Η υστέρηση είναι ένα μη γραμμικό φαινόμενο, το οποίο είναι πολύ κοινό σε διάφορους κλάδους της επιστήμης, συμπεριλαμβανομένων της φυσικής, της μηχανικής και της βιολογίας. Η μαθηματική θεμελίωση του φαινομένου της υστέρησης οφείλεται σε διάφορες εφαρμογές, οι οποίες αποτελούν και τα πρακτικά παραδείγματα, τα οποία την υποστηρίζουν. Για το λόγο αυτόν πλήθος μοντέλων, τα οποία πήραν την ονομασία τους από τους επιστήμονες που τα πρότειναν (π.χ Duhem, Weiss, Preisach κ.ο.κ), πρώτα χρησιμοποιήθηκαν για συγκεκριμένες εφαρμογές και μετά θεωρήθηκαν ως μοντέλα υστέρησης. Το φαινόμενο της υστέρησης, όπως και η μαθηματική του ανάλυση, έχει μελετηθεί διεξοδικά [1,2] και για το λόγο αυτό έχουν προταθεί αρκετά μαθηματικά εργαλεία. Εντούτοις, το πρόβλημα της αναγνώρισης (επίτευξη μαθηματικών μοντέλων επί τη βάση πειραματικών μετρήσεων) συστημάτων με υστέρηση δεν έχει λάβει τη δέουσα προσοχή ακόμα. Στις περισσότερες των περιπτώσεων, η αναγνώριση περιορίζεται σε πρακτικά ζητήματα (κυρίως για προσομοιώσεις συστημάτων με υστέρηση), κατά τα οποία επιλέγεται ένα συγκεκριμένο μοντέλο υστέρησης και χρησιμοποιείται μία μέθοδος εκτίμησης (π.χ μη-γραμμική βελτιστοποίηση), δίχως να δαπανάται επιπλέον προσπάθεια σε βαθύτερα θεωρητικά θέματα (π.χ κατά πόσο η εκτίμηση είναι η βέλτιστη ή αν είναι μοναδική κ.ο.κ). Αξίζει να σημειωθεί ότι το πρόβλημα της αναγνώρισης είναι βαθύτερο και χρήζει επιπλέον θεωρητικής ανάλυσης βάσει αρχών και εργαλείων από το γνωστικό αντικείμενο της “Θεωρίας Αναγνώρισης Συστημάτων”, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται τα βέλτιστα αποτελέσματα. O πρώτος στόχος της παρούσα διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθοδολογίας ανίχνευσης μη γραμμικής συμπεριφοράς (όπως για παράδειγμα η υστέρηση) αποκλειστικά επί τη βάση πειραματικών μετρήσεων. Η βασική ιδέα για την επίτευξη του σκοπού αυτού είναι η χρήση της Συνάρτησης Συνάφειας (Coherence Function), η οποία αναμένεται να μειωθεί με την ύπαρξη μη γραμμικοτήτων [3]. Μετά την ανίχνευση, ο στόχος είναι η ανάπτυξη ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για την αναγνώριση φυσικών συστημάτων με υστέρηση, βάσει του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell (Maxwell Slip model – [4]). Ο συγκεκριμένος στόχος αντιμετωπίζεται υπό το πρίσμα της θεωρίας αναγνώρισης συστημάτων (System Identification) και ως εκ τούτου τα βασικά θέματα θεωρητικής φύσεως τα οποία αντιμετωπίζονται είναι, τα ακόλουθα:  Η εκ των προτέρων αναγνωρισιμότητα (μοναδικότητα της παραμετροποίησης – uniqueness of representation) της δομής του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Η επίδραση των αρχικών καταστάσεων στην εκτίμηση του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Ο σχεδιασμός της διεγέρσεως έτσι ώστε τα διαθέσιμα δεδομένα να περιέχουν όλη τη δυνατή πληροφορία για την επιτυχή αναγνώριση του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  H επιλογή και η αριθμητική εφαρμογή κατάλληλης εκτιμήτριας των παραμέτρων του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Η μελέτη της εκ των υστέρων αναγνωρισιμότητας (a posteriori identifiability) του Μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Η μελέτη της ποιότητας της εκτίμησης του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell, το οποίο συνεπάγεται την μελέτη της συνέπειας (consistency) και της ασυμπτωτικής κανονικότητας των εκτιμήσεων (asymptotic normality).  Η διαδικασία επιλογής της δομής (model structure selection) του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Ο έλεγχος εγκυρότητας (model validation) του εκτιμώμενου μοντέλου ολίσθησης του Maxwell. Επί τη βάση των παραπάνω βασικών θεμάτων, αναπτύσσονται κατάλληλα εργαλεία και λεπτομερείς διαδικασίες με σκοπό να δοθούν απαντήσεις. Προκειμένου να φανερωθεί η πρακτικότητα και εφαρμοσιμότητα των προαναφερθέντων θεωρητικών θεμάτων, είναι αναγκαία η εφαρμογή τους σε ένα πραγματικό σύστημα με υστέρηση. Από το πλήθος των διαθέσιμων συστημάτων αυτού του είδους, επιλέγεται ένα πραγματικό μηχανικό σύστημα με τριβή. Αξίζει να σημειωθεί ότι συστήματα αυτού του είδους όχι μόνο είναι πολύ κοινά σε μηχανολογικές εφαρμογές, άλλα η αναγνώριση τους αποτελεί πρόκληση, λόγω της πολύπλοκης φύσης της υστέρησης που παρουσιάζουν. Συγκεκριμένα τα εν λόγω συστήματα παρουσιάζουν διαφορετικό είδος υστέρησης ανάλογα με την περιοχή λειτουργίας τους. Έτσι, όταν λειτουργούν στην περιοχή προολίσθησης (δεν παρουσιάζεται μακροσκοπική κίνηση, η σχετική μετατόπισης μεταξύ των επιφανειών που έρχονται σε επαφή είναι της τάξεως των 2 - 5 μm (presliding regime [5]) εμφανίζεται υστέρηση (σχεδόν) ανεξάρτητη του ρυθμού, με χαρακτηριστικά μακράς μνήμης (hysteresis with nonlocal memory) μεταξύ της (μικρο)μετατόπισης και της δύναμης τριβής [6,7,8]. Όσο η σχετική μετατόπιση των επιφανειών που έρχονται σε επαφή αυξάνεται, τότε όλο και περισσότεροι δεσμοί (junctions) σπάνε και τελικά παρατηρείται μακροσκοπική μετατόπιση με αποτέλεσμα το σύστημα να εισέρχεται στην περιοχή ολίσθησης (sliding regime). Στην περιοχή αυτή, ο προηγούμενος τύπος της υστέρησης εξαφανίζεται και εμφανίζεται υστέρηση, μεταξύ της μετατόπισης και της δύναμης τριβής, ρυθμού εξαρτώμενης [8,9,4]. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένα σύστημα με τριβή μεταβαίνει από την μια περιοχή λειτουργίας στην άλλη (π.χ κατά την αλλαγή στη φορά της κίνησης) αρκετές φορές ακόμα και κατά την τυπική του λειτουργία. Το γεγονός αυτό καταδεικνύει τη δυσκολία του προβλήματος. Προκειμένου να επιλυθεί το πρόβλημα της αναγνώρισης μηχανικών συστημάτων με τριβή, αρχικά μελετάται το σύστημα μόνο στην περιοχή προολίσθησης. Για το λόγο αυτό διεξάγονται κατάλληλα πειράματα στην περιοχή αυτή, μετρώνται τα σήματα της μετατόπισης και της τριβής προολίσθησης και εφαρμόζεται αναγνώριση του συστήματος επί τη βάση του Μοντέλου ολίσθησης του Maxwell. Η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας οδηγεί σε σχεδόν άψογα αποτελέσματα, καταδεικνύοντας την ικανότητα του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell να περιγράφει τη δυναμική του συστήματος στην περιοχή προολίσθησης. Αφού μελετήθηκε το σύστημα εντός της περιοχής προολίσθησης, το επόμενο βήμα περιλαμβάνει τη γενικότερη (και πιο πιθανή) περίπτωση, κατά την οποία το σύστημα λειτουργεί στη συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης. Όπως και πριν, διεξάγονται πειράματα και μετρώνται τα σήματα μετατόπισης και τριβής. Αν και η αναγνώριση του συστήματος, μέσω του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell στη συνδυασμένη περιοχή, δίνει χειρότερα συγκρινόμενα με τα προηγούμενα, αποτελέσματα, η χρήση του μοντέλου παρουσιάζεται αρκετά υποσχόμενη. Το γεγονός ότι η αναγνώριση, μέσω του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell, στη συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης οδηγεί σε χειρότερα αποτελέσματα οφείλεται στο ότι η εν λόγω δομή του μοντέλου δεν είναι σε θέση να ερμηνεύσει πλήρως την πολυπλοκότητα της υστέρησης που εμφανίζεται στην περίπτωση αυτή. Έτσι, κρίνεται απαραίτητη η κατάλληλη επέκταση της βασικής δομής. Για το λόγο αυτό προτείνεται κατάλληλη, επί τη βάση της βασική δομής, επέκταση. Η χρήση της νέας δομής του μοντέλου για την αναγνώριση του συστήματος στη συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης οδηγεί σε εξαιρετική βελτίωση των αποτελεσμάτων, καταδεικνύοντας την καταλληλότητά της. Προκειμένου οι δυνατότητες της νέας δομής να παρουσιαστούν καλύτερα, αναπτύσσεται ένα απλό σύστημα ελέγχου πρόσω-αντιστάθμισης (feedforward), βασισμένο στην προτεινόμενη νέα δομή. Ο παραπάνω έλεγχος έχει ως αποτέλεσμα την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλού σφάλματος εντοπισμού (tracking error), υποδεικνύοντας την εξαιρετική αντιστάθμιση της αναπτυσσόμενης τριβής και ως εκ τούτου την ικανότητα της προτεινόμενης δομής να ερμηνεύει τη δυναμική του συστήματος με τριβή, όταν αυτό δουλεύει στην συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης. / Hysteresis is a nonlinear phenomenon which is common in various branches of science and technology, including physics, mechanics, biology, civil and mechanical engineering. It is well known that many applications stimulate and provide lively support to mathematical construction. For instance, several well - known models which named after the physicists and engineers who proposed them (Rayleigh, Duhem, Weiss, Prandtly, Preisach, Bouc and so on) was entangled with applications before being viewed as models of hysteresis. The study of hysteresis phenomena as well as their mathematical analysis have been systematically researched [1,2] and several mathematical modelling tools have been proposed. Nevertheless the problem of inverse modelling (that is identifying from available experimental data a model that provides the optimum representation of the system under study) of a system with hysteresis have not been investigated thoroughly. In the most of the cases the hysteresis identification is often limited to practical issues such that postulating a hysteresis model and applying an estimation technique (i.e. nonlinear optimization) for obtaining its parameters. However the problem is much deeper and a more theoretical analysis, employing principles and tools from the "System Identification Theory", should be applied in order the optimum results to be obtained. The dissertation aims at proposing a methodology for detecting nonlinearities (such as hysteresis) utilizing experimentally obtained excitation - response data only. The key feature for doing so is the Coherence Function, which is expected to be decreased with the appearance of nonlinear behavior [3]. Following this a complete methodology for identifying systems with hysteresis based upon the Maxwell Slip model [4] is established. This problem is addressed from the ``System Identification" point of view, and therefore the critical issues primarily addressed here are:  The a priori identifiability (or uniqueness of representation) of the Maxwell Slip model structure.  The excitation design for achieving ``rich" enough data for the Maxwell Slip model identification purpose.  The selection and numerical implementation of an estimator  The a posteriori identifiability (whether the model can be identified from a actual experiment under real conditions) of the Maxwell Slip model.  The estimator asymptotic statistical properties, such that consistency and asymptotic normality  The model structure selection  The model validation Based upon these questions, answers are provided and detailed guidelines are established. In order the established theoretical findings to be solidify and their practicality to be revealed, their application to an actual system with hysteresis is required. From the huge number of the available systems with hysteresis, a real (experimental) mechanical system with friction is selected. This kind of systems are not only quite common in mechanical engineering applications (friction perhaps is the most common source of nonlinearities in mechanical systems), but also extremely challenging due to its complicated hysteresis nature (different types of hysteresis appear according to the operational regime). In order the latter to be more clear consider that whenever a system with friction operates within presliding regime (no macroscopic movement between the two surface in contact - the relative displacement is approximately 2 – 5 μm for steel materials [5], then there is a (almost) rate-independent hysteresis with nonlocal memory between the displacement and friction force [6,7,4]. As the relative displacement increases then more and more junctions break and finally there is a macroscopic relative motion and therefore the sliding regime begins. In this case the previous type of hysteresis disappears, and a new rate-dependent hysteresis between the displacement and friction force appears [8,9,4]. However, the system transits from the one regime to the other, (i.e at velocity reversals) several time during its typical operation, thus the type of hysteresis appears depends on the operational regime and thus to the system motion. Unavoidably this makes the identification problem quite challenging. Firstly the system under study is considered within the presliding regime only. Experiments were carried out and actual presliding displacement - friction force signals were obtained. The application of the proposed methodology yields almost excellent results, indicating its ability of capturing the underlying presliding frictional dynamics. The obvious next step is to consider the most common case, which is operation within both presliding - sliding dynamics. Experiments were implemented and displacement - friction force signals were collected. In this case the identification results based upon the Maxwell Slip model, though not so good as before, appear to be very promising. For that reason a proper extension of the basic Maxwell Slip model structure is proposed and implemented. This modification yields to significant improvement, and excellent results are achieved. In order the potentiality of the proposed extended Maxwell Slip model to be demonstrated better, a simple feedforward friction compensation scheme, based upon the extended model, is implemented. The results demonstrate excellent friction compensation, yielding extremely low tracking error, not only in each operational regime but also during regime transitions.

Στην παρούσα εργασία δημιουργήθηκε μια βιβλιοθήκη παραμετροποιημένων μοντέλων Ασύγχρονων Τριφασικών Μηχανών κλωβού σε δύο διαστάσεις, σύμφωνα με τα πρότυπα που απαιτεί η ΝΕΜΑ, δηλαδή το διαχωρισμό των τεσσάρων κλάσεων σχεδίασης του δρομέα. Στη συνέχεια, με τη χρήση αυτών των μοντέλων, έγινε Ηλεκτρομαγνητική Aνάλυση με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων και μελετήθηκε η επίδραση που έχει το Σχήμα των αυλακώσεων του δρομέα στα ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη και τη λειτουργική συμπεριφορά της Ασύγχρονης Μηχανής. Επίσης μελετήθηκαν οι επιδράσεις που επιφέρει το κλείσιμο του στομίου των αυλακώσεων του στάτη και του δρομέα στο πεδίο και στις χαρακτηριστικές της Ασύγχρονης Μηχανής. Ο σχεδιασμός των μηχανών πραγματοποιήθηκε με χρήση του προγράμματος OPERA Electromagnetic Design. Έγινε αξιοποίηση των γεωμετρικών και ηλεκτρικών χαρακτηριστικών ενός συγκεκριμένου τετραπολικού κινητήρα κλωβού, ισχύος 5kW, με 48 αυλακώσεις στο δρομέα και 36 στο στάτη. Τα παραμετροποιημένα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων δημιουργήθηκαν ακολουθώντας τη μέθοδο σχεδιασμού με εντολές κώδικα αντί της μεθόδου, που συνήθως χρησιμοποιείται, με χρήση των έτοιμων σχεδιαστικών εργαλείων στην επιφάνεια εργασίας του προγράμματος. Αυτό γιατί τα μοντέλα μας , επιθυμούσαμε να είναι εύπλαστα από γεωμετρικής άποψης, πράγμα που δεν μας έδινε ο δεύτερος τρόπος σχεδιασμού, αν και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος. Αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία μιας βιβλιοθήκης παραμετροποιημένων μοντέλων μηχανών, η οποία υπακούει στις σχεδιαστικές προδιαγραφές που επιβάλει η ΝΕΜΑ. Τα μοντέλα αυτά έπρεπε να είναι παραμετροποιημένα λόγω του ότι σκοπός μας είναι να συγκρίνουμε τη λειτουργία Ασύγχρονων Μηχανων με διαφορετικό σχήμα των αυλακώσεων του δρομέα. Έτσι, είναι φανερό ότι με την επιλογή αυτή δημιουργούμε ένα μειονέκτημα και ταυτόχρονα τρία πλεονεκτήματα. Το μειονέκτημα είναι ότι η σχεδίαση με τη χρήση των εντολών του προγράμματος δεν είχε εκπονηθεί από κάποιον στο παρελθόν στο εργαστήριο, πράγμα το οποίο κόστισε σε χρόνο περισσότερο από ό,τι θα κόστιζε η συμβατική μέθοδος και υπήρξε εξαιρετικά επίπονη έρευνα. Τα πλεονεκτήματά μας από την άλλη ήταν: α) Το γεγονός ότι δεν χρειάστηκε να σχεδιασθεί από την αρχή κάθε μοντέλο που θέλαμε να μελετήσουμε, β) Ο εύκολος και γρήγορος σχεδιασμός ενός κινητήρα κλωβού από οποιονδήποτε χρήστη, ακόμα και κάποιου που δεν έχει μελετήσει το πρόγραμμα σχεδίασης που χρησιμοποιούμε και γ) Η δημιουργία ενός πολύ χρήσιμου εργαλείου για περαιτέρω χρησιμοποίηση και έρευνα στον τομέα του σχεδιασμού ηλεκτρικών μηχανών. Στη συνέχεια, επεκτείναμε την έρευνα σε μοντέλα, θεωρώντας γραμμική και μη γραμμική χαρακτηριστική του σιδηρομαγνητικού υλικού της μηχανής, για την περίπτωση των κλειστών αυλακώσεων είτε του δρομέα, είτε του στάτη με σφήνες, είτε και των δύο περιπτώσεων ταυτόχρονα. Για το κλείσιμο των αυλακώσεων χρησιμοποιήσαμε υλικά διαφορετικής μαγνητικής διαπερατότητας και μελετήσαμε τα ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη για τα μοντέλα που προέκυψαν. Η διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. / -

Η µεταµόσχευση πνεύµονα είναι µια αποδεκτή θεραπευτική λύση για τους ασθενείς µε πνευµονική νόσο τελικού σταδίου. Η πρώιµη δυσλειτουργία του µοσχεύµατος παραµένει µία από της κύριες αιτίες πρώιµης θνητότητας και νοσηρότητας. Το σύνδροµο ισχαιµίας – επαναιµάτωσης είναι ο υπεύθυνος κύριος παθογενετικός µηχανισµός. Η ακριβής αιτιοπαθολογία του συνδρόµου ισχαιµίας – επαναιµάτωσης δεν έχει πλήρως ερευνηθεί. Η πειραµατικές µεταµοσχεύσεις ως τώρα δεν µπόρεσαν να αποµονώσουν την κλινική εικόνα της βλάβης ισχαιµίας – επαναιµάτωσης, όπως είναι η υποξία, η σοβαρή βλάβη της ενδοθηλιακής διαπερατότητας και το γενικευµένο κυψελιδικό οίδηµα. Η ερευνητική µας οµάδα όπως και πολλές άλλες διεθνώς, χρησιµοποίησε ως τώρα το µοντέλο µεταµόσχευσης ενός πνεύµονα από το ένα ζώο σε άλλο. Ο πρώτος στόχος µας ήταν να δηµιουργήσουµε ένα σταθερό και επαναλήψιµο πειραµατικό πρωτόκολλο που θα µπορούσε να αναπαράγει τις τοπικές και συστηµατικές εκδηλώσεις του συνδρόµου ισχαιµίας- επαναιµάτωσης χωρίς όµως τη συµµετοχή της παθολογίας της απόρριψης, διατηρώντας παράλληλα τους λιγότερους χειρουργικούς χειρισµούς στο µόσχευµα. Είναι γνωστό ότι κατά τις πνευµονικές µεταµοσχεύσεις σε πειραµατικά µοντέλα εµφανίζονται αλλαγές στη σύνθεση και λειτουργικότητα του επιφανειοδραστικού παράγοντα και επιπλέον εξαγγείωση πρωτεϊνών του πλάσµατος στην κυψελίδα µε αποτέλεσµα την επιπρόσθετη επιβάρυνση της λειτουργίας του επιφανειοδραστικού παράγοντα. Οι αλλαγές στον επιφανειοδραστικό παράγοντα κατά τις πνευµονικές µεταµοσχεύσεις έχει προταθεί ότι συµµετέχουν σηµαντικά στην παθοφυσιολογία των βλαβών που σχετίζονται µε τη µεταµόσχευση. Έτσι µπορούµε να υποθέσουµε ότι διαδικασίες που θα µπορούσαν να σταθεροποιήσουν το σύστηµα του επιφανειοδραστικού παράγοντα θα οδηγούσαν πιθανότερα σε βελτίωση της λειτουργίας του µοσχεύµατος. Έχει αποδειχτεί ότι ο εξωγενώς χορηγούµενος επιφανειοδραστικός παράγοντας µιµείται τις επιφανειοδραστικές ιδιότητες του ενδογενούς. Ο δεύτερος στόχος της µελέτης µας ήταν να εξετάσουµε αν η εξωγενής χορήγηση επιφανειοδραστικού παράγοντα θα βελτίωνε τις ιδιότητες 103 του µοσχεύµατος αλλά και ποια επίδραση θα είχε η µη χορήγηση ενός ανοσοδιεγερτικού παράγοντα του επιφανειοδραστικού παράγοντα όπως είναι το SP-A επί του συνδρόµου ισχαιµίας επαναιµάτωσης. Χρησιµοποιήσαµε 14 νεαρούς χοίρους µέσου βάρους 27(±3,5) Kg εφαρµόζοντας ένα µοντέλο αυτοµεταµόσχευσης πνεύµονα in situ. Ο πνεύµονας παρασκευάστηκε και εκπλύθηκε µέσω της πνευµονικής αρτηρίας ορθόδροµα χρησιµοποιώντας διάλυµα U Wisconsin. Οι πνευµονικές φλέβες αποκλείστηκαν µετά τη συµβολή τους επί του αριστερού κόλπου και το υγρό συντήρησης παροχετεύτηκε από αντιστόµειο στον αριστερό κόλπο. Το µόσχευµα παρέµεινε σε θερµοκρασία 4-8 0C για διάστηµα 3 ωρών, διατηρώντας την κεντρική θερµοκρασία ανάµεσα 37 και 38.50 C. Ακολούθησε επαναιµάτωση του µοσχεύµατος. Στην οµάδα ελέγχου (Β) χορηγήθηκε ελεύθερος SP-A επιφανειοδραστικός παράγοντας 1.5 ml/Kg µέσω βρογχοσκοπίου, πριν τη θωρακοτοµή. Τα πειραµατόζωα θυσιάστηκαν 3 ώρες µετά την επαναιµάτωση. Μετά από 3 ώρες από την επαναιµάτωση, (οµάδα Α vs. Β) η PVRI ήταν 447.80 dyne.sec-1cm-5m-2 (±66.8) vs. 249.51(p<.001) ενώ το NO(*p<0.05,**p<0.001), η EPO και η πνευµονική ευενδοτότητα (**p<0.002) διατηρήθηκαν στατιστικά σηµαντικά. Η µέση κυψελιδική επιφάνεια ήταν 5280.84 (4991.1) µm2 vs. 3997,89 (3284.70) µm2(p<0.005). Η ιστολογική µελέτη έδειξε µικρότερη διήθηση µικροφάγων και λεµφοκυττάρων στην οµάδα χορήγησης επιφανειοδραστικού παράγοντα στο τέλος της επαναιµάτωσης. Συµπεράσµατα Το νέο αυτό µοντέλο ετερόπλευρης µεταµόσχευσης πνεύµονα αποδείχθηκε αξιόπιστο και αναπαρήγαγε όλη την παθολογία του συνδρόµου ισχαιµίας επαναιµάτωσης, χωρίς την επίδραση των µηχανισµών απόρριψης. Επιπλέον αποδείχτηκε ότι η προθεραπεία του µοσχεύµατος µε εξωγενή επιφανειοδραστικό παράγοντα µειώνει τη βλάβη ισχαιµίας-επαναιµάτωσης διατηρώντας όχι µόνο την πνευµονική ευενδοτότητα αλλά και το δείκτη πνευµονικών αντιστάσεων. Επιπλέον οι συγκεντρώσεις του NO και η 104 105 δραστηριότητα του EPO διατηρήθηκαν καλύτερα, ενώ και η µορφολογία της κυψελίδας φαίνεται να διατηρείται σηµαντικά καλύτερα. / Lung transplantation is a well accepted treatment for patients with end stage pulmonary disease. Early graft dysfunction remains one of the major causes of early morbidity and mortality, with reperfusion injury (RI) being the most responsible mechanism. The exact pathophysiology of RI in lung transplantation has not been fully evaluated and understood. Experimental transplantation after cold storage has been so far unable to duplicate the complete clinical picture of RI, such as, hypoxia, severe impairment of endothelial permeability, and frank alveolar oedema. We, among others, in our previous experimental work with pigs, had being using a single lung transplantation model. Our first aim has been to create a steady and reproducible experimental protocol that could demonstrate several parameters associated with the mechanisms of reperfusion injury, including impaired gas exchange, elevated pulmonary vascular resistant, local and systemic aspects of the reperfusion syndrome, but without the interference of the pathology concerning acute graft rejection, and with the minimal possible surgical manipulation of the graft. Animal studies have shown that lung transplantation is followed by changes to both synthesis and activity of surfactant. Surfactant alterations have been suggested to contribute significantly to the pathophysiology of transplantation-associated lung injuries. Therefore, procedures that stabilize the pulmonary surfactant system may prove to be crucial for optimal lung preservation. It has been demonstrated that exogenous surfactant mimics the surface-tension-lowering properties of natural lung surfactant. The second purpose of our study was to evaluate whether differences exist in lung preservation after pre-treatment (prior to graft retrieval) of donor lung with surfactant. We postulated that surfactant would lead to an enhanced preservation of the organ. Therefore, we used Surfactant, Beractant which is a natural bovine lung extract containing phospholipids, neutral lipids, fatty acids, and surfactantassociated proteins SP-B and SP-C to which colfosceril palmitate, palmitic acid, and tripalmiting are added in order to standardise the suspension. It should be noted that it does not contain SP-A. Furthermore, we assessed the effect of surfactant pretreatment to lung haemodynamics, respiratory parameters, serum and BALF nitric oxide and EPO levels and the microscopic morphology of the alveolar. Methods: Fourteen young female white pigs, mean weight 27(±3.5) Kg were used in a newly developed autotransplantation model with in-situ cold ischemia. The hilum was dissected free and the pericardium opened. University of Wisconsin solution was used for lung preservation flushed in an antegrade fashion through the left pulmonary artery. Pulmonary veins were clamped proximal to their origin at the left atrium and vent was created just distally to the clamp. The left main bronchus was clamped with the lung left semi-inflated. Interlobar fissure tissue temperature was monitored and maintained at 4-8 0C, while core temperature was kept between 37 and 38.50 C. After 3 hours of cold ischaemia clamps were removed and the lung was reperfused. In the study group (B, n=6) free-SP-A surfactant 1.5 ml/Kg, was administrated into the left main bronchus via flexible bronchoscopy, prior to thoracotomy. Animals were sacrificed after 3 hours of graft reperfusion. Results: At the end of reperfusion, (Control vs. study group) PVRI was 447.80 dyn.sec-1cm-5m-2 (±66.8) vs. 249.51(p<.001) and lung compliance was 14.83 ml/cm H2O (SD 1.78) vs. 18.91 (SD 0.73) (**p<0.002) were adequately preserved. Serum eosinophil peroxidase (EPO) activity persentence change was 18.6 +/- 5.6 vs. 116+/-52 p=0.001. In contrast, EPO activity in BALF was 180 +/- 21 vs 73+/-8, p=0.01. Finally, NO concentration in BALF was 0.75 μM =+/- 0. 06 vs. 0.91 +/- 0.15 p< 0,05 and serum NO were adequately preserved (*p<0.05,**p<0.001). The mean alveoli surface area estimated by computerized morphometry were 5280.84 (4991.1) μm2 vs. 3997,89 (3284.70) μm2(p<0.005). Histology revealed less macrophage and lymphocyte accumulation in the study group at the end of reperfusion. Conclusions: This new model of unilateral lung auto transplantation with a cold storage of the graft, proved to be very reliable in reproducing all aspects of ischemia/reperfusion injury, and we, therefore, propose its use in experimental studies dealing with this yet to be fully clarified clinical entity. Moreover it has demonstrated that pre-treatment of the donor lung with a surfactant agent reduced the ischemia and reperfusion injury by means of maintaining lung compliance and resulting in less respiratory and haemodynamic disturbances. Also, alveoli surface area, alveoli morphology, EPO and NO concentration were better preserved. These data supports the hypothesis that donor lung pretreatment with surfuctant has a beneficial effect on graft properties. Further studies are required before discussing potential benefits in clinical practice.

Στον Πατραϊκό κόλπο έχουν γίνει πλήθος ερευνητικών εργασιών με διαφορετικά αντικείμενα. Στη Φυσική Ωκεανογραφία φαίνεται να εμφανίζεται ένα ερευνητικό κενό, που αφορά την προσομοίωση της κυκλοφορίας του νερού στην περιοχή. Το κενό αυτό προσπαθεί να καλύψει η εργασία αυτή, με απώτερο σκοπό την κατανόηση του υδροδυναμικού καθεστώτος της περιοχής μελέτης. Στην εργασία χρησιμοποιούνται όλες οι υφιστάμενες βιβλιογραφικές πηγές και μετρήσεις. Επίσης χρησιμοποιείται το μαθηματικό μοντέλο ΜΙΚΕ21 για την δυσδιάστατη προσομοίωση της κυκλοφορίας του νερού αφού πρώτα προηγήθηκε η βαθμονόμηση του. Το αποτέλεσμα της εργασίας αυτής οδηγεί στην κατανόηση της δυσδιάστατης υδροδυναμικής κυκλοφορίας του νερού, κυρίως στον Πατραϊκό κόλπο αλλά και στο Στενό Ρίου – Αντιρρίου και σε ένα μικρό τμήμα του Κορινθιακού κόλπου. / In the Patras gulf they have become many of inquiring work with different objects. In the Natural Oceanography it appears that is presented an inquiring void that concerns the simulation of circulation of water in the region. This project tries to cover this void, with final aim the comprehension of hydrodynamic arrangement of region of study. In the work are used all the existing bibliographic sources and measurements. Also is used mathematic model MIKE21 for the 2-dimensions simulation of water circulation. The result of this work leads to the comprehension of 2-dimensions hydrodynamic circulation of water, mainly to the Patras gulf but also to the channel Rio-Antirio and to a small part of Corinthian gulf.

Οι πηγές πλάσματος επαγωγικής ζεύξης (Inductively Coupled Plasma Sources – ICP’s), παρέχουν πλάσμα υψηλής πυκνότητας ηλεκτρονίων σε χαμηλή πίεση και έχουν ευρεία εφαρμογή στη σύγχρονη βιομηχανία ημιαγωγών και την κατεργασία επιφανειών. Σε πολύ χαμηλές πιέσεις, (~mTorr), οι εκκενώσεις πλάσματος παρουσιάζουν ιδιαίτερη συμπεριφορά όσον αφορά τη διείσδυση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και την αλληλεπίδραση κύματος-σωματιδίου: Η ανώμαλη επιδερμική διείσδυση (anomalous skin effect) και η συντονισμένη αλληλεπίδραση κύματος-σωματιδίου όταν υπερτίθεται στατικό μαγνητικό πεδίο (resonant wave-particle interaction) είναι δύο φαινόμενα τυπικά σε αυτές τις εκκενώσεις. Η κατανόηση και μαθηματική ανάλυση αυτών των ιδιαίτερα περίπλοκων φαινομένων, ώστε να προσομοιωθούν με ακρίβεια αλλά και χωρίς χρονοβόρες υπολογιστικά διαδικασίες οι πηγές πλάσματος επαγωγικής ζεύξης, αποτελεί μια σύγχρονη επιστημονική και υπολογιστική πρόκληση. Στα πλαίσια αυτά, στην παρούσα διατριβή τέθηκε ως στόχος η αξιοποίηση της υπάρχουσας επιστημονικής γνώσης στον τομέα της υπολογιστικής προσομοίωσης πλάσματος, για την ανάπτυξη ταχύτατων προσομοιώσεων των πηγών πλάσματος επαγωγικής ζεύξης, διασφαλίζοντας ταυτόχρονα την εξαγωγή έγκυρων συμπερασμάτων: Η προσέγγιση αυτή συνίσταται στη διατύπωση υπόθεσης (μοντέλου), τον έλεγχό της σε σχέση με υπάρχοντα δεδομένα και την επαναδιατύπωσή της μέχρις ότου το μοντέλο να κριθεί επαρκές. Αρχικά αναπτύχθηκε ένα ρευστοδυναμικό μοντέλο πλάσματος βασισμένο στην υπόθεση ψευδουδετερότητας και αμφιπολικής διάχυσης των φορέων φορτίου, προκειμένου να προσομοιωθεί η ενισχυμένης μαγνητικής διαπερατότητας πηγή επαγωγικής ζεύξης MaPE–ICP. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίνονται με τα πειραματικά στοιχεία προηγούμενων ερευνητών για εκκενώσεις Αργού και εξετάζεται η ικανότητα του ρευστοδυναμικού μοντέλου να παρέχει μια στοιχειώδη ποσοτική περιγραφή πλάσματος επαγωγικής ζεύξης σε χαμηλή πίεση. Η αξιοπιστία του ρευστοδυναμικού μοντέλου εξελίσσεται περεταίρω, με την ενσωμάτωση μιας αποτελεσματικής αριθμητικής επίλυσης της κινητικής εξίσωσης Boltzmann για τα ηλεκτρόνια. Τα αποτελέσματα της υβριδικής προσομοίωσης για εκκένωση Αργού πίεσης 30 mTorr στον αντιδραστήρα MaPE–ICP συγκρίνονται τόσο με αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα όσο και με τα προηγούμενα αποτελέσματα της ρευστοδυναμικής προσομοίωσης και εξετάζεται η βελτίωση της ποιοτικής συμφωνίας όσον αφορά την επίδραση των παραμέτρων με ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Στη συνέχεια αναπτύχθηκε ένα ρευστοδυναμικό μοντέλο εκκενώσεων αίγλης τύπου ECWR (Electron Cyclotron Wave Resonance) βασισμένο σε προκαθορισμένες οριακές συνθήκες για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Προσομοιώθηκε ένα διάκενο με πλάσμα Αργού σε πίεση 15 mTorr (μονοδιάστατο μοντέλο) και τα αποτελέσματα ελέγχθηκαν έναντι αναλυτικής θεωρίας, πειραματικών δεδομένων και αποτελεσμάτων προσομοίωσης Particle In Cell/Monte Carlo (PIC/MC). Επιπρόσθετα, τα αποτελέσματα προσομοίωσης για μια εκκένωση Αργού σε πίεση 1 mTorr εντός κυλινδρικού αντιδραστήρα τύπου ECWR (δισδιάστατο μοντέλο), συγκρίνονται με τα αποτελέσματα προσομοίωσης και πειραματικά στοιχεία. Τέλος, το μοντέλο έχει επεκταθεί για να περιλάβει την διάδοση του πλάσματος που παράγεται από μια τυπική πηγή πλάσματος τύπου ECWR σε μια περιοχή διάχυσης. Τα αποτελέσματα για εκκένωση Αργού πίεσης 5 mTorr συγκρίνονται με τα αντίστοιχα αποτελέσματα ενός μοντέλου σφαιρικής διάχυσης πλάσματος και εν προκειμένω εξετάζεται η πλήρης επεκτασιμότητα του εισαχθέντος ρευστοδυναμικού μοντέλου ECWR σε διεργασίες πλάσματος. / Inductively Coupled Plasma Sources (ICP’s) are capable of producing high density-low pressure plasmas in a variety of applications for the semiconductor and material processing industry. In the mTorr range, ICP discharges exhibit an extraordinary behaviour concerning the electromagnetic field propagation and wave-particle interaction: Anomalous skin effect and resonant wave-particle interaction within a superimposed static magnetic field consist two of the most typical phenomena. The efficient comprehension and mathematical description of such a complex gas discharge in order to fast and accurately simulate ICP sources, is still a challenging task. Within this context, the thesis focuses on evaluating the existing scientific knowledge in plasma computational modeling in order to develop not only rapidly converging but reliable ICP simulations: The implementation methodology consists on formulating an hypothesis (model) and repetitively inquiring its accuracy by checking the simulation results against existing experimental and/or other simulation data. The continuation of the model re-formulation process depends on the accuracy of the simulation results. Initally a simulation of a Magnetic Pole Enhanced (MaPE)-ICP plasma source was developed, under the assumptions of plasma quasineutrality and ambipolar diffusion. The simulation results were checked against the experimental data of previous workers for Argon discharges and the ability of the model to provide an elementary quantitative description of low pressure ICP sources was scrutinized. The validity of the fluid model was enhanced with the incorporation of a time effective numerical solution of the Boltzmann transport equation for electrons. Simulation results of the hybrid model were compared to the previous fluid simulation results and existing experimental data, for a 30 mTorr Argon discharge in the MaPE–ICP reactor. The major improvements of the qualitative agreement in regard to the effect of parameters with particular interest are discussed. Moreover, a fluid model of ECWR (Electron Cyclotron Wave Resonance) discharges, based on predefined boundary conditions for the electromagnetic field, was developed: The simulation results for a 15 mTorr Argon plasma within a slab (1-dimensional model) were checked against the particle in cell/Monte Carlo (PIC/MC) simulation results that can be found in the literature and also compared to the analytical theory and experimental data. In addition, the model was further developed to simulate realistic geometries as a cylindrical ECWR reactor (2-D) and the data were also compared to both simulation results and experimental data of other researchers. Finally, the model was extended in order to simulate plasma propagation from a typical ECWR plasma source to a diffusion region. The simulation results for an Argon plasma generated from a cylindrical ECWR source in a processing chamber at 5 mTorr were presented in order to verify the feasibility of model application in ECWR plasma processes.

Αν και η Αυχενική Σπονδυλωτική Μυελοπάθεια (ΑΣΜ) αποτελεί την πιο κοινή αιτία δυσλειτουργίας νωτιαίου μυελού στους ενήλικες άνω των 55 ετών, οι μοριακοί μηχανισμοί παραμένουν άγνωστοι. Μέχρι σήμερα, πολλές προσπάθειες έχουν διενεργηθεί για την ανάπτυξη ενός αξιόπιστου πειραματικού μοντέλου AΣΜ. Ωστόσο, αρκετά μειονεκτήματα εμφανίζονται σε αυτές τις μελέτες. Στη παρούσα μελέτη έχουμε σκοπό τη δημιουργία ενός νέου, πρωτότυπου πειραματικού μοντέλου ΑΣΜ, το οποίο εξομοιώνει τα ιστολογικά και κλινικά χαρακτηριστικά της ανθρωπίνης νόσου. Mεθοδολογία: Μετά από αφαίερεση του πετάλου του έβδομου αυχενικού σπονδύλου, ένα λεπτό τεμάχιο αρωματικού πολυαιθέρα τοποθετήθηκε κάτω από το πέταλο του έκτου αυχενκού σπονδύλου σε κόνικλους Νέας Ζηλανδίας (Ομάδα ΧΠΠ). Σε μία άλλη ομάδα πειραματόζωων ο αρωματικός πολυαιθέρας αφαιρέθηκε 30 δευτερόλεπτα μετά την εμφύτευση (ομάδα ελέγχου). Νευρολογική εκτίμηση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τη κλίμακα του Tarlov μετά το πέρας της χειρουργικής διαδικασίας και ακολούθως εβδομαδιαίως. Ηλεκτροφυσιολογικές μελέτες πραγματοποιήθηκαν στις 20 εβδομάδες μετά το χειρουργείο και πριν από τη θυσία των πειραματόζωων. Ακολούθησαν ιστολογικές και ανοσοιστοχημικές μελέτες. Αποτελέσματα: Τα πειραματόζωα που άνηκαν στην ομάδα ελέγχου δεν εμφάνισαν νευρολογικά ελλείμματα κατά τη διάρκεια της μελέτης. Αντιθέτως τα πειραματόζωα που άνηκαν στη ΧΠΠ εμφάνισαν νευρολογικά ελλείματα. Στους νωτιαίους μυελούς προερχόμενους από την ΧΠΠ ομάδα ανεδείχθησαν οι χαρακτηριστικές ιστοπαθολογικές αλλοιώσεις της χρόνιας μυελοπάθειας. Ειδικότερα, ανεδείχθη σπογγώδης εκφύλιση της λευκής ουσίας, διάμεσο οίδημα και αποπλάτυνση των πρόσθιων κεράτων της φαιάς ουσίας. Επίσης ανεδείχθη κατακρήμνιση του μυελικού σάκου και διόγκωση του δακτυλίου της μυελίνης. Τέλος, η χρόνια πίεση του νωτιαίου οδήγησε σε ενεργοποίηση της απόπτωσης και διαταραχή της αρχιτεκτονικής του μικροαγγειακού συστήματος του νωτιαίου μυελού Συμπέρασμα: Το πρωτότυπο μοντέλο ΑΣΜ στους κονίκλους ποσομοιώνει το χωρικό και χρονικό προφίλ της ανθρώπινης νόσου στο σημείο της πίεσης του νωτιαίου μυελού. ΜΕΛΕΤΗ B Εισαγωγή: Η φλεγμονή, η δημιουργία ουλώδους ιστού και η διαταραχή του μικροαγγειακού συστήματος του νωτιαίου μυελού είναι ορισμένα από τα κύρια παθοφυσιολογικά φαινόμενα της ΑΣΜ. Ωστόσο οι μοριακοί μηχανισμοί που εμπλέκονται σε αυτά τα φαινόμενα κάτω από τη χρόνια και προοδευτική πίεση του νωτιαίου μυελού παραμένουν ανεξερεύνητα. Mεθοδολογία: Στη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκε το πειραματικό μοντέλο ΑΣΜ που περιγράφεται στη μελέτη Α με σκοπό να διερευνηθεί ο ρόλος του NF-κB και των πρωτεινών της εξωκυττάριας ουσίας στην ΑΣΜ. Εν συντομία, κόνικλοι Νέας Ζηλανδίας (διαφορετικά πειραματόζωα από εκείνα της μελέτης Α) χωρίστηκαν τυχαία σε δύο ομάδες: την ομάδα ΧΠΠ (n=15) και την ομάδα ελέγχου (n=15). Η έκφραση των πρωτεινών των υπομονάδων p50 και p65 του NF-kB, όπως επίσης και των ενζύμων διάσπασης της εξωκυττάριας ουσίας (MMP-2, MMP-9) και του ενεργοποιητή του πλασμινογόνου τύπου ουροκινάσης (urokinase-type plasminogen activator; u-PA) αξιολογήθηκαν σε τομές νωτιαίων μυελών προερχόμενων και από τις δύο ομάδες χρησιμοποιώντας ανοσοιστοχημική τεχνική. Στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας SPSS για Windows, release 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL). Αποτελέσματα: Σε τομές νωτιαίων μυελών που προέρχονταν από πειραματόζωα που έπασχαν από ΑΣΜ αναδείχθηκε στατιστικά σημαντικά αυξημένη έκφραση των υπομονάδων του NF-κB (p50 & p65), όπως επίσης και των ενζύμων MMP-2, MMP-9, and u-PA σε σύγκριση με εκείνες που προέρχονταν από την ομάδα ελέγχου. Τέλος, σημαντικά θετική συσχέτιση παρατηρήθηκε μεταξύ των επιπέδων έκφρασης του NF-κB και εκείνων των MMP-9, MMP-2, and u-PA. Συμπέρασμα: Τα ευρήματα αυτά αποτελούν ισχυρές ενδείξεις πως η χρόνια και προοδευτική πίεση του αυχενικού νωτιαίου μυελού οδηγεί σε αυξημένη έκφραση των MMP-2, MMP-9 και u-PA πιθανόν μέσω της δράσης του μεταγραφικού παράγοντα NF-κB. Είναι βέβαιο ότι περισσότερες μελέτες απαιτούνται για την εξακρίβωση του ρόλου των πρωτεινών αυτών στην ΑΣΜ. / Although cervical spondylotic myelopathy (CSM) represents the most common cause of spinal cord impairment among individuals over 55 years old, the molecular mechanisms of the disease remain mainly unknown. To date, many experimental studies have been conducted to establish a reliable model of CSM, however most of them appear some limitations. In this study we aim to create a new animal model of CSM, which will reproduce the temporal course of the human disease and the local microenvironment at the site of spinal cord compression. Methods: Following C7 posterior laminectomy, a thin sheet of aromatic polyether was implanted underneath C5–C6 laminae of the New Zealand rabbits. A sham group in which the material was removed 30 sec after the implantation was also included. Motor function evaluation was performed after the material implantation and weekly thereafter using the Tarlov classification. At 20 weeks post-material implantation electrophysiological studies were also conducted. All the animals were sacrificed 20 weeks post-material implantation and histological and immunohistochemical studies were performed. Results: Clinical evaluation of animals after operation reveals no symptoms and signs of acute spinal cord injury. Moreover, no neurological deficits were noticed in the sham group during the course of the study. However, the animals which underwent implantation of compression material exhibited progressive neurological deficits throughout the study. Rabbits of the compression group experienced significant increased axonal swelling and demyelination, interstitial edema and myelin sheet fragmentation. Histological evaluation of C5 and C6 laminae (at the site of implantation) reveals osteophyte formation. Moreover, the chronic and progressive compression of the cervical spinal cord resulted in induction of apoptosis as well as in disruption of the basement membrane of vessels. Conclusion: The proposed rabbit CSM model reproduces the temporal evolution of the disease and creates a local microenvironment at the site of spinal cord compression, which shares similar features with that of human disease. STUDY B Introduction: Inflammation, glial scar formation and disruption of spinal cord microvasculature represent some of the principal neuropathological features of CSM. However, the molecular mechanisms which are implicated in these pathophysiological phenomena under the chronic and progressive compression of the cervical spinal cord remain interestingly unexplored. Methods: In this study (B) in order to evaluate the role of NF-κB and extracellular matrix proteins in cervical myelopathy we used the rabbit CSM model which was extensively characterized in study A. Briefly New Zealand rabbits (different cohort of animals than that of the study A) were randomly and blindly divided into the following two groups: CSM (n=15) and sham group (n=15). The expression pattern of p50 and p65 subunits of NF-kB, as well as that of MMP-2, MMP-9, and u-PA, was evaluated in spinal cord sections coming from both groups using immunohistochemistry technique. Statistical analysis was performed using SPSS for Windows, release 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL). Results: CSM animals exhibited statistically significant increased immuoreactivity in both NF-κB subunits, p50 and p65. Moreover, the levels MMP-2, MMP-9, and u-PA were found to be significantly increased in CSM animals compared to controls. Finally, strong positive correlation between NF-κB subunits immunoreactivity and that of MMP-9, MMP-2, and u-PA was demonstrated. Conclusion: The NF-κB pathway as well as the extracellular matrix proteins (MMP-2 and MMP-9) are involved in CSM. However, more studies are needed to clarify the functional role of these molecules in the pathobiology of CSM.

Η διενέργεια εμβιομηχανικών μελετών σε μοντέλο με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών βρίσκεται σήμερα σε προχωρημένο στάδιο εξέλιξης. Σε αυτή την εξέλιξη κεντρική θέση κατέχουν λογισμικά δύο κατηγοριών. Στην πρώτη κατηγορία κατατάσσονται τα λογισμικά εμβιομηχανικής προσομοίωσης του ανθρωπίνου σώματος και στη δεύτερη κατηγορία τα λογισμικά ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων. Σε αυτή τη Μεταπτυχιακή Εργασία έγινε μία προσπάθεια διερεύνηση της συνεργασίας των δύο αυτών κατηγοριών λογισμικού με την κινηματική μελέτη ενός οσφυϊκού σπονδύλου και την ανάλυση φορτίσεών του με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Για αυτό το λόγο επιλέχτηκαν δύο λογισμικά εμπορικά διαθέσιμα. Το λογισμικό εμβιομηχανικής προσομοίωσης Anybody modeling system και το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων Ansys multiphysics. Στο Πρώτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του λογισμικού Anybody. Πιο συγκεκριμένα. αναφέρονται τα στοιχεία εκείνα που υλοποιούν ένα μοντέλο του ανθρώπινου σώματος (τμήματα, αρθρώσεις, μύες, σύνδεσμοι) καθώς και οι μελέτες που μπορούν να εκτελεστούν δηλαδή η κινηματική και η δυναμική. Κύρια θέση κατέχει η αντιστροφή δυναμική μελέτη που χαρακτηρίζεται από την εξαγωγή συμπερασμάτων για τις δυνάμεις και τις ροπές που αναπτύσσονται σε ένα σώμα αφού έχει περιγραφεί εκ των προτέρων η κίνησή του. Στο Δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια λεπτομερής περιγραφή της ανατομίας της σπονδυλικής στήλης στην οποία αναφέρονται τα επιμέρους κοινά στοιχεία που έχουν οι σπόνδυλοι καθώς κου οι διαφορές στις διαφορετικές μοίρες της σπονδυλικής στήλης. Μετά την ανατομική περιγραφή παρατίθεται η εμβιομηχανική θεώρηση της κατασκευής της οσφυϊκής μοίρας της σπονδυλικής στήλης, αναλύοντας τα επιμέρους δομικά στοιχεία από μηχανική άποψη και η λειτουργικότητά τους. Στο Τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η κατασκευή ενός μοντέλου της σπονδυλικής στήλης στο λογισμικό Anybody το οποίο υποβάλλεται σε κινήσεις κάμψης, έκτασης, πλάγιας κάμψης και στροφής και επιχειρείται ο σχολιασμός των ευρημάτων. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο τα δεδομένα τα οποία παράγει η αντίστροφή μελέτη και συγκεκριμένα οι φορτίσεις που δέχεται ο Ο5 σπόνδυλος κατά τις κινήσεις στις οποίες υποβάλλεται η οσφυϊκή μοίρα χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου για την ανάλυση του Ο5 σπόνδυλο με το λογισμικό μηχανικής ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Συνοψίζοντας, η συνεργασία των δύο λογισμικών αποδείχθηκε εφικτή και πρόσφορη. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αναπτύχθηκε η βασική τεχνογνωσία ως προς την χρήση του λογισμικού Anybody Modeling System και την συστηματοποίηση της διασύνδεσης του με το λογισμικό Ansys με αποτέλεσμά να αποτελεί την βάση για περαιτέρω εργασίες. / The conduction of biomechanical studies on models with the aid of computers is currently at an advanced stage. In this essay, the central position is hold by two software categories. In the first category are classified various software of biomechanical simulation of the human body and in the second category are classified the software for the finite element analysis. In this Master Thesis was made an attempt to explore the cooperation of these two kinds of software. For this reason, two commercially available softwares were selected. The biomechanical simulation was performed using the Anybody Modeling System software and the finite element analysis was performed using the Ansys Multiphysics software. In the first chapter the use of the Anybody software was presented. More specifically, those elements that implement a model of the human body (segments, joints, muscles, ligaments) as well as studies that can be performed i.e. the kinematics and dynamics studies were discussed in details. The inverse dynamics study has been characterized as the main feature of the software allowing to explore the resulting forces and torques developed in a body during the in advance described movement. The second chapter includes a detailed description of the anatomy of the spine. After the anatomical description the biomechanical approach is presented, analyzing each individual component from engineering point of view as well as their functionality. The third chapter describes the construction of a model of the spine in the Anybody software that is subjected to flexion, extension, lateral bending and rotation along with the results. Finally, in the fourth chapter the data that produces the inverse study namely the loads applied to the L5 vertebra during each movement performed by the lumbar spine are used as input data for the mechanical analysis of L5 vertebra with the finite element analysis software ANSYS. As a conclusion, the collaboration of these two software programmes proved to be feasible and appropriate. In this master thesis the basic knowledge in the use of software Anybody Modeling System has been developed and an interface with the software Ansys has been built thus forming the basis for further work.

Σκοπόςτης παρούσας εργασίαςείναι αρχικά η δημιουργία ενός μοντέλου με τα χαρακτηριστικά ενός μονωτήρα υψηλής τάσης.Το μοντέλο αυτό θα ενσωματωθεί στο μοντέλο μιας γραμμής υψηλής τάσης διπλού κυκλώματος των 400kV, για να υπολογιστούν οι επαγόμενες υπερτάσεις σε παρακείμενο υπέργειο αγωγό μεταφοράς υδρογονανθράκων. Τα παραπάνω επιτυγχάνονταιμε τη μοντελοποίηση πραγματικών πυλώνων και γραμμών του Ελληνικού συστήματος μεταφοράς καθώς και υπέργειου αγωγού υδρογονανθράκων.Η εξομοίωση υλοποιείται μέσω του προγράμματος ATP-EMTP. Για τον σχεδιασμό του μοντέλου του μονωτήρα χρησιμοποιήθηκε το μοντέλοVolt-TimeCurve. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι κεραυνού για τις προσομοιώσεις, για γρήγορο και αργό σήμα, με τιμές ρεύματος 100kA. Για το γρήγορο, οι τιμές χρόνων μετώπου και ουράς 1.2/50μs και για το αργό σήμα 10/350μs. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία υπάρχουν 8 κεφάλαια. Στα πρώτα 5 κεφάλαια έγινε μια παράθεση πληροφοριών και θεωρητική προσέγγιση όλων των επιμέρους τμημάτων που συνθέτουν τη συνολική διάταξη της μελέτης. Στο 5ο κεφάλαιο γίνεται λεπτομερής αναφοράστο πρόγραμμα ATP-EMTP στο οποίο πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση.Στο 6o κεφάλαιο γίνεται η μοντελοποίηση όλων των στοιχείων της διάταξης και η ενσωμάτωσή τους στοATP-EMTP. Στο 7ο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του μοντέλου του μονωτήρα που αναπτύχθηκε και στο 8ο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και εξάγονται κάποια συμπεράσματα σχετικά με τη διάταξη. / The purpose of this paper is , at first, to create a model with the features of a high voltage insulator. This model will be incorporated into the model of a high-voltage line double circuit 400kV, to calculate the induced transients in adjacent aboveground pipeline hydrocarbons. These goals are achieved by modeling real pillars and lines of Greek transport system and overground pipeline hydrocarbons. The simulation is implemented through the ATP-EMTP. The model Volt-Time Curve is used for the modeling of the insulator. Also, two types of lightning are used for the simulations, for fast and slow signal, with current values 100kA. For fast signal, the prices of front and tail time are 1.2 / 50ms and for slow signal 10 / 350ms. In this thesis there are 8 chapters. In the first five chapters was a quote and information theoretical approach to all individual parts that make up the overall layout of the study. The 5 chapter is a detailed reference to the ATP-EMTP program which performed the simulation. The 6 chapter is the modeling of all elements of the layout and the incorporation into the ATP-EMTP. In chapter 7 we present the model of the insulator developed and in chapter 8 we present the simulation results and draw inferences about the layout.

Στη διδακτορική αυτή διατριβή διερευνάται κατά πόσον η τηλεσκόπηση μπορεί να χρησιμεύει ως αρωγός για την κοιτασματολογική έρευνα και ειδικότερα για την εύρεση "στόχων" επιθερμικής μεταλλοφορίας πολύτιμων μετάλλων μέσω της αναγνωρίσεως ηφαιστειακών και τεκτονικών δομών και ζωνών υδροθερμικών εξαλλοιώσεων από αέρος. Το πεδίο έρευνας είναι το μειοκαινικό ηφαιστειακό-γεωθερμικό πεδίο της νήσου Λέσβου. Ερευνάται η ορυκτολογία των μεταλλικών ορυκτών και συνοδευόντων ορυκτών εξαλλοίωσης. Γίνονται πάραυτα μικροθερμομετρικοί προσδιορισμοί, προσδιορισμοί χρυσού-αργύρου, ιχνοστοιχείων- ιχνηλατών και άλλων ιχνοστοιχείων στις περιοχές-στόχους και τα γεωχημικά δεδομένα τίθενται σε περιβάλλον GIS (θεματικοί χάρτες). / In this phd dissertation it is investigated if remote sensing techniques can be used successfully as an aid in the ore deposits research and specifically for the localization by air "target" areas of epithermal mineralization of precious metals through the recognition of volcanic and tectonic structures and detection of hydrothermal alteration zones. The research area is the miocene volcanic-geothermal field of the island of Lesvos. The research includes also identification of ore and alteration minerals microthermometric measurements, measurement of the Au-Ag parts, of pathfinder and other trace elements in the target areas. The geochemical data are subsequently placed in a GIS environment for future research and/or mineral exploration purposes.

Στόχος της παρούσας Διατριβής είναι να ερευνήσει τη διαμόρφωση των αντιλήψεων γύρω από τα απειροστά και τις σχετικές μ’ αυτά επ’ άπειρον διαδικασίες σε δύο κατευθύνσεις: 1. Την ιστορική εξέλιξη και ερμηνεία της έννοιας του απειροστού και 2. Την ανάλυση των σχετικών αντιλήψεων των φοιτητών-αυριανών καθηγητών των μαθηματικών. Στο πρώτο μέρος της διατριβής γίνεται ανάλυση και ερμηνεία των αντιλήψεων για τα απειροστά που εκφράστηκαν από την Αρχαία μέχρι τη σύγχρονη εποχή. Η μελέτη αυτή οδηγεί στην κατασκευή ενός ερμηνευτικού πλαισίου που διακρίνει τα ιστορικά ερμηνευτικά πρότυπα (μοντέλα) των απειροστών σε τρία αντιθετικά ζεύγη ως εξής: Ι. Εντασιακά-Εκτασιακά πρότυπα απειροστών. ΙΙ. Ομογενή-Μη ομογενή πρότυπα απειροστών. ΙΙΙ. Μηδενοδύναμα-μη μηδενοδύναμα πρότυπα απειροστών. Το παραπάνω πλαίσιο χρησιμοποιείται στο δεύτερο μέρος της διατριβής ως μεθοδολογικό εργαλείο για το σχεδιασμό διδακτικών πειραμάτων και την ανάλυση των εμπειρικών δεδομένων. Ειδικότερα, έγιναν τρία διδακτικά πειράματα με φοιτητές του Τμήματος των Μαθηματικών. Στο πρώτο πείραμα ερευνήθηκε η έννοια της ταχύτητας σύγκλισης ακολουθίας ως μια διαισθητική προσέγγιση στα απειροστά. Στο δεύτερο πείραμα, ερευνήθηκε η δυνατότητα προσέγγισης στα απειροστά μέσα από κλασσικά θέματα των διακριτών Μαθηματικών, όπως ο υπολογισμός του αθροίσματος των δυνάμεων φυσικών αριθμών. Στο τρίτο πείραμα έγινε διδασκαλία ενός συγκεκριμένου μοντέλου των υπερ-πραγματικών αριθμών και αναλύθηκαν τα αποτελέσματα. Τα κυριότερα συμπεράσματα της διατριβής είναι: 1. Η σημασία της κατασκευής μαθηματικών οντοτήτων που ικανοποιούν τα αξιώματα της Πραγματικής Ανάλυσης, 2. Η σημασία της διαισθητικής προσέγγισης και τα όριά της και 3. Η καταλληλότητα των προτεινόμενων μοντέλων και θεμάτων, ως διδακτικού υλικού. / The aim of this Ph.D thesis is the conceptions regarding infinitesimals and infinitesimal processes in two directions: 1. The historical evolution and interpretation of the concept of infinitesimal and 2. The analysis of the conception of the students–prospective teachers of Mathematics. The first part of the thesis contains a study and an analysis of infinitesimals that appeared in History from Antiquity to our era. This study leads to the construction of a framework of interpretation which distinguishes the interpretative models into three pairs of opposites: I. Homogenous-Nonhomogenous, models of infinitesimals II. Intensional-Extensional, models of infinitesimals III. Nilpotent-Non nilpotent, models of infinitesimals The above framework is applied in the second part of the thesis, as a methodological tool for the design of didactical experiments with students of Mathematics. The first experiment concerns a research study on the notion of the rate of convergence, as an intuitive approach to infinitesimals. The second experiment is referred to the emergence of infinitesimals through classical themes (issues) of discrete mathematics, such as the computation of sums of powers of integers. The third experiment concerns the teaching of a specific model of Hyper-Real numbers and the analysis of its empirical outcomes. The main conclusions of this thesis are: 1. The significance of the construction of mathematical entities, which satisfy the axioms of Real Analysis. 2. The significance of the intuitive approach, as well with a focus on its foreseen limitations. 3. The relevance of the proposed models and themes as potential didactical material.