Μελέτη διφωτονικά διεγερμένου φθορισμού για τον υπολογισμό των ενεργών διατομών διφωτονικής απορρόφησης οργανικών μορίων. / Study of the two photon excitation fluorescence for the estimation of two photon cross sections of organic molecules

Στην παρούσα εργασία, γίνεται αρχικά η μελέτη τριών χρωστικών ως προς την απόδοσή τους στη διφωτονική απορρόφηση. Με βάση τα αποτελέσματα της μέτρησης αυτής, επιλέχθηκαν οι δύο χρωστικές που παρουσίασαν ισχυρότερα το φαινόμενο, ώστε να μελετηθούν σχετικά με τον αποχρωματισμό τους. Για το λόγο αυτόν, τα δείγματα που παρασκευάστηκαν από τις ουσίες, δέχτηκαν ακτινοβολία μεγάλης έντασης, μέσω πολύ στενών παλμών laser. / Photobleaching of organic dyes after two photon excitation

- / -

Στην εργασία αυτή θα ασχοληθούμε με τη διφωτονική απορρόφηση και τις εφαρμογές της. Θα πρέπει πρώτα να πούμε δύο λόγια γι’αυτήν, να εξηγήσουμε περί τίνος πρόκειται και γι’αυτό θα αρχίσουμε από τα βασικά. Όταν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κυκλικής συχνότητας ω0 προσπίπτει σε ένα υλικό μέσο, τα άτομά του λειτουργούν σαν ταλαντωτές, με την έννοια πως ταλαντώνονται στη συχνότητα της ακτινοβολίας, απορροφώντας την και επανεκπέμποντάς την. Παρομοιάζοντας έναν τέτοιο ταλαντωτή με σύστημα μάζας-ελατηρίου, το ρόλο της μάζας τον παίζει το ηλεκτρόνιο (για λόγους απλότητας θεωρούμε πως το άτομο έχει μόνο ένα) και το ρόλο του ελατηρίου οι δυνάμεις έλξης ηλεκτρονίου-πυρήνα. Το «ελατήριο» στη μιά του άκρη είναι στερεωμένο στον πυρήνα, που λόγο μεγάλης μάζας (σε σύγκριση με το ηλεκτρόνιο) θεωρείται ακίνητος. Όταν η ένταση του Η/Μ πεδίου είναι μικρή, το ηλεκτρόνιο δεν απομακρύνεται πολύ από τη θέση ισορροπίας του και ο ταλαντωτής μας μπορεί να θεωρηθεί αρμονικός, και έχουμε γραμμικά φαινόμενα. / -

Η εν λόγω διπλωματική εργασία αναφέρεται σε κάποια γενικά στοιχεία των μεθόδων ελέγχου του οριακού στρώματος και εστιάζεται στον έλεγχο του οριακού στρώματος με εφαρμογή της μεθόδου απορρόφησης – έγχυσης. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο, με γενικό τίτλο “Οριακό Στρώμα”, αναφέρονται κάποια σύντομα ιστορικά στοιχεία και εισάγεται η έννοια του οριακού στρώματος. Στη συνέχεια, και αφού αποσαφηνιστεί η έννοια του οριακού στρώματος με τη βοήθεια εικόνων και γραφικών, εισάγονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη αυτού. Το κεφάλαιο κλείνει με μια περιγραφή του φαινομένου της αποκόλλησης του οριακού στρώματος και των συνεπειών που η αποκόλληση αυτή επιφέρει στη ροή. Στο δεύτερο κεφάλαιο, με γενικό τίτλο “Έλεγχος του Οριακού Στρώματος”, περιγράφονται συνοπτικά οι βασικές μέθοδοι ελέγχου του οριακού στρώματος καθώς και τα πιο διαδεδομένα πεδία εφαρμογής της κάθε μιας εξ’ αυτών. Συγκεκριμένα, αναφέρονται οι μέθοδοι Κίνησης του Στερεού Ορίου (Motion of the Solid Wall), Επιτάχυνσης του Οριακού Στρώματος (Acceleration of the Boundary Layer - Blowing), Ψύξης του Τοιχώματος (Cooling of the Wall), Έγχυσης Διαφορετικού Αερίου (Injection of a Different Gas), Πρόληψης της μετάπτωσης της ροής σε τυρβώδη με κατάλληλη διαμόρφωση της γεωμετρίας του στερεού (Laminar Aerofoils) και η παράγραφος κλείνει με μια πιο εκτενή περιγραφή της μεθόδου της Απορρόφησης (Suction). Στο τρίτο κεφάλαιο, που φέρει το γενικό τίτλο “Εξισώσεις Κίνησης και Εξισώσεις Οριακού Στρώματος για Ομογενή, Ασυμπίεστα, Πραγματικά Ρευστά”, παρατίθενται οι εν λόγω εξισώσεις, ώστε να χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια, και γίνεται μια σύντομη αναφορά στον τρόπο που, ιστορικά, αυτές παρήχθησαν. Το τέταρτο κεφάλαιο, με τίτλο “Θεωρητική Μελέτη της Μεθόδου της Απορρόφησης”, προχωράει τη μελέτη της μεθόδου απορρόφησης/έγχυσης σε επίπεδο μαθηματικών εξισώσεων. Πιο συγκεκριμένα, εισάγονται τα βασικά στοιχεία της θεωρίας και στη συνέχεια, με ένα συνδυασμό αναλυτικών και αριθμητικών διαδικασιών, πραγματοποιείται η μελέτη της απορρόφησης σε δύο συγκεκριμένα παραδείγματα. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο, με τίτλο “Εφαρμογή Απορρόφησης/Έγχυσης σε Μαγνητοϋδροδυναμική Συμπιεστή Ροή Στρωτού Οριακού Στρώματος”, μελετάται η μόνιμη, στρωτή, διδιάστατη, μαγνητοϋδροδυναμική ροή, συμπιεστού οριακού στρώματος που δημιουργείται πάνω από λεπτή, επίπεδη επιφάνεια (πλάκα), με αντίξοη βαθμίδα πίεσης και μεταφορά θερμότητας και μάζας, καθώς και τα αποτελέσματα της εφαρμογής απορρόφησης ή έγχυσης στο παραπάνω πρόβλημα. Πιο συγκεκριμένα, μετά από μια σύντομη ιστορική εισαγωγή επί του θέματος, ακολουθεί η περιγραφή του προβλήματος, καθώς και η αδιαστατοποίηση των εξισώσεων που το διέπουν. Στη συνέχεια, ακολουθεί η περιγραφή της αριθμητικής μεθόδου που χρησιμοποιείται για την επίλυση των αδιαστατοποιημένων εξισώσεων και παρατίθενται τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη διαδικασία αυτή της αριθμητικής επίλυσης. Το κεφάλαιο κλείνει με μια συνοπτική παράθεση των συμπερασμάτων της μελέτης του κεντρικού προβλήματος του κεφαλαίου. / This master thesis refers to some general elements of boundary layer control methods and focuses on the method of suction-injection. In particular, in Chapter I, which is simply entitled “Boundary Layer”, a short reference to some historical facts associated with this subject is being made and the general idea of boundary layer is being introduced. Following, the idea of boundary layer is being clarified with the aid of some pictures and some graphics. The chapter ends with an introduction to the phenomenon of boundary layer separation. In Chapter II, carrying the general title “Boundary Layer Control”, a short description of some of the most basic methods of boundary layer control is given and the general conditions under which each method is more effective are being briefly stated. In particular, the methods which are brought up are Motion of the Solid Wall, Acceleration of the Boundary Layer – Blowing, Cooling of the Wall, Injection of a Different Gas, Laminar Aerofoils, and the chapter ends with a more extensive description of the method of Suction. In Chapter III, entitled “Equations of Motion and Boundary Layer Equations for Homogenous, Non-Compressible, Real Fluids”, the above equations are described, with the purpose of further use in the following chapters and a short reference to the way those equations were historically introduced is being made Chapter IV, with the general title “Theoretical Study of the Method of Suction”, carries the study of the method of suction-injection to the context of mathematical equations. More specifically, basic elements of the theory are being introduced and, after that, with a combination of analytical and arithmetical techniques, two simple examples are being studied. Finally, in Chapter V entitled “Application of Suction-Injection to Magnetohydrodynamic Compressible Flow of a Laminar Boundary Layer”, the steady, laminar, two dimensional, magnetohydrodynamic flow of the compressible boundary layer which is formed over a thin flat plate, with an adverse pressure gradient and mass and heat transfer is being studied along with the results of suction-injection in the above problem. In particular, after a short historical introduction follows the description of the problem and the normalization of the equations which describe it. Then follows the description of the arithmetical method and the program being used, and the results of this procedure are stated in the next paragraph. The chapter closes with a brief description of the facts which result from the general study of the main problem of this chapter.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή αυτή εργασία μελετήσαμε την συμπεριφορά για πρώτη φορά ενώσεων που είχαν σαν βάση την βενζοδισθιαζόλη. Συγκεκριμένα οι ενώσεις αυτές μελετήθηκαν με την χρήση των τεχνικών της φασματοσκοπίας διφωτονικής απορρόφησης της φασματοσκοπίας σταθερής κατάστασης και της φασματοσκοπίας φθορισμού χρονικής ανάλυσης. Αρχικά όσον αφορά την φασματοσκοπία διφωτονικής απορρόφησης, μπορέσαμε να οδηγηθούμε στα εξής συμπεράσματα: οι καλύτερες ενώσεις που παρουσιάζουν αρκετά μεγάλη διφωτονική απορρόφηση είναι τα γραμμικά μόρια (PK-439 και PK-452) σε σχέση με τα U-shaped μόρια με μέγιστη ενεργό διατομή ΔΦΑ ~2000GM. Επιπλέον παρατηρήσαμε ότι η χρήση της βενζοδισθιαζόλης σαν κεντρικός πυρήνας προκαλεί σημαντική αύξηση της διφωτονικής απορρόφησης, σε σχέση με την βενζοθιαζόλη. Τέλος, με την τεχνική της φασματοσκοπίας φθορισμού χρονικής ανάλυσης μπορέσαμε να οδηγηθούμε σε κάποιες διαπιστώσεις: συγκεκριμένα παρατηρήσαμε ότι όσο το μήκος κύματος καταγραφής μεγαλώνει, τόσο οι καμπύλες αποδιέγερσης γίνονται πιο αργές. Ακόμα διαπιστώσαμε ότι από την σύγκριση μορίων στο μήκος κύματος του μεγίστου, σε εκείνα τα μόρια που αποδιεγείρονται γρήγορα, ευνοούνται οι μη-ακτινοβολητικές διεργασίες και ταυτόχρονα παρουσιάζουν μικρή ενεργό διατομή ΔΦΑ. / --

Tο αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και σε βάθος ανάλυση και μοντελοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης του ανθρώπινου σώματος και των κεραιών που χρησιμοποιούν οι φορητές τερματικές συσκευές των σύγχρονων συστημάτων κινητής τηλεφωνίας. Ο στόχος είναι διπλός: αφενός μεν να υπολογιστεί η υποβάθμιση της απόδοσης της κεραίας, που προκαλείται από την παρουσία του σώματος του χρήστη σε μικρή απόσταση από αυτή και αφετέρου να εξεταστεί και να προσδιοριστεί επακριβώς το ποσό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που απορροφάται από το ανθρώπινο σώμα και ειδικότερα από τον ανθρώπινο εγκέφαλο κατά τη χρήση του κινητού τηλεφώνου. Ο απώτερος σκοπός είναι η συμβολή στην ανάπτυξη ασύρματων τερματικών (πχ. κινητά τηλέφωνα) που θα είναι πιο αποδοτικά στη λειτουργία τους και ταυτόχρονα περισσότερο ασφαλή για το χρήστη τους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη και ανάλυση των παραμέτρων που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση μεταξύ της κεραίας ασύρματων τερματικών συσκευών και του σώματος του χρήστη. Σχεδιάστηκαν, μοντελοποιήθηκαν, υλοποιήθηκαν και μετρήθηκαν πειραματικά πρωτότυπα τερματικών συσκευών παρουσία ομοιωμάτων του ανθρώπινου κεφαλιού με σκοπό τον υπολογισμό της απορρόφησης ακτινοβολίας από το κεφάλι και της μεταβολής της απόδοσης της κεραίας του τερματικού. Αναπτύχθηκε κατάλληλη μεθοδολογία μετρήσεων στο μακρινό πεδίο για την αξιόπιστη και ακριβή μέτρηση των χαρακτηριστικών των κεραιών του τερματικού. Τα αποτελέσματα έδειξαν έντονη αλλαγή των χαρακτηριστικών της κεραίας και του διαγράμματος ακτινοβολίας της, παρουσία του κεφαλιού του χρήστη. Επίσης, υπολογίστηκε η απότομη πτώση της απορρόφησης ακτινοβολίας και η αύξηση της απόδοσης με την απομάκρυνση του τερματικού από το κεφάλι. Επιτεύχθηκε σημαντική βελτίωση της λειτουργίας μέσω της μορφοποίησης του διαγράμματος ακτινοβολίας που κατορθώνεται με τη χρήση πολλαπλών κεραιών (συστοιχία) στο τερματικό. Τέλος εξετάστηκε η επίδραση του χεριού του χρήστη στην απόδοση ενός ΜΙΜΟ τερματικού και βρέθηκε μείωση της μέσης χωρητικότητας του καναλιού με την παρουσία του χεριού. / Τhe object of this doctoral thesis is the study, in depth analysis and modelling of the electromagnetic interaction between the human body and the antennas used in the handsets of modern wireless telecommunication systems. The aim is twofold. On one hand is the estimation of the antenna efficiency reduction that is caused by the presence of the user’s body in small distance and on the other hand is the study and precise determination of the electromagnetic radiation absorbed by the human body (especially the human head) at the use of a wireless terminal. The final aim is the contribution in the design of wireless terminals (e.g. mobile telephones) that will be more efficient in their operation and simultaneously safer for their user. In this thesis, an extensive study and analysis of the parameters related with the interaction between the wireless terminal antenna and the user’s body were realized. Experimental terminal prototypes were designed, modelled, constructed and measured in the presence of human head models in order to estimate the radiation absorption from the head and the degradation of the antenna efficiency. An appropriate measurements methodology at the far field was developed for the precise measurement of the terminal antenna characteristics. According to the results, an intense change of the antenna characteristics and of its radiation diagram in the presence of the user’s head was observed. Also, the rapid decrease of absorbed power and the increase of the efficiency were calculated after moving the handset away from the head. An important operation improvement was achieved with beamforming, which is realized using multiple antennas at the terminal. Finally, the effect of the user’s hand at MIMO terminal performance was examined and a reduction of the mean capacity of the channel in the presence of the hand was found.

In positron emission tomography (PET) the current trend is to use the fully 3D capabilities of the scanner to increase sensitivity, hence improve the quality of data or reduce the scanning time. However, some difficulties have to be resolved. In 3D PET, the largest contributor to image degradation is Compton scatter since the scattered photons may comprise more than 50% out of all coincidences in the whole body studies. Much progress has been achieved the last few years by the use of scatter correction algorithms, such as the single scatter simulation (SSS). In this work, a model-based scatter simulation (MBSS) algorithm has been implemented in a software library called STIR (i.e. Software for Tomographic Image Reconstruction) initially based on SSS. The aim of the current work is to validate the MBSS implementation; investigate the influence of several parameters; and, if possible extend the existing algorithm. The results are compared with both SimSET Monte Carlo simulation package and measured data. The comparison shows that SSS is in excellent agreement with the single scatter distribution produced by SimSET and in several cases can also approximate accurately the total scatter. However, SSS is just an attempt to estimate the total Compton scatter effect, as it is possible that both photons may scatter, and potentially more than once. As shown, the single scatter distribution may have different shape from the total scatter distribution. How accurate this approximation is, it depends on how many detected photons are scattered multiple times. Multiple scatter is more likely to happen if the attenuation medium has large volume, hence it is more severe in 3D studies of the torso than the brain. In this work, the methodology used for the single scatter simulation algorithm is extended to handle twice-scattered events. Detailed description on how to implement the double scatter simulation (DSS) together with a preliminary evaluation is included. The results are promising even if the required computational time for DSS is much higher than for SSS, though not being prohibited. Finally, at the end of the thesis, an efficient recursive formula is proposed to estimate the rest multiple scatter distribution. / Κατά την τομογραφική απεικόνιση εκπομπόμενων ποζιτρονίων είναι αρκετά διαδεδομένη η χρήση της τρισδιάστατης ανίχνευσης, ώστε να βελτιωθεί η ευαισθησία και η ποιότητα των δεδομένων, αλλά και να μειωθεί ο συνολικός χρόνος εξέτασης. Για να είναι αυτά εφικτά πρέπει πρωτίστως να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά κάποιες δυσκολίες. Συγκεκριμένα, ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που υποβαθμίζουν την ποιότητα της εικόνας είναι η σκέδαση Compton, διότι, εξαιτίας αυτής, τα σκεδαζόμενα φωτόνιων που ανιχνεύονται μπορούν να ξεπεράσουν το 50% των συνολικών ανιχνεύσεων σε αρκετές μελέτες του ανθρώπινου κορμού. Σημαντική πρόοδος έχει επιτευχθεί τα τελευταία χρόνια με τη χρήση αλγόριθμων διόρθωσης σκέδασης και, κυρίως, με τη χρήση του αλγόριθμου προσομοίωσης μίας και μόνο σκέδασης (ΠΜΣ). Στην παρούσα μελέτη, ένας αλγόριθμος βασισμένος σε αυτό το μοντέλο δημιουργήθηκε σε μια βιβλιοθήκη λογισμικού για ανακατασκευή τομογραφικής εικόνας. Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι να πιστοποιήσει τη σωστή λειτουργία του αλγόριθμου, να μελετήσει την επίδραση διαφόρων παραμέτρων και, εάν είναι εφικτό, να τη βελτιώσει. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων έδειξε πως ο ΠΜΣ επιβεβαιώνεται με Μόντε Κάρλο προσομοιώσεις. Ωστόσο, ο αλγόριθμος ΠΜΣ είναι μια προσέγγιση του συνολικού ποσοστού φωτονίων σκέδασης Compton. Υπάρχει πάντα πιθανότητα και τα δύο φωτόνια να σκεδαστούν μία ή και περισσότερες φορές. Όπως αποδεικνύεται στην παρούσα μελέτη, η κατανομή μίας και μόνο σκέδασης έχει διαφορετική μορφή σε σύγκριση με τη συνολική κατανομή της. Πόσο ακριβής είναι αυτή η προσέγγιση εξαρτάται από τον αριθμό των πολλαπλά σκεδαζόμενων φωτονίων που έχουν ανιχνευτεί. Το φαινόμενο πολλαπλής σκέδασης είναι πιθανότερο εάν το μέσον απορρόφησης ακτινοβολίας καταλαμβάνει μεγάλον όγκο και συνεπώς κατά τις τρισδιάστατες μελέτες του κορμού, παρά του εγκεφάλου. Στην παρούσα εργασία η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για τον αλγόριθμο προσομοίωσης μίας και μόνο σκέδασης επεκτάθηκε, ώστε να συμπεριλάβει και γεγονότα διπλής σκέδασης. Μια αναλυτική περιγραφή παρουσιάζεται για το πώς μπορεί να υλοποιηθεί η προσομοίωση διπλής σκέδασης (ΠΔΣ), που ακολουθείται από μία προκαταρκτική αξιολόγηση. Τα αποτελέσματα είναι αρκετά ενθαρρυντικά ακόμη και αν ο απαιτούμενος υπολογιστικός χρόνος για την ΠΔΣ είναι αρκετά μεγαλύτερος από την ΠΜΣ, χωρίς να την καθιστά απαγορευτική. Στο τέλος της διπλωματικής εργασίας προτείνεται ένας ολοκληρωμένος αναδρομικός αλγόριθμος για τον αποδοτικό υπολογισμό του συνολικού ποσοστού σκεδάσεων.

Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της ομόζυγης β-θαλασσαιμίας είναι η οστεοπάθεια, η οποία αποτελεί μία πολυπαραγοντική διαταραχή, που δεν έχει πλήρως διευκρινισθεί. Μελετήσαμε τους οσφυϊκούς σπονδύλους 48 ασθενών με τις μεθόδους Dual-Energy X-ray Absorptiometry (DXA) και Quantitative Computed Tomography (QCT), και εστιάσαμε στις δομικές οστικές ιδιότητες, όπως προσδιορίζονται από την υψηλής ευκρίνειας Υπολογιστική τομογραφία (HRCT). Οι τιμές της οστικής πυκνότητας (BMD values) εκφράσθηκαν ως Z-scores και τα αποτελέσματα συσχετίσθηκαν. Εκτιμήθηκε η επίδραση της ηλικίας, του φύλου, του τύπου της θαλασσαιμίας και των ορμονικών παραγόντων στις τιμές ΒΜD. Αξιολογήσαμε, με βάση την HRCT, την ακεραιότητα του φλοιού και τον αριθμό και πάχος των δοκίδων της σπογγώδους ουσίας. Με βάση τον αριθμό των δοκίδων ταξινομήσαμε τους ασθενείς σε κλίμακα τριών βαθμίδων. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι ο συνολικός επιπολασμός της οστεοπόρωσης με την μέθοδο DXA ήταν 44 % και με την QCT 6 %. Και οι δύο μέθοδοι έδειξαν μία αρνητική συσχέτιση μεταξύ της ηλικίας και της BMD, ενώ οι ορμονικοί παράγοντες παρουσίασαν συσχετίσεις τόσο με τις μετρήσεις της QCT όσο και με τις αντίστοιχες της DXA. Ο συντελεστής συσχέτισης μεταξύ της BMD της DXA και της σπογγώδους BMD της QCT ήταν 0,545 (p<0,001) ενώ η αντίστοιχη τιμή για τα Ζ-scores ήταν 0,491 (p<0,001). Η ομαδοποίηση των ασθενών σε φυσιολογικούς, οστεοπενικούς και οστεοπορωτικούς, με βάση το Ζ της QCT, ήταν σε καλύτερη συμφωνία με την ταξινόμηση με βάση τον αριθμό των δοκίδων (K=0,209, p=0,053), σε σύγκριση με την ομαδοποίηση σύμφωνα με το Ζ της μεθόδου DXA (K=0,145, p=0,120). Η εκτίμηση του φλοιού με την HRCT έδειξε διακοπές στη συνέχειά του σε 15 ασθενείς. Και οι δύο μέθοδοι δείχνουν μία επιδείνωση της οστεοπόρωσης με την πρόοδο της ηλικίας. Η ανεπάρκεια των ορμονών συσχετίζεται με την θαλασσαιμική οστεοπόρωση, ενώ η οτπική εκτίμηση του φλοιώδους οστού δείχνει ότι οι ενδιάμεσου τύπου θαλασσαιμικοί πάσχουν σε μεγαλύτερο βαθμό από τους ασθενείς με μείζονα μορφή θαλασσαιμίας. Με τον αριθμό των δοκίδων ως δείκτη οστεοπόρωσης, φαίνεται ότι η QCT μπορεί να εκτιμήσει την οστεοπάθεια καλύτερα από την DXA. Δεδομένου ότι η QCT έχει την ικανότητα να μετρήσει την οστική πυκνότητα του σπογγώδους και φλοιώδους οστού, ξεχωριστά, μπορεί να παρέχει πρώιμη ένδειξη του ποιο από τα δύο μεταβάλλεται πιο γρήγορα και σε τι βαθμό. - / Osteopathy, as a major feature of homozygous beta-thalassaemia, is a multifactorial disorder, not fully understood. We studied the lumbar vertebrae of 48 patients using Dual-Energy X-ray Absorptiometry (DXA) and Quantitative Computed Tomography (QCT), and we focused on structural properties, assessed by High Resolution Computed Tomography (HRCT). Bone Mineral Density (BMD) values were expressed as Z scores and the results were correlated. The effect of age, sex, type of thalassaemia and hormonal factors on BMD was assessed. We estimated, with HRCT, the cortex integrity and the number and thickness of trabeculae; the latter were classified to a three-grade scale. Our results showed the overall prevalence of osteoporosis to be 44 % with DXA and 6 % with QCT. Both techniques revealed an inverse correlation between age and BMD, whereas hormonal factors demonstrated associations with QCT and DXA measurements. The correlation coefficient between DXA’s BMD and QCT’s trabecular BMD was 0.545 (p<0.001) whereas the corresponding value for Z scores was r=0.491 (p<0.001). The classification of the patients into normal, osteopenic and osteoporotic categories, using QCT’s Z, was in better agreement with the assignment based on trabecular number (K=0.209, p=0.053) than the classification using DXA’s Z (K=0.145, p=0.120). Cortex evaluation by HRCT showed discontinuity in 15 patients. Both methods indicate a progression of osteoporosis with age. Hormonal deficiency is associated with thalassaemic osteoporosis whereas the visual estimation of cortex indicate that TI could be more affected than TM. Using the trabecular number as an indicator of osteoporosis, it seems that QCT may evaluate osteopathy better than DXA. Since the former has the ability to measure trabecular and cortical BMD separately, it could give early indication of which changes more rapidly and to what degree.

Η διφωτονική απορρόφηση (ΔΦΑ) είναι το μη γραμμικό-φαινόμενο κατά το οποίο δύο φωτόνια απορροφούνται ταυτόχρονα σε ένα υλικό μέσο. Τα τελευταία 20 χρόνια το φαινόμενο αυτό έχει προσελκύσει ιδιαίτερα το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας για την ανακάλυψη νέων αποδοτικών ενώσεων λόγω και των εφαρμογών που έχει βρεθεί ότι μπορεί να προσφέρει. Η διφωτονική μικροσκοπία, ο διφωτονικός πολυμερισμός, η τρισδιάστατη αποθήκευση δεδομένων είναι μερικές από τις σημαντικές εφαρμογές που εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα της ΔΦΑ. Τη τελευταία δεκαετία η έρευνα επικεντρώνεται στη θεωρητική και πειραματική μελέτη της ΔΦΑ οργανικών ενώσεων με σκοπό την διασύνδεσης των χαρακτηριστικών της δομής των μορίων με την ΔΦΑ που παρέχουν και την εύρεση στρατηγικών σύνθεσης οργανικών ενώσεων υψηλής ΔΦΑ. Επίσης πολλές είναι οι επιστημονικές εργασίες που χρησιμοποιούν τις ενώσεις αυτές στην έρευνα για την ανάπτυξη και βελτίωση των διφωτονικών εφαρμογών. Στη διατριβή αυτή γίνεται μελέτη της ΔΦΑ συζυγιακών οργανικών ενώσεων αποτελούμενες από ένα κεντρικό τμήμα συνδεδεμένο αντιδιαμετρικά με δυο ίδιους υποκαταστάτες. Τα συμμετρικά αυτά μόρια έχουν ως κεντρικό τμήμα φλουορένιο ή αλκόξυ-φαινυλένιο ή καρβοξύλιο και διάφορους υποκαταστάτες στα άκρα. Η τεχνική μέτρησης διφωτονικά διεγερμένου φθορισμού με laser femtosecond χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό των τιμών της ενεργούς διατομής ΔΦΑ των μορίων στη φασματική περιοχή 750-840nm. Από τη συγκριτική μελέτη των ενώσεων προκύπτει ότι ο υποκαταστάτης φθαλιμίδιο προσφέρει την μεγαλύτερη ΔΦΑ και για τα τρία διαφορετικά κεντρικά τμήματα, ενώ όταν συνδέεται με το φλουορένιο έχει την υψηλότερη ενεργό διατομή ΔΦΑ φθάνοντας την τιμή των 1650GM στη φασματική περιοχή που μελετήθηκε. Επίσης παρατηρήθηκε ότι ο υποκαταστάτης ναφθαλιμίδιο προκαλεί μετατόπιση του μεγίστου ΔΦΑ σε αρκετά μεγαλύτερα μήκη κύματος. Παρόμοια μετατόπιση παρατηρείται και για τα μόρια με κεντρικό τμήμα το καρβαζόλιο. Η μετατόπιση αυτή του φάσματος ΔΦΑ δεν αντιστοιχεί σε μετατόπιση του φάσματος μονοφωτονικής απορρόφησης. Οφείλεται στην άρση της κεντροσυμμετρίας του μορίου, λόγω της διαμόρφωσης της δομής του, η οποία κάνει επιτρεπτή τη διφωτονική μετάβαση στην πρώτη μονοφωτονικά επιτρεπτή ενεργειακή κατάσταση που ειδάλλως είναι απαγορευμένη. Η επίδραση του διαλύτη στις διφωτονικές ιδιότητες των μορίων μελετάται επίσης στη διατριβή αυτή. Για τις τέσσερις πιο αποδοτικές ενώσεις, ως προς το διφωτονικά διεγερμένο φθορισμό, έγιναν μετρήσεις για τον υπολογισμό των φασμάτων ΔΦΑ τους σε πέντε διαλύτες διαφορετικής πολικότητας (διηλεκτρικής σταθεράς). Από τις μετρήσεις φάνηκε η σημαντική επίδραση του διαλύτη στη ΔΦΑ των τεσσάρων χρωστικών η οποία μεγιστοποιείται σε διαλύτη μεσαίας πολικότητας, ο τρεις στην ακετοφαινόνη και μια στο THF. Η χαμηλή κβαντική απόδοση φθορισμού που παρατηρείται στα διαλύματα με ακετοφαινόνης μειώνει αρκετά το διφωτονικά προκαλούμενο φθορισμό και κατατάσσει τo THF ως τον αποδοτικότερο διαλύτη για διφωτονικές εφαρμογές που εκμεταλλεύονται το φθορισμό. Επίσης και ο μη πολικός διαλύτης τολουόλιο προκαλεί έντονο φθορισμό λόγω της υψηλής κβαντικής απόδοσης παρόλο που επιφέρει δραστική μείωση της ΔΦΑ σε σύγκριση με τους άλλους διαλύτες που μελετήθηκαν. Δύο από τις χρωστικές που μελετήθηκαν ως προς τη ΔΦΑ τους χρησιμοποιήθηκαν ως φωτοεκκινητής πολυμερισμού ενός ακρυλικού μονομερούς και την μελέτη του πολυμερισμού συναρτήσει διαφόρων παραμέτρων ακτινοβόλησης της ρητίνης. Οι χρωστικές αυτές έχουν φλουορένιο ως κεντρικό τμήμα και υποκαταστάτες στα άκρα φθαλιμίδιο ή τριφαινυλαμίνη. Και οι δύο χρωστικές δύναται να προκαλέσουν τον πολυμερισμό του μονομερούς με ακτινοβόληση υπερβραχέων παλμών στα 800nm, αλλά η προσθήκη αμίνης ως συνεκκινητή μειώνει το κατώφλι ισχύος εκκίνησης του. Επίσης, σε υψηλές τιμές ισχύος ακτινοβόλησης στο ίδιο μήκος κύματος παρατηρήθηκε αυτο-πολυμερισμός του μονομερούς γεγονός το οποίο έχει επισημανθεί μία μόνο ακόμη φορά σε μια εργασία με ρητίνη μίξης τριών ακρυλικών μονομερών. Δύο ρητίνες που παρασκευάστηκαν στην παρούσα διατριβή αναμιγνύοντας το μονομερές με τη κάθε χρωστική και με προσθήκη του συνεκκινητή μελετήθηκαν για την εξάρτηση του πολυμερισμού από τον φακό εστίασης και από την ισχύ, την ταχύτητα σάρωσης και τη διάμετρο της δέσμης. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν δοκίμια στα οποία εγγράφονταν πολυμερισμένες γραμμές μεταβάλλοντας κάποια από τις παραπάνω παραμέτρους και μετρώντας το πάχος και το ύψος των γραμμών αυτών από τις εικόνες μικροσκοπίου σάρωσης ηλεκτρονίων. Το γεγονός ότι ο μικρότερης ισχύος φακός παρατηρηθηκε ότι προκαλεί λεπτότερη γραμμή εξηγείται από το φαινόμενο κατωφλίου του πολυμερισμού. Ωστόσο η λεπτότερη γραμμή επιτυγχάνεται με τον ισχυρότερο φακό καθώς μπορεί να μειωθεί περισσότερο η ισχύς της δέσμης λόγω του χαμηλότερου κατωφλίου εκκίνησης του πολυμερισμού για το φακό αυτό. Η αύξηση της ταχύτητας σάρωσης ή η μείωση της ισχύος της δέσμης επιφέρουν μικρότερες διαστάσεις πάχους και ύψους της γραμμής που πολυμερίζεται. Επίσης η κατανομή της ισχύος ακτινοβόλησης σε ολόκληρο το πίσω άνοιγμα του φακού επιφέρει καλύτερη εστίαση και λεπτότερη πολυμερισμένη γραμμή. Ωστόσο η κατάλληλη χωρική διαμόρφωση της δέσμης μπορεί να μειώσει τις διαστάσεις των πολυμερισμένων δομών. / -