Τα Πνευματικά του Ήρωνα (1ος αιώνας μ.Χ.), προϊόν μακράς παράδοσης. Στην εισαγωγή του έργου εκτίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο που υποστηρίζει τη λειτουργία των διατάξεων που παρουσιάζονται στη συνέχεια, αλλά και υποστηρίζεται πειραματικά από ορισμένες. Η δομή του έργου ακολουθεί τη δομή του ολοκληρωμένου μαθηματικού λόγου της κλασικής αρχαιότητας, προσαρμοσμένο κατάλληλα. Θέματα που αναδεικνύουμε είναι: Η ολοκλήρωση της αρχής των συγκοινωνούντων δοχείων με την αυστηρή απόδειξη του αντίστροφου της πρότασης του Αρχιμήδη για τη σφαιρικότητα της επιφάνειας του ηρεμούντος υγρού. Η πειραματική απόδειξη της υλικότητας του αέρα. Διαδικασία που εναρμονίζει το πείραμα με προϋπάρχουσα θεωρία. Η πειραματική απόδειξη της ελαστικότητας του αέρα, ο οποίος μέχρι και τον Αριστοτέλη θεωρείται ασυμπίεστος, καθώς και της ύπαρξης κενού σε μακροσκοπική κλίμακα. Θέση που υποστηρίζεται πειραματικά από τρείς διαφορετικές διατάξεις. Η εξέλιξη της θεωρίας της αναθυμίασης (δημιουργία των ανέμων), προσθέτοντας στη φωτιά την ιδιότητα (δυνατότητα) δημιουργίας κενού. Η πειραματική (με τη διάταξη Ι.23) επαλήθευση της θέσης (που ανάγεται στον 5ο π.Χ. αιώνα) ότι τα ρευστά εναλλάσσονται στον ίδιο χώρο κατά ίσους όγκους. Μέσα από τα θέματα αυτά και την ανάδειξη των διατάξεων που τα υποστηρίζουν, επισημαίνουμε την ενσυνείδητη αποκατάσταση ενότητας θεωρίας και πράξης, ενώ φέρνουμε στο φως μια όχι ιδιαίτερα προσεγμένη κατηγορία διατάξεων αυτή των πειραματικών. / Heron’s (1st century A.D.) Pneumatics is the product of a long tradition. In the introduction to the work the theoretical background which explains the functioning of the devices which are analysed later in the work is presented. At the same time it is endorsed experimentally by some of them. The structure of the work follows that of the integrated mathematical language of classical antiquity, but appropriately adapted to the task at hand. The subjects which are highlighted are the following: The completion of the proposition of communicating vessels with the rigorous proof of the inverse of Archimedes’ proposition for the sphericity of the surface of liquids in rest; the experimental demonstration of the corporeity of air, a procedure that harmonises the experiment with a pre-existing theory; the experimental demonstration of the elasticity of air, which, until Aristotle, had been considered to be incompressible, as well as the existence of the macroscopic vacuum, a position which is supported by three different experimental devices; the evolution of exhalation theory (wind creation) adding to fire the property of being able to create a vacuum; the experimental verification (by means of device I.23) of the position (dating from the 5th century BC) that liquids alternate in the same space in equal volumes. Through these issues and the examination of the devices that support them, we draw attention to the conscious unification of theory and practice, while we also bring to light a rather neglected area, that of experimental devices.

Στην παρούσα ερευνητική εργασία που είναι επανάληψη της έρευνας των Steinbrink και Klatte (2008) γίνεται προσπάθεια να διερευνηθεί η σχέση ανάμεσα στην ικανότητα άμεσης σειριακής συγκράτησης φωνολογικών πληροφοριών και την αναγνωστική και ορθογραφική ικανότητα παιδιών, που έχουν ως μητρική γλώσσα την ελληνική. Πολλές έρευνες έχουν δείξει ότι παιδιά με αναγνωστικές και ορθογραφικές δυσκολίες δεν χρησιμοποιούν με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο τις φωνολογικές στρατηγικές σε έργα σειριακής ανάκλησης. Σε μια ομάδα 15 μαθητών της Γ’ Δημοτικού χωρίς αναγνωστικές και ορθογραφικές δυσκολίες και σε μια αντίστοιχη ομάδα 15 μαθητών με αναγνωστικές και ορθογραφικές δυσκολίες, παρουσιάστηκαν λίστες με τέσσερα ερεθίσματα η κάθε μία, τα οποία αντιστοιχούσαν σε ουσιαστικά υψηλής συχνότητας, με σκοπό την άμεση σειριακή ανάκλησή τους. Το μέγεθος της λέξης και η φωνολογική ομοιότητα καθώς και ο τρόπος παρουσίασης (οπτικός και ακουστικός) και ο τύπος ανάκλησης (οπτικός και προφορικός) ποίκιλαν, σε ένα μεικτό σχεδιασμό με χειρισμό των ανεξάρτητων μεταβλητών εντός υποκειμένων. Σε όλες τις πειραματικές συνθήκες, οι καλοί αναγνώστες απέδωσαν καλύτερα από τους φτωχούς αναγνώστες. Η φωνολογική ομοιότητα δεν επηρέασε τις επιδόσεις και στις δυο ομάδες των παιδιών. Αντίθετα, η επίδραση του μεγέθους των λέξεων διέφερε μεταξύ των ομάδων, πράγμα που ίσως δείχνει ελλιπή φωνολογική κωδικοποίηση και εσωτερική επανάληψη στα παιδιά με αναγνωστικές και ορθογραφικές δυσκολίες. Αναφορικά με τη σειρά παρουσίασης του ερεθίσματος, οι δύο ομάδες μαθητών έκαναν χρήση παρόμοιων στρατηγικών στις περισσότερες πειραματικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι φτωχοί αναγνώστες χρησιμοποιούν το φωνολογικό κύκλωμα. Αντί αυτού, οι δυσκολίες αυτές πηγάζουν από την ανεπαρκή εφαρμογή διαφόρων στρατηγικών λόγω ελλειμμάτων στη φωνολογική επεξεργασία. / The current study sought to investigate the relation between serial recall of phonological information and reading ability in Greek students. It has been proposed that dyslexic readers show inefficient application of phonological strategies during serial recall tasks. A group of 15 third graders with typical reading performance and 15 with reading impairments were presented with four-item lists of common nouns for immediate serial recall. Word length and phonological similarity as well as presentation modality (visual vs. auditory) and type of recall (visual vs. verbal) were varied as within subject factors in a mixed design. In all conditions, overall performance was significantly lower in poor readers. Phonological similarity did not affect performance in both groups of children. Word length effects differed between groups indicating deficient phonological coding and rehearsal in dyslexic students. With regard to the order of presentation, the two groups made use of similar strategies in the majority of the experimental conditions. The results demonstrate that, poor readers use the phonological loop. Instead, their difficulties stem from inadequate application of various strategies due to deficits in phonological processing.

Η υπερθερμία αποτελεί μια επικουρική μέθοδο θεραπείας του καρκίνου και η βιοϊατρική έρευνα τις τελευταίες δεκαετίες, με σκοπό την εκμετάλλευση και την ανάδειξη των ιδιοτήτων της μεθόδου, στοχεύει στην εφαρμογή της στην κλινική πράξη. Μια προσπάθεια με παρόμοιο σκοπό γίνεται τα τελευταία χρόνια στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών (ΕΜΟΙ) της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, όπου έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ένα μικροκυματικό σύστημα υπερθερμίας. Το προτεινόμενο σύστημα ενσωματώθηκε σε ένα τρισδιάστατο σύστημα παθητικής μικροκυματικής ραδιομετρικής απεικόνισης (ΜiRaIS), το οποίο παρέχει τη δυνατότητα παρακολούθησης των μεταβολών της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας της υπό εξέταση περιοχής σε πραγματικό χρόνο και μελετήθηκε και κατασκευάστηκε στα πλαίσια παλαιότερης διδακτορικής διατριβής στο ίδιο εργαστήριο της σχολής ΗΜΜΥ. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή γίνεται η θεωρητική και πειραματική μελέτη του προτεινόμενου συστήματος υπερθερμίας. Η αρχή λειτουργίας του συστήματος είναι όμοια με εκείνη του MiRaIS και βασίζεται στη χρήση μιας ελλειψοειδούς αγώγιμης κοιλότητας για εστίαση της ακτινοβολίας επιλεκτικά στους ιστούς που χρήζουν θεραπείας. Ο ανακλαστήρας για εστίαση που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διαδικασία, βελτιώνει την εργονομία του συστήματος, διατηρώντας παράλληλα της ιδιότητες εστίασης του πρωτότυπου ελλειψοειδούς. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε αρχικά η θεωρητική μελέτη και μοντελοποίηση της διάταξης με σκοπό την εξακρίβωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος και στη συνέχεια επιχειρήθηκε η βελτίωση των ιδιοτήτων αυτών με χρήση διατάξεων διηελκτρικών υλικών, καθώς και πειραματικές μετρήσεις του συνολικού συστήματος υπερθερμίας-μικροκυματικής ραδιομετρίας. Η θεωρητική ηλεκτρομαγνητική μελέτη του συστήματος έγινε με τη χρήση ενός εμπορικά διαθέσιμου υπολογιστικού πακέτου προσομοίωσης (XFdtd, Remcom Inc.), το οποίο χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου για την επίλυση ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων. Ερευνώνται τρεις διατάξεις διηλεκτρικών υλικών με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος, οι οποίες επικεντρώνονται στη μελέτη του βάθους διείσδυσης της ακτινοβολίας και της χωρικής διακριτικής ικανότητας. Τα υλικά τοποθετούνται είτε στο εσωτερικό του ελλειψοειδούς είτε γύρω από το μοντέλο κεφαλιού ως στρώματα προσαρμογής, με σκοπό την επίτευξη βηματικής αλλαγής της διηλεκτρικής σταθεράς στη διεπιφάνεια αέρα-μοντέλο ανθρώπινου κεφαλιού. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τα πλεονεκτήματα από τη χρήση των διηλεκτρικών υλικών, καθώς παρουσιάζεται βελτίωση και στις δυο παραμέτρους των ιδιοτήτων εστίασης, ανάλογα με τη διάταξη που χρησιμοποιείται, τη θέση του μοντέλου κεφαλιού στο εσωτερικό του συστήματος και τη συχνότητα λειτουργίας. Για τη διενέργεια των πειραμάτων, η πειραματική διάταξη τοποθετήθηκε σε ανηχοϊκό θάλαμο, ο οποίος εξασφαλίζει την απομόνωσή της από τον περιβάλλοντα χώρο. Στις πειραματικές διαδικασίες που ακολουθήθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν ομοιώματα, τα οποία στη φάση της υπερθερμίας υπέδειξαν τις περιοχές εστίασης της ενέργειας για την εκάστοτε συχνότητα ακτινοβολίας, ενώ στη φάση της μικροκυματικής ραδιομετρίας βοήθησαν στη μελέτη της θερμοκρασιακής διακριτικής ικανότητας του συστήματος. Η μέθοδος της μικροκυματικής ραδιομετρίας χρησιμοποιήθηκε για την παρακολούθηση των μεταβολών της θερμοκρασίας της ακτινοβολούμενης περιοχής κατά τη διάρκεια των συνεδριών της υπερθερμίας. Επίσης, κατά τη διάρκεια των πειραμάτων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με στρώματα προσαρμογής από διηλεκτρικά υλικά, τα οποία τοποθετήθηκαν γύρω από το αντικείμενο ενδιαφέροντος και βοήθησαν στην πληρέστερη κατανόηση της επίδρασης της παρουσίας τους στις ιδιότητες εστίασης του συστήματος και στην επιβεβαίωση των αντίστοιχων θεωρητικών αποτελεσμάτων. / The application of hyperthermia process has been widely used in clinical research and efforts are being made for its implementation in clinical practice, as many researchers have used this method as an adjunct treatment procedure for cancer. During the past two decades, a great deal of research has been carried out, with the aim of developing effective techniques for hyperthermia treatment, primarily using RF, microwave and ultrasound energy. A similar effort is carried out in the Laboratory of Microwaves and Fiber Optics (MFOL), School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens (NTUA), where a proposed hyperthermia system has been designed and constructed. A system for deep brain hyperthermia treatment, designed to also provide passive measurements of temperature and/or conductivity variations inside the human body, is presented in the present PhD thesis. The proposed system comprises both therapeutic and diagnostic modules, operating in a totally contactless way, based on the use of an ellipsoidal beamformer to achieve focusing on the areas under treatment and monitoring. The radiometry monitoring module, the Three Dimensional Passive Microwave Radiometry Imaging System (MiRaIS), has been studied, designed and constructed in the framework of a previous PhD thesis in the same laboratory of MFOL. In the present thesis, the proposed system is theoretically and experimentally studied. The operation principal is based on the use of an ellipsoidal conductive wall cavity for focusing the emitted radiation on the tissues that should accept treatment. The ellipsoidal cavity, which was constructed and used in the experimentation procedure, is newly developed and improves the system’s ergonomics retaining at the same time the focusing properties of the prototype system. In the framework of the present work, theoretical modeling and experimentation of the proposed system is carried out in order to examine and improve its focusing attributes. In the theoretical study, three setups are investigated for the improvement of the system’s focusing properties (e.g. penetration depth of the electromagnetic field, spatial sensitivity) using dielectric materials. The research is carried out with the use of a commercially available software tool, XFdtd (Remcom Inc.). The materials are placed inside the ellipsoidal or used as matching layers around the head model for the achievement of a stepped change of the refraction index on the air-human head model interface. The results revealed the possible advantages of using matching dielectric materials, as improvement on the focusing properties of the system is clearly observed, depending on the setup used, the position of the head model inside the system and the operating frequency. The experiments were performed inside an anechoic chamber providing maximum accuracy by avoiding all possible EMC/EMI issues. Along with the hyperthermia experiments, the implementation of the microwave radiometry process was also tested with the proposed system. Microwave radiometry could provide the temperature monitoring of the radiated area during the hyperthermia sessions. In the experimental procedures water phantoms were used, which during hyperthermia indicated the energy absorbing areas at the irradiation frequency, while during microwave radiometry revealed the system’s temperature sensitivity. Also, measurements were conducted using dielectric matching layers, placed around the medium of interest, in order to fully understand the effect of those materials on the system’s focusing properties as well as to confirm the respective theoretical results. Taking into consideration the present study and the advantage of the non invasive character of the proposed brain hyperthermia system, it is concluded that further research is required in order to explore its potentials at becoming a part of the standard treatment protocol of brain malignancy in the future.