El uso de los ordenadores en Medicina Nuclear ha permitido la cuantificación de exploraciones, sobre todo las dinámicas. Debido a la gran cantidad de información presente en estos estudios es preciso efectuar una compresión de estos datos, de forma que hagan más fácil su interpretación. Una de las formas de reducción consiste en la obtención de imágenes paramétricas. El objetivo de este trabajo se centra en analizar la utilidad de estas imágenes paramétricas para la cuantificación de estudios dinámicos en tres aplicaciones. La primera aplicación es en los estudios de perfusión miocárdica que se utilizan para evaluar la irrigación del miocardio cuando se sospecha la existencia de enfermedad coronaria. En estos estudios se registran imágenes de esfuerzo y de redistribución, e interesa cuantificar la diferencia entre ambas. Nuestro objetivo fue cuantificar las diferencias entre las imágenes de esfuerzo y reposo por medio de una imagen paramétrica de “washout”, para lo cual es necesario eliminar la actividad extracardíaca y superponer ambas imágenes. Para comprobar la eficacia de diferentes métodos utilizables, se diseñó un modelo simulado por computador que incluía miocardio, fondo y posibles artefactos, a los que se les añadió un ruido. Se simularon imágenes de esfuerzo y reposo con cambios controlados en su distribución. Para efectuar la estimación del fondo se probaron diversos métodos de interpolación. Las pruebas realizadas demuestran que el método de Watson modificado es el que tiene el mejor comportamiento. Para alinear las imágenes de esfuerzo y redistribución de forma automática, probamos diversos algoritmos basados en la correlación. La correlación bidimensional restringida a la zona de mayor captación del miocardio, utilizando pixels alternos, se muestra como un método capaz de alinear las imágenes de esfuerzo y redistribución con suficiente precisión. Una vez efectuado el alineamiento de las imágenes se calculé la imagen paramétrica de “washout”. La cuantificación por medio de los valores medios en los diversos sectores estudiados, da resultados acordes con los teóricos. El método se aplicó sobre casos reales, obteniendo resultados concordantes con la patología. De esta parte se concluye que el método formado por la sustracción de fondo, la alineación de las imágenes y la construcción de la imagen paramétrica de “washout” es factible para la cuantificación de estudios planares de perfusión miocárdica. La segunda aplicación es sobre la ventriculografía isotópica en equilibrio, que es una exploración que permite estudiar el contenido de las cavidades ventriculares a lo largo del ciclo cardiaco, permitiendo estudiar el funcionalismo ventricular. Ha sido muy difundida la utilización de imágenes paramétricas de amplitud y fase del primer armónico del desarrollo de Fourier, que proporcionan información sobre la contractilidad y el sincronismo cardiaco. En este trabajo proponemos la utilización de dos armónicos para obtener nuevas imágenes paramétricas que reflejen las distintas fases del ciclo cardiaco. Estas corresponden a los parámetros: amplitud, tiempo de telesistole, fracción de eyección, máximas velocidades de vaciado y llenado y tiempos en los que se producen, además de una cuantificación utilizando el valor medio y desviación estándar de los valores de los parámetros en cada ventrículo. Los objetivos planteados fueron implementar el método compararlo con el estándar de un armónico. Se ha aplicado el método a un grupo formado por 13 voluntarios sanos, 10 hombres y 3 mujeres, lo que nos ha permitido estimar el rango de normalidad de los distintos parámetros en cada ventrículo. Los valores medios y desviaciones estándar de estos parámetros son distintos en los dos ventrículos. También se ha encontrando que los valores de tiempo de telesistole obtenidos con uno y dos arménicos son significativamente distintos siendo más altos y más dispersos, los obtenidos con un armónico. Las imágenes paramétricas calculadas mediante dos armónicos son más uniformes, existiendo diferencias significativas con los valores obtenidos mediante un armónico. El método también fue aplicado en varios sujetos con patología. En conjunto, puede concluirse que el método propuesto utilizando dos armónicos obtiene unos parámetros capaces de discriminar diversas patologías, siendo de utilidad para el estudio del funcionalismo cardíaco. La última aplicación es en los estudios de motilidad ciliar los cuales sirven para estudiar el comportamiento de los cilios de las mucosas que recubren las vías respiratorias. Su misión es transportar las partículas que se hayan depositado sobre ellos, hacia el exterior, a través de la boca. La velocidad con que estos cilios transportan estas partículas es importante ya que se ha observado que los enfermos con afección de las vías respiratorias presentan una disminución de esta capacidad protectora. Se ha desarrollado un método que permite cuantificar la velocidad de transporte en cualquier parte de la trayectoria. El método puede aplicarse los dos epitelios ciliadas que se encuentran en el organismo humano, corno son la mucosa nasal y la bronquial. Un conjunto de 14 sujetos normales voluntarios fue estudiado por esta técnica. El promedio de la velocidad media, en este grupo fue de S.3±1.4 mm/min. También se estudió un grupo de 16 laringectomizados, obteniendo un valor de 3.6±1.2 mm/min. La diferencia significativa hallada (p<0,005) demuestra que, en las personas laringectomizadas, se produce una alteración en la función de transporte probablemente l por atrofia de la mucosa nasal. El método implementado permite cuantificar con precisión la velocidad de transporte incluso en las diferentes partes del trayecto, pudiendo detectar zonas con motilidad ciliar anómalas por lo que puede ser de utilidad en el diagnóstico. / The aim of this work is to analyze the usefulness of the parametric images in the quantification of dynamic studies. To this purpose, they have been applied in three different situations. First, in myocardial perfusion this thesis studies to quantify the difference between the stress and redistribution images. In this case, a parametric image of washout was used. Methods of background substraction to eliminate non-cardiac activity and of superimposition of both stress and redistribution images were studied and their efficacy checked by means of a computer-simulated model. The results of the quantification method were in agreement with the theoretical ones. It was also applied to real images and the results were in agreement with the patient's pathology. The second application is on equilibrium radionuclide angiocardiography, in which the utilization of two harmonics is proposed in order to calculate parametric images of amplitude, time to end-systole, ejection fraction, peak ejection and peak tilling rates, and time-to-peak ejection and time-to-peak filling rates. The quantification of these images was made by using the mean and standard deviation of the values of these functional parameters for each ventricle. The method has been applied to the studies of 13 healthy volunteers, which has allowed us to determine the range of normal values for each parameter. It was also applied to subjects with cardiac pathology. The last application is studies of ciliary motility. A method has been developed which allows to quantity the velocity of transportation in any part of the trajectory of a drop of radiopharmaceutical placed on the nasal cilia. This technique was applied to 14 normal subjects and to 16 laringectomized patients. It was found that the velocity was lesser in the pathological group (3.6±1.2 mm/min) than in normals (5.3±1.4 mm/min), being the difference statistically significant (p<0,005). This demonstrates that in laringectomized patients an alteration of the transportation function occurs, probably for atrophy of nasal mucosa.

Con la reciente popularidad y consecuente aumento en la cantidad de dispositivos electrónicos multimedia interconectados a través de internet, resulta necesario producir sistemas mas eficientes desde el punto de vista energético. Para ello, es fundamental el diseño de dispositivos de bajo consumo con capacidad de procesamiento local que permitan reducir la transferencia de datos a través de la nube. Es por eso que en esta tesis se presenta el desarrollo de arquitecturas digitales energéticamente eficientes para el procesamiento de imágenes. Los diferentes sistemas se basan en la utilización de estructuras neuronales celulares (CNN) donde el procesamiento es realizado de manera distribuída por un arreglo de celdas idénticas. Cada celda evoluciona conforme a su propio estado y al de sus celdas contiguas utilizando funciones de transferencia lineales a tramos (PWL). Bajo este paradigma, se diseñan y fabrican dos circuitos integrados. El primero, realizado en una tecnología CMOS de 180nm, contiene un arreglo de 56 x 56 celdas que procesa imágenes binarias. El segundo, fabricado en 55nm, utiliza un vector de 64 celdas para procesar imágenes multibit alojadas en una memoria local. Posteriormente se presenta un nuevo algoritmo de cómputo utilizando una subclase de funciones lineales a tramos que exhiben cierto tiepo de simetría, lo cual permite expandir el número de celdas de la vecindad y reducir la cantidad de parámetros necesarios para el procesamiento. Se dise~nan y se fabrican dos nuevos procesadores de arquitecturas homólogas a las anteriores, donde se utilizan vecindades extendidas de 8 celdas, que implementan la nueva estructura de cálculo PWL simétrica. El primero, que procesa imágenes binarias utilizando un arreglo de 48 x 48 celdas, fue fabricado en una tecnología de 55nm; mientras que el segundo, de procesamiento multibit, fue fabricado en una tecnología de 130nm. Finalmente, se muestra el dise~no de tres procesadores de alta capacidad de cómputo para el procesamiento no-lineal y lineal de datos, en el marco del desarrollo de un sistema 2.5D muti-chip multi-procesador, fabricado en una tecnología de 55nm, llevado a cabo conjuntamente con la Universidad de Johns Hopkins. / With the increasing popularity of multimedia electronic devices interconnected through internet, it is mandatory to build power efficient systems. It is therefore necessary to design low power devices for local processing in order to reduce the data trafic in the cloud. Consequently, this thesis presents the development of highly energy efficient digital architectures for image processing. The proposed systems are based on cellular neural networks (CNN) structures, which are comprised by an array of dynamical cells with the same behaviour. Each cell computes a multivariate piecewise linear function that involves its own state value and the nearest neighboring cells' state value. Within this paradigm, two integrated circuits were designed and fabricated. The first was designed in a 180nm CMOS technology and implements a 56 x 56 cell array that process binary images; whereas the second, fabricated in 55nm, processes locally stored grayscale images through a 64-cell vector. Subsequently, a new algorithm to compute a simplicial piecewise linear function approximation of a symmetric non-linear function is presented, resulting in a reduction of the number of parameter needed for a computation and hence, an increase of the number of elements that make up the neighborhood. Thus, based on the previously proposed architectures, two processors were designed implementing the new symmetric function algorithm scheme in a eight-neighbor configuration. The one that processes binary images was fabricated in 55nm and is comprised by a 48 x 48 cell array. On the other hand, a vector based chip for muti-bit image processing was taped out in 130nm. Finally, the design of three high-performance processors for linear and non-linear data processing is shown, in the context of the development of a 2.D multi-module heterogeneous multi-processor chip, fabricated in 55nm in cooperation with Johns Hopkins University.