Supercomputación gráfica aplicada al análisis de imágenes cerebrales con niftyreg

Abstract: Medical image processing in general and brain image processing in particular are computationally intensive tasks. Luckily, their use can be liberalized by means of techniques such as GPU programming. In this article we study NiftyReg, a brain image processing library with a GPU implementation using CUDA, and analyse different possible ways of further optimising the existing codes. We will focus on fully using the memory hierarchy and on exploiting the computational power of the CPU. The ideas that lead us towards the different attempts to change and optimize the code will be shown as hypotheses, which we will then test empirically using the results obtained from running the application. Finally, for each set of related optimizations we will study the validity of the obtained results in terms of both performance and the accuracy of the resulting images.

Procesamiento de imágenes cerebrales en GPU

Abstract: As time has passed, the general purpose programming paradigm has evolved, producing different hardware architectures whose characteristics differ widely. In this work, we are going to demonstrate, through different applications belonging to the field of Image Processing, the existing difference between three Nvidia hardware platforms: two of them belong to the GeForce graphics cards series, the GTX 480 and the GTX 980 and one of the low consumption platforms which purpose is to allow the execution of embedded applications as well as providing an extreme efficiency: the Jetson TK1. With respect to the test applications we will use five examples from Nvidia CUDA Samples. These applications are directly related to Image Processing, as the algorithms they use are similar to those from the field of medical image registration. After the tests, it will be proven that GTX 980 is both the device with the highest computational power and the one that has greater consumption, it will be seen that Jetson TK1 is the most efficient platform, it will be shown that GTX 480 produces more heat than the others and we will learn other effects produced by the existing difference between the architecture of the devices.

Modelado orientado a objetos del sistema de control de la presión arterial en pacientes sometidos al tratamiento de hemodiálisis

Se ha realizado el modelado orientado a objetos del sistema de control cardiovascular en situaciones de diálisis aplicando una analogía eléctrica en el que se emplean componentes conectados mediante interconexiones. En este modelado se representan las ecuaciones diferenciales del sistema cardiovascular y del sistema de control barorreceptor así como las ecuaciones dinámicas del intercambio de fluidos y solutos del sistema hemodializador. A partir de este modelo se ha realizado experiencias de simulación en condiciones normales y situaciones de hemorragias, transfusiones de sangre y de ultrafiltración e infusión de fluido durante tratamiento de hemodiálisis. Los resultados obtenidos muestran en primer lugar la efectividad del sistema barorreceptor para compensar la hipotensión arterial inducida por los episodios de hemorragia y transfusión de sangre. En segundo lugar se muestra la respuesta del sistema de control ante diferentes tasas de ultrafiltración durante la hemodiálisis y se sugieren valores óptimos para la adecuada operación.

Preparación y caracterización de biomateriales híbridos de hidroxiapatito con fosfonato (2-Hidroxi fosfonoacetato)

El hidroxiapatito es el biomineral de los tejidos duros de los mamíferos y por ello ha sido ampliamente estudiado como biomaterial en cementos óseos, recubrimientos de metales implantables y scaffold en ingeniería de tejidos. En este trabajo, se estudia un proceso síntesis y caracterización de un derivado de este material, donde el ion fosfonato: 2- hidroxifosfonoacetato sustituye parcialmente al ion fosfato [1-10%]. El proceso de síntesis de hidroxiapatito consiste en dos etapas: (1) una reacción a 100ºC entre el ácido fosfórico (añadido lentamente) y una mezcla de hidróxido de calcio + 2-hidroxifosfonoacetato de calcio (Relación Ca/P=1.67). (2) un tratamiento térmico de los sólidos obtenidos en (1) a 150ºC. Los productos finales se han caracterizado mediante análisis químico, análisis termogravimétrico, difracción de rayos-X con análisis de Rietveld, microscopía SEM y determinación de la superficie específica y porosidad. En las fases cristalinas, el grado de pureza de los hidroxiapatitos oscila entre 91-100%. Todos presentan estructura monoclínica, en contraste con la estructura hexagonal que habitualmente se obtiene aplicando métodos de síntesis similares. Esta variación se atribuye a la presencia de fosfonato. El contenido de éste también influye en la morfología y en la porosidad de los materiales, siendo las muestras con más fosfonato las más porosas. Los materiales, al menos aquellos con una cantidad menor o igual 5% de fosfonato, muestran una biocompatibilidad similar a un material de hidroxiapatito de referencia.