Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια αναλυτική περιγραφή της κατασκευής και της βαθμονόμησης ενός καθετήρα για τη μέτρηση ηλεκτρικού πεδίου σύμφωνα με τη μέθοδο των M.Meek και M.M.C.Collins. Αυτή πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη παρουσίαση της μεθόδου, όπως αυτή δημοσιεύθηκε από τους Meek και Collins [1]. Περιγράφονται με μαθηματικές σχέσεις οι βασικές αρχές πάνω στις οποίες στηρίζεται η λειτουργία του καθετήρα και η μέτρηση του πεδίου. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται αναλυτική παρουσίαση της πειραματικής διάταξης που σχεδιάσθηκε- κατασκευάστηκε για την παρούσα εργασία. Επίσης, περιλαμβάνονται τα χαρακτηριστικά της γεννήτριας υψηλών τάσεων κι όλων των μετρητικών οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν. Το Κεφάλαιο 3 περιέχει την αναλυτική βαθμονόμηση του καθετήρα και τη δοκιμή του για τη μέτρηση ανομοιογενών πεδίων μη-διασπαστικών εκκενώσεων παραγόμενων από διακοπτικές κρουστικές τάσεις. Παρουσιάζονται σήματα από τις μετρήσεις που έλαβαν χώρα τόσο κατά τη διάρκεια της βαθμονόμησης όσο και κατά τη διάρκεια δοκιμών του καθετήρα. Γίνεται, τέλος, μια προσπάθεια ερμηνείας κι επεξεργασίας των σημάτων. Στο Κεφάλαιο 4 δίνονται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από όλη τη διαδικασία της κατασκευής, της βαθμονόμησης και των δοκιμών. / The current thesis discusses the construction and calibration of Meek and Collins probe for electric field measurements.

Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε μια καινούργια προσέγγιση και διερεύνηση της μεθοδολογίας μέσου αυτό-συνεπούς πεδίου για την μελέτη πολυμερικών συστημάτων κοντά σε επιφάνειες. Η καινούργια μεθοδολογία εισάγει πάνω στο πλέγμα τμηματικές πολυμερικές διαμορφώσεις που αναπτύσσονται σε σχεδόν «συνεχή» χώρο. Τροποποιείται ο παραδοσιακός υπολογισμός της ενέργειας αλληλεπίδρασης ενώ προσδιορίζεται με μεγαλύτερη σαφήνεια η ύπαρξη περιοχής «ισχυρής επιμήκυνσης της αλυσίδας» όπου σύμφωνα και με τις αναλυτικές θεωρίες μέσου αυτό-συνεπούς πεδίου, απουσιάζει το στρώμα μείωσης συγκέντρωσης κοντά στην επιφάνεια. Η ύπαρξη αυτού του στρώματος για μικρότερες πυκνότητες πρόσδεσης αποτελεί ιδιαίτερο χαρακτηριστικό που διακρίνει τις ψήκτρες σε δυο υποπεριοχές (μεσαίας και υψηλής πυκνότητας πρόσδεσης). Η μέθοδος επεκτάθηκε για την μελέτη μακρομορίων σε σχήμα αστεριού. Σε πολύ καλή συμφωνία με το πείραμα παρατηρήσαμε ότι με αύξηση του αριθμού των κλάδων μειώνεται δραστικά η προσρόφηση αυτών των μακρομορίων. Για περιπτώσεις συνύπαρξης στο ίδιο διάλυμα αστεριών με διαφορετικό βαθμό διακλάδωσης παρατηρήθηκε ότι οι λιγότερο διακλαδισμένες αλυσίδες τείνουν να αναπτυχθούν κάτω από τη «ομπρέλα» των πιο διακλαδισμένων. Επίσης μελετήθηκαν πολυμερικά συστήματα μεταβλητής πυκνότητας (χρησιμοποιώντας την καταστατική εξίσωση των Sanchez-Lacombe) για τα οποία υπολογίσουμε τις επιπτώσεις της πίεσης και της θερμοκρασίας στην πυκνότητα στην περίπτωση τήγματος. Διαπιστώσαμε ότι το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης υποδεικνύει μεγαλύτερη αντοχή για γραμμικές αλυσίδες όταν γίνει σύγκριση με αστερόμορφες ίδιου μοριακού βάρους. Αυτό αποδίδεται στην διαφορετική πυκνότητα και μορφολογία των μακρομοριακών διαπλοκών στην περιοχή αλληλοεπικάλυψης προσροφημένων και ελεύθερων αλυσίδων. Στην περίπτωση που η διαδικασία εφελκυσμού είναι αντιστρεπτή τα δείγματα αστερόμορφων μακρομορίων παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή λόγω της ικανότητας τους να προσροφόνται ταυτόχρονα και στις δύο επιφάνειες. Η επίδραση της εξωτερικής πίεσης δίνει μη αναμενόμενη συμπεριφορά μόνο σε εξαιρετικά μεγάλες πιέσεις. / -

Μεγάλος αριθμός έργων πολιτικού μηχανικού αναπτύσσουν μηχανισμούς ολίσθησης. Η ευστάθεια πρανούς που καταπονείται από σεισμικές διεγέρσεις είναι ένα πρόβλημα που απασχόλησε πληθώρα μελετητών κατά την διάρκεια των χρόνων και οδήγησε στην ανάπτυξη διαφόρων μεθόδων για την εκτίμηση των μόνιμων παραμορφώσεων με το πέρας της κίνησης. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να μελετήσει το φαινόμενο της ασύμμετρης ολίσθησης πρανούς προσομοιώνοντάς το, με ένα μοντέλο που αναπτύχθηκε το 1965 από τον Newmark και να καταδείξει το μέγεθος των μετατοπίσεων που αναπτύσσονται , το πώς η πολικότητα του σεισμού επηρεάζει την συμπεριφορά του πρανούς καθώς και την περεταίρω μελέτη που επιβάλλεται να διεξαχθεί. Αναπτύσσεται αναλυτικά η λογική της κίνησης καθώς και οι τρόποι προσέγγισης του προβλήματος, μία λύση κλειστής μορφής και μία με το μοντέλο Bouc- Wen, διερευνούνται οι παράμετροι που επηρεάζουν το πρόβλημα και τέλος παρατίθενται αφενός τα αποτελέσματα συγκριτικά με αυτά της βιβλιογραφίας και αφετέρου των αναλύσεων πλήθους σεισμικών διεγέρσεων εγγύς πεδίου. / Numerous civil engineer’s applications develop sliding mechanisms. Slope’s stability under seismic excitations is a problem that was investigated by several researchers in recent years and led to the development of various methods for the estimation of permanent displacement by the end of the motion. The current study examines the slope’s asymmetric sliding by Newmark’s analogue, calculates the residual slippage, shows how polarity affects slope’s behavior and suggests further analysis. The concept of behavior is analysed thoroughly, the two approaches of the problem are presented (a closed form solution and a Bouc-Wen Model analysis), the parameters of the problem are investigated and eventually, a literature comparison and analysis results are listed.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη με την βοήθεια της τεχνικής Monte Carlo των φασμάτων εκτός πεδίου του γραμμικού επιταχυντή SL- 18 της ELEKTA. Η μελέτη έδειξε συσχέτιση μεταξύ δόσης και απόστασης από των άξονα της δέσμης. / The aim of this study was to investigate the energy spectrum outside the field limits of therapeutic high energy photon beams. Monte Carlo simulations were used in order to determine the dose and to confirm or to try to re-estimate the Energy correction factors used in off-field in-vivo dosimetry. The ELEKTA-SL18 medical accelerator was simulated for 6MV and 15MV, using the EGSnrc code. The simulation includes the regular jaws and the MLC. The output of each simulation was a square scoring plane at SSD 100cm. The energy spectrum, the mean energy, the energy fluence and other parameters were studied for annular areas centred on the Z axis, and for 1cm2 rectangular areas centred on both X and Y axis. These regions were selected every 1cm inside and outside the reference (10x10) cm2 field of the primary beam. The spectra and all the aforementioned parameters were found to be in relation to the position, and their comparison revealed differences, that exceeded the statistical error, between areas that had the same distance from the center but were located on different axes. These differences were more important for the lower energy (6MV), as the contribution from leakage radiation is relatively higher. Their comparison served to study the influence of the spectral differences on the measurements of this energy-dependent dosimetric system outside the treatment field. The ELEKTA SL-18 LINAC was simulated for photon beams of 6MV and 15MV with and without MLCs. The photon energies and the dose to the out-field areas close to treatment field are considerable and this should be taken into account when radiosensitive organs are close to the field limits. This could be more important to complicated IMRT treatments where the treatment time is altered.

Στη διατριβή αυτή θα μελετήσουμε μονότονες ποσότητες στα πλαίσια συνδυασμένων γεωμετρικών ροών. Πιο συγκεκριμμένα, εστιάζοντας την προσοχή μας στη περίπτωση των σολιτονίων Ricci, ως περιβάλλοντες χώρους, θα θεωρήσουμε λύσεις της εξίσωσης θερμότητας ολοκληρωμένες πάνω σε εμβαπτισμένες υποπολλαπλότητες οι οποίες εξελίσσονται χρονικά με τη ροή μέσης καμπυλότητας. Επιπρόσθετα, στη περίπτωση του συνδυασμού αντίστροφης ροής Ricci, ροής μέσης καμπυλότητας, όταν ο περιβάλλων χώρος είναι Kahler, η λύση της αντίστροφης εξίσωσης θερμότητας, ολοκληρωμένη πάνω στην υποπολλαπλότητα αποτελεί μονότονη ποσότητα. / -

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει στόχο την υπολογιστική υποβοήθηση της διάγνωσης της αθηρωμάτωσης μέσω της ανάπτυξης και εφαρμογής προηγμένων μεθοδολογιών επεξεργασίας και ανάλυσης ακολουθιών εικόνων υπερήχων β-σάρωσης της καρωτίδας. Οι μέθοδοι που παρουσιάζονται στη διατριβή αξιολογούνται τόσο σε συνθετικά όσο και σε πραγματικά απεικονιστικά δεδομένα. Μετά από διεξοδική μελέτη προτείνονται οι κατάλληλες ρυθμίσεις της υπερηχοτομογραφικής διάταξης καθώς και η εφαρμογή διαδικασίας κανονικοποίησης των λαμβανομένων εικόνων, με στόχο τη βελτιστοποίηση του αποτελέσματος των διαδικασιών επεξεργασίας εικόνας. Για την ανάλυση της υφής της αθηρωματικής πλάκας στην καρωτίδα, προτείνονται και αξιολογούνται συγκριτικά τρεις τεχνικές μετασχηματισμού: μετασχηματισμός Fourier, μετασχηματισμός κυματιδίου και φίλτρα Gabor. Αποδεικνύεται ότι χαρακτηριστικά υφής που υπολογίζονται τόσο με βάση το μετασχηματισμό κυματιδίου όσο και με τα φίλτρα Gabor μπορούν να διαχωρίσουν τους δυο τύπους αθηρωματικών πλακών (συμπτωματικές και ασυμπτωματικές). Για την εκτίμηση της κίνησης του τοιχώματος της καρωτίδας προτείνονται και αξιολογούνται τέσσερις μέθοδοι, από τις οποίες η μέθοδος της οπτικής ροής ελαχίστων τετραγώνων με βάρη βρέθηκε να έχει τη βέλτιστη απόδοση. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της μετατόπισης τόσο του υγιούς τοιχώματος της καρωτίδας, όσο και τοιχώματος με ασυμπτωματική ή συμπτωματική αθηρωματική πλάκα. Επιπλέον, προτείνεται μια αυτόματη μέθοδος κατάτμησης του τοιχώματος της καρωτίδας από διαμήκεις και εγκάρσιες εικόνες υπερήχων, η οποία βασίζεται στο μετασχηματισμό Hough. Η προτεινόμενη μεθοδολογία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό χρήσιμων για τη διάγνωση ποσοτικών δεικτών, όπως το πάχος του έσω-μέσου χιτώνα και οι κυματομορφές μεταβολής της αρτηριακής διαμέτρου. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η εν γένει υψηλή ακρίβεια της μεθόδου περιορίζεται για την περίπτωση εγκάρσιων τομών και αθηρωμάτωσης. Για τη βελτίωση του αποτελέσματος της κατάτμησης σε αυτές τις περιπτώσεις, προτείνεται ο συνδυασμός του μετασχηματισμού Hough με ενεργές καμπύλες. Η μελέτη της κίνησης του αρτηριακού τοιχώματος συμπληρώνεται με ένα μαθηματικό μοντέλο για την παραμόρφωση του αρτηριακού τοιχώματος κατά την ακτινική και αξονική διεύθυνση. Για την εξατομίκευση του μοντέλου και τον προσδιορισμό των παραμέτρων του, πραγματοποιείται προσαρμογή σε πραγματικές μετρήσεις της παραμόρφωσης, που υπολογίζονται με εφαρμογή της μεθόδου ανάλυσης κίνησης σε ακολουθίες εικόνων συγκεκριμένων ασθενών. Ορισμένες παράμετροι του μαθηματικού μοντέλου βρέθηκαν να διαφοροποιούνται σημαντικά μεταξύ των στρωμάτων του αρτηριακού τοιχώματος αλλά και μεταξύ υγιούς τοιχώματος και τοιχώματος με αθηρωμάτωση. Η υλοποίηση των παραπάνω μεθοδολογιών σε συνδυασμό με κατάλληλη διεπιφάνεια χρήσης οδήγησε στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου σύστηματος λογισμικού (ANALYSIS), το οποίο στοχεύει στην υποβοήθηση της διάγνωσης της αθηρωμάτωσης της καρωτίδας. Το σύνολο των μεθόδων που παρουσιάζονται στη διδακτορική διατριβή αναμένεται να συμβάλουν αφενός στη μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς του φυσιολογικού και αθηρωματικού αρτηριακού τοιχώματος και αφετέρου στην καθιέρωση μιας πιο αντικειμενικής και αξιόπιστης προσέγγισης για τη διάγνωση της αθηρωμάτωσης και την επιλογή ασθενών υποψήφιων για ενδαρτηρεκτομή. / The purpose of this Ph.D. thesis is to develop and apply advanced image processing and analysis methods to sequences of B-mode ultrasound images of the carotid artery aiming to support the diagnosis of carotid atherosclerosis. The computational methods, presented in the thesis, are applied to both synthetic and real ultrasound data. Based on the findings of a carefully designed study, optimal ultrasound device settings are proposed for reliable motion estimation. Standardized techniques, including image normalization, are also recommended for image processing tasks. Texture analysis of the carotid atheromatous plaque was performed using three transform-based methods (Fourier transform, Wavelet transform and Gabor filters). Texture features estimated using the discrete 2D Wavelet transform and the Gabor filters are found significantly different between symptomatic and asymptomatic subjects. Four different approaches are proposed for the analysis of motion of the carotid artery wall and a validation study is performed using simulated data. The weighted least-squares optical flow method is found to have the best performance. This method is subsequently used to analyze the motion of the healthy carotid artery wall, as well as of the arterial wall with asymptomatic and symptomatic atheromatous plaque. Moreover, an automatic segmentation method based on Hough transform is proposed for the segmentation of the arterial wall from B-mode ultrasound images of longitudinal and transverse sections of the carotid artery. The method can be used for the estimation of widely used diagnostic measures, such as the intima-media thickness and the arterial distension waveforms. The accuracy of the method was reasonably high for longitudinal sections and somewhat lower for transverse sections and diseased arteries. A combination of Hough transform and active contours is proposed to improve the segmentation results in those cases. A mathematical model of the mechanical deformation of the carotid artery wall is also proposed. In an attempt to determine a patient-specific approach, the model is fitted to actual displacement waveforms estimated using the leastsquares optical flow method to B-mode ultrasound image sequences of the carotid artery. A number of model parameters are found significantly different between different layers of the arterial wall and between healthy and diseased wall. The previous methods for the processing and analysis of B-mode ultrasound images of the carotid artery are integrated to a modular software system (ANALYSIS). ANALYSIS can be a useful and powerful tool for the diagnosis of carotid atherosclerosis. The computational methods presented in this thesis are expected to contribute not only to the study of the mechanical behavior of the healthy and diseased carotid artery wall but also to the definition of an objective and reliable approach for the diagnosis of carotid atherosclerosis and the optimal selection of patients for carotid endarterectomy.

Στην παρούσα εργασία μελετάμε τη μοντελοποίηση του υποθαλαμικού πυρήνα των βασικών γαγγλίων με χρήση του μαθηματικού νευρωνικού μοντέλου Izhikevich. Βάση της μελέτης μας αποτελούν μικροηλεκτροδιακές καταγραφές, που έχουν ληφθεί κατά τη διάρκεια νευροχειρουργικών επεμβάσεων εν τω βάθει εγκεφαλικής διέγερσης, για τη συμπτωματική θεραπεία της νόσου Πάρκινσον. Θα ξεκινήσουμε με μια εισαγωγή στην φυσιολογία του νευρικού κυττάρου και στην ανατομία των βασικών γαγγλίων. Θα αναλύσουμε τα βασικά ποιοτικά μοντέλα που ερμηνεύουν τη συμμετοχή των τελευταίων σε κινητικές διεργασίες, αλλά και την εμπλοκή τους στη νόσο Πάρκινσον. Μετά από μια σύντομη αναφορά στη μέθοδο της εν τω βάθει διέγερσης και στις μικροηλεκτροδιακές καταγραφές, θα εστιάσουμε στα δυναμικά τοπικού πεδίου και στη νευροφυσιολογική σημασία τους. Συνεχίζοντας, θα κάνουμε μια περιεκτική ανασκόπηση των βασικότερων μαθηματικών μοντέλων νευρώνων και ύστερα θα επικεντρωθούμε στον υποθαλαμικό πυρήνα, περιγράφοντας δύο πρόσφατα μοντέλα που έχουν κατασκευαστεί για την προσομοίωση των νευρώνων αυτού. Έπειτα, θα περάσουμε στην περιγραφή του μοντέλου Izhikevich και στην τροποποίησή του για την αναπαραγωγή των χαρακτηριστικών του νευρώνα του υποθαλαμικού πυρήνα. Κατόπιν, θα αναλύσουμε τη μεθοδολογία που ακολουθήσαμε στην παρούσα υλοποίηση και τις βασικές θεωρήσεις της μοντελοποίησης μας. Θα ολοκληρώσουμε με την παρουσίαση των αποτελεσμάτων, το σχολιασμό αυτών και τις ιδέες για μελλοντική επέκταση της μεθόδου μας. / The main objective of this MSc thesis is the study of subthalamic nucleus, by using the Izhikevich neuron model. Microelectrode recordings, taken during deep brain stimulation operations for Parkinson’s disease, have been used for that purpose. In chapters 1-2, there is an introduction to the physiology of the neuron and the basal ganglia anatomy. In the two following chapters, we are analyzing the basic qualitative models that describe the involvement of the basal ganglia in movements and the pathophysiology of Parkinson’s disease. We are briefly discussing the method of deep brain stimulation, microelectrode recordings processing and the extraction of local field potentials. In chapter 5, the basic mathematical neuron models are discussed. We are focusing on the subthalamic nucleus and we are describing two recently developed mathematical models of the subthalamic neuron. In chapter 6, we are outlining Izhikevich neuron model and its modification in order to describe the subthalamic neuron. In addition, we are analyzing the methodology developed for the implementation of the modeling process and our basic considerations. In chapter 7, the results of the simulation are presented and discussed, so that our conclusions provide ideas for further research.

Τα γαλακτώματα είναι η κολλοειδής διασπορά δύο μη αναμίξιμων υγρών, τα οποία είναι κατά κανόνα θερμοδυναμικά ασταθή συστήματα. Οι πρωτεΐνες γάλακτος είναι γνωστές επιφανειοδραστικές ουσίες και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται ως συστατικά σε ένα ευρύ φάσμα γαλακτωμάτων τροφίμων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εύρεση των κατάλληλων συνθηκών για την παρασκευή σταθερών γαλακτωμάτων πρωτεϊνών γάλακτος. Το μέγεθος των λιποσφαιριδίων διαδραματίζει τον κυρίαρχο ρόλο στη σταθερότητα του γαλακτώματος πρωτεϊνών γάλακτος. Η μέτρηση του μεγέθους των λιποσφαιριδίων έγινε με την τεχνική της Μονοφασικής Χρωματογραφίας Φυγοκεντρικού Πεδίου. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης (0,5 έως 3,0% w/w) και του τύπου (πρωτεΐνες ορού και καζεΐνες) των πρωτεϊνών γάλακτος, καθώς και των συνθηκών ομογενοποίησης (πίεση ομογενοποίησης 200 έως 600bar) του γαλακτώματος. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης γαλακτωματοποιητών εμπορίου (Tween 80) στη σταθερότητα των γαλακτωμάτων. Επιπρόσθετα, έγινε κινητική μελέτη συσσωμάτωσης των γαλακτωμάτων από πρωτεΐνες γάλακτος και στη συνέχεια μελετήθηκαν πιο συγκεκριμένα τα γαλακτώματα καζεϊνών, με σκοπό τον προσδιορισμό της σταθεράς ταχύτητας της συσσωμάτωσης των λιποσφαιριδίων σε θερμοκρασίες 30,5 και 80 ᵒC. Αυξάνοντας την πίεση ομογενοποίησης του γαλακτώματος παρατηρήθηκε μείωση της διαμέτρου των λιποσφαιριδίων. Τα γαλακτώματα που ομογενοποιήθηκαν σε πίεση μεγαλύτερη των 500 bar παρουσίασαν ευρύτερη κατανομή μεγέθους, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της ομογενοποίησης. Η πρωτεϊνική συγκέντρωση έχει σημαντικές επιπτώσεις στις φυσικοχημικές ιδιότητες του γαλακτώματος (λάδι σε νερό). Αυξανόμενης της συγκέντρωσης των πρωτεϊνών γάλακτος, μειώθηκε αισθητά η διάμετρος των λιποσφαιριδίων του γαλακτώματος και σε χαμηλές συγκεντρώσεις πρωτεϊνών (<1%κ.β.) παρατηρήθηκε σχηματισμός συσσωματωμάτων. Παρατηρήθηκε μικρή μεταβολή της διαμέτρου των λιποσφαιριδίων των γαλακτωμάτων που σχηματίστηκαν με διαφορετικές αναλογίες κλασμάτων πρωτεϊνών ορού/καζεϊνών. Οι δύο τύποι των πρωτεϊνών του γάλακτος παρουσίασαν πολύ καλή γαλακτωματοποιητική δράση και τα γαλακτώματα που σχηματίστηκαν ήταν πολύ σταθερά. Παρατηρήθηκε ότι, αυξάνοντας τη συγκέντρωση των πρωτεϊνών του ορού γάλακτος και ταυτόχρονα μειώνοντας τη συγκέντρωση των καζεϊνών, μειώθηκε η διάμετρος των λιποσφαιριδίων του γαλακτώματος. Η σταθερότητα των γαλακτωμάτων σε σχέση με τον χρόνο οφείλεται στη δομή των μορίων των πρωτεϊνών που σταθεροποιούν τα γαλακτώματα αυτά. Κατά συνέπεια, τα μόρια των καζεϊνών και των πρωτεϊνών ορού, προσδίδουν διαφορετικές ιδιότητες στα γαλακτώματα λόγω της διαφορετικής δομής τους. Τα γαλακτώματα που σχηματίστηκαν με καζεΐνες ήταν πιο ανθεκτικά στην θερμοκρασία και παρουσίασαν μακροπρόθεσμη σταθερότητα σε σχέση με τα γαλακτώματα που περιείχαν μόνο πρωτεΐνες ορού. Η υπολογισθείσα φαινόμενη σταθερά συσσωμάτωσης των γαλακτωμάτων καζεϊνών στη θερμοκρασία των 30,5 ᵒC βρέθηκε να είναι σχεδόν 14 φορές μικρότερη από αυτή των γαλακτωμάτων που συσσωματώθηκαν στη θερμοκρασία 80,0 ᵒC. Επομένως, η διαδικασία της συσσωμάτωσης συμβαίνει ταχύτερα σε πιο υψηλές θερμοκρασίες θέρμανσης για τα γαλακτώματα καζεϊνών, ωστόσο έφτασαν στο μέγιστο βαθμό συσσωμάτωσης σε ίδιο χρονικό διάστημα. / In the food industry, when referring to an oil-in-water emulsion, is usually described in which oil is dispersed in the form of small spherical droplets in the continuous phase. Food emulsions are thermodynamically unstable. Nevertheless, food scientists are able to slow down the above physicochemical mechanisms responsible for emulsion instability and thus, extend the self-life of such products by a relatively simple and well studied process, termed emulsification. Surface active materials termed emulsifiers, such as proteins help produce small droplets and contribute to the stability of the emulsion. Emulsifiers decrease the interfacial tension between the oil and water phases through rapid adsorption to the surface of the newly formed oil droplets. Milk proteins (caseins and whey proteins) are well known surfactants and hence are used as ingredients in a wide range of food emulsions. One of the important parameters affecting the quality, appearance and taste of the final food products is the particle size of the ingredients included. For example, particle size of fat globules plays predominant role in the stability of the milk-protein stabilized emulsion. Milk protein-stabilized model emulsions were formed using high-pressure homogenization and the effect of homogenization pressure during emulsification, protein concentration, type of milk proteins (casein and whey proteins) and the effect of the surfactant Tween-80 were studied. The kinetic of milk protein emulsions aggregation was also studied and moreover, the apparent rate constant was calculated for the aggregation of caseinate stabilized emulsions in different temperatures (30,5 and 80,0 ᵒC). Sedimentation field flow fractionation was employed for the size characterization of oil droplets and the results obtained are consistent with those of other studies. Increasing protein content results in significant reduction in emulsion particle size for the concentration range (0.5 – 3.0 % w/w) employed in this study. Low protein content (<1%) may be correlated with bridging flocculation leading to increased particle size, as indicated by optical microscopy. Similarly, increasing pressure during the homogenization process results in decreasing significantly the particle size of the oil-in-water emulsions, for the pressure range (200 – 600 bar) utilized in this study. Increased heating associated with high levels of pressure during the homogenization process, can result in changes in the oil or protein structure, which in turn may have an impact on the physicochemical properties of the oil-in-water emulsions on a long-term basis. The two types of milk proteins appeared to be both good emulsifiers and the formed emulsions were very stable. Increasing whey protein content and together decreasing the casein content, results in small reduction in emulsion particle size. Different proteins depending on their composition and structure posses’ properties, which render them, better emulsifiers than others. Caseinate stabilized emulsions were more resistant in heating time than whey stabilized emulsions. The calculated apparent rate constant for the aggregation of caseinate stabilized emulsions at the temperature of 30,5 ᵒC was found to be fourteen times smaller than the one at the temperature of 80,0 ᵒC. Therefore, the aggregation process is faster in high temperatures for caseinate stabilized emulsions, although the maximum of aggregation point is attained at the same time in both temperatures.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο τμήμα Σωματιδιακής Φυσικής του Πανεπιστημίου Santiago de Compostela της Ισπανίας και αποτελεί τη μελέτη της υπερσυμμετρίας στις τρεις χωροχρονικές διαστάσεις. Έμφαση δίνεται σε θεωρίες που περιέχουν τον όρο Chern-Simons που παιζεί συμαντικό ρόλο στους τομείς έρευνας της θεωρητικής φυσικής. Αρχικά, εισάγουμε τις εισαγωγικές ένοιες της υπερσυμμετρίας στις τρεις διαστάσεις και ακολούθως μελέτουμε την Ν=1 ελάχιστη θεωρία με διάφορες φυσικές ποσότες που περιέχουν τον όρο Chern-Simons. Στην συνέχεια, μελετάμε τις ABJM θεωρίες και αποδεικνύουμε ότι είναι αναλλοίωτες κάτω από μετασχηματισμούς βαθμίδας. Τέλος υπολογίζουμε τις κβαντικές διορθώσεις στην διαταρακτική θεωρία Chern-Simons. / The present thesis took part in Department of Particle Physics of University of Santiago de Compostela, Spain, and is the study of supersymmetry in three spacetime dimensions. Emphasis is given to theories containing the Chern-Simons term that plays an important role in the research areas of theoretical physics. First, we introduce the notion of supersymmetry in three dimensions and then we study the N = 1 minimal theory with various physical quantitative containing the term Chern-Simons. Then, we study the ABJM theories and prove that they are invariant under gauge transformations. Finally we calculate the quantum corrections to the perturbative Chern-Simons theory.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της αποτελεσματικής αξιολόγησης ευχρηστίας φορητών εφαρμογών. Με τον όρο “φορητές εφαρμογές” περιγράφονται οι ηλεκτρονικές υπηρεσίες που είναι σχεδιασμένες να παρέχονται μέσω φορητών συσκευών και έχουν ως στόχο να βοηθήσουν τον άνθρωπο στις καθημερινές του προσωπικές ή επαγγελματικές δραστηριότητες. Η αλληλεπίδραση ενός χρήστη με μία τέτοια ηλεκτρονική υπηρεσία είναι μια διαδικασία πολύπλοκη που δεν υποστηρίζεται από μία μεμονωμένη εφαρμογή και δεν περιορίζεται πλέον στα στενά όρια ενός γραφείου. Αντίθετα, επιτυγχάνεται με διαμεσολάβηση σύγχρονων και συχνά πολυχρηστικών υπολογιστικών μονάδων (φορητές συσκευές, υπολογιστές) και επιμέρους συσκευών και λαμβάνει χώρα σε διάφορα φυσικά περιβάλλοντα. Σε πολλές περιπτώσεις εμπλέκει περισσότερους από έναν χρήστες οι οποίοι μπορεί να συνεργάζονται είτε εκ του σύνεγγυς είτε εξ αποστάσεως προκειμένου να εκτελέσουν μια εργασία. Η μελέτη αυτής της αλληλεπίδρασης μπορεί να δώσει πολύτιμα συμπεράσματα τόσο για την ευκολία χρήσης των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων όσο και για τη χρησιμότητά τους και αποτελεί μια σημαντική ερευνητική πρόκληση του επιστημονικού πεδίου Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου Υπολογιστή και ιδιαίτερα της Τεχνολογίας Ευχρηστίας. Οι κλασσικές μέθοδοι ευχρηστίας καλούνται να αντιμετωπίσουν την πρόκληση της επιτυχούς αξιολόγησης των φορητών εφαρμογών, δηλαδή της αποτίμησης των χαρακτηριστικών ποιότητάς τους που επηρεάζουν την εμπειρία χρήσης τους. Τόσο τα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιούμενων συσκευών όσο και το περιβάλλον χρήσης των εφαρμογών αυτών, τις διαφοροποιούν κατά πολύ από τις εφαρμογές επιτραπέζιου υπολογιστή. Καθώς η διείσδυσή τους στις καθημερινές δραστηριότητες του ανθρώπου είναι ολοένα και αυξανόμενη, η ανάγκη για μεθοδολογίες και εργαλεία που μπορούν να βοηθήσουν την αξιολόγηση της χρήσης τους κρίνεται επιτακτική. Στην παρούσα εργασία καταρχήν περιγράφονται οι κλασσικές μέθοδοι αξιολόγησης υπολογιστικών συστημάτων και στη συνέχεια αξιολογούνται ως προς την επάρκεια των δεδομένων που μπορούν να συλλέξουν και την πληρότητα των αποτελεσμάτων που μπορούν να δώσουν στην περίπτωση χρήσης τους για αξιολόγηση ευχρηστίας φορητών εφαρμογών. Παράλληλα γίνεται επισκόπηση της βιβλιογραφίας που Περίληψη 12 Διδακτορική διατριβή αφορά την αξιολόγηση ευχρηστίας των φορητών εφαρμογών και εξετάζονται τα κυριότερα ζητήματα της μεθόδου αξιολόγησης, περιλαμβάνοντας μεταξύ άλλων την επιλογή του χώρου αξιολόγησης και τα δεδομένα που πρέπει να συλλεγούν και αναλυθούν. Στη συνέχεια προτείνεται η μεθοδολογία αξιολόγησης ευχρηστίας φορητών εφαρμογών MOBELIC (MOBile Evaluation Life Cycle methodology). Η MOBELIC υποστηρίζει την αξιολόγηση ευχρηστίας μιας φορητής εφαρμογής σε όλο τον κύκλο ανάπτυξής της. Αποτελεί συνδυασμό από υπάρχουσες μεθόδους αξιολόγησης λαμβάνοντας όμως υπόψη τη φάση ανάπτυξης στην οποία βρίσκεται η υπό αξιολόγηση φορητή εφαρμογή, την ποιότητα των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από κάθε μέθοδο, το χρόνο και τους πόρους που απαιτούνται για τη διεξαγωγή καθεμιάς από αυτές, καθώς και το χρόνο για την ανάλυση των δεδομένων τους και την εξαγωγή πολύτιμων συμπερασμάτων. Η συνεισφορά της μεθοδολογίας MOBELIC έγκειται στο γεγονός ότι βελτιστοποιεί τη διαδικασία αξιολόγησης μιας φορητής εφαρμογής υποστηρίζοντάς την από τις αρχικές φάσεις ανάπτυξης μέχρι τα τελευταία στάδια ολοκλήρωσής της. Προκειμένου να υποστηριχθεί η μεθοδολογία ΜOBELIC, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε το εργαλείο ActivityLens. Αποτελεί ένα εργαλείο παρατήρησης και ανάλυσης των δεδομένων που συλλέγονται κατά τη διάρκεια μελετών της αλληλεπίδρασης χρηστών με φορητές εφαρμογές. Το εργαλείο παρέχει τη δυνατότητα παρακολούθησης των διακριτών φάσεων ανάπτυξης μιας φορητής εφαρμογής και επιτρέπει τη σύγκριση των προβλημάτων ευχρηστίας που παρατηρούνται σε αυτές, χρησιμοποιώντας κοινό σχήμα κωδικοποίησης των προβλημάτων. Παράλληλα, ενσωματώνοντας κατάλληλα σχεδιασμένες λειτουργίες, βοηθάει τον αναλυτή να απομονώσει συγκεκριμένους τύπους δράσεων που υποδεικνύουν πρόβλημα στη χρήση των εξεταζόμενων εφαρμογών. Τέλος στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, εξετάζεται η εφαρμοσιμότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας καθώς και η αποτελεσματικότητα του εργαλείου ανάλυσης, μέσα από μία μελέτη περίπτωσης που περιλαμβάνει τη διενέργεια 3 διακριτών πειραμάτων. Η αξιολόγηση αφορά μία συνεργατική εκπαιδευτική φορητή εφαρμογή προορισμένη να πληροφορεί μαθητές για τα εκθέματα ενός Μουσείου. / This thesis deals with the problem of effective usability evaluation of mobile applications. The term “mobile applications” describes the electronic services that are designed to operate under mobile devices in order to meet the everyday needs of people. There are special characteristics of mobile applications, compared to established desktop applications. Thus, the dynamic context of use and the small size of mediating mobile devices differentiate their use and increase the complexity of their usability evaluation. There are various established methods that have been extensively used in traditional human-computer interaction research in order to evaluate the use of desktop applications. This thesis, firstly examines the suitability of such methods in usability evaluation of mobile applications. The survey indicated that all these methods can be effective. However their application produces different types of data and requires different amount and kind of resources. In the frame of this thesis, MOBELIC, a new methodology for the usability evaluation of mobile applications, is proposed. The goal of MOBELIC is the optimization of evaluation process due to the short life-cycle of mobile applications. It is an effective combination of selected established methods supporting the redesign of a mobile application during its development life-cycle. The main characteristic of this methodology is that it proposes the iterative application of each evaluation method, depending on certain factors, such as the mobile application implementation phase, the quality of the expected method results and the required resources. Subsequently, the design and the implementation of a usability evaluation tool, the ActivityLens, that support the proposed methodology, are described in this thesis. ActivityLens integrates and synchronizes multiple heterogeneous data that describe the interaction of real users with mobile applications. Furthermore, the tool incorporates especially designed mechanisms for annotation and analysis of collected data in order to facilitate usability experts to extract meaningful information. The applicability of the proposed methodology and the effectiveness of the ActivityLens are examined through an extended case study in which the usability of an educational mobile application is evaluated. The case study consists of three discrete experiments including the use of different evaluation methods according to the proposed methodology.