The reduced speech intelligibility caused by feed feedback oscillation is a major problem for hearing aid users. The demand for improved signal quality has led researchers to look for feedback reduction techniques. In this Thesis, we studied several feedback reduction schemes with emphasis in adaptive feedback cancellation algorithms. The main goal was to develop a system for feedback cancellation that is able to adapt to non-stationary environments while having reasonable computational complexity. This requirement is imposed by the need to implement the feedback cancellation scheme in low power DSP systems. In Chapter 1, we briefly introduced hearing aid systems. We examined the parts that are made of and the types of hearing aids that are available in the market. Then, we described the mechanism that causes feedback oscillation in hearing aids and the adverse effects it has on signal quality. Chapter 2 contains some theoretical results on the field of adaptive linear system identification algorithms and simulation results that support this theory. The chapter begins by giving a derivation of the popular LMS algorithm. A theoretical analysis of LMS using the independence assumption is also provided. Then we are concerned with the least squares filter. We described the RLS algorithm and a linear complexity version of it, the FAEST algorithm. Subsequently, we discussed the FNTF algorithm that trades computational complexity for performance in solving the system identification problem. Next, we developed a new algorithm, the FLMS, by making simplifications to FNTF. We also proved that the proposed algorithm outperforms LMS at least when the input signal is an AR process. Finally, we provided simulation results which prove the superiority of FLMS over LMS. Chapter 3 is devoted in using some algorithms described in Chapter 2 for feedback cancellation in hearing aids. The chapter begins with a hearing aid model that includes an acoustic feedback mechanism. On this system, a linear filter is added that estimates the acoustic feedback so that it can be removed from he signal captured by the microphone. The feedback estimation is performed with LMS and FLMS. Using simulation results, we saw that FLMS can be successfully used in feedback systems and continues to outperform LMS. We also saw that, contrary to the open loop case, when feedback is present, the stochastic approximation theory does not satisfactorily predict the mean learning curves of LMS. / Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν κατά το σχεδιασμό ενός ακουστικού βαρηκοΐας είναι αυτό της ακουστικής ανάδρασης. Με τον όρο ακουστική ανάδραση αναφερόμαστε στο φαινόμενο κατά το οποίο ένα μέρος της εξόδου του ακουστικού επιστρέφει στην είσοδο και ενισχύεται εκ νέου. Γνωστό και ως μικροφωνισμός, το φαινόμενο αυτό γίνεται αντιληπτό από τους ασθενείς ως ένα συνεχές σφύριγμα και είναι ιδιαίτερα ενοχλητικό. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου έχουν προταθεί διάφορες τεχνικές. Για παράδειγμα, ο περιορισμός του κέρδους ενίσχυσης στις συχνότητες όπου εμφανίζεται ο μικροφωνισμός είναι μια λύση που συναντάται συχνά σε αναλογικά ακουστικά βαρηκοΐας. Η μέθοδος αυτή, όμως, απαιτεί τον προσδιορισμό των επικίνδυνων συχνοτήτων κατά τη διαδικασία προσαρμογής του ακουστικού στον εκάστοτε ασθενή. Ακόμα και αν ο προσδιορισμός γίνει με μεγάλη ακρίβεια, οι συχνότητες στις οποίες εμφανίζεται ο μικροφωνισμός αλλάζουν κατά τη διάρκεια χρήσης του ακουστικού, περιορίζοντας έτσι την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Με την καθιέρωση της ψηφιακής τεχνολογίας στα ακουστικά βαρηκοΐας, εμφανίζονται νέες δυνατότητες για την αντιμετώπιση του μικροφωνισμού. Είμαστε σε θέση, πλέον, να μοντελοποιήσουμε το σύστημα της ακουστικής ανάδρασης και να χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο αυτό για εξαλείψουμε το μικροφωνισμό. Για την μοντελοποίηση αυτή χρησιμοποιείται κατά κόρον ο αλγόριθμος LMS. Η χαμηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα που τον χαρακτηρίζει τον κάνει ιδανικό για ακουστικά βαρηκοΐας. Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε έναν νέο αλγόριθμο, επίσης χαμηλής πολυπλοκότητας, για το πρόβλημα της αναγνώρισης γραμμικών συστημάτων. Αποδεικνύουμε με μαθηματικό τρόπο ότι είναι πιο αποτελεσματικός από τον LMS για συγκεκριμένα μοντέλα σημάτων εισόδου, ενώ με εξομοιώσεις ότι υπερτερεί του LMS και για πολύ πιο γενικές εισόδους. Επιπρόσθετα, δείχνουμε ότι ο νέος αλγόριθμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ακύρωση της ανάδρασης σε ακουστικά βαρηκοΐας, όπου παραμένει πιο αποτελεσματικός από τον LMS.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ακουστικής παρακολούθησης και ανάλυσης λειτουργίας μηχανών σε βιομηχανικές και μη εφαρμογές. Ασχολούμαστε κυρίως με την παρακολούθηση του θορύβου που εκπέμπουν οι μηχανές και μας ενδιαφέρει ο εντοπισμός των ηχητικών πηγών (πηγών θορύβου) προκειμένου να ληφθούν οι κατάλληλες ενέργειες. Για το σκοπό αυτό παρουσιάζονται μέθοδοι, «οπτικοποίησης» του ηχητικού πεδίου, οι οποίες κάνουν πιο εύκολη τη διαδικασία εντοπισμού. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία παρουσιάζοντα οι βασικές αρχές της ακουστικής θεωρίας, οι βασικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ήχου. Στη συνέχεια περιγράφονται οι υπάρχουσες μέθοδοι χαρτογράφησης του ηχητικού πεδίου για τον προσδιορισμό των ηχητικών πηγών, οι διατάξεις που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό και τέλος παραθέτονται κάποιες εφαρμογές. / The object of this diploma paper is the acoustic attendance and analysis of machines in industrial and other applications. Our main concern is the noise emission from the machines and we are also interested on locating the sound (noise) sources in order to take proper actions. For this purpose methods of sound “visualization” are introduced, that make easier the process of locating the sources. In this diploma paper we also introduce the basic principles of acoustic theory and the used arrays for sound measurement. Next is the description of the existing methods of mapping the sound field in order to detect the sound sources, the instruments used for this purpose and in the end some applications.

Στην εργασία αυτή πραγματοποιείται μελέτη και εφαρμογή της μεθόδου ανάλυσης ανεξάρτητων συνιστωσών. Αφού παρουσιαστούν οι τεχνικές της μεθόδου και τα μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιεί εξετάζεται η εξαγωγή ερμηνεύσιμων σημάτων που αντιστοιχούν στον καρδιακό ρυθμό και την αναπνοή. Ο κύριος αλγόριθμος που χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό των σημάτων είναι ο FastICA. / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται ένα ψυχοακουστικό test για την μελέτη διαφορετικών τρόπων ισοστάθμισης και τοποθέτησης των ακουστικών για διαφορετικούς χώρους. Μελετάται η υποκειμενική επίδραση τριών παραμέτρων, αυτών της απόστασης, της αντήχησης και της ποιότητας για κάθε διαφορετική τοποθέτηση και δωμάτιο. Σε αυτό το πλαίσιο αναλύονται τα αποτελέσματα και συγκρίνονται με βάση αυτά που έχουν ήδη πραγματοποιηθεί σε διάφορες μελέτες. / --

Η διπλωματική έχει σαν στόχο να μελετήσει και να αξιολογήσει τεχνικές συμπίεσης που εφαρμόζονται στην περίπτωση ατόμων με πρόβλημα βαρηκοΐας. Η διαδικασία της συμπίεσης αποσκοπεί στο να αλλάξει τα επίπεδα ισχύος των ακουστικών σημάτων έτσι, ώστε να ανταποκρίνονται καλύτερα στις ακουστικές δυνατότητες του ασθενούς. Οι συμπιεστές υλοποιούνται με δυναμικές διαδικασίες επεξεργασίας σήματος ώστε να αντιδρούν άμεσα στις αλλαγές των χαρακτηριστικών του προς επεξεργασία ήχου. Οι επικρατέστερες τεχνικές θα υλοποιηθούν σε ειδική πλατφόρμα επεξεργασίας και θα αξιολογηθούν ως προς την απόδοσή τους. Θα γίνει επίσης σύγκριση με νέες τεχνικές οι οποίες θα προταθούν για πρώτη φορά στην παρούσα διπλωματική. / .

Το αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη των στελεχιαίων ακουστικών προκλητών δυναμικών σε παιδιά με μαθησιακές δυσκολίες. Στόχος είναι η εξέταση και η σύγκριση τυχόν διαφορών ως προς το χρόνο έλευσης των κυμάτων στον εγκέφαλο μετά το ερέθισμα click και ως προς το αν οι λανθάνοντες χρόνοι ήταν μέσα στα φυσιολογικά επίπεδα μεταξύ των παιδιών με μαθησιακές δυσκολίες και των φυσιολογικών παιδιών (χωρίς μαθησιακές δυσκολίες). Το δείγμα μας αποτελείται από 20 παιδιά ηλικίας από 7 εως 14 ετών. Τα δέκα από αυτά είναι παιδιά με μαθησιακές δυσκολίες επίσημα διαγνωσμένα από τον κρατικό φορέα Κ.Δ.Α.Υ. ενώ τα υπόλοιπα αποτελούν το συγκριτικό δείγμα της μελέτης. Τα κύματα που εξετάσαμε ήταν το I-II-III-IV-V καθώς και οι διαφορές τους III-I, V-III, V-I. Επιπλέον, εκτός από το χρόνο έλευσης αυτών των κυμάτων εξετάσαμε και το αν οι χρόνοι αυτοί ήταν μέσα στα φυσιολογικά πλαίσια. Συμπερασματικά αναφέρω, πως σύμφωνα με τον έλεγχο των μηδενικών υποθέσεων που έγινε με τη στατιστική δοκιμασία Student’s t-test, η μέση τιμή του χρόνου που απαιτείται για την έλευση των κυμάτων στα φυσιολογικά παιδιά είναι ίση με την αντίστοιχη μέση τιμή των παιδιών με μαθησιακές δυσκολίες.Επίσης, η μέση τιμή των χρονικών διαφορών έλευσης των κυμάτων στα φυσιολογικά παιδιά είναι ίση με την αντίστοιχη μέση τιμή των παιδιών με μαθησιακές δυσκολίες. Για κάθε ένα από τα κύματα I-V αλλά και για τις αντίστοιχες διαφορές τους ελέγχθηκαν μηδενικές υποθέσεις του τύπου «Η παρατήρηση παθολογικών λανθανόντων χρόνων είναι ανεξάρτητη της ύπαρξης μαθησιακών δυσκολιών». Από αυτή τη μελέτη βρέθηκε το εξής σημαντικό, πως το 50% των παιδιών μεμαθησιακές δυσκολίες παρουσίασαν εκτός φυσιολογικών ορίων χρόνους για το κύμα II στο αριστερό αυτί. Παρατηρήθηκε δηλ. στατιστικώς σημαντική διαφορά στο χρόνο έλευσης του κύματος II στο δεξί αυτί (R-tII) στα παιδιά με μαθησιακές δυσκολίες έναντι των υπολοίπων (p=0,026). Ο έλεγχος της μηδενικής υπόθεσης έγινε με τη στατιστική δοκιμασία Fisher’s exact test. Τα στελεχιαία ακουστικά προκλητά δυναμικά εγκεφαλικού στελέχους, όντας εύκολα στη χορήγηση, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως ένα άμεσο και εύκολο διαγνωστικό εργαλείο για τα παιδιά με μαθησιακές δυσκολίες, έτσι ώστε να αρχίσει η λογοθεραπευτική παρέμβαση και αποκατάσταση των προβλημάτων από μικρή ηλικία. / The object of this work is the study of auditory evoked potential in children with learning disorders. Our aim is to examine and compare any differences in the time of arrival of waves in the brain after the stimulus click and as to whether the latent period was within the normal levels among children with learning disabilities and normal children (without learning difficulties).

H Διδακτορική Διατριβή μελετά το πρόβλημα της ψηφιακής ισοστάθμισης,σκοπεύοντας στην ανάπτυξη αποτελεσματικών μεθόδων εξάλειψης των ηχητικών παραμορφώσεων, που εισάγονται κατά την ηχητική αναπαραγωγή εξαιτίας της απόκρισης, είτε των ηχείων (ανηχωική ισοστάθμιση), είτε των χώρων ακρόασης (εξάλειψη αντήχησης). Αναπτύσσονται πρωτότυπες μέθοδοι που αφενός εξασφαλίζουν ακριβείς μετρήσεις των ανηχωικών ηλεκτρακουστικών αποκρίσεων μέσα σε μη ανηχωικούς χώρους, αφετέρου πετυχαίνουν κατάλληλη εξομάλυνση των πολύπλοκων αποκρίσεων των ακουστικών συστημάτων για χρήση στην ψηφιακή ισοστάθμιση αλλά και για χρήση σε άλλες εφαρμογές της ακουστικής χώρων που απαιτούν ανάλυση συγκεκριμένων ιδιοτήτων αυτών των συστημάτων. Η συστηματική μελέτη της μεθόδου εξάλειψης αντήχησης που βασίζεται στην ιδανική αντιστροφή των αποκρίσεων χώρων οδηγεί στο πρωτότυπο συμπέρασμα ότι τα ακουστά οφέλη από την εφαρμογή της μεθόδου σε πραγματικό χρόνο είναι σημαντικά υποδεέστερα από τα αναμενόμενα που προκύπτουν από τα αντίστοιχα πειράματα εξομοίωσης αυτής της μεθόδου. Το πρόβλημα της εξάλειψης αντήχησης αντιμετωπίζεται για πρώτη φορά με έναν πρακτικά βιώσιμο τρόπο, με την εισαγωγή πρωτότυπης μεθόδου ισοστάθμισης που βασίζεται στην Μιγαδική Εξομάλυνση των αποκρίσεων χώρων. / The dissertation studies the digital audio equalization problem, in order to develop methods that would effectively eliminate the audio distortions being introduced during the sound reproduction by either the loudspeakers(anechoic equalization) or the room response (dereverberation). Novel methods are introduced that ensure precise measurements of anechoic electracoustic responses inside reverberant enclosures and on the other hand, achieve appropriately smoothed acoustic responses, for use in digital equalization and also in other applications of room acoustics that require analysis of concrete properties of these systems. Novel conclusions have been drawn by the analytic study of the room acoustics dereverberation based on ideal inverse filtering, indicating that the application of such a method in real time yields a significantly degraded performance compared to that achieved by the corresponding simulated dereverberation experiments. The problem of dereverberation is faced with a practically viable solution, with the introduction of a novel method based on the room response Complex Smoothing.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η επίλυση των προβλημάτων της σκέδασης επιπέδων ακουστικών κυμάτων χαμηλών συχνοτήτων από ένα διαπερατό σφαιρικό κέλυφος με έκκεντρο μαλακό, σκληρό ή διαπερατό πυρήνα και από μια μαλακή σφαίρα κάτω από ένα διαπερατό επίπεδο. Η λύση των προβλημάτων σκέδασης στην περιοχή χαμηλών συχνοτήτων επιδέχεται ανάπτυγμα Taylor σε δυνάμεις του κυματικού αριθμού k, όπου οι συντελεστές του αναπτύγματος (προσεγγίσεις χαμηλής συχνότητας) συνιστούν ακολουθία λύσεων στάσιμων προβλημάτων της θεωρίας δυναμικού. Ένα πρόβλημα σκέδασης μπορεί να δεχθεί προσέγγιση χαμηλών συχνοτήτων όταν το μήκος κύματος της κυματικής διαταραχής είναι πολύ μεγαλύτερο από την ακτίνα της ελάχιστης περιγεγραμμένης σφαίρας του σκεδαστή. Το δισφαιρικό σύστημα συντεταγμένων παρέχει κατάλληλο περιβάλλον για την επίλυση προβλημάτων πολλαπλής σκέδασης από δύο σφαίρες Αυτό ισχύει μόνο στη περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων δεδομένου ότι η εξίσωση Laplace επιδέχεται διαμορφωμένο χωρισμό στις δισφαιρικές συντεταγμένες, ενώ δεν συμβαίνει το ίδιο στην εξίσωση Helmholtz. Προσαρμόζοντας το δισφαιρικό σύστημα συντεταγμένων στην δεδομένη γεωμετρία του κάθε προβλήματος απλουστεύεται η περιγραφή των χώρων που ορίζονται από το έκκεντρο σφαιρικό κέλυφος και οι σφαιρικές επιφάνειες του προβλήματός μας περιγράφονται από διαφορετικές τιμές της ίδιας συντεταγμένης μεταβλητής, ενώ ο απομακρυσμένος χώρος περιγράφεται από μια γειτονιά της αρχής των συντεταγμένων στο παραμετρικό χώρο των μεταβλητών η, θ. Επιλύοντας τα αντίστοιχα προβλήματα συνοριακών συνθηκών για μηδενική και πρώτης τάξεως προσεγγίσεις, καταλήγουμε σε αντίστοιχες αναγωγικές εξισώσεις ακολουθιών των συντελεστών ή αντίστοιχα συστήματα αναγωγικών εξισώσεων. Δεδομένου ότι οι ακολουθίες των συντελεστών συγκλείνουν ταχύτατα, περιοριζόμαστε στους πρώτους όρους συντελεστών και οι αναδρομικές εξισώσεις ή τα συστήματα αναγωγικών εξισώσεων ανάγονται σε εξισώσεις πινάκων ή γραμμικά συστήματα εξισώσεων με άγνωστους πίνακες στήλες και συντελεστές των αγνώστων τριδιαγώνιοι πίνακες. Με την πρωτότυπη αυτή μέθοδο προσδιορίζονται ακριβώς οι πρώτοι όροι χαμηλών συχνοτήτων των δύο προσεγγίσεων μηδενικής και οι πρώτης τάξεως, και στη συνέχεια οι προσεγγίσεις του πλάτους σκέδασης και των ενεργειακών διατομών σκέδασης. Μειώνοντας την απόσταση d των κέντρων συμπεραίνουμε ότι το πρόβλημα της σκέδασης ομόκεντρου σφαιρικού φλοιού δεν μπορεί να θεωρηθεί ειδική περίπτωση του προαναφερθέντος προβλήματος. / A plane wave is scattered by an acoustically soft, hard or penetrable sphere, covered by a penetrable non-concentric spherical lossless shell which disturbs the propagation of the incident plane wave field. There is exactly one bispherical coordinate system that fits the given two-sphere obstacle. If the wavelength of the incident field is much larger than the radius of the exterior sphere, Low Frequency Theory reduces the scattering problem to a sequence of potential problems which can be solved iteratively Applying the corresponding boundary value problem for each case, a set of two equations results as well as a recurrence equation with three unknown sequence of coefficients for zero-th order, and the first-order approximation is obtained, by solving two sets of two equations and a recurrence equation with three unknown sequence coefficients each for the soft core or the calculation of the zero–th order coefficients of the hard or penetrable core, leads to a solution of a linear system of two equations with two unknown columns and tri-diagonal square matrices are coefficients of the unknown columns, while the first-order approximation is obtained, by solving two linear systems of two equations with four unknown columns and eight tri-diagonal matrices as coefficients of the unknown columns. Applying the cut-off method for soft, hard and penetrable sphere, the low-frequency coefficients of the zero-th and first-order for the near field as well as the first and second-order coefficients are obtained for the normalized scattering amplitude and cross section. Decreasing the distance d of the centres we conclude that the problem of scattering concentric cell cannot be considered special case of mentioned before problem. A plane wave is scattered by an acoustical soft acoustic sphere embedded into an acoustically lossless half space, which disturbs the propagation of the incident wave field. In the first step, the problem of sound diffraction by only a penetrable plane is solved, were the amplitudes of reflective and diffractive acoustical waves are calculated. In the second step the diffractive as an incident wave is scattered by the embedded acoustical soft sphere. The low frequency zero-th and first order coefficients of the near field are calculated for the soft scatterer and finally the scattering amplitude and cross-section are determined.

Καθώς η εξέλιξη της βιοϊατρικής επιστήμης και τεχνολογίας είναι συνεχής και ραγδαία, η έρευνα επικεντρώνεται τόσο στη βελτίωση των κλινικών τεχνικών όσο και στην ανάπτυξη νέων με κυριότερο σκοπό την ακριβέστερη και ασφαλέστερη διάγνωση και θεραπεία. Στην παρούσα διατριβή, μελετάται η χρήση δύο περιοχών του φάσματος, που ανήκουν στο πεδίο των μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών, των μικροκυματικών και των ακουστικών συχνοτήτων, για διαγνωστικές λειτουργικές εφαρμογές εγκεφάλου. Παρόλο που η χρήση των υπερήχων έχει αξιοποιηθεί στην κλινική εφαρμογή, οι αναφορές για τη χρήση των ακουστικών κυμάτων στις βιοϊατρικές εφαρμογές είναι περιορισμένες στη διεθνή βιβλιογραφία. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η ανάπτυξη ενός συστήματος για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου στις ακουστικές συχνότητες. Στα δύο πρώτα κεφάλαια περιγράφονται οι βασικές αρχές που διέπουν την επιστήμη του ήχου (ακουστική) αλλά και οι φυσικές αρχές αλληλεπίδρασης των ακουστικών κυμάτων με τους βιολογικούς ιστούς (δημιουργία και εξέλιξη των φυσικών φαινομένων ανάκλασης, διάθλασης, μετάδοσης και απορρόφησης της ηχητικής δέσμης). Πιο συγκεκριμένα, μοντελοποιείται και μελετάται θεωρητικά το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης των ακουστικών κυμάτων με τον ανθρώπινο εγκέφαλο ενώ τέλος παρουσιάζονται βασικές και σύγχρονες εφαρμογές ακουστικής στην ιατρική. Στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθεται η θεωρητική ανάλυση και οι βασικές αρχές της προτεινόμενης μεθόδου για μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας στις ακουστικές συχνότητες και πραγματοποιούνται προσομοιώσεις, με τη βοήθεια του λογισμικού MATLAB, παραθέτοντας τα αντίστοιχα αριθμητικά αποτελέσματα. Ολοκληρώνοντας το πρώτο μέρος της διατριβής, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η πρακτική υλοποίηση του προτεινόμενου συστήματος, περιλαμβάνοντας ανάλυση του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου και των αντίστοιχων αισθητήρων, εκτενής μελέτη του κάθε τμήματός του καθώς και πειραματικές μετρήσεις με ομοιώματα. Τα μικροκύματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πλήθος διαγνωστικών και θεραπευτικών τεχνικών τόσο σε επίπεδο έρευνας όσο και στην κλινική πράξη. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιείται θεωρητική μελέτη και υλοποίηση πολυσυχνοτικών κυρτών προσαρμόσιμων μικροταινιακών τυπωμένων κεραιών και χρήση τους με σύστημα ευαίσθητου δέκτη μικροκυματικής ραδιομετρίας. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφονται η βασική τεχνολογία και οι βασικές αρχές λειτουργίας της παθητικής μεθόδου διάγνωσης με μικροκύματα, της μικροκυματικής ραδιομετρίας ενώ στο κεφάλαιο 6 μοντελοποιούνται οι προτεινόμενες κυρτές κεραίες και μελετούνται με τη βοήθεια του ηλεκτρομαγνητικού προσομοιωτικού λογισμικού πακέτου HFSS που χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Επίσης, παρουσιάζονται αναλυτικά οι ιδιότητες εστίασης των κεραιών αυτών σε δύο διαφορετικά μοντέλα κεφαλιού στο εύρος συχνοτήτων 2 – 3.3 GHz. Τέλος, οι κεραίες που μελετήθηκαν θεωρητικά, κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται ως κεραίες λήψης ραδιομέτρου τύπου διακόπτη Dicke (Dicke switch) για πειραματικές μετρήσεις σε ομοιώματα (κεφάλαιο 7). Ο συνδυασμός των δύο συστημάτων σε μια κοινή υλοποίηση και η πραγματοποίηση κοινών πειραματικών μετρήσεων και στις δύο περιοχές συχνοτήτων είναι μια πολύ σημαντική προοπτική που μπορεί να βελτιώσει τα πιθανά μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου αλλά και να τις επαληθεύσει, με την παροχή και το συνδυασμό διαφορετικού είδους πληροφορίας για το ίδιο αίτιο. / As progress in the field of biomedical science and technology is continuous, the research focuses mainly on the improvement of existing clinical techniques and the development of new ones, aiming at the most accurate and safe diagnosis and treatment. In the present thesis, passive diagnosis in the non ionizing radiation regime and especially two frequency bands, microwave and acoustic frequencies, are used for diagnostic functional brain applications. Despite the fact that ultrasounds have been utilized in clinical practice, the references regarding the application of acoustic waves in medical diagnosis are restrained in international literature. In the present thesis the development of a system for diagnostic brain applications operating at acoustic frequencies is studied. In the first two chapters the basic principles of acoustics and the physical principles of the interaction of acoustic waves with biological tissue (including physical phenomena of reflection, diffraction, transmission and absorption of sound) are described. More specifically, the problem of the interaction of acoustic waves with the human brain tissues is theoretically modeled and studied. In the third chapter theoretical analysis is carried out and the basic operation principles of the suggested method for monitoring brain activity in acoustic frequencies are described. Simulations are performed using the MATLAB software and the respective numerical results are presented. Completing the first part of the thesis, the fundamentals of the system’s practical implementation are introduced in the fourth chapter. All system modules are described and the results of the implementation study through experiments using phantoms are presented. Microwaves have been used in many diagnostic and therapeutic techniques both at research level and in clinical practice. Herein, a theoretical study and implementation of various multi-frequency conformal microstrip patch antennas are performed, and finally they are used in conjunction with a sensitive microwave radiometry receiver. In chapter 5 the basic technology and the basic operation principles of the passive diagnostic method with microwaves (microwave radiometry) are described, while in chapter 6 the suggested conformal antennas are modeled and studied using the electromagnetic simulation tool HFSS that implements the finite element method (FEM). Moreover, the properties of these antennas and their focusing ability on specific brain areas are presented at 2 – 3.3 GHz in two different head models. Finally, a few are materialized in Rogers 4350B dielectric substrate and two of them are used together with a Dicke switch type radiometer for experimental measurements with phantoms (chapter 7). The combination of the aforementioned systems in a common implementation and the realization of common experimental measurements in both frequency bands is a very significant prospective which can optimize the performance of each methodology, by collecting and combining different types of information originating from the same event.