ABSTRACT
Resumen Este artículo presenta el diseño de un procesador para el alineamiento global de pares de cadenas de ADN. El principal bloque funcional del procesador es un arreglo paralelo de dos dimensiones que permite realizar cálculos simultáneos, reduciendo el tiempo de procesamiento con respecto a la implementación software. En este trabajo, el hardware diseñado lleva a cabo la alineación de dos secuencias de más de 400 nucleótidos correspondientes a la proteína de transición 1 (Tnp1) de la rata parda y el ratón común. El algoritmo implementado es k-band, una modificación del algoritmo de alineamiento global Needleman-Wunsch, donde se realizan únicamente cálculos sobre las diagonales principales de la matriz, formando una banda que puede ser de un tamaño variable. Se realizan simulaciones del diseño propuesto usando bandas de K=2, 4, 6, 8 y 10.
Abstract This paper proposes a DNA sequence pair global alignment processor design. The processor main functional block is a two-dimensional parallel array that allows simultaneous computations, reducing the processing time compared to the software implementation. In this work, the designed hardware performs over 400 nucleotides sequence alignment corresponding to the Mus musculus transition protein 1 (Tnp1), mRNA and the Rattus norvegicus transition protein 1 (Tnp1), mRNA. The implemented algorithm is k-band, a Needleman-Wunsch global alignment algorithm modification, where calculations are made only on the matrix diagonals, establishing a band that can be of a variable size. Simulations of the proposed design are performed using K = 2, 4, 6, 8 and 10 bands.
Resumo Este artigo propõe um projeto de processador de alinhamento global de pares de cadeia de DNA. O bloco funcional principal do processador é uma matriz bidimensional paralela que permite cálculos simultâneos, reduzindo o tempo de processamento para a implementação do software. Neste trabalho, o hardware projetado executa o alinhamento de duas sequências de mais de 400 nucleótidos correspondente à proteína de transição 1 (Tnp1) do rato marrom e ao mouse comum. O algoritmo implementado é k-band, uma modificação do algoritmo de alinhamento global Needleman-Wunsch, onde os cálculos são feitos apenas nas diagonais da matriz, estabelecendo uma banda que pode ser de tamanho variável. As simulações do projeto proposto são realizadas usando K = 2, 4, 6, 8 e 10 bandas.
ABSTRACT
El monitoreo constante del nivel de saturación de oxígeno y la producción de CO2 es de vital importancia para la supervisión del estado respiratorio del paciente. Este artículo presenta el diseño de un sistema de oximetría de pulso y capnografía que tiene como unidad de procesamiento un chip programable de señales mixtas denominado PSoC (Programable-System-On-Chip), el cual incorpora bloques análogos y digitales configurables, permitiendo que la adecuación de las señales suministradas por los sensores y el procesamiento digital de señales se lleve a cabo en el mismo chip. Se realizó una aplicación en Android para la visualización y registro de las señales biomédicas en una base de datos local, compatible con dispositivos móviles con conectividad wifi. El sistema fue verificado usando un simulador de SpO2 (Saturación parcial de oxígeno), que permitió la calibración de frecuencias cardiacas desde 55 BPM (Beats per Minute) a 145 BPM, así como la curva R con valores de 75% a 100% de SpO2. Se encontró que el error de medición de la frecuencia cardiaca es 1,81%, y 1.33% para la SpO2.
Constant monitoring of oxygen saturation level and CO2 production is vital for monitoring the patient's respiratory status. This paper presents the design of a pulse-oximetric and capnographic system, which core consists of a mixed signal programmable chip, PSoC (Programmable-System-On-Chip), which incorporates a whole analog and digital configurable block system, in order to adequate and process the signals from the sensors all in a single chip. An Android application was also developed, which can display biomedical signals in mobile devices with wireless connectivity, as well as to store information from these signals in a local user database. The microsystem was verified using a SpO2 (oxygen partial saturation) simulator, and heart rates of 55 BPM to 145 BPM were calibrated, as well as the R curve with values of 75% to 100% SpO2. The heart rate measurement error found is 1,81% and 1,33% for the SpO2.
O monitoramento constante do nível de saturação de oxigênio e produção de CO2 é fundamental para monitorar o estado respiratório do paciente. Este artigo apresenta o projeto de um sistema de oximetria de pulso e capnografia cuja unidade de processamento um chips de sinal misto programável chamado PSoC (Programmable-System-On-Chip), o qual incorpora blocos analógicos e digitais configuráveis, permitindo a adaptação dos sinais fornecidos pelos sensores e o processamento digital de sinais será executada no mesmo chip. Foi realizada una aplicação Android para visualização e gravação de sinais biomédicos em um banco de dados local, compatível com dispositivos móveis com conectividade sem fio. O sistema foi testado usando um simulador de SpO2 (saturação de oxigênio parcial), permitindo a calibração da freqüência cardíaca de 55 BPM (batidas por minuto) a 145 BPM, assim como a curva R com valores de 75% a 100% SpO2 . Verificou-se que o erro de medição do ritmo cardíaco é 1,81% e 1,33% para o SpO2.