Procesamiento digital de imágenes médicas sobre plataformas FPGAs

Abstract

Los equipos de imágenes médicas cobran un papel progresivamente crítico en el cuidado de la salud. La predicción y el tratamiento se manejan combinando modalidades tales como la tomografía por emisión de positrones (PET), Tomografía computarizada (CT) y equipos de rayos X. Se requieren sistemas sofisticados de software/hardware para el análisis de señales que posibilitan la obtención y procesamiento de imágenes de altas resoluciones. Estos sistemas deben proveer un procesamiento muy exacto y sumamente rápido de grandes cantidades de datos de imágenes. Estos requerimientos en sistemas que a su vez deben poseer la capacidad de actualizar continuamente sus características y algoritmos, no deja otra alternativa que usar sistemas programables como CPUs y FPGAs potentes. En este trabajo se desarrolló un sistema en el que se busca optimizar la eficiencia en la ejecución de algoritmos de procesamiento digital de imágenes sobre dispositivos FPGAs, aprovechando las bondades que proveen en cuanto al cómputo paralelo y la concurrencia. Para el procesamiento, los algoritmos se aplicaron a imágenes médicas, ya que las necesidades de desempeño para el análisis en tiempo real de las mismas, requieren plataformas de sistemas escalables tanto en software (CPUs) como en hardware (lógica configurable). Además, estas plataformas procesadoras deben encontrar un equilibrio entre desempeño/precio y deben ser capaces de procesar múltiples variedades de imágenes. La metodología desarrollada consiste en la implementación y ejecución de algoritmos de procesamiento de imágenes en un simple procesador, luego en dos procesadores y por último en un sistema de dos procesadores con coprocesador. En este último caso, los procesadores se encargan del manejo y organización de los datos y los coprocesadores de la ejecución de la parte principal del algoritmo de forma concurrente. El método se aplica a los algoritmos de procesamiento de imágenes de tipo espacial basados en operadores de ventana, tales como el filtro de media, mediana, erosión, dilatación y la convolución espacial.