Τα ομοιώματα παίζουν σημαντικό ρόλο στην εξασφάλιση της σωστής λειτουργίας των συστημάτων μαγνητικού συντονισμού. Eιδικά όταν εφαρμόζονται μέθοδοι μέτρησης των χρόνων μαγνητικής αποκατάστασης (ποσοτική ΜRI), όπου οι ρυθμίσεις του μετρητικού οργάνου έχουν σοβαρότατο αντίκτυπο στις μετρούμενες τιμές, είναι απαραίτητη η χρήση μιας σειράς κατάλληλων ομοιωμάτων που θα λειτουργούν ως πρότυπα βαθμονόμησης των οργάνων μέτρησης. Ένα ομοίωμα προσομοίωσης χρόνων μαγνητικής αποκατάστασης θα πρέπει να έχει ορισμένα χαρακτηριστικά, μεταξύ των οποίων χρόνους μαγνητικής αποκατάστασης παρόμοιους με αυτούς των ανθρώπινων ιστών και χημική και φυσική σταθερότητα στο χρόνο. Σε αυτή την εργασία παρασκευάστηκε ένα υλικό αποτελούμενο από διαφορετικές συγκεντρώσεις ζελατίνης και Gd-DTPA, μελετήθηκαν οι χρόνοι μαγνητικής αποκατάστασης του υλικού αναλόγως με την συγκέντρωση των συστατικών του και αξιολογήθηκε η σταθερότητά του. Παρατηρήθηκε πως η αύξηση της συγκέντρωσης της ζελατίνης προκαλούσε έντονη μείωση του Τ1 και του Τ2. Η αύξηση της συγκέντρωσης της παραμαγνητικής ουσίας προκαλούσε έντονη μείωση του Τ1 και μικρότερη μείωση του Τ2, η οποία ήταν πιο αισθητή σε χαμηλές συγκεντρώσεις ζελατίνης. Τα διαλύματα που παρασκευάστηκαν παρουσίασαν μεγάλο εύρος τιμών Τ1 και Τ2, εντός του οποίου περιλαμβάνονται οι τιμές που απαντώνται στους ανθρώπινους ιστούς. Ο λόγος όμως Τ1/Τ2 των σημαντικότερων ιστών δεν επιτεύχθηκε σε κανένα από τα διαλύματα. Τα διαλύματα χωρίς παραμαγνητική ουσία ήταν σχετικά σταθερά ως προς την Τ1 , ενώ η Τ2 παρουσιάζε μια μικρή σταδιακή μείωση στο χρόνο. Τα διαλύματα με χαμηλή συγκέντρωση ζελατίνης παρουσία οποιασδήποτε συγκεντρώσεως παραμαγνητικής ουσίας εμφάνισαν σταθερές τιμές των Τ1 και Τ2 καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης, με μικρές διακυμάνσεις στις διαδοχικές μετρήσεις. Τα διαλύματα με υψηλή συγκέντρωση ζελατίνης εμφάνισαν μια πτώση των τιμών τόσο της Τ1 όσο και της Τ2 στις πρώτες 6 μετρήσεις (2 μήνες), ενώ στη συνέχεια οι τιμές σταθεροποιήθηκαν. Συμπερασματικά, είναι δυνατή η παρασκευή υλικών που προσομοιάζουν τους ανθρώπινους ιστούς ως προς τους χρόνους μαγνητικής αποκατάστασης χρησιμοποιώντας απλά και οικονομικά συστατικά. Το υλικό το οποίο δοκιμάστηκε επιδέχεται βελτιώσεις μέσω της προσθήκης σταθεροποιητικών παραγόντων και κάποιου συστατικού που να επιδρά κυρίως στον Τ2. / -

Γενικά οι μη επεμβατικές τεχνικές παρουσιάζουν υψηλή ειδικότητα και ευαισθησία για τον καθορισμό του βαθμού της αρτηριακής στένωσης. Για τον λόγο αυτό οι μη επεμβατικές τεχνικές απεικόνισης είναι στην πρώτη γραμμή της διάγνωσης εμφραγμάτων κυκλοφορίας. Η μαγνητική αγγειογραφία (magnetic resonance angiography-MRA) έχει μια σημαντική θέση για την απεικόνιση αρτηριών και ιδιαίτερα των καρωτιδικών ανάμεσα στις μη επεμβατικές μεθόδους λόγω και της μη ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Το βασικό πλεονέκτημα της MRA είναι η δυνατότητα απεικόνισης αιμοφόρων αγγείων σε μορφή ανάλογη με την ψηφιακή αγγειογραφία (digital subtraction angiography-DSA). Μπορούν να παραχθούν πολλαπλές προβολές των αρτηριών με τεχνικές μετά-επεξεργασίας, προσφέροντας μάλιστα περισσότερες πληροφορίες σχετικά με χαρακτηριστικά της ροή στην στένωση πέρα της εκτίμησης του ποσοστού της. Δημιουργούνται όμως ερωτήματα στο κατά πόσο η έμμεση εκτίμησης του ποσοστού μέσω της μείωσης της μέγιστης ταχύτητας ροής του ρευστού, είναι αξιόπιστη μέθοδος λαμβάνοντας υπόψη τα φαινόμενα στα οποία υπόκεινται οι πυρήνες, όντας φορείς της πληροφορίας και εκπομποί του σήματος, όπως η τυρβώδη ροή και τα φαινόμενα jet. / --

Κύριος στόχος της εργασίας αυτής είναι η κατανόηση της διαδικασίας της μοντελοποίησης Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας, και πως η διαδικασία αυτή βοηθά στην αντιμετώπιση του φαινομένου της υποσύγχρονης αντίδρασης. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται όταν ΣΗΕ στο οποίο ενυπάρχει αντιστάθμιση σε σειρά συνδέεται με ατμοστρόβιλο. Αντικείμενο μελέτης της εργασίας αυτής είναι με ποιο τρόπο η εν σειρά αντιστάθμιση συντελεί στην εμφάνιση του φαινομένου. Μελετώνται αναλυτικές υπολογιστικές μέθοδοι διάγνωσης του, και τέλος προτείνονται τρόποι αντιμετώπισης. / The main target of this project is the understanding of modeling an electrical system, and how can this help in the specific case of sub synchronous resonance studies. This phenomenon occurs when a series compensated electrical system is connected with a steam turbine, sometimes resulting in torsional stress. In addition, computational methods for the study of the phenomenon are presented. Last, but not least, countermeasures are suggested.

Η οστεοπόρωση αποτελεί την πιο συχνή μεταβολική διαταραχή των οστών που οδηγεί σε αυξημένη ευθραυστότητα αυτών και κατά συνέπεια σε χαμηλής ενέργειας κατάγματα. Τα συνηθέστερα οστεοπορωτικά κατάγματα συμβαίνουν στην περιοχή της πηχεοκαρπικής άρθρωσης, στους σπονδύλους καθώς και στο ισχίο, οστά δηλαδή στα οποία η αναλογία σπογγώδους και φλοιώδους οστού είναι συγκεκριμένη. Λόγω του μεγέθους του προβλήματος, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για την εκτίμηση της οστεοπόρωσης και κατ’ επέκταση τη πρόβλεψη του κινδύνου κατάγματος. Μια σειρά από διαφορετικές τεχνικές έχουν αναπτυχθεί για τη μέτρηση διαφόρων σκελετικών περιοχών ως μέσο για την εκτίμηση του κινδύνου κατάγματος. Η απορροφησιομετρία ακτίνων-Χ διπλής ενέργειας (DXA) είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται πιο συχνά για την διάγνωση της οστεοπόρωσης μέσω της εκτίμησης της οστικής πυκνότητας BMD. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, μόνο το 60% της διακύμανσης της οστικής αντοχής μπορεί να εξηγηθεί από τις διακυμάνσεις της επιφανειακής οστικής πυκνότητας. Στη συγκεκριμένη μελέτη σταθήκαμε κυρίως στην απορροφησιομετρία ακτίνων-Χ διπλής ενέργειας, στην περιφερική ποσοτική υπολογιστική τομογραφία (pQCT) και στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI). Κλινικές και πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού έχει το δυναμικό να είναι μια χρήσιμη μέθοδος για την μελέτη του σπογγώδους οστού. Το τεχνικό υπόβαθρο αυτής της μεθόδου μπορεί να εξηγηθεί από τις διαφορές της μαγνητικής επιδεκτικότητας στην διεπιφάνεια μεταξύ του σπογγώδους οστού και του μυελού των οστών, που οδηγούν σε χωρικές ανομοιογένειες του μαγνητικού πεδίου. Αυτές οι ανομοιογένειες έχουν ως αποτέλεσμα την εκτροπή της συμφασικότητας της εγκάρσιας μαγνήτισης. Αυτό οδηγεί στην μεταβολή της τιμής του Τ2* του μυελού του οστού. Η μεταβολή του Τ2* μαζί με τα χαρακτηριστικά αυτού του χρόνου χαλάρωσης παρέχουν πληροφορίες για την πυκνότητα και την δομή του περιβάλλοντος σπογγώδους οστικού πλέγματος (ms). Οι κύριοι στόχοι της παρούσας μελέτης ήταν: α) Ο προσδιορισμός της ικανότητας των μετρήσεων του ενεργού εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης Τ2* να επιτύχει διάκριση μεταξύ γυναικών με φυσιολογική ή οστεοπορωτική αρχιτεκτονική του σπογγώδους οστού. β) Η συσχέτιση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης Τ2* με τους δείκτες aBMD, vBMD και Trabecular Density που λαμβάνεται μέσω των εξετάσεων DXA και pQCT αντίστοιχα. γ) Η εκτίμηση της ακρίβειας των μετρήσεων του Τ2* μαγνητικού συντονισμού σε συγκεκριμένα τμήματα του ανθρώπινου σώματος με πρωτεύοντα στόχο την περιοχή της οσφυϊκής μοίρας και της κνήμης. Μετά από τη σχετική έγκριση των Επιτροπών Βιοηθικής και Έρευνας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν» και του Γ.Ν.Α. «ΚΑΤ», στη μελέτη μας συμμετείχαν 15 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες και 5 υγιείς, οι οποίες αποτέλεσαν την ομάδα ελέγχου. Όλες οι συμμετέχοντες πραγματοποίησαν τις εξετάσεις των pQCT κνήμης και οστικής πυκνότητας ΟΜΣΣ, στα ίδια συστήματα pQCT και DXA του Γ.Ν.Α. «ΚΑΤ». Έπειτα, για την διεξαγωγή της μαγνητικής τομογραφίας ΟΜΣΣ-κνήμης, οι 15 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες χωρίστηκαν σε δυο ομάδες. Η Α ομάδα αποτελούμενη από 9 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες, πραγματοποίησε την μαγνητική τομογραφία στον μαγνητικό τομογράφο του Ευγενίδειου Θεραπευτηρίου και αντίστοιχα, η Β ομάδα αποτελούμενη από 6 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες πραγματοποίησε την μαγνητική τομογραφία στον μαγνητικό τομογράφο του Π.Γ.Ν. «Αττικόν». Η ομάδα των 5 υγιών ατόμων, πραγματοποίησε την εξέταση και στα δυο συστήματα μαγνητικής τομογραφίας, ώστε να διερευνηθεί το κατά πόσον η ένταση του μαγνητικού πεδίου επηρεάζει τις παραμέτρους που επρόκειτο να υπολογιστούν. Για τον υπολογισμό της οστικής πυκνότητας της οσφυϊκής μοίρας, ελήφθησαν προσθοπίσθιες προβολές της ΟΜΣΣ και πιο συγκεκριμένα των οσφυϊκών σπονδύλων Ο1 – Ο4 και υπολογίστηκε τόσο η μέση τιμή BMD των Ο1 – Ο4, όσο και η τιμή BMD κάθε σπονδύλου ξεχωριστά. Επιπρόσθετα, σε κάθε ασθενή ελήφθησαν υπόψη τα στοιχεία που προκύπτουν από την μελέτη της τομής 4% του μήκους της κνήμης από την κάτω αρθρική επιφάνεια. Η τομή 4% παρέχει πληροφορίες για το σπογγώδες οστό και οι προτεινόμενες παράμετροι που συλλέχθηκαν ήταν η ογκομετρική πυκνότητα του σπογγώδους οστού (trabecular density) και η ολική πυκνότητα οστού (total density, vBMD). Στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, ελήφθησαν ακολουθίες πολλαπλών αντηχήσεων (multi echo) και πολλαπλών τομών (multi slice) για την μέτρηση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης T2* χωρίς καταστολή λίπους σε εγκάρσιο και στεφανιαίο επίπεδο. Εν συνεχεία, για την εκτίμηση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης T2 ελήφθησαν ανατομικές ακολουθίες Τ2 προσανατολισμού χωρίς καταστολή λίπους σε εγκάρσιο και στεφανιαίο επίπεδο. Στην κεντρική τομή που αντιστοιχεί στο 4% του μήκους της κνήμης από την κάτω αρθρική επιφάνεια καθώς και στις κεντρικές τομές των οσφυϊκών σπονδύλων Ο1 – Ο4, σχεδιάστηκαν οι περιοχές ενδιαφέροντος (ROI) σε όλες τις εικόνες διαφορετικών ΤΕ. Εν συνεχεία, με τη χρήση του λογισμικού IDL πραγματοποιήθηκε αλγόριθμος ανάλυσης Levenberg – Marquadt με τον οποίον έγινε ο υπολογισμός των χρόνων Τ2* και Τ2. Τα αποτελέσματα στην παρούσα μελέτη δείχνουν μια σημαντική θετική συσχέτιση των παραμέτρων οστικής πυκνότητας των περιοχών της ΟΜΣΣ και της κνήμης μεταξύ τους, (r= 0.76 – 0.86, p<0.05). Επιπρόσθετα, έγινε συσχέτιση όλων των παραμέτρων της οστικής πυκνότητας με την ηλικία των εξεταζόμενων γυναικών, όπου σημειώθηκαν ικανοποιητικές αρνητικές συσχετίσεις, (r= -0.66 - -0.73, p<0.05). Ακόμα, σημειώθηκε ικανοποιητική θετική συσχέτιση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης T2*, ιδιαίτερα για την περιοχή της κνήμης, με την ηλικία των εξεταζόμενων γυναικών (r= 0.59 – 0.67, p<0.05). Για το σύστημα των 3Τ, ο χρόνος Τ2* στην περιοχή της οσφυϊκής μοίρας ήταν μικρότερος στην ομάδα ελέγχου (4,9 ± 0,4 ms) σε σχέση με την ομάδα Β των μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών (5,5 ± 0,8 ms). Για τους χρόνους Τ2, η διαφοροποίηση φάνηκε να είναι πιο ξεκάθαρη, καθώς για την ομάδα ελέγχου, ο χρόνος Τ2 ήταν 65,7 ± 2,4 ms, ενώ για την ομάδα Β 84,7 ± 2,7 ms. Για τις μετρήσεις στην περιοχή της κνήμης, οι χρόνοι Τ2* που καταγράφηκαν ήταν 7,8 ± 0,6 ms για την ομάδα ελέγχου και 9,4 ± 0,4 ms για την ομάδα Β και την mFFE ακολουθία. Αντίστοιχα για την shortest ακολουθία οι χρόνοι χαλάρωσης ήταν 9,0 ± 0,5 ms και 10,8 ± 0,4 ms. Ωστόσο, η διαφορά στους χρόνους Τ2 των δυο ομάδων δεν επέτρεψε τον ασφαλή διαχωρισμό τους, με κριτήριο τον χρόνο αυτό. Για το σύστημα του 1.5 Τ, ο χρόνος Τ2* στην περιοχή της οσφυϊκής μοίρας ήταν μικρότερος στην ομάδα ελέγχου (14,0 ± 1,5 ms) σε σχέση με την ομάδα Γ των μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών (20,4 ± 1,2 ms). Αντιθέτως, τα αποτελέσματα των χρόνων Τ2, δεν προσέφεραν κάποιο ξεκάθαρο συμπέρασμα. Αναφορικά με τις μετρήσεις της κνήμης, παρατηρήθηκαν ικανοποιητικές διαφορές μεταξύ των χρόνων Τ2* των δυο ομάδων και για τις δυο ακολουθίες (mFFE και mFFE shortest). Οι χρόνοι που σημειώθηκαν ήταν 16,7 ± 1,2 ms για την ομάδα ελέγχου και 20,9 ± 1,7 ms για την ομάδα Γ και την mFFE ακολουθία. Αντίστοιχα, για την shortest ακολουθία οι χρόνοι χαλάρωσης ήταν 16,5 ± 1,2 ms και 20,6 ± 1,6 ms. Επίσης, η διαφορά των χρόνων Τ2 των δυο ομάδων ήταν ικανοποιητική, (91,6 ± 2,4 ms για την ομάδα Α και 99,0 ± 2,8 ms για την ομάδα Γ). Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη απέδειξε πως μέσω του φαινομένου της αποκατάστασης μαγνητικού συντονισμού και κατ’ επέκταση της μέτρησης των εγκάρσιων χρόνων αποκατάστασης (χαλάρωσης) T2* και T2, μπορούν να εκτιμηθούν μεταβολές της κατάστασης των οστών που σχετίζονται με την ηλικία και την οστική πυκνότητα, μεταξύ υγιών και μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών. / Osteoporosis is the most common metabolic bone disorder leading to increased fragility and consequently to low energy fractures. The most common osteoporotic fractures occur in the wrist joint, the vertebrae and the hip, i.e. bones in which the ratio of trabecular and cortical bone is specific. Because of the problem magnitude, there is great interest in assessing osteoporosis and hence the prediction of the fracture risk. A number of different techniques have been developed to measure different skeletal sites as a tool for assessing the fracture risk. The dual energy X-ray absorptiometry (DXA) is the most frequently used technique for the diagnosis of osteoporosis by evaluating the bone mineral density BMD. However, in reality, only 60% of the variation in bone strength can be explained by variations in areal bone density. In this study, we mainly stood in dual energy X-ray absorptiometry, peripheral quantitative computed tomography (pQCT) and magnetic resonance imaging (MRI). Clinical and experimental studies have shown that magnetic resonance imaging has the potential to be a useful method for the study of trabecular bone. The technical background of this method can be explained by the differences in the magnetic susceptibilities between the inter-surfaces of trabecular bone and bone marrow, leading to spatial inhomogeneities of the magnetic field. These inhomogeneities result in additional dephasing of transverse magnetization. The change in Τ2* together with the characteristics of this relaxation time, provide information on the density and structure of trabecular bone matrix (ms). The main objectives of this study were: a) To determine the ability of the active transverse relaxation time Τ2* measurements, to achieve discrimination between women with normal or osteoporotic trabecular bone architecture. b) The correlation of the transverse relaxation time Τ2* with aBMD, vBMD and Trabecular Density indicators, obtained through DXA and pQCT examinations, respectively. c) The assessment of Τ2* magnetic resonance measurements accuracy in certain parts of the human body, with primary target the area of lumbar spine and tibia. After the approval of Ethics and Research Committees of Attikon University Hospital and K.A.T. General Hospital, 15 postmenopausal women and 5 healthy, which formed the control group, participated in our study. All the participants performed the pQCT tibia and lumbar spine bone mineral density examinations, at the same pQCT and DXA systems of K.A.T. General Hospital. Then, for the magnetic resonance imaging examination conduct of lumbar spine – tibia, the 15 postmenopausal women were divided into two groups. The group A, consisting of 9 postmenopausal women, conducted the MRI examinations at the MRI scanner of Eugenedion Hospital and respectively, the group B, consisting of 6 postmenopausal women performed the MRI scans at the MRI scanner of Attikon University Hospital. The group of the 5 healthy subjects performed the examination in both magnetic resonance imaging scanners in order to investigate whether the magnetic field affects the parameters that were to be calculated. To calculate the BMD of the lumbar spine, anteroposterior views of the lumbar spine and more specifically of the lumbar vertebrae L1 - L4 were obtained. The mean BMD of L1 - L4 and the BMD for each vertebra separately, were calculated. Additionally, for each patient, the data resulting from the study of the section 4% of the tibia length from the lower articular surface were taken into account. The section 4% provides information on the trabecular bone and the proposed parameters which were collected were the volumetric density of the trabecular bone (trabecular density) and the total bone density (total density, vBMD). In magnetic resonance imaging, multiple echoes (multi echo) and multiple slices (multi slice) sequences were received for measuring the transverse relaxation time Τ2*, without fat suppression in transverse and coronal plane. Thereafter, for assessing the transverse relaxation time Τ2, Τ2 - weighted anatomical sequences were received, without fat suppression in transverse and coronal plane. In the central section corresponding to 4% of the tibia length from the lower articular surface and in the central sections of lumbar vertebrae L1 - L4, were designed regions of interest (ROI) in all different TE images. Then, using the IDL software, Levenberg - Marquadt analysis algorithm was held, in which Τ2* and Τ2 times were calculated. The results in this study show a significant positive correlation between the parameters of lumbar spine and tibia bone density, (r = 0.76 - 0.86, p <0.05). Additionally, there was correlation of all parameters of bone mineral density with the age of the examined women, where there were sufficient negative correlations, (r = -0.66 - -0.73, p <0.05). Still, there has been good correlation between the transverse relaxation time Τ2*, especially for the region of the tibia, with the age of the examined women (r = 0.59 - 0.67, p <0.05). For the system of 3T, the Τ2* time, in the lumbar spine, was lower in the control group (4,9 ± 0,4 ms) compared to the group B of postmenopausal women (5,5 ± 0,8 ms). For the Τ2 time, the differentiation seemed to be clearer, as for the control group, the Τ2 was 65,7 ± 2,4 ms, while for group B 84,7 ± 2,7 ms. For the tibia measurements, Τ2* times which were recorded, were 7,8 ± 0,6 ms for the control group and 9,4 ± 0,4 ms for group B and the mFFE sequence. Respectively, for the shortest sequence, relaxation times were 9,0 ± 0,5 ms and 10,8 ± 0,4 ms. However, the Τ2 time difference for the two groups, did not allow safe separation, based on this time. For the system of 1.5 T, the Τ2* time, in the lumbar spine, was lower in the control group (14,0 ± 1,5 ms) compared to the group C of postmenopausal women (20,4 ± 1,2 ms). In contrast, the Τ2 time results, did not offer a clear conclusion. Regarding the tibia measurements, there were seen satisfactory differences between the Τ2* times of the two groups, for both sequences (mFFE and mFFE shortest). The recorded times were 16,7 ± 1,2 ms for the control group and 20,9 ± 1,7 ms for group C, for the mFFE sequence. Respectively, for the shortest sequence the relaxation times was 16,5 ± 1,2 ms and 20,6 ± 1,6 ms. Also, the Τ2 time difference between the two groups was satisfactory, (91,6 ± 2,4 ms for group A and 99,0 ± 2,8 ms for group C). In conclusion, this study demonstrated that, through the phenomenon of magnetic resonance recovery and hence the measurement of the transverse recovery (relaxation) times Τ2* and Τ2, can assess changes in bone status related to age and bone mineral density, between healthy and postmenopausal women.

Η διπλωματική εργασία περιγράφει 2 τεχνικές οι οποίες αξιοποιούν το φαινόμενο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού προκειμένου να αναλύσουν τη χημική σύσταση του μαλακού ιστού και να απεικονίσουν τις ελαστικές ιδιότητές του. Οι τεχνικές αυτές ονομάζονται Φασματοσκοπία και Ελαστογραφία Μαγνητικού Συντονισμού αντίστοιχα και η εφαρμογή τους σε κλινικό επίπεδο προβλέπεται να πραγματοποιηθεί στα επόμενα δέκα χρόνια. Η εφαρμογή ενός πειράματος MR Φασματοσκοπίας επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες τόσο σε υπολογιστικό όσο και σε μηχανικό επίπεδο. Τα λάθη υπεισέρχεται από μια σειρά πηγές και αλλοιώνουν τα τελικά φάσματα, καθιστούν απαραίτητο τον ορισμό ενός πρωτοκόλλου μέσα από το οποίο θα ελέγχονται όλες οι παράμετροι που αξιολογούν την απόδοση της MR Φασματοσκοπίας. Στην εργασία παραθέτουμε ένα συγκεκριμένο πρωτόκολο ποιοτικού ελέγχου και ορίζουμε μια σειρά παραμέτρων η βελτιστοποίηση των οπίων αυξάνει την απόδοση των πειραμάτων in vivo φασματοσκοπίας πρωτονίου του ανθρώπινου εγκεφάλου. ΠΡος αυτό το σκοπό κατασκευάσαμε ένα ιατρικό ομοίωμα, στα πρότυπα άλλων ερευνητικών ομοιωμάτων το οποίο προσομοιώνει τις ανατομικές δομές της ανθρώπινης κεφαλής, αποτελούμενο από 3 ανεξάρτητα μέρη για την καλύτερη προσέγγιση των περιοχών του εγκεφαλονωτιαίου υγρού, του κρανίου και της ασθενούς περιοχής. Το ομοίωμα αυτό τοποθετήθηκε σε ένα σύστημα MRI 1.5T και τα αποτελέσματα των διαφόρων πειραμάτων επεξεργάστηκαν και αξιολογήθηκαν βάσει των παραμέτρων ποιοτικού ελέγχου για την εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων. Στην εργασία επίσης αναλύουμε μαθηματικά ένα απλό μοντέλο MR Ελαστογραφίας. Συγκεκριμένα, σε ένα σύστημα μαγνητικού τομογράφου Bo Tesla τοποθετούμε ένα ελλειπτικό 3Δ σώμα στο κέντρο των αξόνων, η μάζα του οποίου ακολουθεί κανονική κατανομή σε κάθε άξονα. Πραγματοποιώντας του μετασχηματισμούς Fourier κάτω από την επίδραση της ακουστικής ταλάντωσης συχνότητας Ω στον άξονα z μπορούμε να υπολογίσουμε τη σχέση που περιγράφει την τάση εξόδου και τη συνολική μαγνήτιση. Στη συνέχεια, πραγματοποιούμε την υπολογιστική απεικόνιση των μαθηματικών σχέσεων και εξάγουμε σημαντικά συμπεράσματα, τα οποία μας δείχνουν τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζονται τα εξαγόμενα αποτελέσματα υπό την παρουσία του ακουστικού κύματος. / The diploma thesis is divided in two sections. In the first part, we construct a medical phantom for the quality assessment of proton single-volume MR Spectroscopy and MR Spectroscopic Imaging of the human brain. The experiments were analyzed and lead to some important results on the localization issues of the spectroscopic procedure. Inb the second part of the thesis, we create a mathematical model of MR Elastography and we calculate the output of the experiment. More specifically, we apply an acoustic wave on a body inserted in a homogenous magnetic field and see the reaction that take place in the final images.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι η μελέτη και κατασκευή ενός διπλοσυντονιζόμενου μετατροπέα για την οδήγηση πιεζοηλεκτρικού κινητήρα οδεύοντος κύματος τύπου ultrasonic. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση των πιεζοηλεκτρικών κινητήρων, δηλαδή η αρχή λειτουργίας τους, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους καθώς και οι διαφορές τους σε σχέση με τους συμβατικούς ηλεκτροκινητήρες. Επίσης, γίνεται παρουσίαση των μετατροπέων συντονισμού που χρησιμοποιούνται σήμερα για την οδήγηση κινητήρων και τέλος προσομοιώνεται ο διπλοσυντονιζόμενος μετατροπέας με σκοπό να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται η μελέτη για την κατασκευή του διπλοσυντονιζόμενου μετατροπέα με τα χαρακτηριστικά που επιλέξαμε, καθώς επίσης και το κύκλωμα παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε. Ο μετατροπέας αποτελείται από δύο ημιγέφυρες, οι οποίες οδηγούνται από ειδικό για το σκοπό αυτό ολοκληρωμένο. Στην έξοδο των δύο ημιγεφυρών έχουν τοποθετηθεί πυκνωτές και πηνία για τη δημιουργία του κυκλώματος συντονισμού. Ο μετατροπέας που κατασκευάστηκε προσφέρει μεγάλο εύρος ρύθμισης των στροφών του πιεζοηλεκτρικού κινητήρα, μεγάλη περιοχή ελέγχου ως προς τη συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα λόγω της μεγάλης γραμμικής περιοχής ανάμεσα στις συχνότητες συντονισμού, καθώς και τη δυνατότητα δεξιόστροφης αλλά και αριστερόστροφης κίνησης. / The object of the present diploma study, which was elaborated in the Laboratory of Electromechanical Energy Transformation in University of Patras, was the design and construction of a LLCC resonant inverter for a Travelling Wave Ultrasonic Motor (TWUM) drive. Initially, there is a presentation of the piezoelectric motors, their advantages and disadvantages and their differences in comparison with the conventional electric motors. Also, a presentation of the resonant inverters used for driving ultrasonic motors and finally, the LLCC resonant inverter is simulated so as to extract useful conclusions about its behavior. Furthermore the development and construction process of an experimental LLCC resonant inverter is described. Special care has been taken in the dimentioning of the resonant capacitors and inductions. The final circuit consists of two half – bridges, which are driven by a FPGA. The constructed inverter provides a wide driving range of the piezoelectric motor, a large control area according to the functional frequency of the motor, due to the large linear area between the two resonant frequencies, as well as the ability of both right and left rotation.

The study of pulsatile flow through a stenosis is motivated by the need to obtain a better understanding of the impact of flow phenomena on atherosclerosis and stroke. MRI techniques have been employed to characterize flow emerging from a stenosis and non-stenotic tube. Detection and quantification of stenosis, serve as the basis for surgical intervention. In the future, the study of arterial blood flow will lead to the prediction of individual hemodynamic flows in any patient, the development of diagnostic tools to quantify disease, and the design of devices that mimic or alter blood flow. Blood flow and pressure are unsteady. The cyclic nature of the heart pump creates pulsatile conditions in all arteries. The heart ejects and fills with blood in alternating cycles called systole and diastole. Blood is pumped out of the heart during systole. The heart rests during diastole, and no blood is ejected. Pressure and flow have characteristic pulsatile shapes that vary in different parts of the arterial system. The experiments demonstrate that stenotic pulsatile flow exhibit flow disturbance phenomena which deviate the flow from the laminar behavior. In vitro measurements can simulate blood flow to a satisfactory degree, under various assumptions for flow. In this study, estimation of various hemodynamic parameters, are achieved by means of a flow phantom. The phantom can simulate pulsatile blood flow in arterial system, in our case blood flow in carotid artery. The phantom consists of an one-headed positive displacement diaphragm pump, driven by an electrocardiogram (ECG) generator, with the tube, creating a closed circuit. Within the circuit, water (as blood mimicking fluid) is driven, simulating blood flow. We studied the flow using velocity-encoded MR phase contrast sequences. Phase contrast angiography relies on dephasing the moving spins submitted to a bipolar gradient. For a bipolar gradient of a given intensity and time, the moving spins will dephase in proportion to their velocity. Similar to spatial encoding in the phase direction, the possible phase values range from – π to + π. Beyond this range of values, aliasing occurs, causing poor velocity encoding. The encoding gradient characteristics are thus defined in order to encode flows within a certain velocity range from -Venc to +Venc to be determined by the user. Any velocity outside this range will be poorly encoded (similar to what happens in pulsed and color Doppler with PRF). The present work refers to blood flow estimation by means of Magnetic Resonance Imaging. The MR imaging system used, is a 1.5 Tesla scanner (Intera 1.5T, Philips Medical Systems, Best, the Netherlands) of Attikon Hospital (Second Department of Radiology). CT imaging system is a Philips Brilliance 64, used to assess the percentage of the stenosis. The experimental set up consists of a flow phantom, simulating blood flow through blood vessels under chosen conditions. Gradient echo (phase contrast) sequences used, precisely: SQ flow and QFP sequences. MR phasecontrast technique quantifies and displays flow velocities in real times. The sequence uses a two-dimensional selective radiofrequency pulse followed by flow-sensitizing gradients with an echo planar readout. It provides the simultaneous display in real time of both an anatomic image for positioning and the through plane flow-velocity data. By controlling scan position and orientation interactively, one can optimize flow signal. The retrospective search of measurements is carried out with the database of a software used, called EVORAD. The software of the workstation automatically provided the following parameters: ROI area (cm2), vessel lumen diameter (cm), blood volume flow (ml/s), mean and maximum blood flow velocities (cm/s). The LOIs in respective, used for velocity profiles determination, were acquired by ImageJ software, by similar procedure at vertical and horizontal direction on the lumens’ plane perpendicular to the flow. Two different geometries were used: a PVC tube mimicking a healthy carotid artery of 6mm internal diameter and a stenotic glass tube to simulate arterial pathology, of 8mm internal diameter. Considering the non-stenotic PVC tube, VFR values are estimated volumetrically (for various bpm and pump output values) and via MRI (for straight and inclined position). VFR values are then compared. MR maximum velocity values are estimated too, and velocity profiles are plotted. The procedure is similar in the case of the stenotic glass tube, for various (bpm and PO; pump output) and at intervals of 1cm across the stenosis reaching 4cm upstream and downstream. In the sequence of estimation, percentage of stenosis follows; estimated from both MRI and CT scans. Finally, variation of pressure and SNR in order to assess the signal loss due to stenosis are estimated. Accounting for the non stenotic tube: The first significant issue to mention, is the greatest cv (correlation of variation) values at lower VFR values (measured at 10%pump output and pressure of 2,5b), among all VFR values for both 60 and 75 bpm, and the greatest std values noticed at the greatest VFRs (60%, 4.6b). VFR values are indeed greater at 75 bpm compared to those at 60 bpm, as expected. Values show no stable relevance between VFR and pump output. There are differences in VFR values from the inclined position, statistically significant, in cases of 5% for both 60,75bpm. Statistical differences (at 5% statistical significance), are noticed between volumetric measurements versus MRI extracted values as compared above, between SQflow and QFP sequences (60/20). VFR values comparison between volumetric and MRI measurements, show statistical differences. Concerning Vmax values from ROIs and LOIs V,H: there are statistical differences in 5, 10%PO, for both 60, 75bpm, indicating higher values in straight position. Concerning Vmax values extracted from MRI ROIs and LOIs V&H: there are statistically significant differences in cases of 5,10% PO, at both 60,75bpm, leading to greater values at straight position. In the case of stenotic tube: Comparison, of VFR values at 75, 120 bpm, result in higher flow at the exit of the stenosis (49.16%, 80.14%). In the vicinity of stenosis (± 1cm), VFR is almost stable in the case of 120 bpm (0,74%), whereas the highest variation is noted at 75 bpm (133,9%). The highest VFR value intrastenotic is noted at 120 bpm (2,06ml/s). As flow increases, VFR variation is noted more distal to the stenosis. Percentage comparison indicate that greater variations for 60,75, 120bpm are noted in the vicinity of stenosis (±1cm), whereas for 100bpm at ±3cm. Considering Vmax extracted values at 4cm post stenosis in all cases of pulsatility are higher than the respective values 4cm pre stenosis. At the neck of the stenosis extracted values are indeed high as expected, since laminar flow persists across the stenosis. The highest Vmax value among all intra-stenotic values, appears at 60 bpm. As pump flow rate increases, maximum value occurs most post along stenosis. Post stenosis variations are expected to be higher at higher pulsatility. Vertical LOIs result in higher R squared values. In lower flow (corresponding to lower pulsatility 60,75bpm as mentioned above), parabolic profiles as noted pre and post stenosis (2cm,1cm pre and 4cm post). For higher flow, (100,120bpm), parabolic profiles are depicted post stenosis (2-4cm) and in the neck of stenosis for 100bpm. Severity of stenosis is calculated as the percentage rate of Vmax upstream or downstream the stenosis to the intrastenotic Vmax, minus the unity. The pump output is set up to 10%, flow rate ranges from 60 to 120 bpm. Calculations account for Vmax values from both ROIs and LOIs (V,H). Measurements from CT scan are also acquired (gold standard) for comparison. Due to turbulence, Xpre values are considered as more reliable. Better agreement for stenosis estimations to ROIs are acquired: in low flow from LOIsV, whereas at higher flow by LOIsH. Overall, values extracted by MR at 60 bpm imply a stenosis of 46% (LOIsH), 98% (LOIsV) and 93% (ROIs), whereas CT scans estimations lead to 90.2% using diameter stenosis and 99% using area stenosis. The LOIsH expectedly underestimate the percentage of stenosis. CT value of 99% is the exact value, that result by the relationship described in Ota et al.(2005) study: A=D*[2-(D/100)], where D=0,902 is the “diameter stenosis”. ΔP values at 60 and 100bpm, exceed the respective at 75, 120 bpm. In Vmax values, higher intrastenotic values were noted at those pulsatilities, indicating higher pressure energy loss converted to kinetic energy. Calculations of ΔP, a value of 4 is used for K factor and Vmax values are calculated in m/s in the neck of the stenosis. Calculations from linear and elliptical ROIs were made. By the same reasoning as before, we assume that the value of 15.92mmHg found at 60bpm from ROIs is the most reliable. A second calculation of ΔP by means of K=4.9 lead to higher values of 5.1%. Signal to noise ratio as indicative of the loss of signal as fluid flows along the stenosis. Rectangular ROIs are designed upstream and downstream the stenosis, thus SNR values: upstream the stenosis, are higher in contrast to all respective values downstream. Calculations lead to values of: 54.15% (60bpm), 71.08% (75bpm), 68.7% (100bpm) and 72.63% for 120 bpm. The highest loss is depicted at 120 bpm, and in descending order at 75, 100 and 60 bpm. There are certain factors that are limiting when it comes to comparing the executed study to clinical flow measurements, many of which are connected to properties of the pump and phantom used. At very low pump output as used, there was instability at several times. On the other hand at high PO the pressure reached maximum value (manometer) and was thus avoided. The PO values of 5, 10, 20% are quite lower than that usually found in patients. Thus, a direct comparison to in vivo values would be invalid. The tube in the phantom differs from that of a blood vessel as it is rigid, tube wall consists of PVC or glass, and BMF has different relaxation properties than those found in vivo. Furthermore, the size of the phantom used is much smaller than that of an actual patient, which can lead to a significant divergence in susceptibility variations in scanned material. Consequently, optimal future projects should include scanning faster flow, higher PO, higher magnitude of 3T, different sequences and modalities (various stenoses, oblique positions, blood mimicking fluids, different vessel walls; to more closely mimic in vivo conditions and to reduce the influence of partial volume effects) and a comparison among different techniques as ultrasound, computed tomography CT. Turbulence in flow is crucial for comprehension and interpretation of the flow across a stenosis. Hence, complete understanding of the interrelationship between pressure, flow, and symptoms for cardiovascular stenoses is a critical problem. New devices to repair stenotic arteries are continuously being developed. Thus fluid mechanics will continue to play an important role in the future diagnosis, understanding, and treatment of cardiovascular diseases. / Η μελέτη της παλμικής ροής μέσω στένωσης, υπαγορεύεται υπό την ανάγκη να υπάρξει βαθύτερη κατανόηση των επιπτώσεων των φαινομένων ροής σε περιπτώσεις αθηροσκλήρωσης και εγκεφαλικού επεισοδίου. Οι τεχνικές μαγνητικής τομογραφίας χρησιμοποιούνται για να χαρακτηρισθεί η ροή που εξέρχεται από μια στένωση και από μη στενωμένα αγγεία. Η ανίχνευση και η ποσοτικοποίηση της στένωσης χρησιμεύουν ως βάση στις επεμβατικές θεραπείες. Μελλοντικά, η μελέτη της αρτηριακής ροής του αίματος θα οδηγήσει στην πρόβλεψη των μεμονωμένων αιμοδυναμικών παραμετρων ροής για κάθε ασθενή, την ανάπτυξη διαγνωστικών εργαλείων για την ποσοτικοποίηση της νόσου, και τη σχεδίαση συσκευών που μιμούνται και δύναται να τροποποιήσουν τη ροή του αίματος. Η ροή του αίματος και η πίεση του είναι ασταθείς. Η κυκλική φύση της άντλησης αίματος μέσω της καρδιάς μεταδίδει παλμικές συνθήκες ροής σε όλες τις αρτηρίες. Η καρδιά εξωθεί και γεμίζει με αίμα σε εναλλασσόμενους κύκλους που ονομάζονται συστολή και διαστολή αντίστοιχα. Αίμα αντλείται από την καρδιά κατά τη διάρκεια της συστολής. Η καρδιά αδρανεί κατά τη διαστολή, και δεν εξωθεί αίμα. Η πίεση και η ροή έχουν χαρακτηριστικές παλμικού σχήματος κυματομορφές που διαφέρουν στα διάφορα τμήματα του αρτηριακού συστήματος. Μελέτες υποδεικνύουν ότι η παλμική ροή μέσω στένωσης, παρουσιάζει φαινόμενα διαταραχής, ώστε η ροή τελικά να αποκλίνει από τη στρωτής συμπεριφοράς ροή. In vitro μετρησεις μπορούν να προσομοιάσουν τη ροή του αίματος σε ικανοποιητικό βαθμό, υπό την προυπόθεση διαφόρων προσεγγίσεων. Στην παρούσα εργασία η εκτίμηση των παραμέτρων ρόης γίνεται μέσω ομοιώματος. Το ομοίωμα μπορεί να προσομοιώσει την παλμική ροή αίματος στο αρτηριακό σύστημα, στην περίπτωσή μας στην καρωτιδική αρτηρία. Το ομοίωμα αποτελείται από μία βάση με αντλία διαφράγματος, “οδηγούμενη” από μία γεννήτρια συσκεύη ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ΗΚΓ), δημιουργώντας ένα κλειστό κύκλωμα διαμέσω σωλήνα. Εντός του κυκλώματος, το νερό (όπως το αίμα), οδηγείται, προσομοιώνοντας την αιματική ροή. Μελετήσαμε τη ροή χρησιμοποιώντας ακολουθίες MR αντίθεσης φάσης. Η αγγειογραφία αντίθεσης βασίζεται σε αποσυμφασικοποίηση των κινούμενων spin, τα οποία υποβάλλονται σε διπολικό gradient (βαθμίδωση). Για μια διπολική βαθμίδωση δεδομένης έντασης και χρόνου, τα κινούμενα spin θα αποσυμφασικοποιούνται σε αναλογία με την ταχύτητά τους. Παρόμοιως με τη διαδικασία χωρικής κωδικοποίησης στην κατεύθυνση φάσεως, οι πιθανές τιμές φάσης κυμαίνονται μεταξύ - π και + π. Εκτός αυτού του εύρους τιμών, συμβαίνει aliasing, προκαλώντας κακή κωδικοποίηση ταχύτητας. Τα χαρακτηριστικά βαθμίδας κωδικοποίησης, καθορίζονται επομένως προκειμένου να κωδικοποιηθούν οι ροές εντός μίας ορισμένης περιοχής ταχύτητος από -Venc έως +Venc, όπως θα καθοριστούν από τον χειριστή. Κάθε ταχύτητα εκτός αυτού του εύρους θα κωδικοποιείται λανθασμένα (όπως συμβαίνει σε παλμικό και έγχρωμο Doppler με PRF). Η παρούσα εργασία, αναφέρεται στην εκτίμηση της ροής του αίματος με τη βοήθεια της μαγνητικής τομογραφίας. Το MR σύστημα απεικόνισης που χρησιμοποιείται, είναι το 1,5 Tesla (Intera 1.5T, Philips Medical Systems, Best) του Αττικού Νοσοκομείου (Β’ Τμήμα Ακτινολογίας). Το CT σύστημα απεικόνισης είναι το 64 Brilliance Philips, το οποίο χρησιμοποιείται για να εκτιμηθεί το ποσοστό της στένωσης. Η πειραματική διάταξη αποτελείται από ένα ομοίωμα ροής, που μιμείται τη ροή του αίματος μέσω των αγγείων κάτω από επιλεγείσες συνθήκες. Οι ακολουθίες (αντίθεσης φάσης) που χρησιμοποιούνται, είναι οι: SQ ροής και η ακολουθία QFP. Η MR τεχνική αντίθεσης φάσης ποσοτικοποιεί και παρουσιάζει ταχύτητες ροής σε πραγματικούς χρόνους. Η αλληλουχία χρησιμοποιεί ένα δισδιάστατο παλμό ραδιοσυχνότητας επιλογής, ακολουθούμενο από κλίσεις ευαισθητοποίησης ροής με μία ηχώ κατά το επίπεδο αναγνώσης. Παρέχει ταυτόχρονη απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο μίας ανατομικής εικόνας αλλά και επίπεδο (εικόνα) δεδομένων ταχύτητας ροής. Με τη ρύθμιση της θέσης και του προσανατολισμού σάρωσης διαδραστικά, μπορεί κανείς να βελτιστοποιήσει το σήμα ροής. Η αναδρομική αναζήτηση των μετρήσεων πραγματοποιείται από τη βάση δεδομένων ενός λογισμικού, ονόματι EVORAD. Το λογισμικό του σταθμού εργασίας παρέχει αυτόματα τις ακόλουθες παραμέτρους: εμβαδόν περιοχής ενδιαφέροντος ROI (cm2), εμβαδόν διατομής αγγείου (cm), παροχή (ml / s), μέσες και μέγιστες ταχύτητες ροής του αίματος (cm / s). Οι γραμμές ενδιαφέροντος LOIs ,προς εκτίμηση των προφιλ ταχύτητας, αντίστοιχα σχεδιάστηκαν στο ImageJ λογισμικό, (κατά την κατακόρυφη και οριζόντια κατεύθυνση, στο επίπεδο του αυλού κάθετα προς τη ροή), και οι μετρήσεις εξάχθηκαν με παρόμοια διαδικασία. Δύο διαφορετικές γεωμετρίες χρησιμοποιήθηκαν: ένα αγγείο από PVC που μιμείται μία υγιή καρωτιδική αρτηρία και ένα στενωμένο γυάλινο αγγείο για την προσομοίωση αρτηριακής παθογένειας. ‘Oσον αφορά το μη στενωμένο PVC αγγείο, η παροχή εκτιμάται ογκομετρικά (για διάφορες τιμές παλμικότητας και τιμές κλάσματος εξόδου της αντλίας) αλλά και μέσω μαγνητικής τομογραφίας (σε ευθεία και κεκλιμένη θέση). Οι VFR τιμές έπειτα συγκρίνονται. Οι MR τιμές μέγιστης ταχύτητας εκτιμήθηκαν επίσης, και απεικονίζονται με προφίλ ταχύτητας. Η διαδικασία είναι παρόμοια για την στενωτικό γυάλινο αγγείο (για διάφορες τιμές παλμικότητας και τιμές κλάσματος εξόδου της αντλίας),σε διαστήματα του 1 εκατοστού, φθάνοντας 4 εκατοστά εκατέρωθεν της στένωσης. Στην σειρά εκτιμήσεων ακολουθεί το ποσοστό της στένωσης. Εκτιμάται τόσο από μαγνητική όσο και αξονική τομογραφία. Τέλος, η μεταβολή της πιέσεως και το κλάσμα σήματος προς θόρυβο, προκειμένου να αξιολογηθεί η απώλεια σήματος λόγω στένωσης. Αναφορικά με το μη στενωμένο αγγείο: Το πρώτο σημαντικό ζήτημα να αναφέρουμε, είναι οι μεγαλύτερες τιμές του συντελεστή συσχέτισης σε χαμηλά VFRs (Κ.Ε 10% και πίεση 2,5 b), σε 5% ΚΕ, τόσο για 60 όσο και 75 bpm,αλλά και οι μεγαλύτερες τιμές τυπικής απόκλισης στις μεγαλύτερες τιμές VFR (60%, 4.6b). Οι VFR τιμές είναι πράγματι μεγαλύτερες σε 75 bpm σε σύγκριση με εκείνες στις 60 bpm, όπως αναμενόταν. Οι τιμές, δεν δείχνουν σταθερή σχέση μεταξύ VFR και εξόδου της αντλίας (Κ.Ε). Υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές στις τιμές VFR από την κεκλιμένη θέση, στις περιπτώσεις σύγκρισης με οριζόντια θέση. Σημαντικές στατιστικές διαφορές (στο 5% στατιστικής σημασίας), παρατηρούνται και μεταξύ ογκομετρικών και MRI μετρήσεων, αλλά και μεταξύ των SQflow και QFP ακολουθιών (60/20). Οι VFR τιμές δεν συσχετίζονται κατ 'ανάγκην με τις τιμές Vmax, αλλά με τις Vmean. Όσον αφορά τις τιμές Vmax που προέρχονται από τα MRI ROIs και LΟΙs V&Η: υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές στις περιπτώσεις με 5,10% ΡΟ (Κ.Ε), για 60 και 75 bpm, με τιμές υψηλότερες για οριζόντια θέση του αγγείου. Στην περίπτωση στενωμένου αγγείου: Σύγκριση, των τιμών VFR στα 75, 120 bpm, δίνει υψηλότερη ροή στην έξοδο της στένωσης (49.3%, 80%). Στην περιοχή της στένωσης (± 1cm), VFR τιμές είναι σχεδόν σταθερές στην περίπτωση των 120 bpm (0,74%), ενώ η υψηλότερη μεταβολή σημειώνεται στα 75 bpm (133,9%). Η υψηλότερη τιμή εντός της στένωσης VFR σημειώνεται στα 120 bpm (2,06 ml / s). Καθώς αυξάνει η ροή, οι VFR μεταβολές σημειώνονται πιο μακριά (μετά) από τη στένωση. Τα ποσοστά συγκρίσης δείχνουν ότι οι μεγαλύτερες μεταβολές για 60,75, 120 bpm σημειώνονται στην περιοχή της στένωσης (± 1 cm), ενώ για τα 100bpm σε ± 3cm. Όσον αφορά τις τιμές Vmax όπως εξάγονται 4 εκατοστά μετά την στένωση, σε όλες τις περιπτώσεις παλμικότητας είναι υψηλότερες από τις αντίστοιχες 4 εκατοστά πριν από την στένωση. Αυτό μπορεί να υποδηλώνει την εμμονή του jet ροής στα 4 εκατοστά. Στο λαιμό της στένωσης οι τιμές όπως αναμένεται είναι μέγιστες, εφόσον παραμένει στρωτή ροή εντός της στένωσης. Η υψηλότερη τιμή Vmax μεταξύ όλων των εντός της στένωσης τιμών, εμφανίζεται σε 60 bpm. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα ροής της αντλίας, η μέγιστη τιμή εμφανίζεται αργότερα κατά μήκος της στένωσης. Μετά τη στένωση, οι μεταβολές αναμένεται να είναι υψηλότερες σε υψηλότερη παλμικότητα. Τα κάθετα Lois δίνουν υψηλότερες τιμές R2 συντελεστή διαφοροποίησης. Στην κατώτερη ροή (που αντιστοιχεί σε μικρή παλμικότητα 60,75 bpm όπως αναφέρθηκε παραπάνω), παραβολικά προφίλ παρουσιάζονται πριν και μετά την στένωση (2 εκατοστά, 1 εκατοστό πριν και 4 εκατοστά μετά). Σε υψηλότερη ροή, (100,120 bpm), τα παραβολικά προφίλ απεικονίζονται μετά τη στένωση (2-4cm) και στο λαιμό της στένωσης για 100bpm. Η σοβαρότητα της στένωσης υπολογίζεται ως ο ποσοστιαίος λόγος τών τιμών Vmax πριν ή μετά τη στένωση, προς την τιμή της Vmax εντός της στένωσης, αφαιρούμενο από τη μονάδα. Η έξοδος της αντλίας είναι ρυθμισμένη στο 10%, ενώ οι τιμές του ρυθμού ροής κυμαίνοται από 60 έως 120 bpm. Υπολογισμοί των Vmax τιμών γίνονται μέσω ελλειπτικών και γραμμικών περιοχών ενδιαφέροντος. Μετρήσεις παρουσιάζονται επίσης από την αξονική τομογραφία (gold standard) προς σύγκριση. Δεδομένου ότι οι τιμές ταχύτητας μετά τη στένωση είναι λιγότερο αξιόπιστες (λόγω στροβιλισμών), οι Xpre υπολογισμένες τιμές μπορεί να θεωρηθούν αντίστοιχα περισσότερο αξιόπιστες. Καλύτερη συμφωνία (για τις εκτιμήσεις στένωσης) συγκριτικά με τα ROIs αποκτώνται: σε χαμηλή ροή από LOIsV, ενώ σε υψηλότερες ροή από LOIsH. Συνολικά, οι τιμές που προέρχονται από 60 bpm συνεπάγονται μια στένωση του 46% (LOIsH), 98% (LOIsV) και 93% (ROIs), ενώ οι αξονικής τομογραφίας εκτιμήσεις δίνουν 90,2% μέσω στένωσης διαμέτρου και 99% μέσω στένωσης εμβαδού. Η τελευταία, είναι ακριβώς η τιμή που προκύπτει από τη σχέση που περιγράφεται στην μελέτη των Ota et al (2005): Α = D * [2 -(D/100)], όπου D = 0.902 ως εκτιμώμενη μέσω διαμέτρου στένωση. Οι ΔΡ τιμές στα 60 και 100bpm, υπερβαίνουν τις αντίστοιχες σε 75, 120 bpm. Vmax τιμές, υψηλότερες τιμές εντός της στένωσης, παρατηρήθηκαν σε αυτές τις παλμικότητες, δείχνοντας μεγαλύτερη απώλεια ενέργειας πίεσης και μετατροπή αυτής σε κινητική. Οι διακυμάνσεις της πίεσης, σε χαμηλότερες παλμικότητες, ΔΡ είναι πράγματι υψηλότερες. Για τον υπολογισμό των τιμών ΔΡ, η τιμή 4 χρησιμοποιείται για Κ παράγοντα και σαν Vmax τιμές θεωρούνται σε m / s οι τιμές στο λαιμό της στένωσης. Με την ίδια λογική όπως και πριν, υποθέτουμε ότι η τιμή του 15.92mmHg βρέθηκαν σε 60bpm από ROIs είναι η πιο αξιόπιστη. Ένας δεύτερος υπολογισμός του ΔΡ μέσω του Κ = 4,9 οδηγούν σε υψηλότερες τιμές του 5,1%. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο υπολογίστηκε ως δείκτης της απώλειας σήματος όταν ρευστό ρέει κατά μήκος της στένωσης,. Ορθογώνια ROIs έχουν σχεδιαστεί πριν και μετά τη στένωση, έτσι SNR τιμές: πριν της στένωσης είναι υψηλότερα σε αντίθεση με όλες τις αντίστοιχες τιμές μετά. Οι υπολογισμοί οδηγούν σε τιμές: 54,15% (60bpm), 71,08% (75bpm), 68,7% (100bpm) και 72,63% για 120 bpm. Η μεγαλύτερη απώλεια εμφανίζεται στα 120 bpm,όπως αναμένεται και σε φθίνουσα σειρά σε 75, 100 και 60 bpm. Υπάρχουν ορισμένοι παράγοντες που περιορίζουν όταν πρόκειται να συγκριθεί η μελέτη με κλινικές μετρήσεις ροής, πολλοί από τους οποίους είναι συνδεδεμένοι με τις ιδιότητες της χρησιμοποιούμενης διάταξης (αντλία και ομοίωμα). Σε πολύ χαμηλά κλάσματα εξώθησης της αντλίας, υπήρχε μεταβλητοτητα των αποτελεσμάτων (κακή επαναληψιμότητα) σε μετρήσεις όταν επαναλήφθηκαν αρκετές φορές. Από την άλλη πλευρά σε υψηλό Κ.Ε η πίεση έφθανε στη μέγιστη κλίμακα (μανόμετρου) και, επομένως, αποφεύχθηκε. Οι τιμές Κ.Ε των 5, 10, 20% είναι αρκετά μικρότερες από εκείνες που συνήθως βρίσκονται σε κλινικό περιβάλλον. Έτσι, μια άμεση σύγκριση με in vivo τιμές θα είναι άτοπη. Το αγγείο ομοίωμα διαφέρει από ένα αιμοφόρο αγγείο, αφού το τοίχωμά του είναι άκαμπτο, με υλικό από PVC ή γυαλί, και το ρευστό που μιμείται το αίμα BMF έχει διαφορετικούς χρόνους χαλάρωσης. Επιπλέον, το μέγεθος του χρησιμοποιούμενου ομοιώματος είναι πολύ μικρότερο από εκείνο ενός πραγματικού ασθενή, και μπορεί να οδηγήσει σε μια σημαντική απόκλιση από τις παραλλαγές επιδεκτικότητας σε σαρωμένα υλικά. Συμπερασματικά, μελλοντικά πιο ολοκληρωμένες μελέτες, πρέπει να περιλαμβάνουν μέτρηση ταχύτερης ροής, υψηλότερων Κ.Ε, υψηλότερης έντασης μαγνητικό πεδίο 3Τ, διαφορετικές ακολουθίες και διαδικασίες (στενώσεις, επικλινείς θέσεις, BMFs, αγγεία από διαφορετικά υλικά, ώστε να μιμούνται καλύτερα τις in νίνο συνθήκες και να μειώνουν την επιρροή του φαινομένου μερικού όγκου), ίσως επίσης σύγκριση μεταξύ των διαφόρων τεχνικών, όπως υπερηχογράφημα, αξονική τομογραφία CT. Η διαταραχή στη ροή είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση και την ερμηνεία της ροής σε μια στένωση. Ως εκ τούτου, η πληρέστερη κατανόηση της αλληλεξάρτησης μεταξύ πίεσης, ροής, και των συμπτώματων των καρδιαγγειακών στενώσεων, παραμένει ένα κρίσιμο κλινικό θέμα. Οι νέες εφαρμογές για την αποκατάσταση στένωσης των αρτηριών είναι σε στάδιο συνεχούς ανάπτυξης. Η ρευστομηχανική θα εξακολουθήσει λοιπόν να παίζει σημαντικό ρόλο στη μελλοντική διάγνωση, την κατανόηση, και τη θεραπεία των καρδιαγγειακών παθήσεων.

Η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και της συμπεριφοράς εδαφικών και βραχωδών σχηματισμών επιτυγχάνεται συχνά με τη μέθοδο των ενέσεων. Οι ενέσεις εμποτισμού είναι ο παλαιότερος τύπος ενέσεων που αναπτύχθηκε, είναι, οι συχνότερα χρησιμοποιούμενες, έχουν το ευρύτερο φάσμα εφαρμογών και διακρίνονται σε αιωρήματα και χημικά διαλύματα. Τα πιο γνωστά αιωρήματα και διαλύματα είναι αυτά του τσιμέντου και του πυριτικού νατρίου. Τα αιωρήματα έχουν χαμηλό κόστος και είναι αβλαβή για το περιβάλλον, όμως έχουν περιορισμένο πεδίο εφαρμογής που φθάνει μέχρι τις χονδρόκοκκες άμμους. Αντίθετα, τα διαλύματα μπορούν να εμποτίσουν μέχρι και λεπτόκοκκες άμμους ή και χονδρόκοκκες ιλύες, όμως έχουν σημαντικά υψηλότερο κόστος και, μερικά από αυτά, είναι επιβλαβή για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Για τους λόγους αυτούς γίνεται προσπάθεια να αντικατασταθούν τα χημικά διαλύματα με αβλαβή για το περιβάλλον αιωρήματα που να έχουν το ίδιο πεδίο εφαρμογής. Η προσπάθεια αυτή οδήγησε στην ανάπτυξη των αιωρημάτων λεπτόκοκκων τσιμέντων, με τα πρώτα προϊόντα να εμφανίζονται στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Με την πάροδο του χρόνου, αναπτύχθηκε ένας σχετικά μικρός αριθμός λεπτόκοκκων τσιμέντων που διατίθενται στην αγορά και έχουν κόστος εφαρμογής μεταξύ του κόστους των κοινών τσιμέντων και του κόστους των χημικών διαλυμάτων. Κατά την τελευταία δεκαετία, παρατηρείται διεθνώς αυξημένο ενδιαφέρον για τη δημιουργία και την τεκμηρίωση των ιδιοτήτων νέων λεπτόκοκκων υλικών, με χαμηλότερο κόστος, για χρήση σε ενέσεις τύπου αιωρήματος. Για τις ανάγκες της εργαστηριακής διερεύνησης χρησιμοποιήθηκαν τρείς τύποι τσιμέντου. Ένα βιομηχανοποιημένο τσιμέντο, ένα καθαρό τσιμέντο Portland και ένα σύνθετο τσιμέντο Portland. Τα δύο τελευταία τσιμέντα, λειοτριβήθηκαν ώστε να προκύψει μία επιπλέον κοκκομετρική σύνθεση από το κάθε ένα με μέγιστο μεγέθος κόκκων 40μm. Ως εδάφη για την παραγωγή εμποτισμένων δοκιμίων, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικής κοκκομετρικής διαβάθμισης ασβεστολιθικές άμμοι και μια χαλαζιακή άμμος Ottawa, με συντελεστές ομοιομορφίας, Cu, κυμαινόμενο μεταξύ 1.20 και 1.46 και χαρακτηριστικό μέγεθος κόκκων, d10, κυμαινόμενο από περίπου 0.3mm έως περίπου 2.0mm. Η έρευνα που εκτελέστηκε και αποτελεί το αντικείμενο αυτής της διατριβής περιλαμβάνει, αρχικά, την τεκμηρίωση των βασικών ιδιοτήτων των αιωρημάτων των τσιμέντων, με δοκιμές εξίδρωσης και ιξωδομέτρησης και τον εργαστηριακό έλεγχο της ενεσιμότητάς τους με δοκιμές εισπίεσης σε μικρά δοκίμια. Τα αποτελέσματα αυτής της διερεύνησης οδήγησαν στον προσδιορισμό του πεδίου εφαρμογής των αιωρημάτων και στη διαμόρφωση του προγράμματος δοκιμών για το κυρίως αντικείμενο της εργασίας, που σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε ώστε να τεκμηριωθεί η δυναμική συμπεριφορά των εδαφών που εμποτίζονται με αιωρήματα λεπτόκοκκων και κοινών τσιμέντων. Για το σκοπό αυτό, έγινε παραγωγή εμποτισμένων δοκιμίων που υποβλήθηκαν σε εργαστηριακό έλεγχο (α) για τη μέτρηση των δυναμικών ιδιοτήτων τους, (β) για την αποτίμηση της επίδρασης σειράς παραμέτρων που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά των αιωρημάτων και των άμμων και τις διαδικασίες εκτέλεσης των δοκιμών και (γ) για την ποσοτικοποίηση της βελτίωσης που προκύπτει από τον εμποτισμό των εδαφών με αιωρήματα λεπτόκοκκων τσιμέντων στις ιδιότητες και τη συμπεριφορά τους. Ο λόγος νερού προς τσιμέντο, Ν/Τ, είναι η πιο σημαντική παράμετρος που καθορίζει τις ιδιότητες και την συμπεριφορά των αιωρημάτων. Αύξηση του λόγου νερού προς τσιμέντο προκαλεί σημαντική βελτίωση των ρεολογικών χαρακτηριστικών, αλλά έχει δυσμενείς επιπτώσεις στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης των αιωρημάτων και στην αντοχή των ιζημάτων των αιωρημάτων. Η λειοτρίβηση των τσιμέντων επηρεάζει σημαντικά τις τιμές του τελικού ποσοστού εξίδρωσης. Μείωση του μέγιστου μεγέθους κόκκου, dmax, από τα 100μm στα 40μm προκάλεσε μείωση έως και 50% στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Αντίθετα, ο τύπος του τσιμέντου έχει μικρή επίδραση στο τελικό ποσοστό εξίδρωσης. Τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου I42.5 εμφανίζουν τις υψηλότερες τιμές και τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου ΙΙ32.5 τις χαμηλότερες. Ευσταθή αιωρήματα (τελικό ποσοστό εξίδρωσης μικρότερο του 5%) θεωρούνται μόνο τα αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, με λόγο Ν/Τ ίσο με 1:1 και μόνο τα αιωρήματα των υπόλοιπων λειοτριβημένων τσιμέντων (dmax= 40μm) με λόγο νερού προς τσιμέντο ίσο προς 0.6:1. Ο τύπος του τσιμέντου επηρεάζει τις τιμές του φαινομένου ιξώδους αλλά όχι σε σημαντικό βαθμό. Γενικά, τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου I42.5 έχουν τις υψηλότερες και τα αιωρήματα τσιμέντου τύπου ΙΙ32.5 τις μικρότερες τιμές φαινομένου ιξώδους. Οι τιμές του φαινομένου ιξώδους των αιωρημάτων τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5 είναι, σε γενικές γραμμές, υψηλές για εμποτισμό σε λεπτόκοκκα εδάφη. Συγκεκριμένα, για λόγους νερού προς τσιμέντο ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 οι τιμές του φαινομένου ιξώδους κυμαίνονται από 70 έως 190cP, από 14 έως 32cP και από 6 έως 11cP, αντίστοιχα. Για τα πιο πυκνά αιωρήματα, είχαμε για λόγους Ν/Τ ίσους προς 0.6:1 και 0.8:1, τιμές του φαινομένου ιξώδους που κυμαίνονται από 690cP ως 1160cP και 105cP ως 410cP, αντίστοιχα. Οι τιμές του φαινομένου ιξώδους για το τσιμέντο Rheocem 650, λόγω της ταχύπηκτης φύσης του, μετρήθηκαν για χρόνο μικρότερο των 40min. Οι τιμές που αντιστοιχούν στο αρχικό φαινόμενο ιξώδες του αιωρήματος αυτού, είναι μικρότερες σε σχέση με τις τιμές των αιωρημάτων των υπόλοιπων τσιμέντων. Για λόγους νερού προς τσιμέντο ίσους προς 1:1, 2:1 και 3:1 οι τιμές του αρχικού φαινομένου ιξώδους ήταν 55cP, 12cP και 6cP, αντίστοιχα. Ο εργαστηριακός έλεγχος της συμπεριφοράς σε δυναμική φόρτιση των εμποτισμένων άμμων έγινε με χρήση κατάλληλων δοκιμίων (11.3cm ύψους και 5.0cm διαμέτρου) που παράγονταν χρησιμοποιώντας ειδική διάταξη εμποτισμού μονοδιάστατης ροής. Ο προσδιορισμός των δυναμικών χαρακτηριστικών των εμποτισμένων άμμων διερευνήθηκε με δοκιμές συντονισμού σε στρέψη και κάμψη, σε εικοσιεννέα(29) συνολικά δοκίμια. Από τα πρωτογενή δεδομένα των δοκιμών συντονισμού υπολογίστηκαν το μέτρο διάτμησης, G, το μέτρο ελαστικότητας, E, και ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη και κάμψη, Dt και Df, για ευρύ φάσμα τιμών της περιβάλλουσας τάσης και της παραμόρφωσης. Από τα πρωτογενή δεδομένα των δοκιμών ήταν δυνατός ο υπολογισμός και του λόγου Poisson. Για κάθε ιδιότητα που εξετάζεται, γίνεται διερεύνηση της επίδρασης σειράς παραμέτρων που σχετίζονται με τις συνθήκες εκτέλεσης των εργαστηριακών δοκιμών (παραμόρφωση και περιβάλλουσα τάση) και με τα χαρακτηριστικά των συστατικών του εμποτισμένου εδάφους (λόγος νερού προς τσιμέντο, τύπος και κοκκομετρία του τσιμέντου και κοκκομετρία της άμμου). Για λόγους σύγκρισης και αποτίμησης της βελτίωσης που επιφέρει ο εμποτισμός με αιωρήματα τσιμέντου, όμοιες εργαστηριακές δοκιμές εκτελέστηκαν και σε δοκίμια καθαρής άμμου και καθαρού ιζήματος τσιμέντου. Ο λόγος νερού προς τσιμέντο του ενέματος είναι η σημαντικότερη παράμετρος που επηρεάζει τις τιμές του μέτρου διάτμησης, του λόγου απόσβεσης και του δυναμικού μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων. Ο τύπος του τσιμέντου, η κοκκομετρία του τσιμέντου και η κοκκομετρία της άμμου δεν αποτελούν ιδιαίτερα σημαντικές παραμέτρους. Η τιμές των δυναμικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων εξαρτώνται τόσο από την τιμή της εφαρμοζόμενης περιβάλλουσας τάσης όσο και από την τιμή της αναπτυσσόμενης παραμόρφωσης κατά την εκτέλεση των εργαστηριακών μετρήσεων. Οι τιμές του μέτρου διάτμησης των εμποτισμένων άμμων, για τιμές της περιβάλλουσας τάσης από 0 έως 400kPa, κυμαίνονται από 1200MPa έως 4100MPa για εύρος τιμών της διατμητικής παραμόρφωσης περίπου από 5∙10-5 % έως 2∙10-2 %. Οι τιμές του μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων, για τιμές της περιβάλλουσας τάσης από 0 έως 400kPa, κυμαίνονται από 2600 έως 11500MPa για εύρος τιμών της ορθής παραμόρφωσης από περίπου 10-5 % έως 8∙10-3 %. Ο λόγος Poisson των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται γενικά από 0.22 έως 0.44, είναι άμεση συνάρτηση του λόγου νερού προς τσιμέντο και φαίνεται επίσης να επηρεάζεται από την κοκκομετρία της άμμου και λιγότερο από τον τύπο του τσιμέντου. Το τσιμέντο Rheocem 650 έδωσε μεγαλύτερες τιμές του λόγου Poisson σε σχέση με τα υπόλοιπα τσιμέντα, κατά 10% έως 20%. Για τα εμποτισμένα δοκίμια με ασταθή αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, η μείωση του λόγου Ν/Τ κατά 33% (από 3:1 σε 2:1) προκάλεσε μέτρια αύξηση των τιμών του μέτρου διάτμησης και μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (κατά 20% έως 30% για την ασβεστολιθική άμμο και 40% για τη χαλαζιακή άμμο Ottawa). Για τους αντίστοιχους εμποτισμούς με ασταθή αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5, η μείωση του λόγου Ν/Τ κατά 33% (από 2:1 σε 1:1) προκάλεσε αύξηση των τιμών του μέτρου διάτμησης και μέτρου ελαστικότητας των εμποτισμένων άμμων (κατά 40% έως 50%). Ομοίως, για τα εμποτισμένα δοκίμια με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, μείωση του λόγου Ν/Τ κατά 33% (από 2:1 σε 1:1) επέφερε σημαντική αύξηση του μέτρου διάτμησης και μέτρου ελαστικότητας (κατά 45% έως 60% για την ασβεστολιθική άμμο και 50% για τη χαλαζιακή άμμο Ottawa). Για τους αντίστοιχους εμποτισμούς με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5, η μείωση του λόγου Ν/Τ κατά 40% (από 1:1 σε 0.6:1) προκάλεσε μικρή αύξηση του μέτρου διάτμησης (κατά 20%). Ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.3% έως 3% για τιμές διατμητικής παραμόρφωσης από περίπου 5∙10-5 % έως 8∙10-2 % και για τιμές περιβάλλουσας τάσης από 0 έως 400kPa. Για αύξηση της διατμητικής παραμόρφωσης από 10-4 σε 10-3 %, αυξάνεται από 120% έως 200% ,ενώ για αύξηση της διατμητικής παραμόρφωσης από 10-3 σε 10-2%, αυξάνεται από 50% έως 80%. Η αύξηση της τιμής της περιβάλλουσας τάσης από 0kPa έως 400kPa, προκαλεί, γενικά, μείωση της τιμής του λόγου απόσβεσης των εμποτισμένων άμμων κατά 5% έως 50% (10% κατά μέσο όρο). Ο λόγος απόσβεσης σε κάμψη των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 0.2% έως 3.2% για τιμές ορθής παραμόρφωσης από περίπου 2∙10-5 % έως 1∙10-2 % και για τιμές περιβάλλουσας τάσης από 0 έως 400kPa. Για αύξηση της διατμητικής παραμόρφωσης από 5•10-5 σε 5•10-4 %, αυξάνεται από 110% έως 180% ,ενώ για αύξηση της ορθής παραμόρφωσης από 5•10-4 σε 5•10-3 %, αυξάνεται από 40% έως 70%. Η αύξηση της τιμής της περιβάλλουσας τάσης από 0kPa έως 400kPa, προκαλεί, γενικά, μείωση της τιμής του λόγου απόσβεσης των εμποτισμένων άμμων κατά 5% έως 40% (10% κατά μέσο όρο). Για τα εμποτισμένα δοκίμια με ασταθή αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, η μείωση του λόγου Ν/Τ από 3:1 σε 2:1 προκαλεί αύξηση της τιμής του λόγου απόσβεσης σε στρέψη και κάμψη, από 20% έως και 60%. Ισόποση μείωση του λόγου Ν/Τ από 2:1 σε 1:1 προκαλεί αύξηση έως και κατά 40%. Μοναδική εξαίρεση ήταν η άμμος #30 - #50 όπου η μείωση του λόγου Ν/Τ από 3:1 σε 2:1, προκάλεσε μείωση της τιμής του λόγου απόσβεσης σε στρέψη έως και 80% και του λόγου απόσβεσης σε κάμψη έως και 20%. Για τους αντίστοιχους εμποτισμούς με ασταθή αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5, η μείωση του λόγου Ν/Τ από 1:1 σε 0.8:1 προκαλεί αύξηση της τιμής του λόγου απόσβεσης σε στρέψη και κάμψη, από 20% έως και 50%. Ομοίως, για τα εμποτισμένα δοκίμια με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντου Rheocem 650, η μείωση του λόγου Ν/Τ από 2:1 σε 1.25:1, προκάλεσε αύξηση της τιμής του λόγου απόσβεσης σε στρέψη και κάμψη έως και 20%. Για τους αντίστοιχους εμποτισμούς με ευσταθή αιωρήματα τσιμέντων Ι42.5 και ΙΙ32.5, η μείωση της τιμής του λόγου Ν/Τ από 0.8:1 σε 0.6:1 προκαλεί μείωση της τιμής του λόγου απόσβεσης σε στρέψη και κάμψη, έως και κατά 40%. Ο εμποτισμός των άμμων με αιωρήματα τσιμέντου προκαλεί σημαντική βελτίωση των τιμών του μέτρου διάτμησης, του μέτρου ελαστικότητας, του λόγου απόσβεσης σε στρέψη και κάμψη και του λόγου Poisson των καθαρών άμμων. Η σημαντικότερη παράμετρος που επηρεάζει τις τιμές των δυναμικών ιδιοτήτων των εμποτισμένων άμμων είναι ο λόγος νερού προς τσιμέντο και το τελικό ποσοστό εξίδρωσης του ενέματος, ενώ ο τύπος του τσιμέντου, η κοκκομετρία του τσιμέντου και η κοκκομετρία της άμμου δεν αποτελούν ιδιαίτερα σημαντικές παραμέτρους. Η βελτίωση του μέτρου διάτμησης, G, των εμποτισμένων άμμων, είναι όμοια με τη βελτίωση του μέτρου ελαστικότητας τους, Ε. Εμποτισμοί με ευσταθή αιωρήματα βελτίωσαν το μέτρο διάτμησης των ασβεστολιθικών άμμων κατά 28 έως 10 φορές κατά μέσο όρο, για μεταβολή της πλευρικής τάσης από 50 έως 400kPa. Οι αντίστοιχοι εμποτισμοί με ασταθή αιωρήματα βελτίωσαν το μέτρο διάτμησης κατά 15 έως 6 φορές κατά μέσο όρο, για την ίδια μεταβολή της πλευρικής τάσης. Εμποτισμοί με ευσταθή αιωρήματα βελτίωσαν το μέτρο ελαστικότητας των ασβεστολιθικών άμμων κατά 31 έως 11 φορές, για μεταβολή της πλευρικής τάσης από 50 έως 400kPa. Οι αντίστοιχοι εμποτισμοί με ασταθή αιωρήματα βελτίωσαν το μέτρο διάτμησης κατά 14 έως 6 φορές κατά μέσο όρο, για την ίδια μεταβολή της πλευρικής τάσης. Ο λόγος βελτίωσης του λόγου Poisson των εμποτισμένων άμμων κυμαίνεται από 1.0 έως 1.8. Για τα ευσταθή (ή κοντά στην ευστάθεια) αιωρήματα, η βελτίωση κυμάνθηκε μεταξύ 1.6 και 1.8 (1.7 κατά μέσο όρο). Για τα ασταθή αιωρήματα, η βελτίωση κυμάνθηκε μεταξύ 1.0 και 1.2 (1.1 κατά μέσο όρο). Ο λόγος ταχυτήτων και είναι ένας δείκτης αξιολόγησης της μακροσκοπικής συμπεριφοράς των εμποτισμένων εδαφών, αφού μπορεί να δώσει χρήσιμες πληροφορίες για παραμέτρους, όπως το πορώδες και η πυκνότητα των εμποτισμένων εδαφών. Για λόγους Ν/Τ μικρότερους του 1:1 (ευσταθή αιωρήματα), ο λόγος VP/VS είναι αρκετά υψηλός (>2.0), το οποίο ενδεχομένως να οφείλεται στην υψηλή συγκέντρωση τσιμέντου, το χαμηλό πορώδες και την υψηλή πυκνότητα των δοκιμίων, ενώ για λόγους Ν/Τ μεγαλύτερους του 2:1 (ασταθή αιωρήματα), ο λόγος ταχυτήτων είναι κατά μέσο όρο ίσος με 1.7. Η τιμή αυτή θα μπορούσε να προσομοιώσει τη δυναμική συμπεριφορά ενός ψαμμίτη. Εμποτισμοί με ευσταθή αιωρήματα βελτίωσαν το λόγο απόσβεσης των ασβεστολι-θικών άμμων κατά 1.65 έως 1.57 φορές, για μεταβολή της πλευρικής τάσης από 50 έως 400kPa. Οι αντίστοιχοι εμποτισμοί με ασταθή αιωρήματα βελτίωσαν το μέτρο διάτμησης κατά 1.3 φορές κατά μέσο όρο και κατά 1.35 φορές κατά μέσο όρο, για την ίδια μεταβολή της πλευρικής τάσης. Παρατηρείται συνεπώς ότι η περιβάλλουσα τάση δεν επηρεάζει ουσιαστικά τη βελτίωση του λόγου απόσβεσης. Η βελτίωση του λόγου απόσβεσης σε στρέψη, Dt, των εμποτισμένων άμμων, είναι όμοια με τη βελτίωση του λόγου απόσβεσης σε κάμψη, Df. Το τσιμέντο Rheocem 650 έδωσε μεγαλύτερη βελτίωση του λόγου απόσβεσης σε στρέψη (έως και 40%) και περίπου ίδια βελτίωση (κατά μέσο όρο) του λόγου απόσβεσης σε κάμψη των εμποτισμένων άμμων σε σχέση με τα τσιμέντα Ι42.5 και ΙΙ32.5. Για τα ευσταθή αιωρήματα με τσιμέντο Rheocem 650, ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη των καθαρών άμμων, βελτιώθηκε έως και 7.3 φορές. Για τα ασταθή αιωρήματα του ίδιου τσιμέντου, ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη, βελτιώθηκε έως και 5.8 φορές. Για τα ευσταθή αιωρήματα με τα τσιμέντα I42.5 και ΙΙ32.5, ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη των καθαρών άμμων, βελτιώθηκε έως και 4.2 φορές. Για τα ασταθή αιωρήματα του ίδιου τσιμέντου, ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη, βελτιώθηκε έως και 3.0 φορές. Για τα ευσταθή αιωρήματα με τσιμέντο Rheocem 650, ο λόγος απόσβεσης σε κάμψη των καθαρών άμμων, βελτιώθηκε έως και 5.1 φορές. Για τα ασταθή αιωρήματα του ίδιου τσιμέντου, ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη, βελτιώθηκε έως και 3.9 φορές. Για τα ευσταθή αιωρήματα με τα τσιμέντα I42.5 και ΙΙ32.5, ο λόγος απόσβεσης σε κάμψη των καθαρών άμμων, βελτιώθηκε έως και 6.5 φορές. Για τα ασταθή αιωρήματα του ίδιου τσιμέντου, ο λόγος απόσβεσης σε στρέψη, βελτιώθηκε έως και 5.2 φορές. Τόσο για τα πυκνά αιωρήματα, όσο και για τα αραιά, ο λόγος DF/DΤ είναι κατά μέσο όρο ίσος με 1.2. / -

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετούμε αλληλεπιδρώντα ανοικτά κβαντικά συστήματα δύο καταστάσεων και μελετούμε τη συμπεριφορά των κβαντικών τους χαρακτηριστικών παρουσία κλασικού θορύβου. Πιο συγκεκριμένα, μελετούμε το χρόνο αποσύμπλεξης δύο qubits του σιδηρομαγνήτη XY του Heisenberg συναρτήσει της ισχύος κλασικού Gaussian λευκού θορύβου, με δεδομένες όλες τις υπόλοιπες παραμέτρους των συστημάτων. Το βασικό μας αποτέλεσμα είναι ότι όλα τα ενδιαφέροντα φαινόμενα που επάγονται απ’ το θόρυβο, δηλαδή ο στοχαστικός συντονισμός, ο στοχαστικός αντι-συντονισμός και το φαινόμενο της θωράκισης (noise shield), εξαρτώνται άμεσα από την αρχική προετοιμασία του συστήματος των δύο qubits είτε αυτό είναι μόνο του είτε είναι υποσύστημα μιας μεγαλύτερης δομής (αλυσίδας qubits). Επίσης παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μπορεί να αποτελέσει παράγοντα ελέγχου των ανωτέρω φαινομένων. Παρέχουμε ισχυρές ενδείξεις για την ανάγκη χαρτογράφησης του πίνακα πυκνότητας ενός κβαντικού ανοικτού συστήματος με βάση τα φαινόμενα του θορύβου που μπορεί να επιδείξει / In the current Ph.D. thesis we study interacting open quantum two state systems and study the behavior of their quantum features in the presence of classical noise. More specifically, we study the disentanglement time of two Heisenberg's XY ferromagnetic qubits against the strength of classical Gaussian white noise, with all of the other parameters of the system fixed. Our main result is that all of the interesting noise induced effects, i.e. stochastic resonance, stochastic anti-resonance and the noise shield effect, are directly related to the initial preparation of the system of two qubits whether this is alone, or a subsystem of a larger structure (chain qubits). We also notice that the environmental temperature may be used as a control factor of the above effects. We provide strong evidence for the necessity of mapping the density matrix of a quantum open system according to the noise effects it can present.

Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει την μελέτη της μη γραμμικής οπτικής απόκρισης διμεταλλικών κραμάτων ευγενών μετάλλων και άλλων μεταλλικών συστημάτων νανοσωματιδίων, είτε περιβεβλημένα με πολυμερή, είτε εγκιβωτισμένα σε μικυλιακά συστήματα συμπολυμερών κατά συστάδες. Τα μέταλλα τα οποία επιλέχθηκαν για την παρασκευή των νανοσωματιδίων ήταν ο χρυσός (Au), ο άργυρος (Ag) και το παλλάδιο (Pd). Τα δύο πρώτα έχουν αποτελέσει τα τελευταία χρόνια αντικείμενο έρευνας σε μορφή κυρίως κολλοειδών διαλυμάτων ή μέσα σε άμορφες μήτρες (π.χ. υάλους) και πολυμερικές μήτρες, καθώς λόγω των εξαιρετικών μη γραμμικοτήτων τους βρίσκουν εφαρμογή σε πληθώρα εφαρμογών της φωτονικής και της οπτο-ηλεκτρονικής. Όσον αφορά τα νανοσωματίδια Pd, οι μη-γραμμικές οπτικές ιδιότητες τους έχουν μελετηθεί ελάχιστα (μόλις μερικές εργασίες στη διεθνή βιβλιογραφία), ενώ είναι η πρώτη φορά που μελετώνται εγκιβωτισμένα σε αμφι-φιλικά συμπολυμερή κατά συστάδες. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, διερευνήθηκε ο ρόλος του επιφανειακού πλασμονίου στην γραμμική και μη-γραμμική οπτική απόκριση νανοσωματιδίων Au, Ag και Pd, όταν αυτά διεγείρονται με ακτινοβολίες λέιζερ γύρω από την συχνότητα συντονισμού του πλασμονίου, καθώς αναμένεται σημαντική ενίσχυση. Στη συνέχεια αυτής της εργασίας, παρουσιάζονται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες άλλων χαμηλοδιάστατων νανοδομών, όπως κβαντικών και ανθρακικών ψηφίδων. Στη περίπτωση αυτών, οι μη γραμμικοί μηχανισμοί που προκαλούν την ενίσχυση της απόκρισης τους είναι διαφορετικοί από αυτούς των μεταλλικών νανοδομών. Η δομή της εργασίας έχει ως ακολούθως: Στα δυο πρώτα κεφάλαια αναφέρονται οι βασικές έννοιες της μη γραμμικής οπτικής και φυσικές διεργασίες που σχετίζονται με αυτή, καθώς και οι πειραματικές τεχνικές Z-scan και Οπτικού Φαινομένου Kerr, που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων των νανοσυστημάτων. Τα επόμενα κεφάλαια είναι αφιερωμένα στα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την μελέτη των μεταλλικών, ημιαγώγιμων και ανθρακικών νανοϋλικών. Συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 3 γίνεται αναφορά στα πειραματικά αποτελέσματα των νανοσωματιδίων μεταλλικών κραμάτων, τα οποία παρασκευάσθηκαν στο Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή κ. Μ. Μeunier. Τα νανοσωματίδια χρυσού-αργύρου είχαν διαφορετικές περιεκτικότητες των δύο μετάλλων (δηλ. ΑuxAg(1-x)), ενώ ανάλογα με τη σύσταση τους παρουσίασαν μεταβλητές οπτικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου και της θέση του επιφανειακού πλασμονίου. Η μελέτη των διαλυμάτων πραγματοποιήθηκε για μήκος κύματος διέγερσης στην ορατή φασματική περιοχή (δηλ. 532 nm), πολύ κοντά στο επιφανειακό πλασμόνιο του χρυσού. Η επίδραση του επιφανειακού πλασμονίου στην απόκριση των δυο μετάλλων αλλά και των διαφόρων κραμάτων που μελετήθηκαν ήταν εμφανής, προκαλώντας ενίσχυση με αύξηση της περιεκτικότητας σε χρυσό, ενώ ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε η συμπεριφορά των κραμάτων υπό διέγερση ns παλμών, καθώς βρέθηκαν να έχουν θεμελιωδώς διαφορετικές ιδιότητες από αυτές του χρυσού και του αργύρου. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες συστημάτων πολυμερών/παλλαδίου. Μελετήθηκαν δυο ειδών συστήματα, τα υβριδικά μικυλιακά CbzEMAx-b-AEMAy/Pd και τα PVP/Pd, τα οποία παρασκευάσθηκαν στο τμήμα Μηχανολικών Μηχανολογίας και Κατασκευαστικής του Πανεπιστημίου Κύπρου υπό την επίβλεψη της Επ. καθηγήτριας κ. Κρασιά-Χριστοφόρου. Όπως αποδείχθηκε από τα αποτελέσματα της μελέτης, η απόκριση των συστημάτων δεν επηρεάζεται από το πολυμερικό περιβάλλον, ενώ καθορίζεται αποκλειστικά από το μέταλλο. Τέλος, σημαντικό ρόλο φάνηκε να παίζει το μέγεθος των σωματιδίων ή του μεταλλικού πυρήνα αντίστοιχα. Έπειτα, στο κεφάλαιο 5 μελετώνται χαμηλοδιάστατα υβριδικά συστήματα ιωδιούχου μολύβδου. Η σύνθεση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του Επ. καθηγητή του τμήματος Επιστήμης των Υλικών του Πανεπιστημίου της Πάτρας, κ. Κούτσελα. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε για διαλύματα μονοδιάστατων κβαντικών ψηφίδων των οκταεδρικών νανοδομών PbI6 και για αιωρήματα της διδιάστατης δομής (FpAH)2PbI4, η οποία απαρτίζεται από μονοστρωματικά φύλλα των δομικών μονάδων (PbI6)4-. Σε όλες τις πειραματικές συνθήκες, το διδιάστατο σύστημα παρουσίασε μια γιγαντιαία ενίσχυση της μη γραμμικότητας συγκριτικά με το μονοδιάστατο, φτάνοντας τις πέντε τάξεις μεγέθους. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η μη γραμμική οπτική απόκριση και ο οπτικός περιορισμός διαφόρων συστημάτων ανθρακικών ψηφίδων, φέροντας διαφορετικές οργανικές αλυσίδες στην επιφάνεια τους. Η σύνθεση των συστημάτων πραγματοποιήθηκε στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων από τον Επ. Καθηγητή κ. Μπουρλίνο. Οι διαφορές που εντοπίστηκαν μεταξύ των διαφόρων νανοϋλικών ήταν ουσιώδεις, υποδηλώνοντας τη δυνατότητα προσαρμογής και ελέγχου των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων, με κατάλληλη τροποποίηση της επιφάνειας των σωματιδίων. / In the present thesis, the third-order nonlinear optical (NLO) properties of metallic nanoparticles, either encapsulated in polymers or in block copolymers, as well as bimetallic nanoparticles are investigated. Among the purposes of this work is to examine metallic nanostructures based on palladium (Pd), which is one of the least studied metals regarding their nonlinear optical response. In this view, single Pd nanoparticles are compared with another class of recently synthesized Pd-based nanomaterials, i.e., Pd micellar nanohybrids. In addition, gold-silver alloyed nanoparticles are examined and compared with their monometallic counterparts, exhibiting substantial differences and potential application in optoelectronic devices and photonic applications. In all cases, the main motivation of this work is to take advantage of the surface plasmon resonance (SPR), located in the ultraviolet or visible spectral area, to enhance/tailor the NLO properties of the metallic/hybrid nanostructures. As a continuation of the low dimensional metallic structures, the NLO response of some carbon-dots and quantum-dots are investigated, aiming to examine the correlation of their optical nonlinearities with their structure and the origin of the NLO enhancement. Therefore, the structure of this thesis is as follows: Initially the basic concepts of nonlinear optics, the physical processes related with it, as well as the physical mechanisms related to the nonlinear refractive index will be presented. Moreover the equations, which describe the nonlinear optical susceptibilities (linear and nonlinear) will be derived. Then, reference will be made to the optical parameters related to the third order optical nonlinearity and to the experimental techniques which were employed for the determination of the nonlinearity, as well as to the procedure followed to derive the nonlinear optical parameters from the acquired experimental data. Moreover, in the beginning of chapter 3 the theory of SPR in metals will be explicitly presented, followed by the experimental results obtained by the Au-Ag nanoalloys. More in detail, AuxAg(1-x) nanoparticles with varying metallic content and optical properties (i.e., SPR) were excited with resonant irradiation conditions (i.e., close to the SPR maximum) both of ps and ns pulse duration. The results demonstrate a straightforward dependence of the NLO response on the gold molar fraction of the alloys, this being attributed to the different band structures of the systems, thus suggesting a mean of tailoring the NLO properties of bimetallic nanostructures. Also, it is shown that under ns laser excitation the nano-alloys exhibit fundamentally different behavior than pure Au and Ag nanoparticles. The samples were produced by fs laser ablation in the University of Montreal by the research group of Prof. Michel Meunier. In chapter 4, the NLO properties of various polymer/Pd systems will be presented. Two different type of materials were investigated: the hybrid micellar CbzeMAx-bAEMAy/Pd and PVP/Pd, which were synthesized in University of Cyprus under the supervision of Prof. Theodora Krasia-Christoforou. As shown, the polymeric environment does not affect the total NLO response, however it can be effectively used to define the size, shape and SPR properties of the nanohybrids. On the contrary, the size of Pd nanoparticles or the micellar core size was found to be determinative for the NLO behavior of the systems. Then, in chapter 5, some low-dimensional hybrid lead-iodide systems are investigated. Specifically, the PbI6 octahedral quantum dots and the two-dimensional (FpAH)2PbI4 structure, consisting of monolayers of (PbI6)4- corner sharing structural units are synthesized in University of Patras, by Prof. Ioannis Koutselas. Under all excitation conditions, the quantum wells were found to exhibit gigantic NLO response in comparison with the quantum dots, reaching even 5 orders of magnitude. Finally, in the last chapter, the NLO response and optical limiting action of a series of carbon-dots, bearing various organic chains attached on their surfaces, will be presented. The carbon-based materials were prepared in the University of Ioannina, by Prof. Athanasios Bourlinos. By comparing the various studied systems, it is shown that the surface passivation is the key to control the NLO behavior of these nanostructures. In this case, of great importance is the sp2/sp3 ratio and consequently the modification of the band structure of carbon-dots, since it can significantly affect their NLO properties.