El sistema de Adquisición de señales es un dispositivo que se encarga de adquirir diferentes señales generadas por el cuerpo humano. Dichas señales representan las diferentes funciones o actividades como la del corazón, musculo o cerebro. En la actualidad diferentes universidades e institutos de investigación utilizan equipos de adquisición, pero estos no ofrecen flexibilidad en su arquitectura. En el presente trabajo se desarrolla el diseño de un Sistema de Adquisición de señales biomédicas sobre FPGA para adquirir señales ECG, EMG y EEG que tiene una amplitud entre 100uV a 10mV y se encuentran en un rango de frecuencias de 0.01Hz a 10KHz. El diseño abarca desde la digitalización, la transmisión y visualización de los datos en el software diseñado. Además se tiene en cuenta la norma de estándar eléctrico IEC 60601 para equipos médicos. A continuación se describe las partes que conforman este documento: Capitulo 1 muestra problemática de los dispositivos en el área de investigación. Así mismo se describe las características y las tendencias que existen en la actualidad. Además se menciona cual es la demanda y los usuarios de dichos equipos. El capítulo 2 presenta el estado de arte de cada etapa del sistema de adquisición, las tecnologías que se desarrollaron dentro de cada etapa y el fundamento teórico que se utiliza en la tesis. En capitulo 3 se muestra el diseño del Sistema de Adquisición. Se establece los objetivos de la tesis y la metodología que se utilizada para el desarrollo. Después se muestra el diagrama de bloques, la selección de cada componente, los diagramas esquemáticos, descripción del hardware del FPGA y la descripción de cada etapa. El capitulo 4 presenta los resultados obtenidos en las pruebas de cada bloque descrito en el FPGA, la prueba de software. Cada resultado obtenido dentro de cada etapa, además el presupuesto para la implementación del sistema. Finalmente se presenta las conclusiones y recomendaciones generadas después de haber realizado el presente trabajo de tesis. / Tesis

La presente investigación tiene por objetivo el estudio de las técnicas de creación de imágenes ultrasónicas, tanto a gran escala como a pequeña escala, trabajando con bajas y altas frecuencias. Para el caso de gran escala se propone un diseño de un sistema telemétrico. Por otro lado, para el caso de pequeña escala se tomará énfasis en la técnica conocida como SAFT (Técnica de Enfocamiento mediante Apertura Sintética) debido a su compromiso costoresolución. Se realizará comparaciones entre estas técnicas y se indicarán propuestas de mejoramiento como el uso de transductores enfocados. / Tesis

En latitudes ecuatoriales, el estudio de las señales de radar de dispersión incoherente (ISR, por sus siglas en inglés) en la región E de la Ionósfera es perjudicado drásticamente por la interferencia de potentes señales provenientes del Electrochorro Ecuatorial (EEJ, por sus siglas en inglés). En base a que estas dos señales (ISR y EEJ) provienen de regiones en el cielo con posiciones angulares distintas, en la presente tesis se evalúa la factibilidad de emplear técnicas de filtrado espacial con el radar del Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) para mejorar las medidas de dispersión incoherente reduciendo la interferencia del EEJ. Con ello se pretende resolver un problema existente desde 1961 cuando entró en funcionamiento el ROJ. El filtro espacial a implementar debe garantizar la mínima distorsión en la medición de las señales ISR. Para ello se evaluaron diferentes técnicas no paramétricas de filtrado espacial, así como diversas configuraciones de arreglos de antenas en condiciones muy cercanas a la realidad por medio de la simulación numérica del proceso en su conjunto. Esta simulación contempló: la generación de señales y patrones de radiación de las antenas, la interacción de los dominios espacio-ángulo, y el procesamiento de datos que conduce a la obtención de los coeficientes del filtro. Los resultados obtenidos son muy satisfactorios hasta los casos con niveles de potencia del EEJ de 60dB más fuertes que los ecos de ISR. Las principales contribuciones de este trabajo son: la solución de este problema bidimensional con un tratamiento unidimensional por medio de un arreglo lineal de 6 antenas distribuidas espacialmente en forma no redundante, y la estrategia matemática empleada para lograr, con este arreglo no redundante, resultados similares a los que se hubieran obtenido con un número mayor de antenas. / Tesis

Understanding the spatial distribution of prostate cancer and how it changes according to prostate specific antigen (PSA) values, Gleason score, and other clinical parameters may help comprehend the disease and increase the overall success rate of biopsies. This work aims to build 3D spatial distributions of prostate cancer and examine the extent and location of cancer as a function of independent clinical parameters. The border of the gland and cancerous regions from whole-mount histopathological images are used to reconstruct 3D models showing the localization of tumor. This process utilizes color segmentation and interpolation based on mathematical morphological distance. 58 glands are deformed into one prostate atlas using a combination of rigid, a ne, and b-spline deformable registration techniques. Spatial distribution is developed by counting the number of occurrences in a given position in 3D space from each registered prostate cancer. Finally a di erence between proportions is used to compare di erent spatial distributions. Results show that prostate cancer has a significant di erence (SD) in the right zone of the prostate between populations with PSA greater and less than 5 ng=ml. Age does not have any impact in the spatial distribution of the disease. Positive and negative capsule-penetrated cases show a SD in the right posterior zone. There is SD in almost all the glands between cases with tumors larger and smaller than 10% of the whole prostate. A larger database is needed to improve the statistical validity of the test. Finally, information from whole-mount histopathological images could provide better insight into prostate cancer. / Tesis

La evaluación periódica de los monitores de electrocardiografía (ECG), es fundamental para que el equipo funcione correctamente. Se recomienda utilizar un dispositivo simulador de señales electrocardiográficas dentro de la evaluación periódica, sin embargo, su elevado costo y su calibración a cargo de los fabricantes extranjeros, dificulta su adquisición. Actualmente, existe la necesidad de estos equipos simuladores en los diferentes hospitales e institutos de Lima. Por ello, el objetivo principal de este trabajo de tesis es diseñar un dispositivo simulador de señales electrocardiográficas y un protocolo de evaluación de monitores ECG dentro de un centro de salud. Para el diseño del dispositivo simulador fue necesario contar con señales patrones ECG, las cuales fueron inicialmente capturadas de manera analógica y convertidas a valores digitales, para luego permitir su almacenamiento dentro del dispositivo y su posterior simulación. La simulación de la señal ECG consta de tres etapas principales: Conversión Digital-Análoga de la señal, Demultiplexación de los valores analógicos y Acondicionamiento. Posteriormente, a través de la conexión del simulador con el monitor ECG se logra inyectar una señal patrón para la evaluación del Monitor. La evaluación del Monitor ECG se lleva a cabo utilizando un Protocolo de Evaluación, para cuyo diseño se consultaron como base fundamental las guías desarrolladas por ECRI, considerando los datos del equipo a evaluar, los instrumentos utilizados, así como las pruebas cualitativas y cuantitativas, permitiendo definir el estado del Monitor: Operativo o Inoperativo. Finalmente, se realizaron las pruebas del dispositivo simulador, utilizando el Protocolo de Evaluación diseñado, comprobando que el error del simulador es 2% en la Amplitud y 1% en la frecuencia, características técnicas de los simuladores comerciales. / Tesis

En la actualidad la Astronomía ha avanzado considerablemente en su intención por estudiar y comprender los fenómenos que ocurren en el espacio exterior. Para ello ha recurrido a numerosas tecnologías de última generación que le permitan realizar esta tarea. En nuestro país, por ejemplo, se han instalado varios de los más grandes proyectos astronómicos en el mundo, siendo el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) uno de los más importantes por representar un instrumento revolucionario en su concepto científico, su diseño de ingeniería y su organización como un esfuerzo científico global. ALMA captará longitudes de ondas milimétricas y submilimétricas y para ello hará uso de un gran conjunto de radiotelescopios que deberán ser capaces de procesar este tipo de señales. El principal objetivo de esta memoria es diseñar un circuito en guía de onda que constituye la primera etapa en un receptor de separación de bandas en el rango de frecuencias que va entre los 602-720GHz , correspondiente a la Banda 9 de ALMA. Para este diseño se ha recurrido a simulaciones en HFSS, un software profesional de simulación electromagnética. Para el desarrollo de este trabajo primero se diseñaron por separado todas las componentes del circuito verificando que cumplan con las especificaciones de reflexión, que para todos los elementos deben ser inferiores a -20 dB. En el caso de las transmisiones, el elemento dominante en el circuito corresponde a un tipo de acoplador llamado hibrido, el cual se caracteriza por tener un desfase de 90° entre su s salidas con un desbalance en fase no mayor a 1° y un desbalance en amplitud no mayor a 1 dB. Además se ha tomado en cuenta la restricción que tiene que ver con la factibilidad de construcción, que corresponde a una relación ancho-profundidad de la guía la cual debe ser inferior o igual a 31 (incluso flexibilizándolo hasta 41 ), debido a la fragilidad de la broca que realiza la implementación. Posteriormente se procede a combinar todos los elementos en el circuito completo. Se obtiene como resultado de este trabajo, una caracterización del desempeño del circuito completo bajo simulaciones. Además se han realizado varias iteraciones para optimizar sus dimensiones tratando de satisfacer todos los requerimientos. Al término del trabajo realizado se han propuesto dos modelos finales de buen comportamiento, pero que difieren en ciertas características dimensionales, en este caso las ramas de los acopladores para cada modelo, y de desempeño simulado, principalmente el desbalance en fase con una diferencia de hasta 2° e ntre sí. Esto permitirá tener una comparación de ambos diseños en dos límites constructivos diferentes. Finalmente este trabajo marca el inicio del diseño del circuito receptor, el cual puede ser continuado en el proyecto de Banda 9.

Este proyecto nace de una propuesta del profesor guía de esta memoria, que plantea la realización de un multiviewer, dispositivo capaz de mostrar varias entradas de video a través de una sola pantalla, para ser utilizado en televisoras y compañías de televisión por cable para la administración, verificación y edición de la señales de transmisión de TV. Además el mercado de este producto es mucho mayor teniendo un gran uso en sistemas de seguridad, monitoreo de transito, eventos y posibles usos en comercialización de dispositivos de video. El objetivo general del presente trabajo consiste en diseñar e implementar el software y hardware de un prototipo básico del sistema multiviewer, que permita sentar las bases de un futuro producto comercial. Este trabajo parte con la recopilación de información, investigando características de multiviewers comerciales de las cuales se elijen para implementar: el soporte de múltiples estándares, el control de tamaño y posición de sub-imágenes. La implementación del dispositivo requiere indagar en tecnologías de procesamiento lo que lleva a comparar las tecnologías Digital Signal Processor (DSP) y Field Programmable Gate Array (FPGA), llegando a la conclusión de la superioridad de la segunda por sus atributos de procesamiento paralelo. Luego de esto se define el diseño del dispositivo asignándole las funciones de control a la FPGA y el manejo de estándares a dispositivos externos. Las funciones de control son diseñadas como manejo de memoria para el control de posición, como interpolación y filtrado de señales en dos dimensiones para el control de tamaño, esto es implementado a través de Verilog un Lenguaje de Descripción de Hardware (HDL, Hardware Description Language) que permite la configuración de una FPGA. Por otra parte, el hardware del sistema se diseña para utilizar la plataforma de desarrollo Spartan-3A Starter Kit, con la cual se reduce el tiempo de desarrollo, y se limita el diseño a una placa de circuito impreso (PCB, Printed Circuit Board) con conexión a la plataforma de desarrollo. La PCB diseñada contiene los chips encargados de los estándares y los conectores necesarios para capturar las entradas y emitir la salida de video. El objetivo de diseñar e implementar el software del sistema fue completado, obteniendo la codificación en HDL de un sistema de dos entradas y una salida de video en formato YCbCr con muestreo 4:2:2 acorde a la recomendación UIT-R BT.601 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y con una interfaz acorde a la recomendación UIT-R BT.656. La salida de video contiene la imagen de un máximo de dos sub-pantallas de tamaño y posición seleccionable por el configurador, las cuales pueden contener una de las entradas del sistema. El segundo objetivo de esta memoria se alcanzó parcialmente, logrando obtener los planos de la placa de circuito impreso, pero no así su construcción, la cual se plantea como un trabajo futuro. El sistema diseñado permite la proyección de dos posibles sistemas comerciales a futuro, uno de bajo costo y prestaciones básicas para usos domiciliarios en seguridad y otro profesional para tareas de mayor envergadura que necesiten más entradas de video por monitor, una mejor calidad de imagen y mayor control sobre ellas.

En procesamiento de señales y reconocimiento de voz, uno de los principales tópicos es la extracción de características. Dada una señal digitalizada esta se transforma a una más compacta de acuerdo a algún criterio dependiente del problema. Por ejemplo, la voz es extremadamente redundante, y contiene información de múltiples fuentes como identidad del locutor, estado emocional y secuencia fonética. En reconocimiento de voz, se desea extraer características que preserven la discriminabilidad entre unidades acústicas pero tengan menor dimensión que la señal original. En esta memoria se estudiarán metodologías de extracción de características para reconocimiento de voz utilizando criterios de discriminabilidad entre unidades fonéticas. Como punto de partida se considerará la técnica de extracción de características MFCC utilizada en los reconocedores estándar y con ellas se entrenará un reconocedor con el software HTK para la base de datos TIMIT. Los MFCC se implementan con bancos de filtros; usando esa motivación y aprovechando la gran colección de formas de representar señales que permite la transformada Wavelet Packet (WP), se propuso un método de selección de bancos de filtros WP considerando discriminación entre unidades acústicas. La memoria se centrará en aplicar esta metodología y las soluciones que esta entrega para proponer una alternativa a los MFCCs. La forma de evaluar los rendimientos de los distintos métodos será mediante el porcentaje de reconocimiento fonético en un subconjunto de test de TIMIT. La parte teórica del trabajo consiste en estudiar propiedades y formas de aplicar los WP, y como se construyen los sistemas de reconocimiento fonético. En la práctica, en implementar la transformada WP y los WPCC en C++, implementar reconocedores fonéticos en el software HTK, y unir todos estos bloques usando el lenguaje PERL, para correr experimentos en distintos escenarios. El aporte de este trabajo son las características Wavelet Packet Cepstral Coefficients (WPCC), se estipulan criterios concretos de diseño para los bancos de filtros WP, con el objetivo de obtener la mayor información para discriminar fonemas. Los WP obtenidos tienen alta selectividad en frecuencia y una estructura que privilegia la resolución en bajas frecuencias principalmente el rango [200Hz-1000Hz] del espectro acústico.

La tecnología aplicada hoy en día tiene amplia gama de disciplinas entre ellas está la rama electro-médica, la cual es parte del estudio de la ingeniería electrónica, ya que en si es una área multidisciplinaria que involucra en especial muchas ramas de la ingeniería y la medicina humana. Mencionando esto, la electrónica será fundamental para este trabajo de tesis, en conjunto con un estudio de otras disciplinas como Neurofisiología en Electromiografía (EMG), para así desarrollar un sistema capaz de procesar las señales mioeléctrica del brazo humano con un circuito acondicionamiento análogo y filtrado digital, para este caso detectar los movimientos de dos dedos de la mano dando un aporte que servirá a estudios posteriores a colegas futuros mostrando el uso de los conocimientos ganados a lo largo de la carrera profesional.

En la presente tesis se plantea la importancia de la telemetría en el control de señales biomédicas y se diseña el prototipo de un módulo de transmisión RF para señales electrocardiográficas (ECG). El diseño presentado abarca desde la digitalización de la señal y su transmisión en radiofrecuencia hasta su recepción y visualización en un software supervisor. En la realización de pruebas se emplean equipos para amplificar la señal ECG (que está en el orden de los milivoltios) a un rango de voltaje adecuado para su digitalización. Se hace énfasis en que no se abarca la etapa de adquisición de la señal sino que se asume que la señal está amplificada. / Tesis