Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η ανάλυση της συμπεριφοράς αξονικά φορτιζόμενου πασσάλου, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια φέρουσας ικανότητας. Συγκεκριμένα εξετάζεται η στατική δυσκαμψία του πασσάλου για τις περιπτώσεις ομοιογενούς και ανομοιογενούς εδάφους. Για την επίλυση του προβλήματος αναπτύχθηκε απλή αναλυτική ενεργειακή μέθοδος, η οποία βασίζεται στη θεωρία Winkler και στη χρήση συνάρτησης σχήματος, η οποία περιγράφει αξιόπιστα τις μετατοπίσεις κατά μήκος του πασσάλου. Το έδαφος γύρω από τον πάσσαλο προσομοιώνεται με κατακόρυφα γραμμικά ή μη ελατήρια τύπου Winkler, τα οποία εφαρμόζονται στην παρειά του πασσάλου αλλά και στη βάση του. Με επιλογή κατάλληλης συνάρτησης σχήματος και καμπυλών «τ-w» και «Pb-wb» και μετά από επαναληπτική διαδικασία εφαρμογής της μεθόδου, επιτυγχάνεται με ικανοποιητική ακρίβεια η τιμή της δυσκαμψίας για κατακόρυφη μετακίνηση στην κεφαλή του πασσάλου. / The present thesis deals with the analysis of the axial static response of a single pile, which may lead to bearing capacity loss. Specifically, the static stiffness of the pile located both in homogeneous and in inhomogeneous soil, is studied. For the analysis a simple energy method is employed, based on Winkler theory and on use of a shape function which represents reliably the deflected shape of the pile. The soil around the pile is simulated with vertical linear or nonlinear Winkler springs, applied to the sidewall of the pile and its base. Realistic predictions can be achieved for the value of stiffness of axially loaded piles, after iterative application of the method, by using the appropriate shape functions, “ τ-w “ and “Pb-wb” curves.

The utilization of Computed Tomography in paediatric examinations constantly increases. During the procedure, a high amount of dose is delivered to children, which could be avoided. This study examined whether the selection of scanning parameters – tube voltage and tube current-time product- could be based on patient size instead of patient age or weight aiming, for dose reduction. The SRS78 spectrum processor software was employed to generate spectra with tube voltage between 80kVp and 120kVp and with tube current-time product between 50mAs and 165mAs. These spectra were attenuated by different thicknesses of polymethylmethacrylate (PMMA) phantoms. The simulation technique was validated with experimental measurements acquired on CTDI phantoms on a Siemens Somatom plus 4 scanner. The image quality was assessed in terms of noise, contrast and contrast-to-noise ratio (CNR). Furthermore the contrast of iodine, adipose tissue and cortical-bone relative to muscle were calculated in order to examine how the contrast of different materials was influenced when tube voltage changed. The data analysis shows that there is a definite relationship between image quality and the size of a patient. When exposure settings are kept constant, the level of noise, contrast and Contrast-to-Noise Ratio (CNR) depends on the size of the phantom. Noise is increased exponentially and contrast is reduced linearly as the size of the phantom is increased. CNR is markedly higher in small size phantoms. Moreover, when tube voltage was reduced the noise level was increased less in the small size phantoms and the contrast of high atomic number materials is reduced more when tube voltage is reduced. The CNR for high atomic number materials presents modest improvements when tube voltage is increased therefore examinations with contrast agents could be performed at lower tube voltages. Furthermore the high CNR in small size phantoms could be traded off with lower mAs. In particularly the mAs could be reduced by up to 95% while maintaining the same CNR as for adults resulting in dramatic dose reductions for children. Moreover, since Computed Tomography stands out from all the other X-ray techniques due to its ability to detect structures of similar densities the detect ability of low contrast details was investigated. The Catphan phantom and particularly the CTP515 module was employed. The phantom was scanned with the Siemens Somatom plus 4 scanner at 80kVp, 120kVp and 140kVp and with tube current-time product between 43mAs and 165mAs. The image quality was assessed subjectively and objectively. It is observed that when 120kVp and 140kVp are applied there are not sufficient differences on image quality which justify the selection of 140kVp in paediatric protocols. When 80kVp is applied structures with contrast lower than 10HU are not detected. Concerning mAs does not contribute to the detection of low contrast details except if it is combined with high tube voltages. However, mAs contribute to the visualisation of smaller in size details but above a threshold value, higher mAs does not serve any purpose and the value of 300mAs employ in many protocols is not justified. In conclusion, the reduction of dose during paediatric Computed Tomography examinations is more than probable since scanning parameters could be reduced without degradation of image quality. However in order to assure the reduction of dose without side effects, protocols must be constructed which will individualize the Computed Tomography examinations. That is, the optimum spectrum must be selected relative to the diagnostic task and the size of the patient. / -

Interstitial lung diseases are a heterogeneous group of disorders that vary widely in etiology, clinic-radiologic presentation, histopathologic features, and clinical course. MDCT is the modality of choice for determining the extent of diffuse interstitial lung disease and predicting the clinical outcomes as the scoring of fibrosis correlates well with the mortality rate. Different visual scoring systems for evaluating ILDs’ extent on HRCT have been developed over the past 20 years. Several visual scoring methods have been used to characterize and quantify the disease, correlate with common clinical parameters, prognosticate patients, assess disease progression and evaluate response to treatment. Up to date, visual scoring remains the method of choice for assessing disease extent in clinical practice. However, these methods show variable reproducibility in literature and therefore, a more accurate classification system is necessary for objective and reproducible assessment of disease extent. This has lead to considerable research efforts in advanced computer-based ILD extent quantification systems in the last 10 years. In this Thesis we compare four different available methods for the assessment of interstitial lung disease, for total, ground glass and reticular extent. A radiologist in training evaluated disease extent using a semi-quantitative visual scoring method (a), a visual pixel-based method (b) and semi-automated histogram thresholding technique (c). An automated CAD algorithm (d) was also utilized. All methods were applied to the same data sample of patients with collagen vascular diseases and lung involvement. The sample performance is reported on axial slice basis in terms of mean, standard deviation and range. Furthermore, methods have been compared pairwise by means of Bland-Altman analysis, utilized in order to assess by inspection the degree of agreement for varying disease extent. Additionally, the Intraclass Correlation Coefficient index has been calculated for all pairs compared. Statistical analysis showed almost perfect agreement between our visual pixel based method and the automated system concerning total and reticular disease extent, while the CAD algorithm and thresholding technique have demonstrated substantial agreement. None of the pairwise comparisons exhibited a high degree of agreement concerning ground glass extent estimation. Inter-observer comparison manifested significantly higher degree of agreement for the visual pixel based technique as compared to semi-quantitative visual scoring method. CAD algorithms provide a fast and reproducible disease extent and in our study present a high agreement with visual pixel based method, which is accounted for the more precise, albeit time wasting method. Resultantly, these automated systems could replace semi-quantitative visual scoring methods, not radiologists, in terms of accuracy, reproducibility and more precise clinical decision. / Οι διάμεσες πνευμονοπάθειες αποτελούν μια ετερογενή κατηγορία διαταραχών με ποικίλη αιτιολογία, κλινική, ιστολογική και ακτινολογική εικόνα. Η MDCT αποτελεί τη μέθοδο εκλογής για την εκτίμηση της έκτασης της νόσου και επομένως για την κλινική πορεία των ασθενών, εφόσον η έκταση της ίνωσης εμφανίζει υψηλή συσχέτιση με το δείκτη θνητότητας. Τα τελευταία 20 χρόνια έχουν αναπτυχθεί πολλά διαφορετικά συστήματα και μέθοδοι, που βασίζονται στην οπτική παρατήρηση και αποσκοπούν στον χαρακτηρισμό και την ποσοτικοποίηση της έκτασης της διάμεσης νόσου, καθώς και στο συσχετισμό της με κλινικές παραμέτρους, όπως η πρόγνωση και η ανταπόκριση στη θεραπεία. Οι ημιποσοτικές μέθοδοι, που βασίζονται στην οπτική παρατήρηση παραμένουν έως και σήμερα μέθοδοι εκλογής για την αξιολόγηση και ποσοτικοποίηση της έκτασης της νόσου. Εντούτοις, χαρακτηρίζονται σύμφωνα με τα βιβλιογραφικά δεδομένα από χαμηλούς δείκτες επαναληψιμότητας. Ως εκ τούτου, η αναζήτηση περισσότερο αντικειμενικών και επαναλήψιμων μεθόδων για την εκτίμηση της διάμεσης πνευμονοπάθειας είναι επιτακτική ανάγκη. Ως αποτέλεσμα, τα τελευταία 10 χρόνια η ερευνητική προσπάθεια έχει προσανατολιστεί σε αυτοματοποιημένες μεθόδους για την ποσοτικοποίηση της διάμεσης νόσου. Στην παρούσα διπλωματική συγκρίθηκαν τέσσερεις διαφορετικές μέθοδοι, διαθέσιμες για την ποσοτικοποίηση των αλλοιώσεων του πνευμονικού ιστού. Η έκταση της νόσου αξιολογήθηκε από έναν ειδικευόμενο ακτινολόγο με ημιποσοτική μέθοδο με οπτική παρατήρηση (α), με ποσοτική μέθοδο χειρονακτικού σχεδιασμού και τμηματοποίησης των προσβεβλημένων περιοχών (β) και με μια ημι-αυτόματη μέθοδο κατωφλίωσης ιστογράμματος (γ). Για τον ίδιο σκοπό χρησιμοποιήθηκε ένας αλγόριθμος υποβοήθησης διάγνωσης (CAD) (δ). Όλες οι μέθοδοι εφαρμόστηκαν στο ίδιο δείγμα δεδομένων από ασθενείς με νοσήματα του συνδετικού ιστού και πνευμονική προσβολή. Τα ημιποσοτικά αποτελέσματα, καθώς και αυτά της χειρωνακτικής τμηματοποίησης συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα δύο έμπειρων ακτινολόγων in consensus και μελετήθηκε η συμφωνία τους. Οι αποδόσεις των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν στην εκτίμηση τόσο της συνολικής έκτασης της νόσου, όσο και των επιμέρους προτύπων συγκρίθηκαν ανά ζεύγη με ανάλυση κατά Bland-Altman και με υπολογισμό του δείκτη ICC (Intraclass Correlation Coefficient). Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε σημαντική συσχέτιση μεταξύ του CAD και του χειρωνακτικού σχεδιασμού για τη συνολική έκταση και το reticular πρότυπο, ενώ χαμηλότερη είναι η συμφωνία μεταξύ του CAD και της μεθόδου κατωφλίωσης ιστογράμματος. Δεν παρατηρήθηκε υψηλός δείκτης συμφωνίας σε κανένα ζεύγος συσχέτισης όσο αφορά την εκτίμηση του προτύπου θαμβής υάλου. Η συμφωνία των ακτινολόγων είναι υψηλότερη για την οπτική μέθοδο αξιολόγησης με χειρονακτική τμηματοποίηση σε σχέση με την ημιποσοτική μέθοδο με οπτική παρατήρηση. Οι αλγόριθμοι υποβοήθησης διάγνωσης παρέχουν γρήγορη και επαναλήψιμη εκτίμηση της έκτασης της διάμεσης νόσου και στη δικιά μας μελέτη παρουσιάζουν υψηλού βαθμού συσχέτιση με την ποσοτική μέθοδο, η οποία θεωρείται η πιο ακριβής, εντούτοις χρονοβόρα μέθοδος. Συμπερασματικά, τα αυτόματα αυτά συστήματα θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τις υποκειμενικές ημιποσοτικές μεθόδους στην ποσοτικοποίηση των διάμεσων αλλοιώσεων του πνεύμονα.

Η διερεύνηση της διαγνωστικής και προγνωστικής αξία της διόρθωσης φωτονιακής εξασθένησης με χάρτες μέσω CT χαμηλής δόσης και ευκρίνειας στη στεφανιαία νόσο. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΣΚΕΛΟΣ Υλικό και Μέθοδος: Σε ομοίωμα Data Spectrum πραγματοποιήθηκαν SPECT/CT απεικονίσεις με 201Tl & 99mTc αφενός χωρίς ελλείμματα στο καρδιακό ένθεμα όπου μετρήθηκε ομοιογένεια εικόνας και κρούσεις και αφετέρου με την τοποθέτηση ελλειμμάτων, «διατοιχωματικών» & «υπενδοκαρδίων» όπου υπολογίστηκαν το μέγεθος (FWHM) και η αντίθεση του ελλείμματος. Κατόπιν οι AC & NAC απεικονίσεις συνεκρίθησαν κατά ζεύγη ως προς τις προαναφερθείσες παραμέτρους. Αποτελέσματα: Στις μετρήσεις χωρίς έλλειμμα ευνοήθηκε η μέθοδος με διόρθωση (AC) αυξάνοντας την ομοιογένεια της φυσιολογικής εικόνας και εξομαλύνοντας το λόγο κρούσεων κατωτέρου/προσθίου τοιχώματος. Στις απεικονίσεις με έλλειμμα η AC μέθοδος εμφάνισε καλύτερο FWHM ενώ η τεχνική χωρίς διόρθωση εξασθένησης (NAC) αποδείχθηκε ανώτερη ως προς την αντίθεση του ελλείμματος. ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΟ ΣΚΕΛΟΣ Υλικό και Μέθοδος: Διερευνήθηκαν αναδρομικώς 120 εξεταζόμενοι χαμηλού pre-test κινδύνου ΣΝ με αρνητικούς κλινικούς δείκτες και 120 πρώϊμα στεφανιογραφηθέντες (<60 ημέρες μετά MPI με 201Tl + CT-AC). Οι AC & NAC εικόνες εκτιμήθηκαν τυφλά τόσο ποιοτικά όσο και ημιποσοτικά (Summed Stress Score - SSS, Summed Difference Score - SDS). Κατόπιν, υπολογίστηκε το normalcy στον πληθυσμό χαμηλού κινδύνου ενώ στους στεφανιογραφηθέντες με gold standard τα αγγειογραφικά δεδομένα υπολογίστηκαν ευαισθησίες, ειδικότητες και διαγνωστικές ακρίβειες στο γενικό πληθυσμό και κατά φύλο στην επικράτεια του LAD και του συνδυασμού RCA/LCx οι οποίες συνεκρίθησαν με τη McNemar δοκιμασία. Τέλος, σχεδιάστηκαν ROC καμπύλες και έγινε σύγκριση μεταξύ τους κατά ζεύγη. Αποτελέσματα: Στον πληθυσμό χαμηλού κινδύνου η AC τεχνική υπερίσχυσε στο normalcy, ενώ στους στεφανιογραφηθέντες στατιστική σημαντικότητα παρατηρήθηκε στην περιοχή κατανομής της RCA/LCx στο γενικό πληθυσμό και στους άνδρες, όπου η NAC μέθοδος ήταν πιο ευαίσθητη και η AC πιο ειδική, χωρίς να προκύψουν στατιστικώς σημαντικά αποτελέσματα κατά τις συγκρίσεις ως προς τη διαγνωστική ακρίβεια και στις κατά ζεύγη συγκρίσεις των AUC στις ROC καμπύλες. ΠΡΟΓΝΩΣΤΙΚΟ ΣΚΕΛΟΣ Υλικό και Μέθοδος: Πρόκειται για προοπτική μελέτη με 637 συμμετέχοντες στους οποίους πραγματοποιήθηκε SPECT/CT απεικόνιση ρουτίνας και εκτιμήθηκαν ημιποσοτικά οι AC & NAC εικόνες (SSS – τυφλή ανάλυση). Μετά από κλινική παρακολούθηση κατεγράφησαν οι θάνατοι (πρωτεύον καταληκτικό σημείο), καθώς και οι συνδυασμοί θανάτων/ΟΕΜ και θανάτων/ΟΕΜ/οψίμων επαναγγειώσεων (δευτερεύοντα καταληκτικά σημεία). Κατόπιν, ορίστηκαν διαχωριστικές SSS τιμές του πληθυσμού βάσει της συχνότητας συμβαμάτων, και σχεδιάστηκαν Kaplan-Meier καμπύλες επιβίωσης στο γενικό πληθυσμό και στις SSS υποομάδες (AC & NAC) οι οποίες συνεκρίθησαν μεταξύ τους με την LogRank μέθοδο. Τέλος, οι κλινικές και απεικονιστικές παράμετροι αξιολογήθηκαν με την Cox μέθοδο, τόσο στο μονοπαραγοντικό (univariate) μοντέλο όσο και στην πολυπαραγοντική ανάλυση παλινδρόμησης (multivariate regression analysis). Αποτελέσματα: Κατά τη διάρκεια της κλινικής παρακολούθησης (ѱSD = 42.3±12.8 μήνες) σημειώθηκαν 24 θάνατοι (7 καρδιογενείς), 13 ΟΕΜ και 28 επαναγγειώσεις. Από την κατηγοριοποίηση του πληθυσμού προέκυψαν τρεις SSS υποομάδες για κάθε μέθοδο: 0-4, 5-13 και >13 (NAC) και 0-2, 3-9 και >9 (AC). Στην Kaplan-Meier ανάλυση η NAC παρήγαγε στατιστικώς σημαντικά αποτελέσματα μεταξύ των ομάδων 5-13 και >13 ως προς θανάτους και μεταξύ όλων των SSS υποπληθυσμών για αμφότερα τα δευτερεύοντα καταληκτικά σημεία, ενώ η AC κατάφερε να διαχωρίσει μεταξύ 0-2 & >9 ως προς θανάτους/ΟΕΜ και 0-2 & 3-9 ως προς συνολικά συμβάματα. Στο μονοπαραγοντικό Cox μοντέλο η NAC απεικόνιση κατάφερε στατιστική σημαντικότητα τόσο για SSS>4 όσο και >13 ως προς όλα τα καταληκτικά σημεία με την AC να παρουσιάζει ανάλογα αποτελέσματα για SSS>2 ως προς μείζονα και συνολικά συμβάματα και για SSS>9 ως προς το σύνολο των συμβαμάτων. Τέλος, στην πολυπαραγοντική ανάλυση παλινδρόμησης, η NAC αποδείχθηκε ανεξάρτητη προβλεπτική παράμετρος για θανάτους/ΟΕΜ και σύνολο συμβαμάτων, ενώ στην AC δεν παρατηρήθηκαν στατιστικώς σημαντικά αποτελέσματα. Συμπέρασμα: Η διόρθωση φωτονιακής εξασθένησης μέσω χαρτών εξασθένησης με CT δεν φαίνεται να προσαυξάνει τη διαγνωστική ακρίβεια ή την προγνωστική ισχύ του SPECT αιματώσεως μυοκαρδίου και η ανεπίλεκτη χρησιμοποίησή της στην κλινική πράξη μπορεί να οδηγήσει σε υποεκτίμηση της στεφανιαίας νόσου και του κινδύνου καρδιακών συμβαμάτων που αυτή συνεπάγεται. / To investigate the diagnostic and prognostic value of photon attenuation correction through maps derived from low-dose/low-resolution CT in coronary artery disease. EXPERIMENTAL PART Materials and Methods: SPECT/CT 201Tl and 99mTc imaging was performed on a Data Spectrum torso phantom, firstly without “myocardial” defects (assessment of overall and regional image uniformity and counts) and afterwards with the insertion of “subendocardial” and “transmural” defects (measurement of defect FWHM and contrast); subsequently, attenuation corrected (AC) & non-corrected (NAC) images were compared pairwise as regards the aforementioned parameters. Results: AC was favoured in the measurements without defects by increasing image uniformity and optimizing inferior-to-anterior wall count ratio. When defects were imaged, AC was superior at the assessment of FWHM whereas NAC achieved better defect contrast. DIAGNOSTIC PART Materials and Methods: One-hundred and twenty patients with negative clinical markers for CAD as well as 120 patients (90 males, 30 females) who were subjected to coronary angiography within 60 days post-MPI (201Tl SPECT/CT) were retrospectively reviewed. AC & NAC images were evaluated blindly both qualitatively and semi-quantitavely (Overall Summed Stress Score – SSS & Summed Difference Score – SDS as well as corresponding scores for LAD and RCA/LCx vascular domains). In the low-risk population, AC & NAC normalcy rate was assessed and in the population with angiographic reference sensitivity, specificity and diagnostic accuracy were calculated for both AC & NAC MPI which were compared with the McNemar test. Finally, ROC curves were created and the AUC were compared. Results: In the low-risk population AC increased normalcy rate while in the patients with angiographic correlation statistically significant results were obtained in the general and male population in the RCA/LCx territory, where NAC was more sensitive and AC displayed higher specificity without any significant results as regards diagnostic accuracy or ROC AUC comparisons. PROGNOSTIC PART Materials and Methods: 637 unselected patients underwent 201Tl MPI with CT-AC. AC & NAC images were interpreted blindly and summed stress scores (SSS) were calculated. Study endpoints were all-cause mortality and the composites of death/non-fatal acute myocardial infarction (AMI) and death/AMI/late revascularization. On the basis of the event rate distribution across SSS values SSS subgroups were created, Kaplan-Meier curves were drawn and compared by the use of the LogRank test and finally clinical and scintigraphic parameters were entered into the univariete and multivariate Cox regression model. Results: During a follow-up of 42.3±12.8 months 24 deaths, 13 AMIs and 28 revascularizations were recorded. Prognostic SSS groups formed were: 0-4,5-13,>13 for NAC and 0-2,3-9,>9 for AC. Kaplan-Meier functions were statistically significant between NAC SSS groups for all study endpoints. AC discriminated only between SSS 0-2 and >9 for death/AMI and between 0-2 and 3-9 for death/AMI/revascularization. In the univariate Cox regression, abnormal NAC achieved statistical significance for all endpoints whereas AC managed to do so only for SSS >2 & >9 regarding major and all events and for SSS>9 as regards all events. In the multivariate model, abnormal AC yielded no significance for either endpoint whereas abnormal NAC proved independent from other covariates for the composite endpoints. CONCLUSION: Photon attenuation correction with the use of CT-derived attenuation maps does not seem to increase the diagnostic accuracy or prognostic value of myocardial perfusion SPECT and its non-selective utilization in clinical practice may lead to underestimation of coronary artery disease and the subsequent risk of cardiac events.

Use of multi-detector CT in lung cancer screening has the potential to detect smaller lung nodules with improved sensitivity. In this study the development of a Computer Aided Detection (CAD) system for lung nodules is reported. A combination of two segmentation approaches is used, to segment lung regions. Following segmentation, a selective enhancement filter is applied for ''initial'' identification of nodule seed points in lung regions. Candidate lung nodule regions were delineated with the use of a region growing algorithm, with thresholds provided by minimum error thresholding. False positive regions were subsequently removed using two Support Vector Machines (SVM) classifiers in cascade, utilizing a set of 6 morphological features extracted from corresponding nodule candidate regions of the enhanced and the original images. The proposed automated scheme was tested on a reference dataset of 21 cases provided by the Lung Imaging Database Consortium. System performance on a case and slice basis provided sensitivities of 91% and 81% respectively, both with an average of 5 FPs per slice. Further analysis of the slice dataset with respect to size, contrast and location of nodules provided sensitivities of 81%, 83% and 85% for nodules of small size, low contrast and near pleura. This CAD scheme may be a useful tool in assisting radiologists in lung nodule detection. / Χρήση υπολογιστικής αξονικής τομογραφίας με πολλαπλών ανιχνευτών στον πληθυσμιακό έλεγχο καρκίνου το πνεύμονα αναμένεται να συμβάλει θετικά λόγω της ικανότητας της να ανιχνεύει οζίδια του πνεύμονα μικρού μεγέθους με αυξημένη ευαισθησία. Σε αυτή την μελέτη περιγράφεται η ανάπτυξη συστήματος αυτόματης ανίχνευσης οζιδίων του πνεύμονα, με στόχο την αύξηση της ευαισθησίας σε πολυτομική αξονική τομογραφία. Το σύστημα ανίχνευσης οζιδίων αποτελείται από τρία στάδια, το στάδιο της τμηματοποίησης των πνευμονικών πεδίων, την αναγνώριση των αρχικών υποψηφίων περιοχών και τέλος την μείωση των ψευδώς θετικών ενδείξεων. Η τμηματοποίηση των πνευμονικών πεδίων πραγματοποιήθηκε με τον συνδυασμό δύο αυτόματων τεχνικών τμηματοποίησης. Στην συνέχεια ένα επιλεκτικό ενισχυτικό φίλτρο εφαρμόζεται στην περιοχή των πνευμονικών πεδίων, για την ανίχνευση τον αρχικών υποψηφίων οζιδίων και τον συντεταγμένων τους. Τα όρια των υποψήφιων οζιδίων καθορίστηκαν με την βοήθεια ενός αλγορίθμου οριοθέτησης περιοχής με τις σταθερές κατωφλιού να υπολογίζονται αυτόματα βάση τις τεχνικής που προτάθηκε από τον Kittler et al. Η μείωση των ψευδώς θετικών ενδείξεων πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή δύο ταξινομητών Support Vector Machines (SVM) σε σειρά, οι οποίοι χρησιμοποίησαν 6 μορφολογικά χαρακτηριστικά τα οποία υπολογίστηκαν από τις περιοχές των υποψηφίων οζιδίων στην ενισχυμένη αλλά και στην αρχική εικόνα. Το σύστημα το οποίο παρουσιάζεται σε αυτή την εργασία εφαρμόστηκε και δοκιμάστηκε σε βάση δεδομένων αναφοράς η οποία περιλαμβάνει 21 εξετάσεις, την οποία τις παρέχει το Lung Imaging Database Consortium ((LIDC). Η απόδοση του συστήματος σε επίπεδο εξέτασης και επίπεδο τομής ήταν αντίστοιχα 91% και 81% με 5 ψευδώς θετικές ενδείξεις αντίστοιχα. Περαιτέρω ανάλυση βάση του μεγέθους, αντίθεσης και θέσης των οζιδίων απέδωσε ευαισθησίες 81%, 83% και 85% για οζίδια μικρού μεγέθους, χαμηλής αντίθεσης και οζίδια που βρίσκονται στον υπεζοκότα. Το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο εργαλείο υποβοήθησης ανάγνωσης οζιδίων σε πολυτομική αξονική τομογραφία για τους ακτινολόγους.

Οι ροές φλεβών άνωσης έχουν πολύ μεγάλο ενδιαφέρον στην περιβαλλοντική υδραυλική και στη μηχανική των ρευστών, επειδή παρουσιάζονται σε αρκετά φαινόμενα που σχετίζονται με τη διάθεση υγρών αποβλήτων ή θερμών νερών σε υδάτινους αποδέκτες καθώς επίσης και την εκπομπή αερίων ενώσεων από καμινάδες στην ατμόσφαιρα. Στην παρούσα διατριβή διπλώματος ειδίκευσης μελετήθηκε η ανάπτυξη ενός μοντέλου που περιγράφει το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης φλεβών από διαχύτη τύπου ροζέτας. Η ροζέτα προσομοιώνεται με ένα κύκλο στον οποίο είναι εγγεγραμμένο κανονικό πολύγωνο Ν πλευρών, στις κορυφές του οποίου εδράζονται τα Ν κατακόρυφα ακροφύσια. Λόγω γεωμετρικής και υδραυλικής συμμετρίας του φαινομένου, μελετάται η μία φλέβα από την ομάδα των Ν φλεβών που συμμετέχουν. Η μέση ροή και η μεταφορά μάζας σε μία τέτοια φλέβα περιγράφονται από την ολοκλήρωση των εξισώσεων συνέχειας, ορμής και διάχυσης. Επίσης, έγινε η σύγκριση μεταξύ του συγκεκριμένου μοντέλου και δεδομένων από τη σχετική βιβλιογραφία. Σκοπός της εργασίας, είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου που να περιγράφει το πεδίο ταχυτήτων και διάχυσης που δημιουργείται από την αλληλεπίδραση φλεβών, όταν αυτές εκρέουν από μια ροζέτα. Η αναγκαιότητα και χρησιμότητα της προσέγγισης του φαινομένου, είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων για την εφαρμογή τους στην ολοένα αυξανόμενη χρήση διαχυτών τέτοιου τύπου. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζεται η περιγραφή του φαινομένου της εκροής μιας φλέβας. Δίνονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία που προσδιορίζουν τις ανωστικές φλέβες και τα γενικά χαρακτηριστικά τους και γίνεται αναφορά στο φαινόμενο της τύρβης που αποτελεί βασικό κομμάτι της ροής σε μία φλέβα. Στο δεύτερο μέρος του κεφαλαίου, παρουσιάζονται οι βασικές εξισώσεις, της συνέχειας, της ορμής και της διάχυσης, που περιγράφουν τη ροή μίας φλέβας με άνωση και εξάγονται οι ίδιες εξισώσεις για την τυρβώδη ροή φλέβας, χρησιμοποιώντας τους κανόνες μεσοποίησης του Reynolds, ολοκληρωμένες σε μία εγκάρσια διατομή της φλέβας. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης των φλεβών. Δίνεται σχηματικά το πεδίο που προκύπτει από την αλληλεπίδραση και γίνεται αναφορά σε μεθόδους που έχουν χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπισή του. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναπτύσσεται το μοντέλο για την αλληλεπίδραση φλεβών από διαχύτη τύπου ροζέτας. Αρχικά, παρουσιάζεται συνοπτικά το μοντέλο των Yannopoulos & Noutsopoulos (2005) για την αλληλεπίδραση φλεβών σε σειρά, στη λογική του οποίου αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης φλεβών από ροζέτα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η εξέλιξη του φαινομένου. Χρησιμοποιώντας την ολοκληρωματική μεθόδο και τη Μέθοδο Περιορισμού της Συμπαράσυρσης, επιλύεται το σύστημα των εξισώσεων ορμής στη διεύθυνση z και της εξίσωσης διατήρησης της μάζας του χημικού δείκτη. Από την επίλυση του συστήματος εξάγονται οι εξισώσεις που περιγράφουν την κατανομή των μέσων αξονικών ταχυτήτων και των συγκεντρώσεων των Ν φλεβών. Για την καλύτερη απεικόνιση των αποτελεσμάτων, δίνονται οι λόγοι της κατανομής της ταχύτητας και της συγκέντρωσης των Ν φλεβών ως προς την κατανομή της ταχύτητα και της συγκέντρωσης, αντίστοιχα, της μιας κυκλικής κατακόρυφης ανωστικής φλέβας. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του μοντέλου που έχει αναπτυχθεί, για τις περιπτώσεις ροζετών με Ν=3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 24 και με άπειρο αριθμό ακροφυσίων. Στο δεύτερο μέρος του κεφαλαίου, γίνονται οι συγκρίσεις με τα δεδομένα από τη βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του μοντέλου για άπειρο πλήθος ακροφυσίων, συγκρίνονται με τα αποτελέσματα του μοντέλου για αλληλεπίδραση απείρων φλεβών των Yannopoulos & Noutsopoulos (2005). Σε αυτή τη σύγκριση δεν παρατηρήθηκαν αποκλίσεις μεταξύ τους. Ακόμη, συγκρίνονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής του μοντέλου της παρούσας εργασίας για ροζέτα με 8 και 12 ακροφύσια με τα αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα των Roberts & Snyder (1993). Οι αποκλίσεις είναι μικρότερες του πειραματικού σφάλματος το οποίο υπεισέρχεται στα πειράματα. / Buoyant flows are of great interest in environmental fluid mechanics and hydraulics, because they occur in many phenomena related to wastewater or heat disposal into water bodies. Similar flows take place when chimney or cooling tower emissions of smoke and other air pollutants or heat are released into the atmosphere. In this project a model was developed which describes the phenomenon of interaction of jets discharging from a rosette riser. A circle in which a horizontal equilateral polygon of N sides is inscribed, has modeled the rosette riser. The N vertical nozzles are laying on the apexes of the polygon. Due to geometric and hydraulic symmetry of the phenomenon, one buoyant jet of the group of N jets was studied. The mean flow and mass transfer in a jet of this kind are governed by the integral forms of the equations of continuity, momentum at the vertical direction and mass conservation of tracer. Furthermore, the specific model was compared to experimental data. The aim of the project is the development of a model describing the mean axial velocity distribution and mean concentration distribution, which are produced of the interaction of jets when they discharge vertically from a rosette riser. The necessity of this approach is the extraction of useful results in order to design such kind of diffuser systems. In the first chapter, there is a description of the discharged effluent. Some preliminary elements that determine buoyant jets and their general characteristics are given. Also, there are some preliminary elements about turbulence that constitutes great part of jet flow. In the second part of this chapter, there are the equations of continuity, momentum and mass conservation of tracer, which describe the turbulent flow, utilizing the Reynolds’ rules. These equations are integrated across the flow. In the second chapter the phenomenon of jet interaction is described. Also, it is given, schematically, the merged flow field and the methods and techniques that have been used to face up the problem in the past. In the third chapter, it is shown the development of the model for jet merging from a rosette riser and the process of the phenomenon. Using the Integral Method and adopting the Entrainment Restriction Approach, the system of the equations of momentum and mass conservation of tracer was solved, extracting the axial velocity and concentration distributions. To better quantify the buoyant jet interaction and illustrate it in simple diagrams, these expressions were divided on both sides by the corresponding analytical expressions of the round vertical turbulent buoyant jet, determining the axial velocities and concentrations ratios. In the last chapter, we demonstrate the results from applying the model for N=3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 24 ports per riser. There is also an application of the model for infinite number of nozzles. In the second part of this chapter, it is shown the comparisons of the results with other data. The results of the application of the model of infinite number of nozzles were compared with the model for an infinite row of interacting buoyant jets (Yannopoulos & Noutsopoulos, 2005). There are no deviations between the models. Also, there is a comparison between the application of the model for 8 and 12 nozzles with the experimental data of Roberts and Snyder (1993). The deviations in this case were less than the experimental error, which took place in the experiments.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη αλγορίθμων επεξεργασίας ιατρικής εικόνας για την ενσωμάτωση τους σε ιατρικές εφαρμογές ακτινοθεραπευτικού ενδιαφέροντος. Οι αλγόριθμοι αυτοί στηρίζονται στην αρχή λειτουργίας των χαρτών αυτο-οργάνωσης Kohonen και αξιοποιούν την πληροφορία που περιέχεται σε περιοχές των εικόνων γύρω από σημεία ενδιαφέροντος, ώστε να εντοπίσουν αυτόματα, με ακρίβεια και αξιοπιστία, αντιστοιχίες μεταξύ των εικόνων. Πιο συγκεκριμένα, ένας επαναληπτικός αλγόριθμος προτείνεται για την αυτόματη εύρεση αντίστοιχων σημείων σε ιατρικές εικόνες δύο διαστάσεων. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος προϋποθέτει την εύρεση σημείων ενδιαφέροντος μόνο στη μια από τις δύο εικόνες και εντοπίζει τα αντίστοιχα σημεία στη δεύτερη εικόνα μέσα από μια επαναληπτική διαδικασία, η οποία προσομοιάζει τη φάση εκπαίδευσης του νευρωνικού δικτύου. Με βάση τα ζεύγη των αντίστοιχων σημείων, υπολογίζονται στη συνέχεια οι παράμετροι ενός μετασχηματισμού, κατάλληλου για να περιγράψει τη σχέση μεταξύ των δεδομένων εικόνων. Ο αλγόριθμος ευθυγράμμισης εφαρμόζεται σε δεδομένες εικόνες ηλεκτρονικής πυλαίας απεικόνισης (Electronic Portal Images), που λαμβάνονται πριν από κάθε συνεδρία της ακτινοθεραπείας, για τον υπολογισμό του σφάλματος τοποθέτησης του ασθενούς. Το ζήτημα της επαλήθευσης της θέσης του ασθενούς στην ακτινοθεραπεία αντιμετωπίζεται επίσης με τη βοήθεια μιας αυτόματης μεθόδου εύρεσης αντίστοιχων σημείων σε τρισδιάστατα δεδομένα, η οποία εφαρμόζεται για την ευθυγράμμιση της αξονικής τομογραφίας του σχεδιασμού της ακτινοθεραπείας και μιας αξονικής τομογραφίας επαλήθευσης, που λαμβάνεται πριν την πρώτη συνεδρία της ακτινοθεραπείας. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εντοπίζει αντίστοιχα σημεία ενδιαφέροντος στις δεδομένες τομογραφικές εικόνες και υπολογίζει τις παραμέτρους ενός μη γραμμικού μετασχηματισμού ευθυγράμμισης. Μετά την ευθυγράμμιση των δύο τομογραφιών, υπολογίζεται η μετατόπιση του ισοκέντρου στην τομογραφία επαλήθευσης σε σχέση με τη θέση του ισοκέντρου που προβλέπεται στην αρχική τομογραφία του σχεδιασμού. Με την ενσωμάτωση αυτής της μεθόδου ευθυγράμμισης στη διαδικασία της ακτινοθεραπείας, ικανοποιούνται δύο ανάγκες της κλινικής πρακτικής. Αφενός, η μετατόπιση του ισοκέντρου, όπως υπολογίζεται από την προτεινόμενη μέθοδο, παρέχει μια αξιόπιστη ένδειξη για τη μετατόπιση του ασθενούς που απαιτείται πριν τη χορήγηση της ακτινοβολίας. Αφετέρου, επιχειρείται η καλύτερη αξιοποίηση των πόρων του τμήματος της ακτινοθεραπείας με τη διαδικασία της εύρεσης του ισοκέντρου της ακτινοθεραπείας να λαμβάνει χώρα στην αίθουσα του αξονικού τομογράφου και να μειώνεται συνεπώς ο χρόνος που απαιτείται για την προετοιμασία του ασθενούς στον γραμμικό επιταχυντή κατά την πρώτη συνεδρία της ακτινοθεραπείας. / Aim of the present thesis is the development of image processing algorithms for radiotherapy applications. These algorithms are based on the principles of Kohonen Self Organizing Maps and exploit the information contained in image regions around distinctive points of interest, in order to determine image correspondences in an automatic, accurate and robust way. In particular, an iterative algorithm is proposed for automatic detection of point correspondences in two-dimensional medical images. The proposed algorithm requires the extraction of interest points only in one image and detects the homologous points in the second image through an iterative procedure, respective to the training phase of a neural network. Subsequently, the parameters of an appropriate registration transformation are computed to describe the mapping between the two images. The computation is based on the detected point correspondence. The proposed registration algorithm is applied to Electronic Portal Images, acquired prior to the radiotherapy treatment delivery, in order to estimate the setup error of the patient. The issue of patient position verification in radiotherapy is also addressed in the present thesis by developing an algorithm for automatic detection of point correspondences in three-dimensional medical data. The algorithm is used to register the CT data of radiotherapy planning to an additional verification CT, acquired prior to the first treatment fraction. The proposed algorithm detects corresponding points in the two CT images and computes the parameters of a non-rigid registration transformation. After the registration of the two CT images, the isocenter displacement of the verification CT is calculated with respect to the ideal isocenter position, defined in the planning CT. By integrating the proposed registration procedure in the clinical practice, two needs are met. Firstly, the isocenter displacement, calculated by the proposed method, provides a reliable indication of the patient shift, needed before the treatment delivery, for optimization of the dose delivery. Secondly, an improvement of the radiotherapy department efficiency is attempted by performing the procedure of isocenter marking in the CT scanner room and, consequently, reducing the time expenditure of the patient in the LINAC during the first radiotherapy fraction.

The problem of pile - soil interaction is examined in the Thesis at hand by means of both theoretical analyses and experimental investigations. Pile foundations in seismically prone areas are subjected to both direct loading, such as axial and lateral forces imposed at their heads, resulting from a phenomenon known as inertial interaction, and indirect loading along their body, such as imposed displacements due to the passage of various types of seismic waves, resulting from a phenomenon known as kinematic interaction. Along this vein, a family of analytical models of the Tajimi type are presented in the framework of linear elastodynamic theory to explore the effects of axial and lateral pile - soil interaction in homogeneous and inhomogeneous soil under static and dynamic (kinematic and inertial) loading. Apart from simplified two-dimensional models of the Baranov - Novak type, few analytical solutions are available to tackle these problems in three dimensions, the majority of which are restricted to the analysis of an elastic half space under static conditions. The proposed models are based on a continuum solution pioneered by Japanese investigators (notably Matuso & Ohara and Tajimi) in the 1960’s. In the realm of this approach the soil is modelled as a continuum, while the pile is conveniently modelled as a rod or a beam by strength-of-materials theory. Displacements and stresses are expressed through Fourier series in terms of the natural modes of the soil medium. Fundamental to the analysis presented in this study is that the influence of horizontal soil displacement on axial pile response and vertical displacement on lateral response, respectively, are negligible. However, their effect on stresses is not negligible which differentiates the proposed models from the classical Tajimi solutions in which the aforementioned displacements are set equal to zero. The above approximations are attractive, as they lead to a straightforward uncoupling of the equations of motions, even in inhomogeneous media, unlike the classical elastodynamic theory where the uncoupling is generally impossible in presence of inhomogeneity. Although approximate, the proposed models are advantageous over available analytical models and rigorous numerical schemes, as they require relative simple computations and provide excellent predictions of pile response at the frequency ranges of interest in earthquake engineering and geotechnics. In addition, they are advantageous over existing simplified analytical approaches of the Winkler type, as they are more accurate, self - standing, free of empirical constants and provide more realistic simulation of the problem. The main advantage over numerical methods (finite and boundary elements) lies in the derivation of the solution in closed form and the elucidation of complex mechanisms related to the dynamic interaction phenomenon, such as radiation damping and wave propagation in in homogeneous media. The main goal of the theoretical effort lies in the derivation of solutions in closed - form for: (i) the static stiffness and the dynamic impedances (dynamic stiffness and damping coefficients) at the pile head, (ii) translational and rotational kinematic response factors (pile head displacement or rotation over free-field response), (iii) actual, depth- dependent, Winkler moduli (spring and damping coefficients), (iv) corresponding average, depth- independent, Winkler moduli to match the pile head stiffness. In addition, simple approximate formulae for Winkler moduli to be used in engineering practice are proposed, to improve the predictions of Winkler models. Pile-to-pile interaction is investigated on the basis of the superposition method for axially loaded piles. Closed-form expressions for attenuation functions are derived to be used individually or in conjunction with more elaborate methods providing more accurate predictions for static and dynamic interaction factors to assess the vertical stiffness of pile groups. New dimensionless frequency ratios controlling pile response are introduced. Finally, new solutions are added in the context of analytical Winkler models for investigating the behaviour of piles under kinematic loading due to vertically-propagating S waves. Emphasis is given on the influence of boundary conditions of the pile. With reference to kinematic pile bending, insight into the physics of the problem is gained through a rigorous superposition scheme involving an infinitely-long pile excited kinematically, and a pile of finite length excited by a concentrated force and a moment at the tip. Contrary to the classical elastodynamic theory where pile response is governed by six dimensionless ratios, in the realm of Winkler theory three only ratios suffice to fully describe the interaction problem, from which the mechanical slenderness and the effective dimensionless frequency are introduced for the first time. The selection of an appropriate value for the Winkler modulus in the accuracy of the kinematic Winkler model is demonstrated. The theoretical results are compared to new experimental data obtained from a series of tests on piles carried out on scaled models performed on the shaking table at University of Bristol Laboratory (BLADE) within the framework of the Seismic Engineering Research Infrastructures (SERIES) program, sponsored by FP7, and contribute in the investigation of pile - soil interaction. / Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης πασσάλου - εδάφους μέσω συνδυασμένης θεωρητικής ανάλυσης και πειραματικής διερεύνησης. Οι πάσσαλοι, ως μέσο θεμελίωσης σε σεισμογόνες περιοχές, υπόκεινται σε άμεση φόρτιση στην κεφαλή, μέσω δυνάμεων και ροπών, ως αποτέλεσμα του φαινομένου της αδρανειακής αλληλεπίδρασης, αλλά και σε έμμεση φόρτιση σε όλο τους το μήκος, μέσω επιβαλλόμενων εδαφικών μετακινήσεων, ως αποτέλεσμα του φαινομένου της κινηματικής αλληλεπίδρασης. Στην κατεύθυνση αυτή παρουσιάζεται η ανάπτυξη οικογένειας αναλυτικών προσομοιωμάτων τύπου Tajimi, στο πλαίσιο της γραμμικής ελαστοδυναμικής θεωρίας, για τη διερεύνηση της αξονικής και πλευρικής αλληλεπίδρασης πασσάλου - εδάφους σε ομοιογενείς και ανομοιογενείς εδαφικούς σχηματισμούς, υπό στατική και δυναμική φόρτιση κινηματικής και αδρανειακής μορφής. Εκτός από απλοποιημένα διδιάστατα προσομοιώματα τύπου Baranov - Novak, ελάχιστες αναλυτικές λύσεις είναι διαθέσιμες σε τρεις διαστάσεις, οι περισσότερες των οποίων περιορίζονται στην ανάλυση ελαστικού ημίχωρου υπό στατικές συνθήκες. Τα προτεινόμενα προσομοιώματα βασίζονται σε μια πρωτοποριακή λύση συνεχούς μέσου (κατά Matsuo & Ohara και Tajimi) η οποία αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1960, αλλά δεν επεκτάθηκε ουσιαστικά μέχρι την παρούσα εργασία. Στο πλαίσιο αυτής της προσέγγισης το έδαφος προσομοιώνεται ως συνεχές μέσο και ο πάσσαλος ως ράβδος ή δοκός σύμφωνα με τη τεχνική θεωρία της κάμψης (παραδοχή επιπεδότητας των διατομών), ενώ οι μετακινήσεις και οι τάσεις εκφράζονται μέσω αναπτυγμάτων Fourier σε όρους των φυσικών ιδιομορφών του εδαφικού μέσου. Θεμελιώδης παραδοχή της προτεινόμενης ανάλυσης είναι ότι η επιρροή της οριζόντιας εδαφικής μετακίνησης στην αξονική απόκριση του πασσάλου, αλλά και η επιρροή της κατακόρυφης μετακίνησης στην πλευρική απόκριση θεωρούνται αμελητέες, ωστόσο η επίδρασή τους στις τάσεις είναι μη μηδενική, πράγμα που τις διαφοροποιεί από τις κλασσικές λύσεις τύπου Tajimi στις οποίες οι ανωτέρω μετακινήσεις μηδενίζονται. Οι ανωτέρω προσεγγίσεις κρίνονται ως ιδιαίτερα ελκυστικές καθώς οδηγούν στην άμεση απόζευξη των εξισώσεων της κίνησης, ακόμη και σε ανομοιογενή μέσα, αντίθετα με την κλασσική ελαστοδυναμική θεωρία, η απόζευξη είναι γενικώς αδύνατη παρουσία εδαφικής ανομοιογένειας. Παρά τον προσεγγιστικό τους χαρακτήρα, τα προτεινόμενα αναλυτικά προσομοιώματα πλεονεκτούν ως προς διαθέσιμα αναλυτικά προσομοιώματα και αυστηρά αριθμητικά σχήματα, καθώς απαιτούν σχετικά απλούς υπολογισμούς και παρέχουν εξαιρετικές προβλέψεις της απόκρισης του πασσάλου για το εύρος συχνοτήτων που παρουσιάζει ενδιαφέρον στη σεισμική μηχανική και τα γεωτεχνικά. Επιπρόσθετα, υπερτερούν ως προς υφιστάμενες αναλυτικές προσεγγίσεις τύπου Winkler, καθώς είναι ακριβέστερα, αυτόνομα, απαλλαγμένα από εμπειρικές σταθερές και προσφέρουν ρεαλιστικότερη προσομοίωση του προβλήματος. Το κύριο πλεονέκτημα έναντι των αριθμητικών μεθόδων (πεπερασμένα και συνοριακά στοιχεία) έγκειται στην εξαγωγή της λύσης σε κλειστή μορφή και στη διερεύνηση πολύπλοκων φαινομένων που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση πασσάλου - εδάφους, όπως αυτό της απόσβεσης ακτινοβολίας και της διάδοσης κυμάτων στο έδαφος - ειδικά παρουσία ανομοιογένειας. Ο κύριος στόχος της θεωρητικής διερεύνησης υλοποιείται με την εξαγωγή λύσεων σε κλειστή μορφή για: (i) τη στατική και δυναμική στιφρότητα και απόσβεση στην κεφαλή του πασσάλου, (ii) τους συντελεστές κινηματικής απόκρισης σε μετάθεση και στροφή, (iii) τους πραγματικούς, συναρτήσει του βάθους, συντελεστές Winkler (συντελεστής στιφρότητας ελατηρίων και συντελεστής απόσβεσης), (iv) τους αντίστοιχους μέσους, ανεξάρτητους από το βάθος, συντελεστές Winkler. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται ακριβέστερες των διαθέσιμων στη βιβλιογραφία απλές προσεγγιστικές σχέσεις για τον υπολογισμό του συντελεστή Winkler με σκοπό τη βελτίωση της ακρίβειας των προσομοιωμάτων Winkler. Διερευνάται η αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλο στην περίπτωση αξονικά φορτισμένων πασσάλων με βάση την αρχή της επαλληλίας. Εξάγονται λύσεις σε κλειστή μορφή για τις συναρτήσεις εξασθένισης ώστε να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα ή σε συνδυασμό με πιο εκλεπτυσμένες λύσεις δίνοντας με στόχο ακριβέστερες προβλέψεις για τους συντελεστές αλληλεπίδρασης, οδηγώντας έτσι σε πιο ρεαλιστικές εκτιμήσεις της κατακόρυφης στιφρότητας ομάδας πασσάλων. Εισάγονται νέοι αδιάστατοι λόγοι συχνοτήτων που καθορίζουν την απόκριση του πασσάλου. Τέλος, παρουσιάζονται νέες λύσεις σε αναλυτικά προσομοιώματα Winkler για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς πασσάλων υποκείμενων σε φόρτιση λόγω της κατακόρυφης διάδοσης διατμητικών κυμάτων στο έδαφος, με έμφαση στην επίδραση των οριακών συνθηκών του προβλήματος. Σε αντίθεση με την κλασσική ελαστοδυναμική θεωρία που η απόκριση του πασσάλου καθορίζεται από έξι αδιάστατους λόγους, στο πλαίσιο της θεωρίας Winkler επαρκούν μόνο τρεις για την πλήρη περιγραφή της αλληλεπίδρασης πασσάλου - εδάφους, εκ των οποίων η μηχανική λυγηρότητα και η ενεργός αδιάστατη συχνότητα παρουσιάζονται για πρώτη φορά. Καταδεικνύεται η σημασία επιλογής της κατάλληλης τιμής του συντελεστή Winkler στην ακρίβεια των εν λόγω προσομοιωμάτων. Προτείνεται σύστημα υπέρθεσης που αποτελείται από ένα απειρομήκη πάσσαλο που διεγείρεται κινηματικά και έναν πάσσαλο πεπερασμένου μήκους που υπόκειται σε αδρανειακή φόρτιση για τη διαλεύκανση της λειτουργίας του θεμελιώδους μηχανισμού που καθορίζει την κινηματική κάμψη του πασσάλου. Τα θεωρητικά αποτελέσματα συγκρίνονται με νέα πειραματικά δεδομένα από σειρά δοκιμών σε διάταξη πασσάλων υπό κλίμακα που εκτελέστηκαν στο σεισμικό προσομοιωτή του Πανεπιστήμιου του Bristol στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού Προγράμματος SERIES, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το κοινοτικό πλαίσιο FP7 που συμβάλλουν στην περαιτέρω διερεύνηση του φαινομένου της κινηματικής αλληλεπίδρασης εδάφους - πασσάλου.