Προτεινόμενα Θέματα Διπλωματικών Εργασιών

Βιοϊατρική Τηλεμετρία

Στατιστική Επεξεργασία Δεδομένων από Μετρήσεις Υψίσυχνης Ηλεκτρομαγνητικής Ακτινοβολίας στο Περιβάλλον Σταθμών Κεραιών σε όλη την Ελλάδα
Η διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ταξινόμηση και την πολυπαραμετρική στατιστική επεξεργασία δεδομένων από μετρήσεις υψίσυχνης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο περιβάλλον σταθμών κεραιών κάθε είδους σε όλη την Ελλάδα, οι οποίες έχουν δημοσιευθεί στον ιστοχώρο της Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας (ΕΕΑΕ). Η διπλωματική εργασία πρόκειται να πραγματοποιηθεί σε συνεργασία με την Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας.
Απαιτούμενες γνώσεις: Βασικές γνώσεις θεωρίας κεραιών, Πολύ καλές γνώσεις στατιστικής ανάλυσης δεδομένων
Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr),
Υπεύθυνος του Γραφείου Μη Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών, ΕΕΑΕ, Δρ. Ευθύμιος Καραμπέτσος (efthymios.karabetsos@eeae.gr),
Δρ. Μαρία Χριστοπούλου (maria.christopoulou@eeae.gr)

Σχεδίαση και μελέτη επιδόσεων εμφυτεύσιμων / καταπόσιμων κεραιών για ασύρματη ιατρική τηλεμετρία
Η ασύρματη ιατρική τηλεμετρία μεταξύ εμφυτεύσιμων/καταπόσιμων ιατρικών διατάξεων και εξωτερικών διατάξεων επίβλεψης και ελέγχου κερδίζει διαρκώς έδαφος στους τομείς της διάγνωσης και θεραπείας ασθενειών. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση πρωτότυπων εμφυτεύσιμων/καταπόσιμων κεραιών με βελτιστοποιημένες επιδόσεις. Έμφαση θα δοθεί στην ταχεία σχεδίαση βιοσυμβατών κεραιών μικροσκοπικών διαστάσεων, ενώ θα μελετηθούν τα χαρακτηριστικά συντονισμού, η απόδοση ακτινοβολίας, η απορρόφηση ισχύος από τους περιβάλλοντες ιστούς, και η συμμόρφωση με τα όρια διεθνών οργανισμών (πρότυπα IEEE C95.1-1999, IEEE C95.1-2005). Απαιτούμενες γνώσεις: θεωρία κεραιών, βασικά στοιχεία υπολογιστικού ηλεκτρομαγνητισμού και βιοηλεκτρομαγνητισμού.
Βιβλιογραφία:

  1. A. Kiourti, K.S. Nikita, "A Review of Implantable Patch Antennas for Biomedical Telemetry: Challenges and Solutions", IEEE Antennas and Propagation Magazine vol. 54, no. 3, pp. 210-228, June 2012.
  2. L. S. Xu, Max Q.-H. Meng, Chao Hu, “Effects of Dielectric Values of Human Body on Specific Absorption Rate Following 430, 800, and 1200 MHz RF Exposure to Ingestible Wireless Device”, IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, vol. 14, no.1, January 2010.

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr)

Συγκομιδή Ενέργειας για εμφυτεύσιμες ιατρικές διατάξεις με εφαρμογή στο καρδιαγγειακό σύστημα – Energy Harvesting
Η συλλογή ενέργειας από το περιβάλλον αποτελεί σημαντική καινοτομία στην τροφοδότηση ηλεκτρονικών διατάξεων ειδικά στην περίπτωση των εμφυτεύσιμων στο ανθρώπινο σώμα ιατρικών διατάξεων. Η λειτουργία εμφυτεύσιμων ηλεκτρονικών διατάξεων με συλλογή της ενέργειας από το περιβάλλον του ανθρώπινου σώματος μειώνει την ανάγκη αντικατάστασης μπαταριών και επεκτείνει το χρόνο λειτουργίας. Πρόσφατα παρουσιάστηκαν τεχνικές ενεργειακής συγκομιδής που εξασφαλίζουν την ενεργειακή αυτονομία εμφυτεύσιμων ιατρικών διατάξεων (εφαρμογές βηματοδοτών).
Ο πρώτος στόχος της διπλωματικής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη αναλυτικού μοντέλου για την ενεργειακή κατανάλωση εμφυτεύσιμων ιατρικών διατάξεων και ασύρματων δικτύων αισθητήρων και η μοντελοποίηση της απόδοσης τεχνικής συγκομιδής ενέργειας από το καρδιαγγειακό σύστημα. Ο δεύτερος στόχος σχετίζεται με το σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας πρωτότυπης πειραματικής διάταξης η οποία υλοποιεί μια επιλεγμένη τεχνική συγκομιδής ενέργειας με εφαρμογή κριτηρίων όπως η απόδοσή της και η δυνατότητα σμίκρυνσης. Απαιτούμενες γνώσεις: Ηλεκτρονική, MATLAB, Βιοϊατρική και Φυσιολογικά Συστήματα.
Βιβλιογραφία:

  1. Pfenniger A, Jonsson M, Zurbuchen A, Koch VM, Vogel R. , “Energy harvesting from the cardiovascular system, or how to get a little help from yourself”, Ann Biomed Eng. 2013 Nov;41(11):2248-63. doi: 10.1007/s10439-013-0887-2
  2. Pfenniger Α, Lalith N. Wickramarathna, Vogel R, Volker, Koch M, Design and realization of an energy harvester using pulsating arterial pressure, Medical Engineering & Physics, Volume 35, Issue 9, September 2013, Pages 1256-1265, ISSN 1350-4533, http://dx.doi.org/10.1016/j.medengphy.2013.01.001
  3. Cardiovascular Engineering - Adrian Zurbuchen unveils a revolutionary pacemakerhttp://www.artorg.unibe.ch/content/news/index_eng.html#e539681

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr)

Πειραματικές μετρήσεις σε προσομοιώματα με χρήση τηλεμετρίας εμφυτεύσιμων διατάξεων
Στo πλαίσιo της διπλωματικής θα γίνουν πειραματικές μετρήσεις σε προσομοιώματα και θα πραγματοποιηθούν μετρήσεις απωλειών διαδρομής για ασύρματα κανάλια τηλεμετρίας εμφυτεύσιμων ιατρικών διατάξεων. Για την υλοποίηση θα χρησιμοποιηθεί διάταξη τηλεμετρίας εμφυτεύσιμων διατάξεων με χρήση σεναρίων ασύρματης ζεύξης σε ελεύθερο χώρο και σε περιβάλλον εργαστηρίου. Θα ποσοτικοποιηθεί η επίδραση διαφορετικών πολώσεων επί των επιδόσεων την κεραίας και θα αξιολογηθεί η επίδραση παραμέτρων των βιολογικών ιστών με χρήση προσομοιωμάτων. Απαιτούμενες γνώσεις: Βασικές Γνώσεις Τηλεπικοινωνιών, Ηλεκτρομαγνητισμού, προγραμματισμού σε C# ή C API ή C embedded source code.
Βιβλιογραφία:

  1. http://ulp.zarlink.com/zarlink/hs/82_ZLE70102.htm
  2. Shen Li; Jie He; Ruijun Fu; Pahlavan, K., "A hardware platform for performance evaluation of in-body sensors," Medical Information and Communication Technology (ISMICT), 2012 6th International Symposium on , vol., no., pp.1,4, 25-29 March 2012 doi: 10.1109/ISMICT.2012.6203055
  3. Kim S, Brendle C, Lee HY, Walter M, Gloeggler S, Krueger S, Leonhardt S. Evaluation of a 433 MHz band body sensor network for biomedical applications. Sensors (Basel). 2013 Jan 14;13(1):898-917. doi: 10.3390/s130100898.

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr)

Ανάπτυξη ολοκληρωμένης πλατφόρμας αριθμητικής εκτίμησης, προσομοίωσης και πειραματικής επαλήθευσης ταχύτητας σφυγμικού κύματος (Pulse Wave Velocity)
Η ταχύτητα σφυγμικού κύματος (Pulse Wave Velocity, PWV) και η εκτίμηση του χρόνου μετάβασης σφυγμού (Pulse Transit Time, PTT) θεωρούνται προγνωστικοί παράγοντες καρδιαγγειακού κινδύνου γιατί παρέχουν μη επεμβατική εκτίμηση της αρτηριακής ενδοτικότητας-ελαστικότητας.
Στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας, στο πρώτο στάδιο θα γίνει ανασκόπηση και συγκριτική μελέτη όλων των αλγορίθμων εκτίμησης της ταχύτητας σφυγμικού κύματος, που παρουσιάζουν αποκλίσεις ως προς τις εκτιμήσεις για το PTT. Για το σκοπό αυτό, θα αναπτυχθεί μοντέλο αναλυτικού υπολογισμού του PTT μέσω του PWV καθώς και μοντέλο καρδιαγγειακού δέντρου για την παραμετροποίηση της προσομοίωσης PTT σε ένα πλήθος αιμοδυναμικών καταστάσεων.
Στο δεύτερο στάδιο θα σχεδιαστεί και αναπτυχθεί πειραματική διάταξη με χρήση αισθητήρων και διατάξεων τηλεμετρίας για τη μέτρηση PWV.
Τα πειραματικά αποτελέσματα θα συγκριθούν με τα αποτελέσματα προσομοιώσεων του πρώτου σταδίου.
Απαιτούμενες γνώσεις: Ηλεκτρονικής, MATLAB
Βιβλιογραφία:

  1. Vardoulis O, Papaioannou TG, Stergiopulos N. Validation of a novel and existing algorithms for the estimation of pulse transit time: advancing the accuracy in pulse wave velocity measurement. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2013 Jun 1;304(11):H1558-67. doi: 10.1152/ajpheart.00963.2012.
  2. Gaddum NR, Alastruey J, Beerbaum P, Chowienczyk P, Schaeffter T. A technical assessment of pulse wave velocity algorithms applied to non-invasive arterial waveforms. Ann Biomed Eng. 2013 Dec;41(12):2617-29. doi:10.1007/s10439-013-0854-y. Epub 2013 Jul 2. PubMed PMID: 23817766.
  3. McLaughlin J, McNeill M, Braun B, McCormack PD. Piezoelectric sensor determination of arterial pulse wave velocity. Physiol Meas. 2003Aug;24(3):693-702. PubMed PMID: 14509307.
  4. Papaioannou TG, Soulis D, Vardoulis O, Protogerou A, Sfikakis PP, Stergiopulos N, Stefanadis C. First in vivo application and evaluation of a novel method for non-invasive estimation of cardiac output. Med Eng Phys. 2014 Oct;36(10):1352-7. doi: 10.1016/j.medengphy.2014.06.019. Epub 2014 Aug 6. PubMed PMID: 25108554.

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr)

Συστήματα Υποστήριξης Ιατρικών Αποφάσεων & Πληροφοριακά Συστήματα Υγείας

Σχεδίαση και ανάπτυξη σοβαρού ηλεκτρονικού παιχνιδιού (serious game) για την εκπαίδευση και τη συμμόρφωση παιδιών με Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 1
Η διάγνωση του Σακχαρώδους Διαβήτη Τύπου 1 (ΣΔΤ1) προκαλεί σοκ στα παιδιά και στην οικογένειά τους. Η αντιμετώπιση της νόσου απαιτεί σοβαρότητα, υπευθυνότητα και αισιοδοξία. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη σοβαρού ηλεκτρονικού παιχνιδιού για την εκπαίδευση, και τη συμμόρφωση των παιδιών με ΣΔΤ1 προς την απαιτούμενη αγωγή. Οι προδιαγραφές και τα σενάρια του σοβαρού παιχνιδιού θα καθοριστούν στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας, ώστε να είναι ελκυστικό και ταυτόχρονα να προωθεί τον υγιεινό τρόπο ζωής που πρέπει να ακολουθήσουν τα παιδιά με ΣΔΤ1.
Απαιτούμενες γνώσεις: βασική γνώση προγραμματισμού, γνώση μηχανισμών ηλεκτρονικών παιχνιδιών, βάσεις δεδομένων, σχεδίαση εφαρμογών για κινητά τηλέφωνα
Βιβλιογραφία:

  1. D. A. Lieberman, “Video Games for Diabetes Self-Management: Examples and Design Strategies”, Journal of Diabetes Science and Technology, vol. 6, issue 4, July 2012.
  2. P.M. Kato, “Video Games in Health Care: Closing the Gap”, Review of General Psychology, vol. 14, no. 2, pp. 113-121, 2010.
  3. M.-A. Capruciu, “Educational Video Games for improving Diabetes Self-Care”, master thesis, February 2012.

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr),
Δρ. Κωνσταντία Ζαρκογιάννη (kzarkog@biosim.ntua.gr),
Υ.Δ. Κωνσταντίνος Μήτσης (kmhtshs@biosim.ntua.gr)

Ανάπτυξη Μοντέλου Εκτίμησης της Περιεχόμενης Ποσότητας Υδατανθράκων στα Λαμβανόμενα Γεύματα από Φωτογραφικά Στιγμιότυπα
Για τα άτομα με Σακχαρώδη Διαβήτη, η γνώση της περιεχόμενης ποσότητας υδατανθράκων στα γεύματα είναι πολύ σημαντική τόσο για τον σωστό προγραμματισμό των γευμάτων όσο και για την προσαρμογή της προγευματικής δόσης ινσουλίνης. Έρευνες έχουν δείξει ότι η εκτίμηση της ποσότητας υδατανθράκων από τους ίδιους τους ασθενείς έχει σημαντικές αποκλίσεις από τις πραγματικές τιμές γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε λάθος αποφάσεις με συνέπεια την απορρύθμιση του μεταβολισμού γλυκόζης. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στην ανάπτυξη ενός μοντέλου εκτίμησης των περιεχόμενων υδατανθράκων στα λαμβανόμενα γεύματα από φωτογραφικά τους στιγμιότυπα. Συγκεκριμένα, στις φωτογραφίες που λαμβάνονται με τη χρήση κινητού τηλεφώνου, θα εφαρμοστούν προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας εικόνας για την αναγνώριση και ποσοτικοποίηση του περιεχομένου των γευμάτων. Η εργασία μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη και να ανατεθεί σε δύο άτομα.
Απαιτούμενες γνώσεις: Προγραμματισμός, Επεξεργασία Εικόνων
Βιβλιογραφία:
F. Kong, J. Tan: “DietCam: Automatic dietary assessment with mobile camera phones”, Pervasive and Mobile Computing, Vol. 8, no.1, pp. 147–163, 2012.
Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr),
Δρ. Κωνσταντία Ζαρκογιάννη (kzarkog@biosim.ntua.gr)

Ψηφιακή Επεξεργασία Ιατρικών Δεδομένων Επεξεργασία Ιατρικών Εικόνων

Μελέτη και ποσοτικοποίηση της κίνησης του τοιχώματος της καρωτίδας από εικόνες υπερήχων και συσχέτιση με παραμέτρους υφής
Η κίνηση του τοιχώματος της καρωτίδας κατά τη διάρκεια του καρδιακού κύκλου είναι ένα μηχανικό φυσιολογικό φαινόμενο με ιδιαίτερη κλινική σημασία, κυρίως λόγω της σχέσης του με την ελαστικότητα του ιστού. Η κίνηση αυτή μπορεί να μετρηθεί με πλήθος μεθόδων ανάλυσης εικόνων [1], [2]. Για την περαιτέρω κατανόηση των φυσιολογικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στην περιοχή του αρτηριακού τοιχώματος, είναι σημαντική η συσχέτιση της κινητικότητας του αγγείου με παραμέτρους υφής, που μπορούν επίσης να εκτιμηθούν από εικόνες υπερήχων [3], [4]. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι (α) η ποσοτικοποίηση της ακτινικής και διαμήκους κίνησης του αρτηριακού τοιχώματος, με χρήση παραμέτρων που χαρακτηρίζουν διαφορετικά είδη παραμορφώσεων, όπως διάταση, συμπίεση και διάτμηση, και (β) η συσχέτιση των παραμέτρων αυτών με χαρακτηριστικά υφής, που περιγράφουν την κατανομή διαφορετικών υλικών εντός του αρτηριακού τοιχώματος. Τα αποτελέσματα της εργασίας αναμένεται να αναδείξουν τη χρησιμότητα των παραπάνω παραμέτρων στη μελέτη της φυσιολογίας και της παθοφυσιολογίας του αρτηριακού τοιχώματος και τη διάγνωση καρδιαγγειακών παθήσεων.
Απαιτούμενες γνώσεις: Πολύ καλή γνώση προγραμματισμού σε MatLab, Βασικές γνώσεις ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων και εικόνων.
Βιβλιογραφία:

  1. S. Golemati, A. Sassano, M. J. Lever, A. A. Bharath, S. Dhanjil, A. N. Nicolaides. Motion analysis of carotid atherosclerotic plaque from B-mode ultrasound. Ultrasound Med Biol 2003; 29(3): 387-399.
  2. S. Golemati, J .Stoitsis, A. Gastounioti, A. C. Dimopoulos, V. Koropouli, K. S. Nikita. Comparison of block matching and differential methods for motion analysis of the carotid artery wall from ultrasound images.IEEE Trans Inf Technol Biomed 2012; (in press)
  3. S.Golemati, T.J.Tegos, A.Sassano, K.S.Nikita, and A.N.Nicolaides. Echogenicity of B-mode ultrasound images of the carotid artery – Work-in-progress. J Ultrasound Med 2004; 23: 659-669.
  4. N.Tsiaparas, S.Golemati, I.Andreadis, J.Stoitsis, I.Valavanis, K.S.Nikita. Comparison of multiresolution features for texture classification of carotid atherosclerosis from B-mode ultrasound. IEEE Trans Inf Technol Biomed 2011; 15(1): 130-137.

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr),
Λέκτορας Ιατρικής Σχολής Παν. Αθηνών Δρ. Σπυρέττα Γολεμάτη (sgolemati@med.uoa.gr)

Εκτίμηση της επιφανειακής μορφολογίας του τοιχώματος της αθηρωματικής πλάκας από εικόνες υπερήχων
Έχει δειχθεί ότι η μορφολογία του τοιχώματος της καρωτίδας μπορεί να σχετίζεται με τον κίνδυνο εμφάνισης εγκεφαλικών επεισοδίων [1]. Η εκτίμηση της μορφολογίας έχει επιχειρηθεί κυρίως με ποιοτικό και υποκειμενικό τρόπο από εικόνες υπερήχων. Η ποσοτικοποίηση χαρακτηριστικών μορφολογίας είναι σημαντική για την έγκυρη και έγκαιρη αναγνώριση αθηρωματικών πλακών που κινδυνεύουν να ραγούν και να προκαλέσουν εγκεφαλικό επεισόδιο. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση γεωμετρικών παραμέτρων, όπως οι παράμετροι καμπυλότητας [2], [3], για τη διάκριση διαφορετικών τύπων αθηρωματικών πλακών, όπως συμπτωματικών και ασυμπτωματικών, και την υποβοήθηση της διάγνωσης της αθηροσκλήρωσης.
Απαιτούμενες γνώσεις: Πολύ καλή γνώση προγραμματισμού σε MatLab, βασικές γνώσεις ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων και εικόνων.
Βιβλιογραφία:

  1. I. Momjian-Mayor, P. Burkhard, N. Murith, D. Mugnai, H. Yilmaz, A.P. Narata, K. Lovblad, V. Pereira, M. Righini, H. Bounameaux, R. F. Sztajzel. Diagnosis of and treatment for symptomatic carotid stenosis: an updated review. Acta Neurol Scand 2012.
  2. M. Meyer, M. Desbrun, P. Schroder, A. H. Barr. Discrete differential geometry operators for triangulated 2-manifolds. in Visualization and Mathematics III, 1st ed., 2003: 35-57.
  3. B. Chiu, V. Beletsky, J. D. Spence, G. Parraga, and A. Fenster. Analysis of carotid lumen surface morphology using three-dimensional ultrasound imaging. Phys Med Biol 2009; 54: 1149-1167.

Περισσότερες πληροφορίες:
Καθ. Κωνσταντίνα Νικήτα (knikita@ece.ntua.gr),
Λέκτορας Ιατρικής Σχολής Παν. Αθηνών Δρ. Σπυρέττα Γολεμάτη (sgolemati@med.uoa.gr)