ασφαλούς μεταφοράς δεδομένων από κινητές τερματικές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα και PDAs (Personal Digital Assistants). Ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση ευαίσθητων προσωπικών δεδομένων, όπως βιοϊατρικά δεδομένα που συλλέγονται από βιοαισθητήρες, ή για τη διενέργεια ηλεκτρονικών πληρωμών. Στην παρούσα εργασία κάνουμε μία σύνοψη των τελευταίων τεχνολογιών στην κινητή τηλεφωνία, τα πρωτόκολλα επικοινωνίας για διαδικτύωση σε περιβάλλον κινητών επικοινωνιών, καθώς και βασικών κρυπτογραφικών πρωτοκόλλων, ώστε να οδηγηθούμε ομαλά στο σχεδιασμό του επιθυμητού συστήματος. Τέλος, αναπτύξαμε και παρουσιάζουμε ένα σύστημα ηλεκτρονικών πληρωμών, που βασίζεται στο σύστημα για την ασφαλή ανταλλαγή πληροφορίας σε περιβάλλον κινητών επικοινωνιών, που σχεδιάσθηκε προηγουμένως, υλοποιώντας έτσι μια εφαρμογή του προταθέντος συστήματος. The scope of this master thesis is the design of a system for secure data transfer from mobile terminal devices like cellular phones and PDAs (Personal Digital Assistants). Such a system could be used for the transmission of critical personal data, like biomedical data collected from biosensors, or the completion of electronic payments. In this work we present the state of the art in mobile telephony and communication protocols for networking in a mobile environment, also we present some basic cryptographic protocols, in order to design the wanted system. Finally, we develop and present an electronic payments system, based on the system for the secure exchange of information in the mobile communications environment we designed before, implementing in this way an application for the suggested system.