111 |
Ανάπτυξη παθητικών συστημάτων μελέτης ενδοκρανιακών θερμοκρασιακών μεταβολών και εγκεφαλικών διεργασιώνΚαραθανάσης, Κωνσταντίνος 20 October 2010 (has links)
Η ανίχνευση με τη χρήση μικροκυμάτων παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην
τεχνολογική εξέλιξη του κόσμου τα τελευταία 50 χρόνια. Από τα ραντάρ μέχρι τη
Μικροκυματική Ραδιομετρία, η ανίχνευση με τη χρήση μικροκυμάτων έχει
χρησιμοποιηθεί για έναν αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών σε διάφορα επιστημονικά
πεδία, μεταξύ των οποίων η χαρτογράφηση του εδάφους, ο καθορισμός της υγρασίας
του εδάφους, η θερμογραφία και η ανίχνευση του καρκίνου του μαστού. Έτσι, οι
μικροκυματικοί αισθητήρες, διαθέτοντας την ικανότητα να διαπερνούν πολλά είδη
μέσων (πχ. σύννεφα, βιολογικοί ιστοί), έχουν μια σημαντική θέση ανάμεσα σε άλλες
τεχνικές μέτρησης.
Η Μικροκυματική Ραδιομετρία αποτελεί ένα σημαντικό τομέα της
επιστημονικής έρευνας και εφαρμογής της ανίχνευσης με τη χρήση μικροκυμάτων,
καθώς αποτελεί μια παθητική μέθοδο ανίχνευσης της φυσικά εκπεμπόμενης χαοτικής
θερμικής ακτινοβολίας από κάθε σώμα που βρίσκεται σε θερμοκρασία άνω του
απόλυτου μηδενός (-273 Κελσίου). Ένα μικροκυματικό ραδιόμετρο είναι η συσκευή
που χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή ραδιομετρικών μετρήσεων. Η ραδιομετρία έχει
αποτελέσει ένα σημαντικό τομέα έρευνας όχι μόνο για την αξιολόγηση της
ατμόσφαιρας και της επιφάνειας της γης, αλλά και για την περαιτέρω διερεύνηση των
παθητικών μετρήσεων, με σημαντικές εφαρμογές ειδικά στον τομέα της βιοϊατρικής.
Στα πλαίσια της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής μελετήθηκε σε θεωρητικό
και πειραματικό επίπεδο η βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων ανίχνευσης ενός
Τρισδιάστατου Συστήματος Παθητικής Μικροκυματικής Ραδιομετρικής Απεικόνισης
για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου. Η καινοτομία της προτεινόμενης μεθόδου
έγκειται στη χρήση μιας αγώγιμης ελλειψοειδούς κοιλότητας που δρα σαν
μορφοποιητής δέσμης, ώστε να επιτευχθεί μέγιστη συγκέντρωση και εστίαση της
ακτινοβολίας που εκπέμπει το φυσικό σώμα ενδιαφέροντος, σε συνδυασμό με
ευαίσθητους ραδιομετρικούς δέκτες και ομοιοκατευθυντικές κεραίες λήψης στο
φάσμα συχνοτήτων 1 – 4 GHz. Η μέτρηση πραγματοποιείται με την τοποθέτηση του
ανθρώπινου εγκεφάλου στην περιοχή της πρώτης εστίας και τη λήψη της
ακτινοβολίας που συγκλίνει, μέσω ανάκλασης στα τοιχώματα του ελλειψοειδούς, στη
δεύτερη εστία. Εκεί είναι τοποθετημένη η κεραία λήψης που συνδέεται στον
ευαίσθητο ραδιομετρικό δέκτη.
VI
Με σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος,
πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίησή του και ακολούθησε εκτενής ηλεκτρομαγνητική
μελέτη για την ανάλυση της επίδρασης διατάξεων προσαρμογής από κατάλληλα
υλικά στο εσωτερικό της ελλειψοειδούς κοιλότητας. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως
με τη σωστή επιλογή των υλικών και των ιδιοτήτων τους, είναι δυνατό να επιτευχθεί
σημαντική βελτίωση του βάθους ανίχνευσης του κατωφλίου ανίχνευσης
θερμοκρασίας και της χωρικής διακριτικής ικανότητας του συστήματος.
Τα πειράματα με ομοιώματα που πραγματοποιήθηκαν, επαληθεύουν τις
βασικές αρχές λειτουργίας του συστήματος καθώς επίσης και την ευεργετική
επίδραση των διατάξεων προσαρμογής στις ιδιότητες εστίασής του, που μελετήθηκαν
θεωρητικά στο πρώτο στάδιο της έρευνας,. Τέλος, οι πειραματικές διαδικασίες, που
σχεδιάστηκαν με βάση πιθανές κλινικές εφαρμογές του συστήματος, δείχνουν ότι έχει
βασικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες ώστε να αποτελέσει στο μέλλον κλινικό,
διαγνωστικό εργαλείο. / Microwave sensing has played an increasingly significant role in the world’s
technological advances over the past 50 years. From radar to radiometry, microwave
sensing has been used for a large number of applications, including ground mapping,
soil moisture determination, thermography, and breast cancer detection. With the
ability to safely penetrate many kinds of media (e.g., clouds or biological specimens),
microwave sensors find a significant place among other modalities of measurement.
Microwave radiometry is an important scientific research and application area
of microwave sensing because it provides a passive sensing technique for detecting
naturally emitted chaotic thermal radiation by any material object being above the
absolute zero temperature (-273 Celsius). A microwave radiometer is the device used
to conduct radiometric measurements. While radiometry has been a significant
research field for atmospheric and earth surface evaluations, it lends itself to further
exploration of passive measurements, with significant applications especially in the
biomedical field.
In the framework of the present PhD Thesis, a theoretical and experimental
optimization study of the sensing capabilities of a Three Dimensional Passive
Microwave Radiometry Imaging System for brain diagnostic applications was
performed. The novelty of the proposed methodology consists in the use of a
conductive ellipsoidal cavity acting as a beamformer to achieve maximum peak of
radiation pattern in order to measure the intensity of the microwave energy, radiated
by the medium of interest, by using sensitive microwave radiometers and relevant non
– contacting antennas within the range of 1 – 4 GHz. The measurement is realized by
placing the human brain in the region of the first focus and collecting the radiation
converged at the second focus by a receiving antenna connected to the
sensitive radiometer.
Towards the improvement of the system’s focusing properties, extended
electromagnetic analysis was performed in order to validate the impact of matching
configurations made from appropriate materials, located inside the ellipsoidal cavity.
The results show that with the appropriate choice of materials and careful assessment
of their properties, it is possible to significantly improve the system’s detection depth,
temperature detection level and spatial sensitivity.
VIII
The experimental procedures that were performed verify the proof of concept
and confirm the beneficial impact of matching configurations on the system’s
focusing properties, which was theoretically studied in the first part of the research.
Finally, the experimental set used in the study, related to possible clinical
applications, produced promising results regarding the potential perspective of the
system to serve as a future clinical diagnostic tool.
|
112 |
GIS-based Episode Reconstruction Using GPS Data for Activity Analysis and Route Choice Modeling / GIS-based Episode Reconstruction Using GPS DataDalumpines, Ron 26 September 2014 (has links)
Most transportation problems arise from individual travel decisions. In response, transportation researchers had been studying individual travel behavior – a growing trend that requires activity data at individual level. Global positioning systems (GPS) and geographical information systems (GIS) have been used to capture and process individual activity data, from determining activity locations to mapping routes to these locations. Potential applications of GPS data seem limitless but our tools and methods to make these data usable lags behind. In response to this need, this dissertation presents a GIS-based toolkit to automatically extract activity episodes from GPS data and derive information related to these episodes from additional data (e.g., road network, land use).
The major emphasis of this dissertation is the development of a toolkit for extracting information associated with movements of individuals from GPS data. To be effective, the toolkit has been developed around three design principles: transferability, modularity, and scalability. Two substantive chapters focus on selected components of the toolkit (map-matching, mode detection); another for the entire toolkit. Final substantive chapter demonstrates the toolkit’s potential by comparing route choice models of work and shop trips using inputs generated by the toolkit.
There are several tools and methods that capitalize on GPS data, developed within different problem domains. This dissertation contributes to that repository of tools and methods by presenting a suite of tools that can extract all possible information that can be derived from GPS data. Unlike existing tools cited in the transportation literature, the toolkit has been designed to be complete (covers preprocessing up to extracting route attributes), and can work with GPS data alone or in combination with additional data. Moreover, this dissertation contributes to our understanding of route choice decisions for work and shop trips by looking into the combined effects of route attributes and individual characteristics. / Dissertation / Doctor of Philosophy (PhD)
|
Page generated in 0.1119 seconds