- / -

- / -

- / -

Με την αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος αλλά και άλλων οργανισμών, μια νέα εποχή άρχισε για την επιστήμη της βιολογίας, γνωστή ως "μεταγονιδιωματική εποχή". Ο όρος σε καμιά περίπτωση δεν σηματοδοτεί το τέλος της αλληλούχισης ή της ανάλυσης των ήδη αλληλουχημένων γονιδιωμάτων, απλά δηλώνει πως οι τεχνικοί περιορισμοί για την ανίχνευση γονιδιωματικής πληροφορίας έχουν σε μεγάλο βαθμό αντιμετωπισθεί . Η επόμενη μεγάλη πρόκληση είναι η κατανόηση του πρωτεόματος, δηλαδή του συνόλου των πρωτεϊνών που εκφράζονται σε ένα κύτταρο. Εξαιρετικά σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση αυτή αποτελεί η μελέτη του δικτύου των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις αποτελούν ένα ιδιαίτερα σημαντικό πεδίο έρευνας καθώς ρυθμίζουν ένα τεράστιο αριθμό διεργασιών οι οποίες είναι βασικές για τη δομή και τη λειτουργία του. Εκτιμάται πως το δίκτυο των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο αφορά περίπου 130,000 ζεύγη αλληλεπιδράσεων, ενώ ο αριθμός των αλληλεπιδράσεων που έχουν ταυτοποιηθεί αλλά παραμένει ως ζητούμενο η επιβεβαίωση των αντίστοιχων πειραματικών αποτελεσμάτων, αποτελεί μόνο το 8%, περίπου, του πραγματικού δικτύου. Ο κύριος όγκος πληροφορίας στο πεδίο αυτό δίνεται μέσα από βάσεις δεδομένων και έρχεται από μεγάλης κλίμακας πειράματα υψηλής απόδοσης τα οποία όμως, έχει βρεθεί πως δίνουν σε μεγάλο ποσοστό ανακριβή αποτελέσματα εξ αιτίας μιας σειράς εγγενών προβλημάτων των μεθόδων και της φύσεως των πρωτεϊνών. Η εκτίμηση του πραγματικού μεγέθους του δικτύου των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων υποδεικνύει και τον όγκο των δεδομένων που θα παραχθεί στο εγγύς μέλλον αλλά και την ανάγκη για βελτίωση της αξιοπιστίας της πληροφορίας που διατίθεται στις σχετικές βάσεις δεδομένων. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας αναλυτικής βάσης δεδομένων γνώσης για την ταυτοποίηση δικτύων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων αντλώντας πληροφορία από επιλεγμένες μετά από αξιολόγηση, δημόσιες βάσεις πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Η συλλογή αυτή της πληροφορίας θα οδηγήσει μεσοπρόθεσμα στη δημιουργία μιας βάσης δεδομένων για τη διαχείριση της συλλογής, της οργάνωσης και της ανάκτησης δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων όπου κατάλληλα υπολογιστικά εργαλεία θα αναπτυχθούν ώστε να αξιολογηθεί ο βαθμός αξιοπιστίας της καταχωρημένης σχετικής πληροφορίας σε μια μεγάλη ομάδα δημόσιων γονιδιωματικών βάσεων δεδομένων. Επίσης θα υπάρξει η δυνατότητα χρήσης εργαλείων για την ανάλυση των αξιολογημένων δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, την μελέτη πρωτεϊνών με άγνωστη λειτουργία αλλά και τον προσδιορισμό μη καταγεγραμμένων έως τώρα πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων. / The elucidation of protein-protein interaction (PPI) networks (protein interactomes) is a major objective of systems biology. This task is crucial for furthering our understanding of the cellular machinery dynamics, in light of the fundamental role of proteins in cellular function. The development of high-throughput methods for PPI identification, including the widely used yeast two hybrid and the mass spectrometry of co-immunoprecipitated complexes, drastically increased the PPI data in model organisms and the human. However, these methods suffer from intrinsic detection biases and >70% of false positives. Moreover, independent public databases (dbs) of experimentally derived PPIs exhibit a remarkably limited overlap, mainly due to uncoordinated data validation and curation criteria. These limitations scale up in highly complex systems like the human for which only 8-10% of the estimated PPIs have been determined. Furthermore, new PPI prediction is affected by the current data quality and quantity along with predictive algorithm limitations to incorporate the available protein information. Thus, there is initially a need for a systematic curation of multiple datasets into one common db. We have integrated high- and low- throughput experimental data, ortholog protein interactions, protein domain interactions, and protein structure/function and expression data from twelve highly informative and updated dbs into one local db using the Microsoft_SQL_Server. The db selection was based on their unique gene content, PPIs recorded, annotation depth, curation methodology and relational scheme. This data will be enriched with PPI information mined from the literature. The final dataset will be appropriately scored to rank and validate the PPIs with increased confidence, forming the basis for a human interactome knowledge base.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής διατριβής είναι η μελέτη και ανάπτυξη ενός νέου αλγοριθμικού πλαισίου Συνεργατικής Διήθησης(CF) για την παραγωγή συστάσεων. Η μέθοδος που προτείνουμε, βασίζεται στην εκμετάλλευση της ιεραρχικής διάρθρωσης του χώρου αντικειμένων και πατά διαισθητικά στην ιδιότητα της ``Σχεδόν Πλήρης Αναλυσιμότητας'' (NCD) η οποία είναι συνυφασμένη με τη δομή της πλειοψηφίας των ιεραρχικών συστημάτων. Η Συνεργατική Διήθηση αποτελεί ίσως την πιο πετυχημένη οικογένεια τεχνικών για την παραγωγή συστάσεων. Η μεγάλη απήχησή της στο διαδίκτυο αλλά και η ευρεία εφαρμογή της σε σημαντικά εμπορικά περιβάλλοντα, έχουν οδηγήσει στη σημαντική ανάπτυξη της θεωρίας την τελευταία δεκαετία, όπου μια ευρεία ποικιλία αλγορίθμων και μεθόδων έχουν προταθεί. Ωστόσο, παρά την πρωτοφανή τους επιτυχία οι CF μέθοδοι παρουσιάζουν κάποιους σημαντικούς περιορισμούς συμπεριλαμβανομένης της επεκτασιμότητας και της αραιότητας των δεδομένων. Τα προβλήματα αυτά επιδρούν αρνητικά στην ποιότητα των παραγόμενων συστάσεων και διακυβεύουν την εφαρμοσιμότητα πολλών CF αλγορίθμων σε ρεαλιστικά σενάρια. Χτίζοντας πάνω στη διαίσθηση πίσω από τον αλγόριθμο NCDawareRank - μίας γενικής μεθόδου υπολογισμού διανυσμάτων κατάταξης ιεραρχικά δομημένων γράφων - και της σχετικής με αυτόν έννοιας της NCD εγγύτητας, προβαίνουμε σε μία μοντελοποίηση του συστήματος με τρόπο που φωτίζει τα ενδημικά του χαρακτηριστικά και προτείνουμε έναν νέο αλγοριθμικό πλαίσιο συστάσεων, τον Αλγόριθμο 1. Στο επίκεντρο της προσέγγισής μας είναι η προσπάθεια να συνδυάσουμε τις άμεσες με τις NCD, ``γειτονιές'' των αντικειμένων ώστε να πετύχουμε μεγαλύτερης ακρίβειας χαρακτηρισμό των πραγματικών συσχετισμών μεταξύ των στοιχείων του χώρου αντικειμένων, με σκοπό την βελτίωση της ποιότητας των συστάσεων αλλά και την αντιμετώπιση της εγγενούς αραιότητας και των προβλημάτων που αυτή συνεπάγεται. Για να αξιολογήσουμε την απόδοση της μεθόδου μας υλοποιούμε και εφαρμόζουμε τον Αλγόριθμο 1 στο κλασικό movie recommendation πρόβλημα και παραθέτουμε μια σειρά από πειράματα χρησιμοποιώντας τo MovieLens Dataset. Τα πειράματά μας δείχνουν πως ο Αλγόριθμος 1 με την εκμετάλλευση της ιδέας της NCD εγγύτητας καταφέρνει να πετύχει λίστες συστάσεων υψηλότερης ποιότητας σε σύγκριση με τις άλλες state-of-the-art μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία, σε ευρέως χρησιμοποιούμενες μετρικές (micro- και macro-DOA), αποδεικνύοντας την ίδια στιγμή πως είναι λιγότερο επιρρεπής στα προβλήματα που σχετίζονται με την αραιότητα και έχοντας παράλληλα ανταγωνιστικό προφίλ πολυπλοκότητας και απαιτήσεις αποθήκευσης. / The purpose of this master's thesis is to study and develop a new algorithmic framework for collaborative filtering (CF) to generate recommendations. The method we propose is based on the exploitation of the hierarchical structure of the item space and intuitively ``stands'' on the property of Near Complete Decomposability (NCD) which is inherent in the structure of the majority of hierarchical systems. Collaborative Filtering is one of the most successful families of recommendations methods. The great impact of CF on Web applications, and its wide deployment in important commercial environments, have led to the significant development of the theory, with a wide variety of algorithms and methods being proposed. However, despite their unprecedented success, CF methods present some important limitations including scalability and data sparsity. These problems have a negative impact of the quality of the recommendations and jeopardize the applicability of many CF algorithms in realistic scenarios. Building on the intuition behind the NCDawareRank algorithm and its related concept of NCD proximity, we model our system in a way that illuminates its endemic characteristics and we propose a new algorithmic framework for recommendations, called Algorithm 1. We focus on combining the direct with the NCD `` neighborhoods'' of items to achieve better characterization of the inter-item relations, in order to improve the quality of recommendations and alleviate sparsity related problems. To evaluate the merits of our method, we implement and apply Algorithm 1 in the classic movie recommendation problem, running a number of experiments on the standard MovieLens dataset. Our experiments show that Algorithm 1 manages to create recommendation lists with higher quality compared with other state-of-the-art methods proposed in the literature, in widely used metrics (micro- and macro- DOA), demonstrating at the same time that it is less prone to low density related problems being at the same time very efficient in both complexity and storage requirements.

Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής Διπλώματος Ειδίκευσης αποτελεί η πειραματική διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της περίσφιγξης υποστυλωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος με μεγάλο λόγο πλευρών με μανδύες ινοπλισμένων πολυμερών και με μανδύες ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα. Για το σκοπό αυτό διενεργήθηκε εκτενές πειραματικό πρόγραμμα στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Το πειραματικό πρόγραμμα περιελάμβανε 18 υποστυλώματα υπό κλίμακα 3/5 ύψους 770 mm τα οποία χωρίστηκαν σε δύο ομάδες, ανάλογα με το λόγο των πλευρών τους (1η ομάδα: με λόγο πλευρών 1:3, 150×450mm, 2η ομάδα: με λόγο πλευρών 1:4, 150×600mm). Δύο από τα υποστυλώματα παρέμειναν χωρίς ενίσχυση και αποτέλεσαν τα δοκίμια αναφοράς για τα ενισχυμένα δοκίμια, τα οποία περισφίχθηκαν με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Τα συστήματα ενίσχυσης που χρησιμοποιήθηκαν περιελάμβαναν μανδύες ΙΟΠ ινών άνθρακα με μια, δύο ή τρεις στρώσεις, χωρίς ή με αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου καθώς και μανδύα με δύο στρώσεις περιμετρικά του δοκιμίου και μανδύα μορφής U και αγκύρια ινών. Επιπλέον, εξετάστηκαν και μανδύες με τέσσερεις στρώσεις ινοπλέγματος με ίνες άνθρακα σε ανόργανη μήτρα με και χωρίς αγκύρια ινών άνθρακα μορφής θυσάνου εμποτισμένων σε εποξειδική ρητίνη. Η παρούσα διατριβή αποτελείται από οχτώ κεφάλαια, κάθε ένα από τα οποία διαχωρίζεται σε κατάλληλες ενότητες, υποενότητες και παραγράφους. Στο πρώτο και δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα σύνθετα υλικά με περιγραφή των επιμέρους συστατικών τους, των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων τους καθώς και των παραγόντων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά τους. Στο τρίτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση για την περίσφιγξη υποστυλωμάτων, όπου αρχικά περιγράφονται συμβατικές τεχνικές ενίσχυσης που περιλαμβάνουν νέους μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, μεταλλικά ελάσματα, μεταλλικούς μανδύες κλπ και στη συνέχεια περιγράφονται τεχνικές ενίσχυσης με σύνθετα υλικά. Περιγράφεται ο καταστατικός νόμος που διέπει τη συμπεριφορά του περισφιγμένου με μανδύες σύνθετων υλικών σκυροδέματος και παρουσιάζονται συνοπτικά πειραματικές μελέτες από τη διεθνή βιβλιογραφία που αφορούν τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου ενίσχυσης µε ΙΟΠ σε υποστυλώματα με μικρό και μεγάλο λόγο πλευρών. Τέλος, το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με συνοπτική αναφορά πειραματικών μελετών σε δοκίμια περισφιγμένα με μανδύες σε ανόργανη μήτρα. Στο τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για την κατασκευή των δοκιμίων καθώς και οι παράμετροι που διερευνήθηκαν. Συγκεκριμένα, περιγράφονται όλα τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα διάφορα συστήματα ενίσχυσης που εφαρμόστηκαν καθώς και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν από την προετοιμασία των δοκιμίων μέχρι την ενίσχυσής τους. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης και του επιμέρους μηχανικού εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση των δοκιμών μονοαξονικής θλίψης. Στο πέμπτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται διεξοδικά τα αποτελέσματα όλων των δοκιμίων που συμμετείχαν στο πειραματικό πρόγραμμα. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι τρόποι αστοχίας των δοκιμίων συνοδεία φωτογραφικού υλικού και παρατίθενται οι καμπύλες τάσης – παραμόρφωσης τόσο για κάθε ένα ξεχωριστά όσο και συγκεντρωτικά για κάθε ομάδα. Στο έκτο Κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων όλων των πειραμάτων που διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών σε υποστυλώματα με λόγους πλευρών 1:3 και 1:4 περισφιγμένα με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ προκειμένου να εξαχθούν γενικότερα συμπεράσματα πάνω στην επίδραση του υλικού της μήτρας, του αριθμού των στρώσεων και της ύπαρξης αγκυρίων στην αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης. Στο έβδομο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από ένα αναλυτικό προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη του μέγιστου θλιπτικού φορτίου και της οριακής παραμόρφωσης αστοχίας των περισφιγμένων με μανδύες ΙΟΠ και ΙΑΜ. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων του αναλυτικού προσομοιώματος με τα πειραματικά δεδομένα και εξετάζεται κατά πόσο αυτό το προσομοίωμα μπορεί να χρησιμοποιείται για υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών, μετά από αλλαγή κάποιων παραμέτρων του. Στο όγδοο και τελευταίο Κεφάλαιο, παρουσιάζονται συνοπτικά τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν αρχικά από την πειραματική διαδικασία και στη συνέχεια από τη χρήση του αναλυτικού προσομοιώματος. Τέλος, γίνονται και μερικές προτάσεις για περαιτέρω έρευνα πάνω σε υποστυλώματα με μεγάλο λόγο πλευρών. / The present study investigates experimentally the effectiveness of the confinement of reinforced concrete (RC) columns with high aspect ratio (wall-like RC columns) retrofitted either with fiber-reinforced polymer (FRP) or with textile-reinforced mortars (TRM) jackets. For this purpose an extensive experimental program was conducted at the Structural Materials Laboratory of the Civil Engineering Department at the University of Patras. A total of 18 identical rectangular reinforced concrete columns were constructed in a scale of 3/5 and 770 mm height so that the slenderness effects could be eliminated and tested in uniaxial compression. The columns were separated in two groups according to their aspect ratio; the first group consisted of seven RC column specimens with cross section dimensions 150mm by 450mm and an aspect ratio equal to 3, and the second group consisted of eleven RC column specimens with cross section dimensions 150mm by 600mm and an aspect ratio equal to 4. To facilitate FRP and TRM wrapping, the four corners were chamfered with a radius equal to 20mm. A number of parameters were investigated such as the kind of the matrix material (organic and inorganic), the number of layers of the jackets (1, 2, 3 and 4), the role of different cross section aspect ratios (3 and 4), the effectiveness of spike anchors (resin-impregnated fiber rovings) and local strengthening with U shape jacketing placed at the smaller sides of the columns. The first chapter provides general information on FRP materials describing their individual components, their characteristic properties, the factors affecting their behavior as well as the basic techniques for their application. The second chapter describes the composite materials in inorganic matrix (TRM) and presents a comparison between the two composite material strengthening systems. In the third chapter a brief literature review is provided about the confinement of columns with conventional techniques (e.g. steel plating, steel jacketing, RC jacketing) as well as with composite materials. The constitutional law of confined concrete with jackets of composite materials is described. Furthermore some experimental studies from the international literature are presented concerning the effectiveness of the confinement with FRP jackets of columns with small and high aspect ratio. Finally, the chapter concludes with a brief reference to experimental studies on specimens confined with jackets in inorganic matrix (TRM jackets). The fourth chapter presents the procedure for constructing and retrofitting the specimens including the materials used (carbon fiber fabric and textile, carbon fiber spike anchors, epoxy resin, inorganic matrix) as well as the equipment used for uniaxial compression tests. In the fifth chapter the results for each specimen are given presenting their failure mode and the corresponding load - displacement curve. In the following chapter the results for each group are compared in order to establish general conclusions on the effect of the kind of the matrix material, the number of layers and the existence of FRP anchors in confinement of wall-like RC columns. The seventh chapter presents the results of an analytical model used to predict the maximum compressive load and the ultimate deformation of specimens confined with FRP or TRM jackets. A comparison between the experimental and the analytical results is made and it is examined whether this model can be used for columns with high aspect ratio after modifying some of the parameters. The eighth chapter summarises the most important conclusions of all investigations carried out by the present project for both the experimental procedure and the analytical model. Finally, some suggestions for further research on columns with high aspect ratio are listed.

Η παρούσα Εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Ρευστών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΘΝΙΚΟΥ ΜΕΤΣΟΒΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ. Η εργασία αποσκοπεί: Α) Στην εξοικείωση των συμμετασχόντων με τον έγχρωμο υπερηχοκαρδιογραφο Vivid 7 της GE. Β) Στον έλεγχο της αξιοπιστίας των μεθόδων έγχρωμου Doppler (Color Doppler), παλμικού Doppler και M-mode στο υπολογισμό της παροχής και την σύγκριση μεταξύ τους. Γ) Στην εύρεση πιθανών αιτιών στις αποκλίσεις των μεθόδων, έτσι ώστε οι κώδικες που αναπτύχθηκαν σε MATLAB για έγχρωμο Doppler και Μ-mode να βελτιωθούν στο μέλλον. Δ) Στην δημιουργία μιας αρχικής βάσης δεδομένων για τις παροχές και τις διαμέτρους που μετρούνται in vivo προεγχειρητικά σε χοίρους, που χρησιμοποιούνται σε ερευνητικό πρόγραμμα ΠΕΝΕΔ. Η Εργασία χωρίζεται σε τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται μια θεωρητική προσέγγιση του θέματος, με ανάλυση της αρχής Doppler, καθώς και των μεθόδων μέτρησης και απεικόνισης με συστήματα Doppler. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία, τόσο η δική μας, όσο και παλαιότερες. Στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται κάποια αποτελέσματα και συμπεράσματα των δικών μας πειραμάτων. / The present project was elaborated at National Technical University of Athens, School of Mechanical Engineering, Fluids Section, and it aims at: A)The familiarization of the participants with the Color Vivid7 Dimension, Cardiovascular Ultrasound System of GE B)The control of credibility of the methods of Color Doppler, Pulsed Wave Doppler and M-Mode at the calculation of flow and their comparison C)The finding of possible causes of the deviations of these methods, with the intention of MATLAB Color and M-Mode Doppler codes improvement D)The creation of a database concerning flows and diameters calculated in vivo, prior to the surgery, in pigs used at a Research Program of Athens Academy Medical-Biological Center. This Project is divided in three parts. On first part a theoritical approach of the issue is presented, analyzing the Doppler Principal, as well as the methods used for Doppler Imaging. On the second part the experimental procedures are presented, both ours and of others. On the third part a number of results and conclusions are presented.

Η υπερθερμία αποτελεί μια επικουρική μέθοδο θεραπείας του καρκίνου και η βιοϊατρική έρευνα τις τελευταίες δεκαετίες, με σκοπό την εκμετάλλευση και την ανάδειξη των ιδιοτήτων της μεθόδου, στοχεύει στην εφαρμογή της στην κλινική πράξη. Μία προσπάθεια με παρόμοιο σκοπό γίνεται τα τελευταία χρόνια στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών (ΕΜΟΙ) της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, όπου έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ένα σύστημα υπερθερμίας. Το προτεινόμενο σύστημα ενσωματώθηκε σε ένα τρισδιάστατο σύστημα παθητικής μικροκυματικής ραδιομετρικής απεικόνισης (ΜiRaIS) για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου, το οποίο μελετήθηκε και κατασκευάστηκε στα πλαίσια διδακτορικής διατριβής στο ίδιο εργαστήριο της σχολής ΗΜΜΥ. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται η θεωρητική και πειραματική μελέτη του προτεινόμενου συστήματος της υπερθερμίας. Η αρχή λειτουργίας του είναι όμοια με αυτή του MiRaIS και βασίζεται στη χρήση μια ελλειψοειδούς αγώγιμης κοιλότητας για εστίαση της ακτινοβολίας επιλεκτικά στους ιστούς που χρήζουν θεραπείας. Ο ανακλαστήρας για εστίαση, που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διαδικασία, βελτιώνει την εργονομία του συστήματος, διατηρώντας παράλληλα της ιδιότητες εστίασης του πρωτότυπου ελλειψοειδούς. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε θεωρητική μελέτη και μοντελοποίηση της διάταξης με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασής της, καθώς και πειραματικές μετρήσεις του συνολικού συστήματος υπερθερμίας-μικροκυματικής ραδιομετρίας. Στη θεωρητική μελέτη, με χρήση του λογισμικού xFDTD που βασίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου, ερευνώνται δυο μέθοδοι για τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος (βάθος διείσδυσης της ακτινοβολίας, χωρική διακριτική ικανότητα) με τη χρήση διηλεκτρικών υλικών. Τα υλικά αυτά τοποθετούνται στο εσωτερικό του ελλειψοειδούς καθώς και γύρω από το μοντέλο κεφαλιού ως στρώματα προσαρμογής για την επίτευξη βηματικής αλλαγής της διηλεκτρικής σταθεράς στη διεπιφάνεια αέρα-μοντέλο ανθρώπινου κεφαλιού. Στην πρώτη προσέγγιση, το εσωτερικό του ελλειψοειδούς ανακλαστήρα γεμίζει με διηλεκτρικό υλικό χαμηλών απωλειών, με τα αποτελέσματα να δείχνουν σημαντική βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Στη δεύτερη προσέγγιση του προβλήματος, χρησιμοποιείται ένα ημισφαίριο από διηλεκτρικό γύρω από το μοντέλο κεφαλιού, με τα αποτελέσματα να δείχνουν την αντίστοιχη βελτίωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας και παράλληλα σημαντική μείωση των ανεπιθύμητων περιοχών εστίασης της ενέργειας. Η πειραματική διάταξη τοποθετήθηκε σε ανηχοϊκό θάλαμο, όπου και πραγματοποιήθηκαν όλες οι μετρήσεις. Παράλληλα με τα πειράματα υπερθερμίας, μελετήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου της μικροκυματικής ραδιομετρίας με τη γεωμετρία του προτεινόμενου συστήματος. Η μέθοδος της μικροκυματικής ραδιομετρίας θα μπορούσε να παρέχει τον έλεγχο της θερμοκρασίας της ακτινοβολούμενης περιοχής κατά τη διάρκεια των συνεδριών της υπερθερμίας. Στις πειραματικές διαδικασίες που ακολουθήθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν ομοιώματα νερού, τα οποία στη φάση της υπερθερμίας υπέδειξαν τις περιοχές εστίασης της ενέργειας για τη συχνότητα ακτινοβολίας, ενώ στη φάση της μικροκυματικής ραδιομετρίας βοήθησαν στη μελέτη της θερμοκρασιακής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Επίσης, διενεργήθηκαν μετρήσεις με στρώματα προσαρμογής από διηλεκτρικά υλικά, τα οποία τοποθετούνταν γύρω από το αντικείμενο ενδιαφέροντος, για την πληρέστερη κατανόηση της επίδρασης των υλικών αυτών στις ιδιότητες εστίασης του συστήματος και για την επιβεβαίωση των αντίστοιχων θεωρητικών αποτελεσμάτων. / The application of hyperthermia process has been widely used in clinical research and efforts are being made for its implementation in clinical practice, as many researchers have used this method as an adjunct treatment procedure for cancer. During the past two decades, a great deal of research has been carried out, with the aim of developing effective techniques for hyperthermia treatment, primarily using RF, microwave, and ultrasound energy. A similar effort is carried out in the Laboratory of Microwaves and Fiber Optics (MFOL), School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens (NTUA), where a proposed hyperthermia system has been designed and constructed. A system for deep brain hyperthermia treatment, designed to also provide passive measurements of temperature and/or conductivity variations inside the human body, is presented in this paper. The proposed system comprises both therapeutic and diagnostic modules, operating in a totally contactless way, based on the use of an ellipsoidal beamformer to achieve focusing on the areas under treatment and monitoring. The radiometry monitoring module, the Three Dimensional Passive Microwave Radiometry Imaging System (MiRaIS), has been studied, designed and constructed in the framework of a PhD thesis in the same laboratory of MFOL. In the present thesis, the proposed system is theoretically and experimentally studied. The operation principal is based on the use of an ellipsoidal conductive wall cavity for focusing the emitted radiation on the tissues that should accept treatment. The ellipsoidal cavity, which was constructed and used in the experimentation procedure, is newly developed and improves the system’s ergonomy retaining at the same time the focusing properties of the prototype system. In the framework of the present study, theoretical modelling and experimentation of the proposed system was carried out in order to examine and improve its focusing attributes. In the theoretical study, two methods for the improvement of the system’s focusing properties (e.g. penetration depth of the electromagnetic field, spatial sensitivity) using dielectric materials are tested with the use of a commercially available software tool, xFDTD (x-Finite Difference Time Domain). The materials are placed inside the ellipsoidal or used as matching layers around the head model for the achievement of a stepped change of the refraction index on the air-human head model interface. In the first approach, the ellipsoidal volume is filled with a low loss dielectric material in order to improve the system’s spatial sensitivity. In the second approach, a hemi-sphere also filled with a dielectric material is placed around the human head model and the results revealed the improvement of the system’s spatial sensitivity and the reduction of the undesirable auxiliary energy-absorbing areas. The experiments were performed inside an anechoic chamber providing maximum accuracy by avoiding any external interference. Along with the hyperthermia experiments, the implementation of the microwave radiometry process was also tested with the proposed system. Microwave radiometry could provide the temperature monitoring of the radiated area during the hyperthermia sessions. In the experimental procedures water phantoms were used, which during hyperthermia indicated the energy-absorbing areas at the irradiation frequency, and during microwave radiometry revealed the system’s temperature sensitivity. Also, measurements were conducted using dielectric matching layers, placed around the medium of interest, in order to fully understand the effect of those materials on the system’s focusing properties as well as to confirm the respective theoretical results. Taking into consideration the present study and the advantage of the non invasive character of the proposed brain hyperthermia system, it is concluded that further research is required in order to explore its potentials at becoming a part of the standard treatment protocol of brain malignancy in the future.