Η κατασκευή συστημάτων τομογραφίας του ανθρώπινου ιστού τα οποία θα χρησιμοποιούν το υπέρυθρο φάσμα ακτινοβολίας αποτελεί σημαντική προοπτική για τη δημιουργία νέων ιατρικών διαγνωστικών μεθόδων. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν είναι η μικρή διεισδυτική ικανότητα και ο υψηλός βαθμός απορρόφησης και σκέδασης που παραμορφώνει ισχυρά την ακτινοβολία που διαδίδεται μέσα από τον ανθρώπινο ιστό. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκε το πρόβλημα του εντοπισμού της θέσης των αγγείων σε ψηφιακές φωτογραφίες του ανθρώπινου δακτύλου που έχουν ληφθεί στο υπέρυθρο φάσμα. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκε μεγάλος αριθμός πρωτότυπων μεθόδων κανονικοποίησης της φωτεινότητας της εικόνας, μη-γραμμικής ενίσχυσης της αντίθεσης, αφαίρεσης των γραμμών δακτυλικών αποτυπωμάτων, εντοπισμού του προτύπου ή δικτύου αγγείων και βελτίωσης του προτύπου των αγγείων χρησιμοποιώντας μεθόδους μαθηματικής μορφολογίας. Συνοπτικά στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτάθηκαν και εξετάσθηκαν διαφορετικές πρωτότυπες μέθοδοι και αλγόριθμοι με επίβλεψη ή χωρίς επίβλεψη για την εξαγωγή του προτύπου αγγείων από υπέρυθρες εικόνες του ανθρώπινου δακτύλου καθώς και διαφορετικές πρωτότυπες μέθοδοι και αλγόριθμοι χωρίς επίβλεψη για την εξαγωγή του δικτύου αγγείων από αμφιβληστροειδικές εικόνες του ανθρώπινου οφθαλμού. Επίσης, η ερευνητική προσπάθεια επικεντρώθηκε στην βελτίωση των εικόνων που λαμβάνονται από το προτεινόμενο σύστημα απόκτησης εικόνων, γεγονός το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων προ-επεξεργασίας και τη μετέπειτα βελτίωση των αρχικών αποτελεσμάτων κατάτμησης που προκύπτουν από την εφαρμογή των μεθόδων ή αλγορίθμων κατάτμησης προτύπου αγγείων, γεγονός το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων μετά-επεξεργασίας. / The construction of tomographic systems of human tissue which use the infrared spectrum of radiation constitutes an important capability of making new medical diagnostic methods. One of the most crucial problems which must be resolved is the low penetrating ability and the high degree of absorption and scattering which strongly distort the radiation that pass through the human tissue. In this thesis, the problem of the extraction of finger vein pattern from infrared images of finger and the similar problem of retinal vessel tree segmentation were studied. Moreover, the problem of shading and non-uniform illumination correction was also studied in images which suffer from the above problems either due to imperfect set-up of the image acquisition system or due to the interaction between objects and illumination on the scene. In this thesis, existing algorithms were improved and novel algorithms were developed. Both vein pattern extraction algorithms and shading and non-uniform illumination correction algorithms were proposed. The proposed methods include novel preprocessing modules for intensity normalization, elimination of fingerprint lines, non linear contrast enhancement using spatial information, and shading and non uniform illumination correction. The vein pattern extraction was performed using ten novel methods that use structural classification methods, spatial derivatives information and fuzzy set theory. The effectiveness of the proposed methods and algorithms was evaluated both on real and artificial images distorted by different types of noise and different signal to noise ratios. The majority of the methods present satisfactory accuracy on the detection of vein network, something happens due to the successful collaboration between the preprocessing methods and the vein pattern extraction methods. In addition, the problem of improving the vein network extraction accuracy was successfully handled using advanced postprocessing methods based on binary mathematical morphology. Finally, in this thesis two novel methods for retinal vessel segmentation were proposed and evaluated. They also compared with the most important methods have already been presented in the literature and one of them achieved the best experimental results from all the unsupervised methods evaluated in the publicly available DRIVE database.

Ο στόχος αυτής της εργασίας ήταν η αναγνώριση έξι βασικών κινήσεων του χεριού με χρήση δύο συστημάτων. Όντας θέμα διεπιστημονικού επιπέδου έγινε μελέτη της ανατομίας των μυών του πήχη, των βιοσημάτων, της μεθόδου της ηλεκτρομυογραφίας (ΗΜΓ) και μεθόδων αναγνώρισης προτύπων. Παράλληλα, το σήμα περιείχε αρκετό θόρυβο και έπρεπε να αναλυθεί, με χρήση του EMD, να εξαχθούν χαρακτηριστικά αλλά και να μειωθεί η διαστασιμότητά τους, με χρήση των RELIEF και PCA, για βελτίωση του ποσοστού επιτυχίας ταξινόμησης. Στο πρώτο μέρος γίνεται χρήση συστήματος ΗΜΓ της Delsys αρχικά σε ένα άτομο και στη συνέχεια σε έξι άτομα με το κατά μέσο όρο επιτυχημένης ταξινόμησης, για τις έξι αυτές κινήσεις, να αγγίζει ποσοστά άνω του 80%. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει την κατασκευή αυτόνομου συστήματος ΗΜΓ με χρήση του Arduino μικροελεγκτή, αισθητήρων ΗΜΓ και ηλεκτροδίων, τα οποία είναι τοποθετημένα σε ένα ελαστικό γάντι. Τα αποτελέσματα ταξινόμησης σε αυτή την περίπτωση αγγίζουν το 75%. / The aim of this work was to identify six basic movements of the hand using two systems. Being an interdisciplinary topic, there has been conducted studying in the anatomy of forearm muscles, biosignals, the method of electromyography (EMG) and methods of pattern recognition. Moreover, the signal contained enough noise and had to be analyzed, using EMD, to extract features and to reduce its dimensionality, using RELIEF and PCA, to improve the success rate of classification. The first part uses an EMG system of Delsys initially for an individual and then for six people with the average successful classification, for these six movements at rates of over 80%. The second part involves the construction of an autonomous system EMG using an Arduino microcontroller, EMG sensors and electrodes, which are arranged in an elastic glove. Classification results in this case reached 75% of success.

Σκοπός της εργασίας είναι να μελετηθεί ο τρόπος, οι τεχνολογίες, οι υπηρεσίες και οι περιορισμοί οι οποίοι εμφανίζονται στην παροχή υπηρεσιών υγείας σε έκτακτα περιστατικά με τη χρήση τηλεματικής. Για την επικοινωνία των φορητών συσκευών παρακολούθησης των ασθενών με τους σταθμούς βάσης επιλέχθηκε το ασύρματο δίκτυο Wi-Fi για το οποιο μελετήθηκαν μια σειρά από παραμέτρους οι οποίες συμβάλουν είτε θετικά είτε αρνητικά κατά περίπτωση. Η παρακολούθηση και η αποστολή των κρίσιμων διοδυναμικών παραμέτρων ενός ασθενούς επιτεύχθηκε με τη χρήση φορητής/φορετής Βιοιατρικής ζώνης η οποία παρέχει τον εξοπλισμό ανίχνευσης και επεξεργασίας των σημάτων καθώς επίσης και τον εξοπλισμό ασύρματης δικτύωσης με το κέντρο παρακολούθησης. Σημαντικός τομέας της μελέτης αποτελεί η πρόταση για μεταφορά δεδομένων μέσα από ασύρματα δικτύα διανομής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης και των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης. Το δεύτερο κομμάτι της εργασίας επικεντρώνεται στην παροχή υπηρεσιών βίντεο για ιατρικούς σκοπούς για την αντιμετώπιση προγραμματισμένων και έκτακτων περιστατικών. Εκεί αναλύονται οι τεχνικές συμπίεσης και επεξεργασίας της εικόνας και προτείνεται η χρήση του πρωτοκόλλου MPEG-4 για την αποδοτικότητα και την πιστότητα στην αναπαραγόμενη εικόνα. Η εργασία κλείνει με τη διεξαγωγή μιας πειραματικής διαδικασίας αναλύοντας τα χαρακτηριστικά της ποιότητας της εικόνας βίντεο από μια λαπαροσκοπική επέμβαση. Ο συνδυασμός όλων των παραπάνω οδηγεί στην κατασκευή ενός υβριδικού συστήματος τηλειατρικης το οποιο έχει τη δυνατότητα να αντιμετωπίσει έκτακτα ιατρικά περιστατικά σε αντίξοες συνθήκες. / The present thesis is a full analytical study for the implementation of technologies, the services and constrains that appears in the provision of medical emergency services with the use of a telematics network. The communication of the portable monitoring equipment with a medical station is accomplished through the wireless WiFi infrastructure. Critical biosignals wireless transmission is accomplished through a wearable biomedical belt that contains the sensory as well as the processing devices. One section of in this study proposes alternative network infrastructures to be used, in particular the Digital terrestrial TV network and the transmission of IP data over the power lines. The last section deals with the provisioning of a MPEG-4 medical video service. Critical parameters are the image and compression techniques that degrade the video picture quality. A video sample from a laparoscope’s surgery is analyzed that shows how various quality parameters affect the perceived picture quality in the decomposition section.