Η διερεύνηση της περιοχής χωρητικότητας και της περιοχής επιτεύξιμων ρυθμών μετάδοσης καναλιών αποτελεί βασικό αντικείμενο της Θεωρίας Πληροφορίας. Η Ευθυγράμμιση Παρεμβολών είναι μια καινούρια ιδέα που δίνει μια εναλλακτική οπτική στο αντικείμενο αυτό, μέσω της διαφορετικής λογικής που εισάγει σχετικά με την κωδικοποίηση και τη μετάδοση της πληροφορίας. Σε πρόσφατες δημοσιεύσεις έχουν προταθεί μοντέλα που επιτρέπουν την εφαρμογή της θεωρίας της Ευθυγράμμισης Παρεμβολών και τη χρήση της σε πρακτικά συστήματα επικοινωνιών και καταδεικνύουν την υπεροχή της σε σχέση με συμβατικές μεθόδους. Παράλληλα, παρόλο που προς το παρόν έχει δοθεί έμφαση στην εδραίωση της Ευθυγράμμισης Παρεμβολών στις επικοινωνίες, η μαθηματική της βάση καθιστά δυνατή την εφαρμογή της σε αντικείμενα που ανήκουν σε άλλους τομείς. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και η εφαρμογή της Αναδρομικής Ευθυγράμμισης Παρεμβολών για μετάδοση πληροφορίας σε Συστήματα Επικοινωνιών, καθώς και η διερεύνηση της απόδοσης της μεθόδου σε πρακτικά συστήματα. / The study of the channel capacity region and the achievable rate region is one of the main topics of Information Theory. Interference Alignment is a new idea that provides new insights through the introduction of a different viewpoint on data encoding and transmission. In recent publications, models have been proposed that allow the application of the theory of Interference Alignment to practical communication systems and demonstrate its superiority compared to traditional approaches. Furthermore, although for the time being emphasis has been put on establishing the use of Interference Alignment to communication systems, its mathematical formulation makes possible its use to other areas. The purpose of this thesis is to study and to apply Retrospective Interference Alignment to data transmission in communication systems and to evaluate the performance of the method in practical systems.

Το πρόβλημα της ευθυγράμμισης βιολογικών ακολουθιών, δηλαδή πρωτεϊνών και γονιδιακών ακολουθιών, είναι από τα πιο απαιτητικά στην επίλυση και ταυτόχρονα πιο εφαρμόσιμα προβλήματα που σχετίζονται με την επιστήμη της βιοπληροφορικής. Από την ευθυγράμμιση βιολογικών ακολουθιών προκύπτει ένας σημαντικός όγκος πληροφορίας που δίνει απαντήσεις σε εξελικτικά ερωτήματα αλλά, κυρίως, βρίσκει εφαρμογή σε πληθώρα τομέων, όπως η διάγνωση και η θεραπεία ασθενειών. Πρόκειται για ένα θέμα που τράβηξε την προσοχή της παγκόσμιας κοινότητας της πληροφορικής μόλις στο δεύτερο μισό του περασμένου αιώνα, επομένως είναι ένα πεδίο με αρκετό χώρο για έρευνα. Στην παρούσα εργασία, αφού δοθεί το απαραίτητο βιολογικό υπόβαθρο, παρουσιάζονται αρχικά οι βασικότεροι αλγόριθμοι που έχουν παρουσιαστεί μέχρι τώρα ως προτάσεις για την εκτέλεση ευθυγραμμίσεων, εξηγούνται οι βασικές δομικές και λειτουργικές διαφορές τους και δίνεται μια πρώτη εκτίμηση της αποτελεσματικότητάς τους, όπως αυτή αντλείται από τη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στον αλγόριθμο τοπικής ευθυγράμμισης BLAST. Αναλύεται η λειτουργία του βήμα προς βήμα, παρουσιάζονται οι κυριότερες εκδόσεις του, οι είσοδοι και οι έξοδοί του καθώς και το μαθηματικό υπόβαθρο στο οποίο βασίζεται η υλοποίησή του. Στόχος του πειραματικού τμήματος της εργασίας είναι να εξετάσει κατά πόσο ο BLAST επιτυγχάνει να ταυτοποιήσει, και με τι σφάλμα, μια μεταλλαγμένη ακολουθία, τόσο ως προς το γονίδιο από το οποίο προέρχεται όσο και ως προς το είδος της και τις πιθανές της συνέπειες στον οργανισμό στον οποίο εκφράζεται. Με βάση το γονίδιο BRCA1 του Homo Sapiens, παράγεται μια σειρά μεταλλάξεων, οι οποίες μεταφράζονται. Το σύνολο των παραγομένων βιολογικών ακολουθιών, νουκλεοτιδιακών και αμινοξεϊκών, τίθεται προς αναζήτηση με χρήση του BLAST σε κατάλληλες βάσεις δεδομένων, προκειμένου να ελεγχθεί η ευαισθησία του σε μεταλλάξεις διαφορετικού τύπου και έκτασης. Αποδεικνύεται ότι παρότι ο BLAST επιτυγχάνει με πολύ μικρό σφάλμα την ταυτοποίηση του γονιδίου, ακόμα και σε περιπτώσεις έντονης μετάλλαξης της αρχικής ακολουθίας, ωστόσο η κατανομή των αποτελεσμάτων είναι πολύ πιο ασαφής ως προς την ταυτοποίηση του είδους της μετάλλαξης. / The goal of the present thesis is the examination of the sensitivity of the local alignment algorithm BLAST, on a set of mutated biological sequences. The algorithm's sensitivity is to be measured with regard to three basic criteria: - identification of the relation to the original gene - identification of the mutation type - prediction of possible influence of the organism in question In the first, theoretical part of the thesis, a general biological background is offered, followed by a sufficient presentation on both the history and the latest achievements in the field of sequence alignment. The main topic introduced is the structure and functionality of BLAST, together with its principal editions, its inputs and outputs and the mathematical foundation standing below it. In the experimental part of the thesis, the BRCA1 gene is picked out of the Homo Sapiens Genome; its sequence suffers a number of mutations of different type and extent. Each produced mutation is translated into the corresponding protein. The entire set of biological sequences produced is going through a BLAST Search to test the sensitivity of the algorithm according to the mutation under examination. Analyzing the results, it is safe to claim that BLAST succeeds to recognize the gene from which the mutated sequences are produced, including extremely low error in the process. On the other hand, the identification of the mutation type is certainly of significantly lower sensitivity. Thus the main proposal extracted is the implementation of a patterns recognition system, which will integrate artificial intelligence methods to connect patterns encountered within the input sequence, with diseases reported in the appropriate documentation.

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανασκόπηση της διαδικασίας της ευθυγράμμισης ιατρικών εικόνων, οι εξέταση των λόγων που την καθιστούν απαραίτητη για την ιατρική κοινότητα και οι ιδιαιτερότητες των ιατρικών εικόνων που θέτουν το ζήτημα της αναγκαιότητας ελαστικών τροποποιήσεων. Αρχικά πραγματοποιείται η παρουσίαση των επικρατέστερων μεθόδων ευθυγράμμισης και των σταδίων υλοποίησής τους. Γίνεται σύγκριση των άκαμπτων και των ελαστικών μεθόδων, καθώς και προτείνονται ερευνητικές προοπτικές για τη βελτίωση των τεχνικών. Στην παρούσα εργασία δίνεται έμφαση στον ελαστικό μετασχηματισμό Thin Plate Splines, γίνεται ανάλυση του μαθηματικού μοντέλου υλοποίησής του και προτείνεται μία μέθοδος βελτίωσης για την αυτόματη επιλογή και αντιστοίχιση σημείων ελέγχου. Στη συνέχεια πραγματοποιείται υλοποίηση τρισδιάστατου αφινικού και ελαστικού μετασχηματισμού για την ευθυγράμμιση τεχνητών και κλινικών ιατρικών δεδομένων. Γίνεται ποιοτική και ποσοτική σύγκριση των αποτελεσμάτων και αξιολογείται η αποτελεσματικότητα των μεθόδων σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των διαφορετικών δεδομένων που επεξεργάζονται και τον αριθμό των σημείων που επιλέγονται. Τα κριτήρια που χρησιμοποιούνται είναι ποιοτικά και ποσοτικά, και αφορούν την ποιότητα της ευθυγράμμισης καθώς και το χρόνο εκτέλεσης των αλγορίθμων. / The current diploma thesis deals with the image registration process for medical images. The reasons that make image registration necessary to the medical community are considered, as well as the particularities of the medical images that make elastic transformation an absolute requirement. As a first stage, a presentation of the predominant registration methods takes place. Non-rigid and rigid methods are compared, and prospects for the improvement of the methods are proposed. Emphasis is placed on the elastic transformation with the use of Thin Plate Splines, the mathematical model for its algorithm design is analyzed, and a method for its optimization based on automatic points correspondences is presented. 3D Affine and TPS registrations are applied on both artificial and clinical medical data. The registration results are evaluated by qualitative and quantitative criteria, and the effectiveness of the algorithms is compared through application on the different data types and control points selections. The registration is overall evaluated for effectiveness and execution time.

Η διατριβή σχετίζεται με την επεξεργασία ιατρικών εικόνων για την ευθυγράμμιση και σύντηξη αυτών αλλά και για την ανίχνευση παθολογικών δομών. / The thesis concerns with the medical image processing, for their registration and fusion and for the detection of pathological structures

The work covered in this thesis deals with the problem of automatically registering 3D images acquired from different medical imaging modalities. The approach taken is to develop generic measures of image registration derived from the co-occurence of values in the two images. The development of statistical alignment measures is reviewed. The registration problem is then expressed in terms of entropy and developed using tools from information theory. The problem of the optimization of the registration process in the different types of algorithms is identified as important and the power of Genetic Algorithms is applied. The application of image registration techniques, implemented during this thesis, in complex situations is evaluated. The cases of patients with brain ischemia and brain tumour residual disease are elaborated. This is accomplished with the formation of Groupwares where the tacit knowledge, owned by the individual specialists that take part in the collaboration, is exposed and made explicit in the process of the evaluation of the findings, provided by the fused images. This is performed in a high performance computer network that has been developed between the Department of Medicine and the University Hospital. / Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πρόβλημα της αυτοματοποιημένης προσαρμογής και σύντηξης τρισδιάστατων απεικονίσεων από διαφορετικές ιατρικές απεικονιστικές μεθοδολογίες.

During the past years wireless communications have been exhibiting an increased growth rendering them the most common way for communication. The continuously increasing demand for wireless services resulted in limited availability of the wireless spectrum. To this end, Cognitive Radio (CR) techniques have been proposed in literature during the past years. The concept of CR approach is to utilize advanced radio and signal-processing technology along with novel spectrum allocation policies to enable new unlicensed wireless users to operate in the existing occupied spectrum areas without degrading the performance of the existing licensed ones. Moreover, the broadcast and fading nature of the wireless channel results in severe degradation on the performance of wireless transmissions. A solution to the problem is the use of multiple-antenna systems so as to achieve spatial diversity. However, in many cases, the communication devices' nature permit the support of multiple antennas due to size, power consumption, and hardware limitations. To this end, cooperative communications provide an alternative way to achieve spatial diversity via virtual antenna arrays formed by single antenna nodes. It is noteworthy that cooperation has an important role within the CR literature as many techniques developed within its context exploiting the benefits of cooperation in order to achieve improved performance. Therefore, the aim of the present dissertation is to develop efficient and practical cognitive, cooperative and cognitive cooperative schemes. More specifically the contributions are the following ones. The first contribution is a novel CR communication scheme. During the past years numerous CR communication schemes have been presented in literature. To the best of our knowledge, the majority of them were developed assuming perfect Channel State Information (CSI) at the unlicensed user's side. There are several cases where the licensed users do not desire any interaction with the unlicensed ones. In such cases, the assumption that the unlicensed user can obtain CSI that concerns the licensed user channels is not valid and as a result the corresponding communication technique cannot be applied. Therefore, at first we propose an novel CR communication scheme that requires CSI that can be estimated in a completely blind manner. Then, the corresponding blind estimation scheme is developed. Another significant contribution is the theoretical results that have been derived for both the perfect CSI case and the imperfect CSI case (when the blind estimation scheme is employed for obtaining the corresponding CSI). Especially, the theoretical results that concern the imperfect CSI case are some of the first ones that appear in the relevant literature, to the best of our knowledge. The second contribution is a decentralized adaptive Eigenvalue-Based spectrum Sensing (EBSS) technique for multi-antenna CR Systems. Spectrum Sensing is a fundamental functionality in CR systems. In general, the unlicensed user employs a spectrum sensing technique in order to detect licensed user(s) activity in scenarios where the former user is permitted to establish a communication link only via spectrum areas that are temporarily free of the latter one's transmissions. EBSS techniques are known to achieve good performance and also to be applicable in a completely blind manner. In the literature so far, only batch and centralized cooperative EBSS techniques have been considered which, however, suffer from limitations that render them impractical in several cases such as, when time-varying channels are involved or continuous spectrum monitoring is required. Thus, the aim here is to develop practical cooperative adaptive versions of typical Eigenvalue-Based Spectrum Sensing (EBSS) techniques which could be applied in a completely decentralized manner and cope well in time-varying scenarios. To this end, at first, novel adaptive EBSS techniques are developed for the Maximum Eigenvalue Detector (MED), the Maximum-Minimum Eigenvalue Detector (MMED), and the Generalized Likelihood Ratio Test (GLRT) schemes, respectively, for a single-user (no cooperation) case. Then, a novel distributed subspace tracking method is proposed which enables the cooperating nodes to track the joint subspace of their received signals. Based on this method, cooperative decentralized versions of the adaptive EBSS techniques are subsequently developed that overcome the limitations of the existing batch centralized approaches. The third contribution is a new cooperative scheme for half-duplex uplink transmission. The technique is based on a virtual MIMO structure formed by the single antenna source and relays nodes along with the multi-antenna base station which is the destination node. The new technique aims at providing increased diversity and multiplexing gains, contrariwise to existing approaches where the proposed techniques achieve increased diversity gain at the cost of severe multiplexing gain loss. The theoretical outage probability and the corresponding Diversity Multiplexing Trade-off (DMT) curve of the proposed technique are also derived. The final contribution is two novel algorithms which enable the relay cooperation for the distributed computation of the beamforming weights in a blind and adaptive manner, without the need to forward the data to a fusion center. The proposed algorithms are constituent parts of two corresponding distributed beamforming schemes for relay networks that distribute the computational overhead equally among the relay nodes. In the first scheme, the beamforming vector is computed through minimization of the total transmit power subject to a receiver quality-of-service constraint (QoS). In the second scheme, the beamforming weights are obtained through maximization of the receiver signal-to-noise-ration (SNR) subject to a total transmit power constraint. The proposed approaches achieve close performance to the one of the optimal beamforming solutions derived assuming perfect channel state information at the relays' side. / Τα τελευταία χρόνια, οι ασύρματες επικοινωνίες γνωρίζουν ραγδαία ανάπτυξη και ουσιαστικά αποτελούν τον πιο κοινό τρόπο επικοινωνίας. Η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για υπηρεσίες ασύρματων επικοινωνιών έχει ως αποτέλεσμα την περιορισμένη διαθεσιμότητα του ασύρματου φάσματος συχνοτήτων. Για να αντιμετωπισθεί το προηγούμενο πρόβλημα, προτάθηκαν στο πρόσφατο παρελθόν τεχνικές στα πλαίσια των συστημάτων γνωσιακών κόμβων (Cognitive Radio- CR). Η βασική ιδέα ενός συστήματος CR είναι να χρησιμοποιήσει προηγμένες τεχνικές επικοινωνιών και επεξεργασίας σήματος μαζί με νέες τεχνικές ανάθεσης συχνοτήτων φάσματος για να επιτρέψει σε νέους μη αδειοδοτημένους ασύρματους χρήστες να λειτουργήσουν σε συχνότητες φάσματος που έχουν ανατεθεί σε αδειοδοτημένους χρήστες χωρίς να επηρεάζουν την επίδοση των τελευταίων. Επιπλέον, η ισχυρή παρεμβολή στις ασύρματες μεταδόσεις και η επίσης ισχυρή εξασθένιση του σήματος ενός ασύρματου συστήματος επικοινωνιών έχουν ως αποτέλεσμα τη σημαντική υποβάθμιση της επίδοσης των ασυρμάτων επικοινωνιών. Μια λύση στο προηγούμενο πρόβλημα μπορεί να δοθεί με την χρήση πολλαπλών κεραιών για την επίτευξη χωρικής ποικιλομορφίας. Σε πολλές περιπτώσεις όμως, η φύση των τηλεπικοινωνιακών συσκευών δεν επιτρέπει την υποστήριξη των πολλαπλών κεραιών λόγω περιορισμών στο μέγεθος της συσκευής, στην κατανάλωση ισχύος και στο υλικό. Ένας εναλλακτικός τρόπος για την επίτευξη χωρικής ποικιλομορφίας είναι μέσω των συνεργατικών επικοινωνιών (Cooperative Communications) οι οποίες σχηματίζουν γενικευμένα συστήματα πολλαπλών κεραιών από συστήματα μιας κεραίας. Είναι αξιοσημείωτο ότι η συνεργασία παίζει σημαντικό ρόλο στη βιβλιογραφία των συστημάτων CR, βάσει της οποίας αναπτύσσονται τεχνικές μετάδοσης με βελτιωμένη επίδοση. Επομένως, ο στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη αποδοτικών και πρακτικών τεχνικών γνωσιακών, συνεργατικών και γνωσιακών-συνεργατικών τεχνικών επικοινωνίας. Πιο συγκεκριμένα, η συνεισφορά της διατριβής μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα σκέλη. Στο πρώτο σκέλος παρουσιάζουμε μια νέα τεχνική μετάδοσης για CR συστήματα. Στο πρόσφατο παρελθόν, μια πληθώρα τεχνικών μετάδοσης για CR συστήματα έχει παρουσιαστεί στη βιβλιογραφία. Η πληθώρα των τεχνικών αυτών έχει αναπτυχθεί υποθέτοντας τέλεια γνώση της κατάστασης των εμπλεκόμενων ασύρματων τεχνικών (Channel State Information – CSI) στην πλευρά των μη αδειοδοτημένων χρηστών. Υπάρχουν, όμως, αρκετές περιπτώσεις στις οποίες οι αδειοδοτημένοι χρήστες δεν επιθυμούν καμία αλληλεπίδραση με τους αντίστοιχους μη αδειοδοτημένους. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η υπόθεση ότι ο μη αδειοδοτημένος χρήστης έχει πρόσβαση σε CSI που σχετίζεται με τα κανάλια του αντίστοιχου αδειοδοτημένου δεν είναι έγκυρη με αποτέλεσμα η σχετική τεχνική μετάδοσης να μην μπορεί να εφαρμοστεί. Συνεπώς, αρχικά προτείνουμε ένα καινοτόμο CR επικοινωνιακό σχήμα που απαιτεί CSI το οποίο μπορεί να υπολογισθεί με έναν εντελώς τυφλό τρόπο. Έπειτα η αντίστοιχη τυφλή τεχνική εκτίμησης αναπτύσσεται. Μια άλλη σημαντική συνεισφορά είναι τα θεωρητικά αποτελέσματα τα οποία έχουν εξαχθεί τόσο για την τέλεια CSI περίπτωση, όσο και για τη μη τέλεια CSI περίπτωση (όταν το τυφλό σχήμα εκτίμησης χρησιμοποιείται για την απόκτηση της αντίστοιχης CSI). Ειδικότερα, τα θεωρητικά αποτελέσματα τα οποία αφορούν τη μη τέλεια CSI περίπτωση είναι μερικά από τα πρώτα τα οποία εμφανίζονται στη σχετική βιβλιογραφία, από όσο γνωρίζουμε. Το δεύτερο σκέλος αφορά μια απόκεντρικοποιημένη προσαρμοστική τεχνική επισκόπησης φάσματος ιδιοτιμών (Eigenvalue-Based Spectrum Sensing – EBSS) για συστήματα CR πολλαπλών κεραιών. Γενικά, ο μη αδειοδοτημένος χρήστης χρησιμοποιεί μία τεχνική επισκόπησης φάσματος προκειμένου να ανιχνεύσει την δραστηριότητα των αδειοδοτημένων χρηστών σε σενάρια όπου ο πρώτος επιτρέπεται να μεταδώσει μόνο διαμέσου περιοχών φάσματος οι οποίες είναι προσωρινά ελέυθερες από μεταδόσεις του δεύτερου. Είναι γνωστό ότι οι τεχνικές EBSS επιτυγχάνουν καλή επίδοση και είναι εφαρμόσιμες με ένα εντελώς τυφλό τρόπο. Στην βιβλιογραφία μέχρι στιγμής, έχουν μελετηθεί μόνο κεντρικοποιημένες συνεργατικές τεχνικές και τεχνικές τύπου batch οι οποίες υποφέρουν από περιορισμούς που τις καθιστούν μη πρακτικές σε αρκετές περιπτώσεις όπως όταν εμπλέκονται χρονικά μεταβαλλόμενα κανάλια ή όταν απαιτείται συνεχής παρακολούθηση του φάσματος. Συνεπώς, ο σκοπός εδώ είναι η ανάπτυξη πρακτικών συνεργατικών και προσαρμοστικών εκδοχών τυπικών EBSS οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν με ένα εντελώς αποκεντρικοποιημένο τρόπο και αποδίδουν καλά σε σενάρια που εμπλέκουν χρονικά μεταβαλλόμενα κανάλια. Προς αυτή την κατεύθυνση αναπτύσσονται αρχικά, νέες προσαρμοστικές εκδοχές για τις τεχνικές Maximum Eigenvalue Detector (MED), Maximum-Minimum Eigenvalue Detector (MMED) και την Generalized Likelihood Ratio Test (GLRT) αντίστοιχα για την περίπτωση του ενός χρήστη. Έπειτα μια νέα μέθοδος κατανεμημένης παρακολούθησης υποχώρου προτείνεται, η οποία επιτρέπει στους συνεργαζόμενους κόμβους να παρακολουθούν τον κοινό υποχώρο των ληφθέντων σημάτων τους. Με βάση αυτή την μέθοδο, συνεργατικές και αποκεντρικοποιημένες εκδοχές των προσαρμοστικών EBSS τεχνικών αναπτύσσονται οι οποίες ξεπερνούν τους περιορισμούς των υπαρχόντων κεντρικοποιημένων τεχνικών τύπου batch. Το τρίτο σκέλος είναι μια νέα συνεργατική τεχνική για half-duplex uplink μετάδοση. Αυτή η τεχνική βασίζεται σε ένα γενικευμένο σύστημα πολλαπλών κεραιών σχηματιζόμενο από την μιας κεραίας πηγή και κόμβους συνεργατών μαζί με το σταθμό βάσης πολλαπλών κεραιών ο οποίος είναι και ο κόμβος προορισμός. Η νέα τεχνική στοχεύει στο να παρέχει αυξημένα κέρδη ποικιλομορφίας και πολυπλεξίας, σε αντίθεση με υπάρχουσες τεχνικές οι οποίες επιτυγχάνουν αυξημένα κέρδη ποικιλομορφίας σε βάρος του κέρδους ποικιλομορφίας. Η θεωρητική πιθανότητα διακοπής επικοινωνίας και η αντίστοιχη καμπύλη Diversity Multiplexing Tradeoff (DMT) της προτεινόμενης τεχνικής υπολογίζονται. Το τελευταίο σκέλος είναι δύο νέοι αλγόριθμοι, οι οποίοι επιτρέπουν την ενδο-συνεργασία των συνεργατικών κόμβων για τον κατανεμημένο υπολογισμό των βαρών της τεχνικής προσανατολισμένης επικοινωνίας με τυφλό και προσαρμοστικό τρόπο χωρίς την ανάγκη προώθησης των δεδομένων σε έναν κόμβο σταθμό. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι είναι συστατικά στοιχεία δύο αντίστοιχων τεχνικών προσανατολισμένης επικοινωνίας για δίκτυα συνεργατών τα οποία κατανέμουν τον υπολογιστικό φόρτο ισότιμα στους συνεργαζόμενους κόμβους. Στο πρώτο σχήμα το διάνυσμα βαρών υπολογίζεται ώστε να ελαχιστοποιείται η συνολική ισχύς μετάδοσης υπό έναν περιορισμό στην ποιότητα μετάδοσης. Το δεύτερο σχήμα, το διάνυσμα βαρών υπολογίζεται ώστε να μεγιστοποιείται το SNR του υπό έναν περιορισμό στην επιτρεπόμενη συνολική ισχύς μετάδοσης. Οι προτεινόμενες τεχνικές επιτυγχάνουν επίδοση κοντινή σε εκείνη των βέλτιστων λύσεων, οι οποίες έχουν υπολογισθεί υποθέτοντας τέλειο CSI στους κόμβους συνεργάτες.

Η εργασία αυτή παρουσιάζει την Βusiness-to-Βusiness πλευρά των αλυσίδων εφοδιασμού, εξετάζοντας τα χαρακτηριστικά των e-Επιχειρείν σχέσεων και της σημασίας τους για την εφαρμογή τεχνολογιών e-Επιχειρείν, εστιάζοντας όμως στο θέμα της ενοποίησης των e-Διεργασιών και των εμποδίων προς την κατεύθυνση αυτή. Συζητούνται επιλεκτικά μερικά από τα ευρέως υιοθετημένα πρότυπα, έτσι ώστε να γίνουν κατανοητοί οι τρόποι με τους οποίους οι μεγάλες βιομηχανικές πρωτοβουλίες προσπαθούν να αντιμετωπίσουν το γεγονός ότι το e-Επιχειρείν περιβάλλον αντανακλά τους ιδιοσυγκρασιακούς τρόπους με τους οποίους οι επιχειρηματικές διεργασίες λειτουργούν μέσα σε έναν οργανισμό και δημιουργούν ασυνέπειες στην διαλειτουργικότητά τους. Εξετάζεται το πρόβλημα της Ενοποίησης Επιχειρηματικών Διεργασιών και γίνεται εμφανές πως είναι πιθανώς αδύνατο αυτό να αντιμετωπιστεί στο σημείο αυτό στην πλήρη έκτασή του. Για τον σκοπό αυτό, οι τεχνικές και επιχειρηματικές πλευρές της ενοποίησης αποσυνδέονται και εξετάζονται ξεχωριστά, με έμφαση στην επιχειρηματική πλευρά, καθώς διαπιστώνεται έλλειψη λύσεων στον τομέα αυτό. Η μετακίνηση αυτή του βάρους προς την επιχειρηματική πλευρά του προβλήματος οδηγεί στο θέμα των σημασιολογικών ασυνεπειών κατά την ανταλλαγή πληροφορίας μεταξύ επιχειρηματικών διεργασιών, τόσο σε επίπεδο δεδομένων όσο και διεργασιών. Για το σκοπό αυτό, παρουσιάζεται ένα Μοντέλο Συνεργατικών Διεργασιών – Collaborative Process Model (CPM) που προσπαθεί να αντιμετωπίσει την έλλειψη ενός κοινού μοντέλου αναφοράς για ανόμοια μοντέλα διεργασιών, στοχεύοντας στο να επιτρέψει την ευθυγράμμιση ανόμοιων επιχειρηματικών μοντέλων. Τα λειτουργικά και εννοιολογικά χαρακτηριστικά του μοντέλου αυτού συζητούνται και στην συνέχεια διατυπώνονται και σε τυπική μορφή, επιδεικνύοντας τον τρόπο με τον οποίο μια πιο αφαιρετική προσέγγιση στην περιγραφή των διεργασιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τους επιτρέψει να συνεργαστούν στη δημιουργία μεγαλύτερων δομών όπως οι αλυσίδες διεργασιών. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η εφαρμογή του CPM σε ένα επιχειρηματικό πεδίο ως μια μελέτη της εφαρμοσιμότητας και λειτουργικότητας του μοντέλου. / This work discusses the Business-to-Business aspect of supply chains, examining the characteristics of the e-Business relationships and their relevance for the application of e-Business technology, but focusing on the issue of the integration of e-Business Processes and the impediments in this effort. A selection of widely adopted business standards is being presented in order to get a glimpse of the ways that major industrial efforts are trying to deal with the fact that the e-Business environment reflects the idiosyncratic ways that the business processes work within an organization, and create inconsistencies in their interoperation. The problem of Business Process Integration is being discussed, and what becomes evident during that discussion is that the problem is probably impossible to handle at this point in its full extent. For this purpose, the technical- and business-related aspects of the integration are decoupled and examined in isolation, with the emphasis put on the business aspect, due to the lack of solutions for this part of the problem. Since the focus is moved towards the business level issues then this inadvertently leads to the problem of the semantic inconsistencies during the exchange of information between processes, both on data and process level. For this purpose, a Collaborative Process Model - CPM is presented that attempts to address the lack of a common reference model for the description of business information and business logic, aiming to enable the alignment of disparate process models. The functional and conceptual characteristics of the Model are being discussed and consequently formally defined, showing how a more abstract approach in the description of the processes can be utilized in order to allow them to cooperate in the creation of bigger structures like process chains. Following on, the application of CPM to a business domain is presented as a proof of concept of its applicability and functionality.

Η ευθυγράμμιση οντολογιών είναι η διαδικασία καθορισμού των αντιστοιχίσεων μεταξύ εννοιών. Ένα σύνολο αντιστοιχίσεων καλείται ευθυγράμμιση. Στα πρόσφατα έτη έχουν προταθεί διάφορα εργαλεία ως έγκυρη λύση στο πρόβλημα της σημασιολογικής ετερογένειας. Αυτά τα εργαλεία ταυτοποιούν κόμβους σε δύο σχήματα, τα οποία συσχετίζονται συντακτικά ή σημασιολογικά. Τα εργαλεία ευθυγράμμισης οντολογιών έχουν γενικά αναπτυχθεί για να λειτουργούν σε σχήματα βάσεων δεδομένων, XML σχήματα, ταξινομίες, τυπικές γλώσσες, μοντέλα σχέσεων οντοτήτων, λεξικά, θησαυρούς, οντολογίες και άλλα πλαίσια ετικετών. Τα παραπάνω συνήθως μετατρέπονται σε μια αναπαράσταση γράφων πριν την αντιστοίχιση. Εν όψει του Σημασιολογικού Ιστού, οι γράφοι μπορούν να αντιπροσωπευθούν από μορφές RDF (Resource Description Framework). Σε αυτό το πλαίσιο, η ευθυγράμμιση οντολογιών αναφέρεται μερικές φορές ως “ταίριασμα οντολογιών”. Το ταίριασμα οντολογιών είναι μια βασική προϋπόθεση για την ενεργοποίηση της διαλειτουργικότητας στο Σημασιολογικό Ιστό, καθώς επίσης και μια χρήσιμη τακτική για κάποιες κλασσικές εργασίες ολοκλήρωσης δεδομένων. Οι αντιστοιχίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εργασίες, όπως στη συγχώνευση οντολογιών και στη μετάφραση δεδομένων. Κατά συνέπεια, το ταίριασμα των οντολογιών επιτρέπει στη γνώση και τα στοιχεία που εκφράζονται στις αντιστοιχημένες οντολογίες να επικοινωνήσουν. Τα παραπάνω δίνουν μεγάλη αξία στη σωστή λειτουργία και αποδοτικότητα των εργαλείων ευθυγράμμισης οντολογιών. Για το λόγο αυτό είναι σωστό να γίνονται συχνές αξιολογήσεις των εργαλείων και των αποτελεσμάτων τους, κάτω από διαφορετικές συνθήκες και περιπτώσεις χρήσης. Η αξιολόγηση των ευθυγραμμίσεων οντολογιών γίνεται στην πράξη με δύο τρόπους: (i) αξιολογώντας μεμονωμένες αντιστοιχίες και (ii) συγκρίνοντας την ευθυγράμμιση με μια ευθυγράμμιση αναφοράς. Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό να δώσει μια ικανοποιητική εικόνα για τις επιδόσεις και την αποδοτικότητα πέντε εργαλείων ευθυγράμμισης οντολογιών. Στα πλαίσια της εργασίας περιγράφονται, συγκρίνονται και αξιολογούνται τα χαρακτηριστικά των εργαλείων, οι μέθοδοι και τα αποτελέσματα ευθυγραμμίσεων, ενώ γίνονται συγκριτικές παρατηρήσεις με τα αποτελέσματα των αντίστοιχων εργαλείων στο OAEI (Ontology Alignment Evaluation Initiative). Γίνεται χρήση και των δύο τρόπων αξιολόγησης ευθυγραμμίσεων, δηλαδή καταμετρούνται και παρατηρούνται οι αντιστοιχίες που παρήχθησαν από κάθε μέθοδο, για κάθε εργαλείο και συγκρίνονται με μια ευθυγράμμιση αναφοράς, η οποία παρήχθηκε χειρωνακτικά. Η σύγκριση των συστημάτων και των αλγορίθμων στην ίδια βάση αποτελεί το μέσο που επιτρέπει στον καθένα να σχηματίσει συμπεράσματα για τις καλύτερες στρατηγικές ταιριάσματος. / Ontology alignment is the process of determining correspondences between concepts. A set of mappings is called alignment. In recent years several tools have been proposed as a valid solution to the problem of semantic heterogeneity. These tools identify nodes in two schemas, which are related syntactically or semantically. Ontology alignment tools have been generally developed to operate in database schemas, XML schemas, taxonomies, formal languages, entities relations models, dictionaries, thesauri, ontologies and other contexts labels. These are usually converted into a graph representation before the matching process. In the Semantic Web, graphs can be represented by RDF formats (Resource Description Framework). In this context, ontology alignment is sometimes been referred as "ontology matching". Ontology matching is a prerequisite for the activation of interoperability on the Semantic Web, as well as a useful tactic for some classical data integration tasks. The matches can be used in various tasks such as ontology merging and data translation. Thus, ontology matching enables the knowledge and data expressed in the matched ontologies to communicate. These give great value to the proper functioning and efficiency of ontology alignment tools. For this reason it is right to be frequent reviews of tools and their effects, under different circumstances and use cases. The evaluation of ontology alignment is practically achieved in two ways: (i) evaluating individual matchings and (ii) comparing the alignment with a reference alignment. This paper has the purpose to give a satisfactory picture of the performance and efficiency of five ontology alignment tools. As part of the work are being described, compared and evaluated the characteristics of the tools, the methods and the alignment results, while comparative observations are made with the results of the same tools in OAEI (Ontology Alignment Evaluation Initiative). Both ways of evaluating alignments are being used, while being counted and aware of the matches produced by every method from each tool and compared with a reference alignment, which was manually produced. The comparison of tools and algorithms on the same basis constitutes the way that allows everyone to produce own conclusions about the best matching techniques.

Στην παρούσα βιβλιογραφική μελέτη καταγράφονται οι αλλαγές στο περιβάλλον οικονομικό, κοινωνικό και τεχνολογικό, ακολουθούμενες από τις πρόσφατες αλλαγές στις βασικές παραμέτρους της παρουσίας και του ρόλου των πληροφοριακών συστημάτων σε οργανισμούς και επιχειρήσεις. Η παρακολούθηση των αλλαγών στα δυο βασικά συστατικά του θέματος της μελέτης, (Πληροφοριακή τεχνολογία- εφαρμογές & Επιχειρησιακή στρατηγική), έγινε σε δύο επίπεδα. Χρησιμοποιώντας σαν βάση συγγράμματα, άρθρα και απόψεις αποδεκτές στον επιστημονικό και στον επιχειρηματικό χώρο, και εμπλουτίζοντας αυτή με μια επιλογή νέων στοιχείων που έρχονται στα χέρια μας μέσω των εφαρμογών της τεχνολογίας πληροφοριών και αφορούν τις δυνατότητες, την επίδραση και την επιρροή της τεχνολογίας αυτής, στη στρατηγική και τη λειτουργία ενός οργανισμού. Το ζήτημα της ευθυγράμμισης, ενσωμάτωσης ή ολοκλήρωσης των δύο στρατηγικών αναφέρεται στο βαθμό στον οποίο ο οργανισμός λαμβάνει υπόψη και χρησιμοποιεί τις δυνατότητες της πληροφοριακής τεχνολογίας και των εφαρμογών της, από τη φάση του σχεδιασμού της στρατηγικής του μέχρι την καθημερινή του λειτουργία. Τα βιβλιογραφικά ευρήματα αφορούν δημοσιεύσεις των τελευταίων κυρίως χρόνων και δεν είναι αριθμητικά σπουδαία. Κατά συνέπεια, έπρεπε να συμπληρωθούν με συμπεράσματα, σκέψεις και αναλύσεις βασισμένα σε συνεντεύξεις ειδικών, δημοσιεύματα εφημερίδων, στατιστικά στοιχεία κ.α. Η γενική φιλοσοφία στο κείμενο είναι οικονομικό-διοικητική χωρίς αυτό να βαίνει σε βάρος των συμπερασμάτων για την τεχνολογία της πληροφορικής. Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα αλλά και πρακτικές συμβουλές για ζητήματα συγγενή με την ενσωμάτωση ΙΤ/Business, τη διαχείριση αλλαγών, τη διάρκεια της ευθυγράμμισης και τα αποτελέσματα της προσφέρονται και προκύπτουν από το κείμενο. / The study “Alignment of technology and business strategy in companies and organizations”, describes the changes in the financial, social and technological environment, followed by the changing role of information systems in the area of business, effectiveness and productivity. The detection of the changing facts in the two critical parts of the subject, (information technology and applications & business strategy) takes place in two different levels; mainly using books and articles with the addition of a wide selection of data and information available through internet surveys, statistics and business executives interviews which refer to the effect and the utility of information and communication technology and its applications in the acts of planning and forming the business strategy and in business in general. This study is characterized as managerial but that does not degrade any of the consumptions about information technology and information systems. Suggestions for research as well as practical advice are offered throughout the text.

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.