Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη και κατασκευή εφαρμογής ασύρματου δικτύου με σκοπό την αναγνώριση της ανθρώπινης δραστηριότητας και τον εντοπισμό της πτώσης σε πραγματικό χρόνο, καθώς επίσης και την παρακολούθηση των αποτελεσμάτων από απομακρυσμένη τοποθεσία. Στη συγκεκριμένη εργασία σκοπός είναι η αναγνώριση των τεσσάρων βασικών καταστάσεων της ανθρώπινης φυσικής δραστηριότητας (κάθομαι, ξαπλώνω, στέκομαι, κινούμαι) και ο εντοπισμός της πτώσης με χρήση της των επιταχυνσιομέτρων που προσφέρει η πλατφόρμα SunSpot καθώς και η σύνδεση της διάταξης με το διαδίκτυο για την παροχή πληροφορίας σχετικά με την κατάσταση του κατόχου του συστήματος σε απομακρυσμένη τοποθεσία. Πραγματοποιήθηκε μελέτη σχετικά με διάφορες διατάξεις των αισθητήρων ,την συχνότητα δειγματοληψίας, τους αλγορίθμους κατάταξης καθώς και για τις μεθόδους διάθεσης της πληροφορίας στο διαδίκτυο. Για την αναγνώριση των καταστάσεων και τον εντοπισμό της πτώσης χρησιμοποιήθηκαν δυο πλατφόρμες αισθητήρων SunSPOT, μια στο στήθος (master) και μια στο δεξιό τετρακέφαλο (slave) / A wearable wireless sensor network application performing human activity recognition and fall detection using the Naïve Bayesian Classifier algorithm in the SunSpot Platform accompanied by a web application in the Google App Engine platform to be able to monitor the classification results from a remote location and to automatically notify via e-mail in case of emergency.

Στην παρούσα έρευνα επιχειρείται να αναδειχθεί ο παιδαγωγικός ρόλος των δραστηριοτήτων στην οικειοποίηση από παιδιά της προσχολικής εκπαίδευσης μαθηματικών εννοιών, όπως η μέτρηση της χωρητικότητας δοχείων. Ερευνήθηκε η ηλικιακή επίδραση στο επίπεδο κατανόησης της έννοιας της μέτρησης της χωρητικότητας δοχείων. Τέλος προσπαθήσαμε να επαληθεύσουμε αποτελέσματα παρόμοιων ερευνών. Το δείγμα της έρευνας αποτέλεσαν 30 υποκείμενα ηλικιών 5–6 που φοιτούσαν το σχολικό έτος 2009-2010 σε δύο ελληνικά δημόσια νηπιαγωγεία και κοινωνικοοικονομικά ανήκαν στα μεσαία στρώματα. Η έρευνα διεξήχθη σε τρεις φάσεις: στο pre-test, τη διδασκαλία και το post-test. Στο pre-test, ελέγξαμε αν τα παιδιά μπορούν να πραγματοποιήσουν άμεσες (απευθείας μεταξύ δοχείων) και έμμεσες (με τη χρήση κάποιου κοινού μέτρου) συγκρίσεις της χωρητικότητας δοχείων. Στη διδακτική παρέμβαση προτάθηκαν δραστηριότητες, οι οποίες αποσκοπούσαν στη δημιουργία κατάλληλων frameworks σχετικά με τις άμεσες και έμμεσες συγκρίσεις. Ενώ περιελάμβανε και μια δραστηριότητα η οποία εισήγαγε τα παιδιά στην έννοια του μέτρου μέτρησης της χωρητικότητας δοχείων. Στο post-test, αξιολογήθηκε η επίδραση της teaching intervention στη βελτίωση της ικανότητας των παιδιών να χειρίζονται θέματα άμεσης και έμμεσης σύγκρισης χωρητικότητας δοχείων, καθώς και της χρήσης ενός αυθαίρετου οργάνου μέτρησης και μιας άτυπης μονάδας μέτρησης της χωρητικότητας. Τα ευρήματα ανέδειξαν το σημαντικό ρόλο που διαδραματίζει το επικοινωνιακό πλαίσιο στη διδασκαλία, που ενισχύει την αυτονομία των μαθητών και συνεισφέρει στην κατάκτηση της νέας γνώσης. / This research attempts to highlight the role of pedagogical activities in the ownership of pre-school children mathematical concepts such as measurement of container capacity. We investigated the age effect on the level of understanding of the concept of measuring the containes measurament. Finally we tried to verify results of similar investigations. The sample of the study consisted of 30 subjects aged 5–6, who attended the school year 2009-2010 in two Greek state kindergartens with the same social characteristics belonged to middle socioeconomic strata. The study was conducted in three phases: the pre-test, teaching intervention and post-test. In the pre-test, we examined whether children can perform direct (directly between containers) and indirect (using a common measure) comparisons of the containers capacity. The teaching intervention proposed activities, which aimed to create appropriate frameworks for the direct and indirect comparisons. While it included an activity which introduced children to the concept of measurement of containers capacity. In the post-test, evaluated the effect of teaching intervention to improve children’s ability to handle matters of direct and indirect comparison containers capasity, and the use of an arbitrary gauge and an informal unit of measurement of capacity. The findings highlighted the important role of communication within the teaching, enhancing the autonomy of pupils and contribute to the acquisition of new knowledge.

Η συνεργασία με στόχο τη μάθηση αποτελεί μια ερευνητική περιοχή και ταυτόχρονα μια πρακτική με μακρά ιστορία. Μελέτες πάνω στη συνεργασία αναφέρονται από το 1924 (Webb & Palincsar, 1996; Alport, 1924). Με την εξέλιξη της τεχνολογίας η συνεργασία με στόχο τη μάθηση (όπως παράλληλα και στο χώρο της εργασίας) υποστηρίχθηκε από υπολογιστικά συστήματα. Αναπτύχθηκε η ερευνητική περιοχή της Συνεργατικής μάθησης που υποστηρίζεται ή διαμεσολαβείται από υπολογιστή, γνωστή ως CSCL (Computer Supported Collaborative Learning), αναπτύχθηκαν θεωρίες, υιοθετήθηκαν μέθοδοι έρευνας και δημιουργήθηκαν σχετικά εργαλεία (Stahl et al, 2006) με στόχο την μελέτη της συνεργασίας ομάδων και την επίδραση που η συνεργασία έχει στη μάθηση. Η εστίαση ήταν στην μελέτη της ομάδας, των αλληλεπιδράσεων, των εργαλείων που διαμεσολαβούν τη συνεργασία, και στην αποτελεσματικότητά τους. Αρχικά μελετήθηκαν συστηματικά οι μαθητές ώστε να συναχθούν συμπεράσματα σχετικά με την αποτελεσματικότητα των προσεγγίσεων και εργαλείων. Σε δεύτερη φάση, πιο πρόσφατα, διαπιστώθηκε η ανάγκη, ως συνέπεια της ωρίμανσης της περιοχής, η μελέτη να περιλάβει τους διδάσκοντες σε περιβάλλοντα συνεργατικής μάθησης, οι οποίοι αποτελούν προϋπόθεση για την ένταξη τέτοιων προσεγγίσεων σε αυθεντικές συνθήκες διδασκαλίας και μάθησης. Ο ρόλος του καθηγητή θα πρέπει να μελετηθεί στις συνθήκες αυτές, καθώς αυτός λαμβάνει τα χαρακτηριστικά του διαμεσολαβητή και υποστηρικτή της συνεργασίας, δεδομένου ότι οι μαθητές αναλαμβάνουν πιο ενεργό ρόλο από ότι σε πιο παραδοσιακές συνθήκες μάθησης (Dimitracopoulou, 2005). Τα ερωτήματα που αφορούν το νέο ρόλο του καθηγητή, καθώς και η υποστήριξή του από τεχνολογίες και εργαλεία, επισημάνθηκαν ως ένας από τους πέντε άξονες προτεραιότητας στην ερευνητική αυτή περιοχή (Dillenbourg, 2009). Η παρούσα διατριβή μελέτησε το ρόλο του καθηγητή που επιβλέπει ομαδοσυνεργατικές δραστηριότητες, που διαμεσολαβούνται από υπολογιστές, όταν οι δραστηριότητες αυτές λαμβάνουν χώρα σε περιβάλλον σχολικής τάξης,. Αφετηρία της έρευνας υπήρξε η μελέτη παρόμοιων συνεργατικών δραστηριοτήτων και υπολογιστικών συστημάτων, όπως αναφέρονται στη βιβλιογραφία, στα οποία εντοπίστηκαν κοινές απόψεις όσον αφορά το ρόλο και την υποστήριξη του καθηγητή με κατάλληλα εργαλεία. Η ανάγκη της παρακολούθησης των διαφορετικών κοινωνικών επιπέδων της τάξης, δηλαδή του μεμονωμένου εκπαιδευόμενου, της ομάδας και της τάξης (Dillenbourg & Jermann, 2010), αναδείχθηκε πρώτη. Εντοπίστηκαν επίσης τάσεις που περιλάμβαναν την υποστήριξη της επίβλεψης της ομαδοσυνεργατικής δραστηριότητας σε διάφορες φάσεις της και με διαφορετικό βαθμό εστίασης, την καταγραφή της δράσης των μαθητών και την εξαγωγή ποσοτικών και ποιοτικών δεικτών που αντιπροσωπεύουν την κατάσταση των ομάδων και της τάξης, τη χρήση συνοπτικών και συμβολικών αναπαραστάσεων για την αποτύπωση της κατάστασης αυτής, καθώς και την ανάπτυξη και πειραματική χρήση «ευφυών» υποστηρικτών των διδασκόντων. Με βάση την αρχική αυτή μελέτη διατυπώθηκαν ερευνητικά ερωτήματα, που αφορούσαν τον τρόπο με τον οποίο ο καθηγητής κατά την επίβλεψη ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων μέσα στην τάξη, δημιουργεί και συντηρεί την αντίληψή του για τα φαινόμενα που εξελίσσονται. Τα ερωτήματα εξετάσθηκαν σε μια σειρά από μελέτες μέσα σε τάξεις οι οποίες ενέπλεξαν μαθητές και διδάσκοντες. Στο σχεδιασμό των μελετών μας όπου υπεισέρχονταν νέες πρακτικές και τεχνουργήματα λάβαμε υπόψη ότι τα τεχνουργήματα μετατρέπονται σε εργαλεία από τους χρήστες βάση του αρχικού τους προσανατολισμού και σχεδιασμού αλλά και του νοήματος που αποκτούν κατά τη χρήση (Stahl et al.,2006). Για το λόγο αυτό οι τεχνολογίες στην περιοχή της συνεργατικής μάθησης θα πρέπει να συνδυάζονται με μελέτες, που να παρατηρούν και να αναδεικνύουν τους τρόπους που τελικά αξιοποιήθηκαν τα εργαλεία, οι οποίες είτε γίνονται με πειραματικές διαδικασίες (πχ μέσα σε ένα εργαστήριο) , είτε ακολουθούν την εθνομεθοδολογική παράδοση μέσα στην τάξη (Jeong & Hmelo-Silver, 2010). Η μεθοδολογία μας ήταν αυτή της έρευνας σχεδιασμού (Collins, 1992) και η συλλογή δεδομένων κατά τη διάρκεια των μελετών είχε εθνομεθοδολογικά χαρακτηριστικά (Stahl, 2006). Για τις μελέτες μας δημιουργήθηκε μια μέθοδος που αναπαριστούσε με διαγραμματικό τρόπο τη δραστηριότητα του καθηγητή σε τάξη όπου υφίστανται συγκεκριμένες τεχνολογίες για την υποστήριξη της συνεργασίας. Αυτό συνδυάστηκε με μια προσέγγιση , που βασιζόμενη στα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των μελετών αυτών, αναζήτησε και συνέκρινε πρότυπα της συμπεριφοράς των καθηγητών όταν χρησιμοποιούν εργαλεία τα οποία υποστηρίζουν τις ομάδες της τάξης. Στην πρώτη φάση των μελετών οι καθηγητές δεν χρησιμοποίησαν ειδικά εργαλεία επίβλεψης, ενώ στη δεύτερη φάση νέα εργαλεία αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν από τους καθηγητές. Η κύρια διαφορά ανάμεσα στις δύο φάσεις ήταν ότι στη δεύτερη οι καθηγητές είχαν επίγνωση της κατάστασης της κάθε ομάδας που παρεχόταν με ποικίλες αναπαραστάσεις. Αυτό επηρέασε την συμπεριφορά τους. Σε τρίτη φάση τα δεδομένα που παράχθηκαν στις πρώτες φάσεις αξιολογήθηκαν με τη βοήθεια των εργαλείων που αναπτύχθηκαν χωρίς τους χρονικούς περιορισμούς που εισάγει το περιβάλλον της τάξης. Για να μπορέσουν να αποτυπωθούν οι επιδράσεις των εργαλείων και των αναπαραστάσεων που χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε φάση και να εντοπιστούν πρότυπα συμπεριφορών, ορίστηκε μια διαδικασία κωδικοποίησης των ενεργειών του καθηγητή κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης της συνεργατικής δραστηριότητας, της αξιολόγησής της, με βάση τις αναπαραστάσεις που διατέθηκαν. Ορίστηκαν επίπεδα εστίασης και παρέμβασης του καθηγητή κατά την ομαδοσυνεργατική διδασκαλία και αυτά συσχετίστηκαν με αναπαραστάσεις των δεδομένων, καθώς και με τις ενέργειές του καθηγητή που μπορούν να υποστηριχθούν. Διαπιστώθηκε ότι ο καθηγητής στην τάξη, κινείται στο επίπεδο της ομάδας, εστιάζει στο άτομο, ενώ χρειάζεται διαρκώς να παρακολουθεί το σύνολο των ομάδων της τάξης. Κατά τη συνεργασία παράγεται μεγάλος όγκος πληροφορίας και ο καθηγητής πρέπει να τον αξιοποιήσει κατά τον βέλτιστο δυνατό τρόπο, καθώς αναζητά φαινόμενα που τον βοηθούν να αντιληφθεί την κατάσταση της τάξης. Η επίβλεψη της δραστηριότητας, με στόχο την αντίληψη της κατάστασης, απαιτεί συνεπώς από τον επιβλέποντα την μετακίνηση μεταξύ διαφορετικών επιπέδων εστίασης, καθώς και την πλοήγησή του στη διάσταση του χρόνου. Με τον τρόπο αυτό αξιοποιεί και συνδυάζει διαφορετικές αναπαραστάσεις, προσπαθώντας να συνθέσει τα κύρια σημεία της δραστηριότητας κάθε ομάδας, τη συλλογιστική της ώστε να εντοπίσει πιθανές αποκλίσεις από το μοντέλο που είχε διαμορφώσει ο ίδιος κατά το σχεδιασμό της δραστηριότητας. Η διαδικασία αυτή απαιτεί τον εντοπισμό και επισημείωση φαινομένων που απαιτούν μελέτη σε ύστερο χρόνο και μπορεί να αποτελέσουν παραδείγματα καλής πρακτικής ή υλικό για διάγνωση και ανατροφοδότηση. Η αξιολόγηση της ομαδοσυνεργατικής δραστηριότητας απαιτεί αφενός εξοικείωση με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται, αφετέρου την εφαρμογή κατάλληλων μοντέλων αξιολόγησης, ώστε να λαμβάνεται υπόψη η πορεία των ομαδοσυνεργατικών δραστηριοτήτων, και όχι μόνο το τελικό αποτέλεσμά τους, και να παρέχεται ανατροφοδότηση στις επί μέρους ομάδες, στα μέλη τους, αν παραστεί ανάγκη, αλλά και στην τάξη ως σύνολο. Διαπιστώθηκε από τις μελέτες μας, ότι η έρευνα σε αυτήν την περιοχή, προϋποθέτει καθηγητές και σχολικά περιβάλλοντα με εμπειρίες σε ομαδοσυνεργατική μάθηση μέσω υπολογιστή, κάτι που είναι ιδιαίτερα δύσκολο ακόμη και σήμερα, όπως και κατά την εποχή διεξαγωγής των εμπειρικών μελετών πεδίου που έγιναν στο πλαίσιο της διατριβής. Παρά την εγγενή αυτή δυσκολία, οι διαπιστώσεις της διατριβής συμβάλουν στον καλύτερο προσδιορισμό του ρόλου του καθηγητή σε αυτό το πλαίσιο διδασκαλίας και μάθησης και των εργαλείων που υποστηρίζουν αυτό το ρόλο. Η γενικότερη κατεύθυνση της περιοχής της μάθησης με χρήση υπολογιστή μας κάνει να υποθέσουμε ότι οι πρακτικές που μελετώνται εδώ θα αποκτήσουν ευρεία διάδοση στο εγγύς μέλλον. Τούτο στηρίζεται αφενός στη γενικότερη διαπίστωση της εισαγωγής της τεχνολογίας στη ζωή των μαθητών (Dave, 2010), και μάλιστα αυτής που υποστηρίζει τη συνεργασία, όπως οι τεχνολογίες κοινωνικής δικτύωσης, των δυνατοτήτων αξιοποίησης της τεχνολογίας αυτής μέσα στην τάξη με τη μορφή νέων συσκευών, νέων μέσων συνεργασίας και αλληλεπίδρασης, πολλαπλών μέσων επικοινωνίας, νέων τρόπων πρόσβασης στα δεδομένα, κλπ. Συνεπώς αυτό το σύνθετο τεχνολογικό και κοινωνικό περιβάλλον που περιβάλει ήδη τις σχολικές εμπειρίες και τις επηρεάζει, απαιτεί επαναπροσδιορισμό του ρόλου του καθηγητή, ο οποίος παραμένει μεν ο καθοδηγητής της μαθησιακής διαδικασίας αλλά συνάμα και ενορχηστρωτής μιας σύνθετης δραστηριότητας (Dillenbourg, 2009; Dillenbourg et al. 2011) . / Collaborative learning is an area of research and practice with a long history. Studies on collaborative learning are referred back in 1924 (Webb & Palincsar, 1996; Alport, 1924). With advances in technology in recent years, collaborative learning (as with collaborative work) has been supported by computer systems. So a new research area was introduced, that of computer-supported collaborative learning (CSCL). In this new field theories were developed, research methods adopted and developed related tools (Stahl et al, 2006). The objective has been to study collaboration in groups and the impact of collaboration on learning. The focus was on the study of groups, on interactions, on the tools that mediate collaboration, and their effectiveness. Initially students were studied systematically in order to draw conclusions about the effectiveness of approaches and tools. Subsequently, more recently, there was a need, as a consequence of the advances of the field, the study to include teachers in collaborative learning environments, which are a condition for the integration of such approaches in authentic teaching and learning conditions. The role of the teacher should be studied in this set up as the teacher takes up new roles, that of the facilitator and supporter of collaboration, given that students take a more active role than in more traditional learning situations (Dimitracopoulou, 2005). The question concerning the new role of the teacher, and her support of technologies and tools, has been identified as one of the five research priorities in this area (Dillenbourg, 2009). This PhD Thesis studies the role of the teacher who is involved in supervising collaborative activities mediated by computers, where these activities take place in a typical classroom. The starting point of this research was the study of similar research efforts and collaborative computing systems, as reported in the literature, which identified common views on the role and on possible requirements for supporting the teacher by appropriate tools. The need for monitoring of different social class levels, i.e. the individual student, group and class (Dillenbourg & Jermann, 2010), first emerged. Also trends were identified that include support for monitoring activity of groupwork in different phases with different degree of focus, recording the activities of students and exporting of quantitative and qualitative indicators that represent the state of the groups and the class, the use of symbolic and synoptic representation to fix this situation, and the development and experimental use of "intelligent" assistants of the teachers. Based on this initial study, research questions were formed concerning the way in which the teacher in supervising group activities in the classroom, creates and maintains the perception of the phenomena that evolve. These research questions were examined in a series of studies in classes that involved students and teachers. In the design of our studies involving new practices and artifacts we considered that the artifacts used are transformed into tools by the users, based on their initial orientation and design and the meaning they acquire during use (Stahl et al., 2006). For this reason, the technologies in the area of collaborative learning should be combined with studies that point out and highlight the ways that ultimately utilized tools, which are either made with experimental procedures (eg in a laboratory), or follow the ethnomethodological tradition in classrooms (Jeong & Hmelo-Silver, 2010). Our methodology was that of Research Design (Collins, 1992) while evidence was collected from the study following an ethnomethodological approach (Stahl, 2006). For our studies we created a notation to represent the activity of the teacher in the class where there are certain technologies used to support collaborative student activities. This notation was used in an approach, that involved use of data collected during the studies, that allowed comparison of patterns of teacher behavior when using tools to support group class activities. In the first phase of studies, the teachers did not use specific tools of supervision, while during the second phase the teachers used new tools that were developed in order to support them. The main effect of these new tools was that they allowed the teachers to be aware of the state of each student group through a variety of representations. This affected teacher behavior. In the third phase, the data produced in the other two phases were evaluated off-line by teachers, using the tools developed without the time constraints of the real time classroom environment. In order to depict the effects of tools and representations used in each phase and identify patterns of behavior, a notation of the teacher's actions during the monitoring of collaborative activity was used, which involved the teacher objectives and the representations that were used. Focus levels were set and types of interventions teacher, associated with representations of data, and the teacher's actions that were supported. It was found that the teacher in the classroom moves from the level of the group on to the individual, while there is a need to constantly monitor all the groups in the class. During collaborative activities a large amount of information was produced, and the teacher had to use it in the best possible way, as she tries to identify occurrence of phenomena that help her improve understanding of the situation of the classroom. The supervision of the activity aimed at understanding the situation, thus requiring the supervisor to move between different levels of focus, and also navigate back and forth in the time dimension. In this way the teacher exploits and combines different representations, trying to synthesize the main points of each group activity, its reasoning to identify possible deviations from the model that was formed about expected problem solving behaviour, originally during the design of the activity. This process requires the identification and annotation of events that require longer term study and can serve as examples of good practice or material for diagnosis and feedback. The evaluation of groupwork activity requires both familiarity with the technology used, while on the other hand the application of appropriate assessment models to take account of the evolution of groupwork activities, and not just inspection of the final result, and provide feedback to individual groups, and group members if necessary, as well as to the whole class. It was found from our studies that research in this area, requires teachers and school environments with experience in computer supported collaborative learning, which is particularly difficult, even today, as it was in the time when the field studies were conducted. Despite this inherent difficulty, the findings of this study help to better define the role of the teacher in this context of teaching and learning and evaluation of the tools that support this role. The general direction of the field of technology enhanced learning makes us assume that the practices studied here will become widespread in the near future. This one is based on general observation of the introduction of technology in the lives of students (Dave, 2010), especially technologies that support social interaction and collaboration, such as social networking technologies, the potential use of this technology in the classroom in the form of new devices, new instruments of collaboration and interaction, multi-media, new ways to access data, etc. Therefore this complex technological and social environment that surrounds and influences the school experiences requires redefinition of the role of the teacher, who still remains as the leader of learning process yet takes up the role of orchestrator of more complex activities (Dillenbourg, 2009; Dillenbourg et al. 2011).

Σκοπός της εν λόγω διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η αξιολόγηση των οικονομικών καταστάσεων των αγροτικών επιχειρήσεων που δραστηριοποιούνται στο νομό Αιτωλοακαρνανίας με την χρήση χρηματοοικονομικών δεικτών. Σημαντικό στοιχείο της εργασίας αποτελεί το γεγονός ότι η χρονική περίοδος αξιολόγησης των επιχειρήσεων διαχωρίζεται με ορόσημο το διαχειριστικό έτος 2008 ώστε να έχουμε μία πλήρη εικόνα των επιχειρήσεων προ οικονομικής κρίσης και μετά. / --

Καθώς η εξέλιξη της βιοϊατρικής επιστήμης και τεχνολογίας είναι συνεχής και ραγδαία, η έρευνα επικεντρώνεται τόσο στη βελτίωση των κλινικών τεχνικών όσο και στην ανάπτυξη νέων με κυριότερο σκοπό την ακριβέστερη και ασφαλέστερη διάγνωση και θεραπεία. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετάται η χρήση δύο περιοχών του φάσματος, των μικροκυματικών και των ηχητικών συχνοτήτων για διαγνωστικές λειτουργικές εφαρμογές εγκεφάλου. Παρόλο που η χρήση των υπερήχων έχει αξιοποιηθεί στην κλινική εφαρμογή, οι αναφορές για τη χρήση των ηχητικών κυμάτων στις βιοιατρικές εφαρμογές είναι περιορισμένες στη διεθνή βιβλιογραφία. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η ανάπτυξη ενός συστήματος για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου στις ηχητικές συχνότητες. Στα δύο πρώτα κεφάλαια περιγράφονται οι βασικές αρχές που διέπουν την επιστήμη του ήχου (ακουστική) αλλά και οι φυσικές αρχές αλληλεπίδρασης των ηχητικών κυμάτων με τους βιολογικούς ιστούς (δημιουργία και εξέλιξη των φυσικών φαινομένων ανάκλασης, διάθλασης, μετάδοσης και απορρόφησης της ηχητικής δέσμης). Πιο συγκεκριμένα μοντελοποιείται και μελετάται θεωρητικά το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης των ηχητικών κυμάτων με τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθεται η θεωρητική ανάλυση και οι βασικές αρχές της προτεινόμενης μεθόδου για μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας στις ηχητικές συχνότητες καθώς και τα βασικά στοιχεία της πρακτικής της υλοποίησης που περιλαμβάνουν ανάλυση του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου και των αντίστοιχων μετατροπέων καθώς και το αντίστοιχο σύστημα λήψης ηχητικών σημάτων. Τα μικροκύματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πλήθος διαγνωστικών και θεραπευτικών τεχνικών τόσο σε επίπεδο έρευνας όσο και στην κλινική πράξη. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται θεωρητική μελέτη δύο πολυσυχνοτικών κυρτών προσαρμόσιμων μικροταινιακών τυπωμένων κεραιών για χρήση τους με συστήματα ευαίσθητων δεκτών μικροκυματικής ραδιομετρίας. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφονται η βασική τεχνολογία και οι βασικές αρχές λειτουργίας της παθητικής μεθόδου διάγνωσης με μικροκύματα, της μικροκυματικής ραδιομετρίας. Οι προτεινόμενες κυρτές κεραίες μοντελοποιήθηκαν (κεφάλαιο 5) και μελετήθηκαν με τη βοήθεια του ηλεκτρομαγνητικού προσομοιωτικού λογισμικού πακέτου HFSS που χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Παρουσιάζονται αναλυτικά οι ιδιότητες εστίασης των κεραιων αυτών σε δύο διαφορετικά μοντέλα κεφαλιού στος εύρος συχνοτήτων 2 – 3.5 GHz. / As the evolution in the field of biomedical science and technology is continuous, the research focuses mainly on the improvement of existent clinical techniques and the development of new ones, aiming to the most accurate and safe diagnosis and treatment. In the present thesis, the usage of two frequency bands is investigated, the microwave and sound frequencies for diagnostic functional brain applications. Despite the fact that ultrasounds have been utilized in clinical practice, the references regarding the application of sound frequencies in medical diagnosis are restrained in international literature. In the present thesis the development of a system for diagnostic brain applications operating at sound frequencies is studied. In the first two chapters the basic principles of acoustics and the physical principles of the interaction of sound waves with biological tissue (including physical phenomena of reflection, diffraction, transmission and absorption of sound) are described. More specifically, the problem of the interaction of sound waves with the human brain tissues is theoretically modeled and studied. In the third chapter theoretical analysis and basic principles of the suggested method are given together with the basic points of its practical implementation that include analysis of the piezoelectric phenomenon, the respective piezoelectric transducers and sound signal receiver. Microwaves have been used in many diagnostic and therapeutic techniques both at research level and in clinical practice. Herein, a theoretical study of two multi-frequency conformal microstrip patch antennas is performed, in order to use them in conjunction with sensitive microwave radiometry receivers. In chapter 4 the basic technology and the basic operation principles of the passive diagnostic method with microwaves (microwave radiometry) are described. The suggested conformal antennas are modeled (chapter 5) and studied using the electromagnetic simulation tool HFSS that implements the finite element method (FEM). The properties of these antennas and their focusing ability on specific brain areas are presented at 2 – 3.5 GHz in two different head models.

Καθώς η εξέλιξη της βιοϊατρικής επιστήμης και τεχνολογίας είναι συνεχής και ραγδαία, η έρευνα επικεντρώνεται τόσο στη βελτίωση των κλινικών τεχνικών όσο και στην ανάπτυξη νέων με κυριότερο σκοπό την ακριβέστερη και ασφαλέστερη διάγνωση και θεραπεία. Στην παρούσα διατριβή, μελετάται η χρήση δύο περιοχών του φάσματος, που ανήκουν στο πεδίο των μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών, των μικροκυματικών και των ακουστικών συχνοτήτων, για διαγνωστικές λειτουργικές εφαρμογές εγκεφάλου. Παρόλο που η χρήση των υπερήχων έχει αξιοποιηθεί στην κλινική εφαρμογή, οι αναφορές για τη χρήση των ακουστικών κυμάτων στις βιοϊατρικές εφαρμογές είναι περιορισμένες στη διεθνή βιβλιογραφία. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η ανάπτυξη ενός συστήματος για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου στις ακουστικές συχνότητες. Στα δύο πρώτα κεφάλαια περιγράφονται οι βασικές αρχές που διέπουν την επιστήμη του ήχου (ακουστική) αλλά και οι φυσικές αρχές αλληλεπίδρασης των ακουστικών κυμάτων με τους βιολογικούς ιστούς (δημιουργία και εξέλιξη των φυσικών φαινομένων ανάκλασης, διάθλασης, μετάδοσης και απορρόφησης της ηχητικής δέσμης). Πιο συγκεκριμένα, μοντελοποιείται και μελετάται θεωρητικά το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης των ακουστικών κυμάτων με τον ανθρώπινο εγκέφαλο ενώ τέλος παρουσιάζονται βασικές και σύγχρονες εφαρμογές ακουστικής στην ιατρική. Στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθεται η θεωρητική ανάλυση και οι βασικές αρχές της προτεινόμενης μεθόδου για μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας στις ακουστικές συχνότητες και πραγματοποιούνται προσομοιώσεις, με τη βοήθεια του λογισμικού MATLAB, παραθέτοντας τα αντίστοιχα αριθμητικά αποτελέσματα. Ολοκληρώνοντας το πρώτο μέρος της διατριβής, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η πρακτική υλοποίηση του προτεινόμενου συστήματος, περιλαμβάνοντας ανάλυση του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου και των αντίστοιχων αισθητήρων, εκτενής μελέτη του κάθε τμήματός του καθώς και πειραματικές μετρήσεις με ομοιώματα. Τα μικροκύματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πλήθος διαγνωστικών και θεραπευτικών τεχνικών τόσο σε επίπεδο έρευνας όσο και στην κλινική πράξη. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιείται θεωρητική μελέτη και υλοποίηση πολυσυχνοτικών κυρτών προσαρμόσιμων μικροταινιακών τυπωμένων κεραιών και χρήση τους με σύστημα ευαίσθητου δέκτη μικροκυματικής ραδιομετρίας. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφονται η βασική τεχνολογία και οι βασικές αρχές λειτουργίας της παθητικής μεθόδου διάγνωσης με μικροκύματα, της μικροκυματικής ραδιομετρίας ενώ στο κεφάλαιο 6 μοντελοποιούνται οι προτεινόμενες κυρτές κεραίες και μελετούνται με τη βοήθεια του ηλεκτρομαγνητικού προσομοιωτικού λογισμικού πακέτου HFSS που χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Επίσης, παρουσιάζονται αναλυτικά οι ιδιότητες εστίασης των κεραιών αυτών σε δύο διαφορετικά μοντέλα κεφαλιού στο εύρος συχνοτήτων 2 – 3.3 GHz. Τέλος, οι κεραίες που μελετήθηκαν θεωρητικά, κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται ως κεραίες λήψης ραδιομέτρου τύπου διακόπτη Dicke (Dicke switch) για πειραματικές μετρήσεις σε ομοιώματα (κεφάλαιο 7). Ο συνδυασμός των δύο συστημάτων σε μια κοινή υλοποίηση και η πραγματοποίηση κοινών πειραματικών μετρήσεων και στις δύο περιοχές συχνοτήτων είναι μια πολύ σημαντική προοπτική που μπορεί να βελτιώσει τα πιθανά μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου αλλά και να τις επαληθεύσει, με την παροχή και το συνδυασμό διαφορετικού είδους πληροφορίας για το ίδιο αίτιο. / As progress in the field of biomedical science and technology is continuous, the research focuses mainly on the improvement of existing clinical techniques and the development of new ones, aiming at the most accurate and safe diagnosis and treatment. In the present thesis, passive diagnosis in the non ionizing radiation regime and especially two frequency bands, microwave and acoustic frequencies, are used for diagnostic functional brain applications. Despite the fact that ultrasounds have been utilized in clinical practice, the references regarding the application of acoustic waves in medical diagnosis are restrained in international literature. In the present thesis the development of a system for diagnostic brain applications operating at acoustic frequencies is studied. In the first two chapters the basic principles of acoustics and the physical principles of the interaction of acoustic waves with biological tissue (including physical phenomena of reflection, diffraction, transmission and absorption of sound) are described. More specifically, the problem of the interaction of acoustic waves with the human brain tissues is theoretically modeled and studied. In the third chapter theoretical analysis is carried out and the basic operation principles of the suggested method for monitoring brain activity in acoustic frequencies are described. Simulations are performed using the MATLAB software and the respective numerical results are presented. Completing the first part of the thesis, the fundamentals of the system’s practical implementation are introduced in the fourth chapter. All system modules are described and the results of the implementation study through experiments using phantoms are presented. Microwaves have been used in many diagnostic and therapeutic techniques both at research level and in clinical practice. Herein, a theoretical study and implementation of various multi-frequency conformal microstrip patch antennas are performed, and finally they are used in conjunction with a sensitive microwave radiometry receiver. In chapter 5 the basic technology and the basic operation principles of the passive diagnostic method with microwaves (microwave radiometry) are described, while in chapter 6 the suggested conformal antennas are modeled and studied using the electromagnetic simulation tool HFSS that implements the finite element method (FEM). Moreover, the properties of these antennas and their focusing ability on specific brain areas are presented at 2 – 3.3 GHz in two different head models. Finally, a few are materialized in Rogers 4350B dielectric substrate and two of them are used together with a Dicke switch type radiometer for experimental measurements with phantoms (chapter 7). The combination of the aforementioned systems in a common implementation and the realization of common experimental measurements in both frequency bands is a very significant prospective which can optimize the performance of each methodology, by collecting and combining different types of information originating from the same event.