Evaluación del desempeño de sistemas embebidos heterogéneos para aplicaciones de tomografía magnética

Abstract

La hipertermia magnética (MH, del inglés Magnetic Hyperthermia) consiste en implantar nanopartículas ferromagnéticas en tumores y elevar su temperatura mediante la aplicación de campos magnéticos de alta frecuencia [Jordan et al, 2001]. De acuerdo con la temperatura alcanzada, en el tumor se inician procesos de necrosis o de apoptosis, que permiten reducir el tejido cancerígeno. Estas terapias se encuentran actualmente en la etapa de experimentación en pequeños animales. Un problema a resolver en su implementación es determinar la posición y densidad de las nanopartículas implantadas, dado que éstas pueden migrar, encapsularse o difundirse. La tomografía magnética (MIT, del inglés Magnetic Induction Tomography) permite determinar, sin contacto alguno, el perfil de conductividad y de permeabilidad magnética de un cuerpo. Los trabajos que pueden encontrarse en la literatura generalmente apuntan a determinar el perfil de conductividad [Scharffeter et al, 2000], [Korjenevsky et al, 2001], [Chen et al, 2010], siendo muy escasas las referencias y aplicaciones en la determinación del perfil de permeabilidad. Este último caso [Soleimani, M., 2009], [Griffits et al, 1999] tiene aplicación directa en la determinación de la distribución de las nanopartículas utilizadas en las terapias oncológicas y es el que se está explorando actualmente en el departamento. La instrumentación de un equipo de MIT requiere la captura y el procesamiento de señales de alta frecuencia (del orden de los cientos de kHz y superiores) con muy alta precisión, lo cual demanda sistemas de adquisición de alta velocidad y resolución. A su vez, procesar y visualizar este gran flujo de datos en una PC, hace necesario que el sistema de cómputo utilizado sea capaz de manejar los datos en tiempo real. Este requerimiento imposibilita la resolución del problema con un microprocesador de propósitos generales, planteando la necesidad de un sistema de adquisición diseñado para este propósito particular utilizando hardware dedicado, por ejemplo, basado en FPGA o SoC (del inglés systemon chip). Los SoC son sistemas de cómputo heterogéneos que integran en un solo chip un procesador, un arreglo de celdas programables(FPGA) y dispositivos de entrada/salida (E/S). En este esquema las FPGAs resultan ideales para manejar tareas de baja latencia o tiempo real, mientras que el procesador embebido resuelve la interfaz de usuario y el resto de las tareas que no requieren baja latencia. En este trabajo se decidió evaluar las prestaciones de un sistema SoC de-10-nano fabricado por Altera para la implementación de un equipo de tomografía magnética. El mismo combina una FPGA Cyclone V y un procesador ARM- Cortex A9, que porta un sistema operativo Linux embebido.