Οι υπνικές άτρακτοι είναι απότομες αλλαγές της ρυθμικής δραστηριότητας που χαρακτηρίζονται από σταδιακή αύξηση και κατόπιν μείωση του πλάτους. Εμφανίζονται κυρίως στα στάδια 2,3 και 4 του υπνικού εγκεφαλογράμματος. Τοπογραφικές αναλύσεις έχουν δείξει την ύπαρξη δύο ξεχωριστών τύπων υπνικών ατράκτων, «αργές» και «ταχείς», περίπου στα 12 και 14 Hz, αντίστοιχα. Υπάρχουν ενδείξεις ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο, λειτουργικά, ξεχωριστές γεννήτριες υπνικών ατράκτων, που αντιστοιχούν στις κλάσεις συχνοτήτων. Ο λόγος της εργασίας αυτής ήταν η επεξεργασία υπνικών ατράκτων με την τεχνική Ανάλυσης Ανεξάρτητων Συνιστωσών (ICA) με σκοπό την έρευνα της πιθανότητας εξαγωγής, στα από την ICA ανακατασκευαζόμενα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα (ΗΕΓ), «συνιστωσών» ατράκτων που αντιστοιχούν σε ξεχωριστές δομές ΗΕΓ, και η μελέτη των πηγών που δημιουργούν αυτές τις συνιστώσες. Χρησιμοποιήθηκαν 8κάναλες καταγραφές υπνικών ατράκτων ΗΕΓ από έναν εξεταζόμενο, που καταγράφηκαν στα πλαίσια του Biopattern Network of Excellence, οι οποίες αρχικά επεξεργάστηκαν με ένα φίλτρο FIR με συχνότητες αποκοπής (-3dB) στα 6 και 21 Hz. Κατόπιν εφαρμόστηκε η ανάλυση ICA και εξάχθηκαν οι ανεξάρτητες συνιστώσες (ICs). Έγινε επιλογή των συνιστωσών οι οποίες θα ανακατασκεύαζαν τα ΗΕΓ και τέλος ανακατασκευάσθηκαν αυτά. Στα ανακατασκευασμένα ΗΕΓ έφαρμόστηκε η ανάλυση LORETA. Πρωτού γίνει όμως αυτό έγινε μία εξομείωση του «ευθύ» και «ανάστροφου» προβλήματος. Αυτό έγινε για να μελετήσουμε κατά πόσον θα μπορούσαμε να εξάγουμε αξιόπιστα αποτελέσματα από την τεχνική LORETA με τόσο μικρό αριθμό καναλιών καταγραφής. Η μελέτη αυτή έδειξε ότι τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν να μας δώσουν αξιόπιστες πληροφορίες όσον αφορά την ευρεία περιοχή παραγωγής των ατράκτων και όχι την ακριβή τους θέση. Τα τελικά αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει διαφοροποίηση, όσον αφορά την περιοχή παραγωγής τους, και σταθερότητα των πηγών που σχετίζονται με συνιστώσες ατράκτων που ανακατασκευάζονται από ξεχωριστές ομάδες ανεξαρτήτων συνιστωσών (ICs). / Sleep spindles are bursts of rhythmic activity characterized by progressively increasing, then gradually decreasing amplitude, present predominantly in stages 2, 3 and 4 of the sleep electroencephalogram (EEG). Topographic analyses of sleep spindle incidence suggested the existence of two distinct sleep spindle types, “slow” and “fast” spindles at approximately 12 and 14 Hz respectively. There are indications that there exist at least two functionally separated spindle generators, corresponding to each frequency spectrum class. The purpose of the present study was to process sleep spindles with Independent Component Analysis (ICA) in order to investigate the possibility of extracting, in the ICA-reconstructed EEG, spindle “components” corresponding to separate EEG activity patterns, and to investigate the sources underlying these spindle components. We used 8-channel EEG recordings of sleep spindles of a single subject, recorded in the framework of the Biopattern Network of Excellence, which were processed by a FIR filter with cut-off frequencies (-3 dB) at 6 and 21 Hz. Afterwards, ICA was applied and ICs were extracted. There were a choice of the ICs which would reconstruct the EEG and the EEG were finally reconstructed. Source analysis using Low-Resolution Brain Electromagnetic Tomography (LORETA) was applied on the reconstructed EEGs. Before that we made a simulation of the “direct” and “inverse” problem. This was made in order to investigate if we would extract reliable results from the LORETA technique with only 8-channel recordings. The investigation stated that the results could give reliable information only for the brain sites at which the spindle generators were located and not for their exact position. Results indicate separability and stability of sources related to sleep spindle components reconstructed from separate groups of Independent Components (ICs).

Ο θόρυβος φάσης που εμφανίζεται στους ταλαντωτές, επηρεάζει την ποιότητα των σημάτων που επεξεργάζονται τα επικοινωνιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η παρούσα μελέτη, δεν έχει σκοπό μια θεωρητική η πρακτική εξέταση των αιτιών του θορύβου φάσης, ή την παρουσίαση τεχνικών μείωσής του, αλλά εξετάζεται η επίδραση του θορύβου φάσης πάνω σε διαμορφωμένα σήματα επικοινωνιών. Αυτή η επίδραση πάνω στα διαμορφωμένα σήματα επικοινωνιών δε λαμβάνεται υπ' όψιν μέχρι σήμερα στην βιβλιογραφία. Δείχνουμε ότι αυτή η επίδραση, που στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις αγνοείται, μπορεί κάτω από προϋποθέσεις να είναι πολύ σημαντική. Αυτό ισχύει ακόμα, και όταν το σήμα του ταλαντωτή με τον συνοδευτικό θόρυβο φάσης, λείπει όπως π.χ στην περίπτωση διαμόρφωσης SSB. Η ύπαρξη της ανωτέρω επίδρασης, έχει την προέλευσή της στη διαδικασία (πράξη) διαμόρφωσης. Για να αποδείξουμε το παραπάνω, χρησιμοποιούμε δύο βασικές ιδιότητες, την ιδιότητα μετατόπισης της συχνότητας, και την ιδιότητα του γινόμενου στο πεδίο του χρόνου - συνέλιξης στην περιοχή της συχνότητας. Η διερεύνηση των δύο προσεγγίσεων, οδηγεί σε παρόμοια αποτελέσματα, σε διάφορα θέματα, σχετιζόμενα με την θορυβική ανάλυση, όπως π.χ η επίδραση του θορύβου φάσης στην ενδιάμεση συχνότητα (I.F). Τα αποτελέσματα και οι εφαρμογές, δεν είναι εξαρτημένα από τη γραμμικότητα του κυκλώματος του ταλαντωτή, αλλά η υπόθεση της γραμμικότητας, απλοποιεί πολλούς χειρισμούς. Εισάγουμε βασικά την έννοια της αντιγραφής του θορύβου φάσης του ταλαντωτή, λόγω της διεργασίας της διαμόρφωσης (mirror imaging), σε κάθε διαμορφωμένη συχνότητα, που είναι συνιστώσα του συνολικά διαμορφωμένου σήματος. Εφαρμογή του θεωρήματος της διαμόρφωσης συνεπάγεται απλή μετατόπιση του φάσματος του ταλαντωτή, λόγω διαμόρφωσης, για κάθε διαμορφωμένη συνιστώσα, για τους διάφορους τύπους διαμορφώσεων. Αυτά τα αντίγραφα στις διαφορετικές συνιστώσες συχνότητες του διαμορφωμένου φάσματος, δίνουν σε κάθε λαμβανόμενη συνιστώσα συχνότητας διαμορφωμένης πληροφορίας, ένα ανεπιθύμητο ποσό ισχύος πού αντιστοιχεί σε θόρυβο. / The role of the phase noise on the oscillators performance, is wide known. This noise stems mostly from the electronic circuitry used to implement the oscillator. Moreover, it is well known, the direct influence of the oscillator Phase Noise on the nearby modulated up (down) converted signals at the frequency domain. In the literature the direct influence, on the oscillator phase noise sidebands, is generally examined. In this work, we do not attempt, an examination of the reasoning of phase noise phenomenon, nor a reduction of the phase noise itself, but rather we examine the direct effect, of the phase noise sidebands on the modulated signals. The Phase Noise (PN) is considered of a given character and its influence on the communication signals is examined. These effects have their origin on the PN, but there are present and influence the signal integrity even if oscillator’s phase noise is absent. Their existence origins from the modulation action, at the respective frequency transfer, of a realistic oscillator via the non ideal output , which is corrupted by PN. Two basic concepts, the theorem of the Time Domain Product – Frequency Domain Convolution Theorem, and the Frequency Shifting Theorem, which lead basically to the same results, are applied and extended to the Intermediate Frequency and relative concepts. These results basically do not depend on the supposed circuit linearity, but the linearity supposition simplifies a lot of the manipulations. Thus oscillator’s phase noise is “copied”, because of the modulation action to every modulated frequency that the modulated signal consists of, at the different types of modulation. These copies from the neighbored frequencies give at every modulated frequency an undesirable sum of noise contributions. The small amplitude and phase variations of the carrier, from another more representative view, via the Frequency Shifting Theorem or because of the respective convolution , are transferred to the shifted spectrum via the modulation action. The here above are examined, firstly using the Time Domain Product – Frequency Domain Convolution Theorem. All the “copies” of the carrier form every modulated constitute of the information are accumulated to a “worst case” integral. The referenced integral, is an indicative calculation, of the introduced fluctuations. The second approach deals with the total spectrum movement due to fluctuations and is more pictorial and prone to relevant calculations, as analyzed in this thesis.

Το θέμα της κατασκευής ενός συστήματος αναγνώρισης προτύπων για τα ηχητικά σήματα ενός ανθρώπου που κοιμάται είναι ένα από τα ανοιχτά ζητήματα της Βιοιατρικής. Στην παρούσα διπλωματική εξετάζουμε την εξαγωγή ερμηνεύσιμων σημάτων που αντιστοιχούν στον καρδιακό ρυθμό, την αναπνοή και το ροχαλητό. Χρησιμοποιούμε μεθόδους Ανάλυσης σε Ανεξάρτητες Συνιστώσες και μεθόδους Τυφλού Διαχωρισμού που εκμεταλεύονται Στατιστικές Δεύτερης Τάξης. Συμπεραίνουμε ότι οι δεύτερες είναι οι πλέον κατάλληλες όταν συνοδεύονται από ένα στάδιο προεπεξεργασίας που αφορά ανάλυση σε ζώνες συχνοτήτων. / The design of a non-intrusive Pattern Recognition System to estimate the sleep sounds is an open problem of Bioengineering. We use recordings from body-sensors to estimate the heart beat, the breathing and the snoring. In this thesis we examine the effectiveness of Independent Component Analysis for this Blind Source Separation Problem and we compare it with methods that perform Source Separation using Second Order Statistics. We take into account the temporal structure of the sources as well as the presence of noise. Our system is greatly improved by a preprocessing stage of targeted subband decomposition which uses a priori knowledge about the sources. We propose an efficient solution to this problem which is confirmed by medical data.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί μια συμβολή στην ανάλυση του ηλεκτρικού πεδίου στο περιβάλλον εναέριων γραμμών απλού και διπλού κυκλώματος. Αναπτύσσονται αναλυτικές σχέσεις για τον ακριβή υπολογισμό της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου καθώς και απλούστερες προσεγγιστικές σχέσεις. Η προτεινόμενη μέθοδος υπολογισμού προέκυψε από τον συνδυασμό της ανάλυσης των φορτίων των αγωγών σε συμμετρικές συνιστώσες, της περιγραφής της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου με διπλούς μιγαδικούς αριθμούς και της χρήσης του αναπτύγματος πολυπόλων για την έκφραση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Με τους διπλούς μιγαδικούς αριθμούς επιτυγχάνεται η παράσταση με μιγαδικούς αριθμούς τόσο των χρονικά ημιτονοειδώς μεταβαλλόμενων μεγεθών (τάσεων και φορτίων) όσο και των γεωμετρικών αποστάσεων. Το ανάπτυγμα πολυπόλων είναι μια σειρά απείρων όρων, όπου ο κάθε επόμενος όρος είναι αντιστρόφως ανάλογος της αυξανόμενης δύναμης της απόστασης. Αναπτύσσονται επίσης ακριβείς αναλυτικές σχέσεις, καθώς και απλούστερες προσεγγιστικές σχέσεις, για τον υπολογισμό της μαγνητικής επαγωγής γραμμών διπλού κυκλώματος. Για την ανάπτυξη των σχέσεων αυτών συνδυάζεται η χρήση των διπλών μιγαδικών αριθμών με το ανάπτυγμα πολυπόλων για την έκφραση της μαγνητικής επαγωγής. / This thesis is a contribution to the analysis of the electric field in the vicinity of single-circuit and double-circuit overhead power lines. Analytical formulas are developed for the accurate calculation of the intensity of the electric field as well as simpler approximate formulas. The proposed calculation method has arisen from the combination of the analysis of the conductors’ charges in their symmetrical components, the description of the intensity of the electric field using double complex numbers and the use of multipole expansions to express the intensity of the electric field. The use of double complex numbers allows the simultaneous representation of sinusoidal varying quantities (voltages and charges) and geometrical distances with complex numbers. The multipole expansion is a series of infinite terms, where each term is inversely proportional to an increasing power of the distance. Accurate analytical formulas are also developed as well as simpler approximate formulas for the calculation of the magnetic flux density produced by double-circuit lines. For the development of those formulas the use of double complex numbers is combined with the multipole expansion to express the magnetic flux density.

Αντικείμενο της διατριβής ήταν η ανάπτυξη υπολογιστικών μεθόδων διάγνωσης και εκτίμησης της κατάστασης της υγείας του εμβρύου. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες αναλύουν και εξάγουν πληροφορίες από το σήμα της ΕΚΣ καθώς το συγκεκριμένο σήμα αποτελεί ένα από τα λιγοστά διαθέσιμα εργαλεία για την εκτίμηση της οξυγόνωσης του εμβρύου και της αξιολόγησης της κατάστασης της υγείας του κατά τη διάρκεια του τοκετού. Για την αξιολόγηση των μεθόδων εξετάστηκε η συσχέτιση της Εμβρυϊκής Καρδιακής Συχνότητας (ΕΚΣ) με βραχυπρόθεσμες αξιόπιστες ενδείξεις για την κατάσταση του εμβρύου και πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε η συσχέτιση της τιμής του pH του αίματος του εμβρύου η οποία αποτελεί μια έμμεση ένδειξη για την ανάπτυξη υποξίας κατά τη διάρκεια του τοκετού. Στα πλαίσια της διατριβής χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η μέθοδος της ανάλυσης σε ανεξάρτητες συνιστώσες για την εξαγωγή χαρακτηριστικών από το σήμα της ΕΚΣ. Επίσης προτάθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν Κρυφά Μοντέλα Markov σε μια προσπάθεια να «συλληφθεί» η χρονική εξέλιξη του φαινομένου της μεταβολής της κατάστασης του εμβρύου. Επιπλέον προτάθηκαν νέα χαρακτηριστικά εξαγόμενα με τη χρήση του Διακριτού Μετασχηματισμού Κυματιδίου. Με χρήση μιας υβριδική μέθοδος, που βασίζεται στη χρήση εξελικτικής γραμματικής «κατασκευάστηκαν» νέα χαρακτηριστικά παραγόμενα από τα χαρακτηριστικά που είχαν ήδη εξαχθεί με συμβατικές μεθόδους. Επιπρόσθετα στα πλαίσια της διατριβής χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά (και η μόνη μέχρι στιγμής) μηχανές διανυσμάτων υποστήριξης για την ταξινόμηση και προτάθηκε και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η μέθοδος βελτιστοποίησης με σμήνος σωματιδίων για τη ρύθμιση των παραμέτρων τους. Τέλος προτάθηκε και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η μέθοδος βελτιστοποίησης με σμήνος σωματιδίων για την εκπαίδευση μιας νέας οικογένειας νευρωνικών δικτύων, των νευρωνικών δικτύων κυματιδίου. Μέσα από τα πειράματα τα οποία διεξήγαμε καταφέραμε να δείξουμε ότι τα δεδομένα της ΕΚΣ διαθέτουν σημαντική πληροφορία η οποία με τη χρήση κατάλληλων προηγμένων μεθόδων επεξεργασίας και ταξινόμησης μπορεί να συσχετιστεί με την τιμή του pH του εμβρύου, κάτι το οποίο θεωρούνταν ουτοπικό στη δεκαετία του 90. / This Dissertation dealt with the development of computational methods for the diagnosis and estimation of fetal condition. The proposed methods analyzed and extracted information from the Fetal Heart Rate (FHR) signal, since this is one of the few available tools for the estimation of fetal oxygenation and the assessment of fetal condition during labor. For the evaluation of the proposed methods the correlation of the FHR signal with short term indices were employed and to be more specific, its correlation with the pH values of fetal blood, which is an indirect sign of the development of fetal hypoxia during labor. In the context of this Dissertation, Independent Component Analysis (ICA) for feature extraction from the FHR signal was used for the first time. Moreover we used Hidden Markov Models in an attempt to “capture” the evolution in time of the fetal condition. Furthermore, new features based on the Discrete Wavelet Transform were proposed and used. Using a new hybrid method based on grammatical evolution new features were constructed based on already extracted features by conventional methods. Moreover, for the first (and only) time, Support Vector Machine (SVM) classifiers were employed in the field of FHR processing and the Particle Swarm Optimization (PSO) method was proposed for tuning their parameters. Finally, a new family of neural networks, the Wavelet Neural Networks (WNN) was proposed and used, trained using the PSO method. By conducting a number of experiments we managed to show that the FHR signal conveys valuable information, which by the use of advanced data processing and classification techniques can be associated with fetal pH, something which was not regarded feasible during the 90’s.