Neuromorphic audio processing through real-time embedded spiking neural networks.

In this work novel speech recognition and audio processing systems based on a spiking artificial cochlea and neural networks are proposed and implemented. First, the biological behavior of the animal’s auditory system is analyzed and studied, along with the classical mechanisms of audio signal processing for sound classification, including Deep Learning techniques. Based on these studies, novel audio processing and automatic audio signal recognition systems are proposed, using a bio-inspired auditory sensor as input. A desktop software tool called NAVIS (Neuromorphic Auditory VIsualizer) for post-processing the information obtained from spiking cochleae was implemented, allowing to analyze these data for further research. Next, using a 4-chip SpiNNaker hardware platform and Spiking Neural Networks, a system is proposed for classifying different time-independent audio signals, making use of a Neuromorphic Auditory Sensor and frequency studies obtained with NAVIS. To prove the robustness and analyze the limitations of the system, the input audios were disturbed, simulating extreme noisy environments. Deep Learning mechanisms, particularly Convolutional Neural Networks, are trained and used to differentiate between healthy persons and pathological patients by detecting murmurs from heart recordings after integrating the spike information from the signals using a neuromorphic auditory sensor. Finally, a similar approach is used to train Spiking Convolutional Neural Networks for speech recognition tasks. A novel SCNN architecture for timedependent signals classification is proposed, using a buffered layer that adapts the information from a real-time input domain to a static domain. The system was deployed on a 48-chip SpiNNaker platform. Finally, the performance and efficiency of these systems were evaluated, obtaining conclusions and proposing improvements for future works.Premio Extraordinario de Doctorado U

Intelligent Radio Spectrum Monitoring

[EN] Spectrum monitoring is an important part of the radio spectrum management process, providing feedback on the workflow that allows for our current wirelessly interconnected lifestyle. The constantly increasing number of users and uses of wireless technologies is pushing the limits and capabilities of the existing infrastructure, demanding new alternatives to manage and analyse the extremely large volume of data produced by existing spectrum monitoring networks. This study addresses this problem by proposing an information management system architecture able to increase the analytical level of a spectrum monitoring measurement network. This proposal includes an alternative to manage the data produced by such network, methods to analyse the spectrum data and to automate the data gathering process. The study was conducted employing system requirements from the Brazilian National Telecommunications Agency and related functional concepts were aggregated from the reviewed scientific literature and publications from the International Telecommunication Union. The proposed solution employs microservice architecture to manage the data, including tasks such as format conversion, analysis, optimization and automation. To enable efficient data exchange between services, we proposed the use of a hierarchical structure created using the HDF5 format. The suggested architecture was partially implemented as a pilot project, which allowed to demonstrate the viability of presented ideas and perform an initial refinement of the proposed data format and analytical algorithms. The results pointed to the potential of the solution to solve some of the limitations of the existing spectrum monitoring workflow. The proposed system may play a crucial role in the integration of the spectrum monitoring activities into open data initiatives, promoting transparency and data reusability for this important public service.[ES] El control y análisis de uso del espectro electromagnético, un servicio conocido como comprobación técnica del espectro, es una parte importante del proceso de gestión del espectro de radiofrecuencias, ya que proporciona la información necesaria al flujo de trabajo que permite nuestro estilo de vida actual, interconectado e inalámbrico. El número cada vez más grande de usuarios y el creciente uso de las tecnologías inalámbricas amplían las demandas sobre la infraestructura existente, exigiendo nuevas alternativas para administrar y analizar el gran volumen de datos producidos por las estaciones de medición del espectro. Este estudio aborda este problema al proponer una arquitectura de sistema para la gestión de información capaz de aumentar la capacidad de análisis de una red de equipos de medición dedicados a la comprobación técnica del espectro. Esta propuesta incluye una alternativa para administrar los datos producidos por dicha red, métodos para analizar los datos recolectados, así como una propuesta para automatizar el proceso de recopilación. El estudio se realizó teniendo como referencia los requisitos de la Agencia Nacional de Telecomunicaciones de Brasil, siendo considerados adicionalmente requisitos funcionales relacionados descritos en la literatura científica y en las publicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. La solución propuesta emplea una arquitectura de microservicios para la administración de datos, incluyendo tareas como la conversión de formatos, análisis, optimización y automatización. Para permitir el intercambio eficiente de datos entre servicios, sugerimos el uso de una estructura jerárquica creada usando el formato HDF5. Esta arquitectura se implementó parcialmente dentro de un proyecto piloto, que permitió demostrar la viabilidad de las ideas presentadas, realizar mejoras en el formato de datos propuesto y en los algoritmos analíticos. Los resultados señalaron el potencial de la solución para resolver algunas de las limitaciones del tradicional flujo de trabajo de comprobación técnica del espectro. La utilización del sistema propuesto puede mejorar la integración de las actividades e impulsar iniciativas de datos abiertos, promoviendo la transparencia y la reutilización de datos generados por este importante servicio público[CA] El control i anàlisi d'ús de l'espectre electromagnètic, un servei conegut com a comprovació tècnica de l'espectre, és una part important del procés de gestió de l'espectre de radiofreqüències, ja que proporciona la informació necessària al flux de treball que permet el nostre estil de vida actual, interconnectat i sense fils. El número cada vegada més gran d'usuaris i el creixent ús de les tecnologies sense fils amplien la demanda sobre la infraestructura existent, exigint noves alternatives per a administrar i analitzar el gran volum de dades produïdes per les xarxes d'estacions de mesurament. Aquest estudi aborda aquest problema en proposar una arquitectura de sistema per a la gestió d'informació capaç d’augmentar la capacitat d’anàlisi d'una xarxa d'equips de mesurament dedicats a la comprovació tècnica de l'espectre. Aquesta proposta inclou una alternativa per a administrar les dades produïdes per aquesta xarxa, mètodes per a analitzar les dades recol·lectades, així com una proposta per a automatitzar el procés de recopilació. L'estudi es va realitzar tenint com a referència els requisits de l'Agència Nacional de Telecomunicacions del Brasil, sent considerats addicionalment requisits funcionals relacionats descrits en la literatura científica i en les publicacions de la Unió Internacional de Telecomunicacions. La solució proposada empra una arquitectura de microserveis per a l'administració de dades, incloent tasques com la conversió de formats, anàlisi, optimització i automatització. Per a permetre l'intercanvi eficient de dades entre serveis, suggerim l'ús d'una estructura jeràrquica creada usant el format HDF5. Aquesta arquitectura es va implementar parcialment dins d'un projecte pilot, que va permetre demostrar la viabilitat de les idees presentades, realitzar millores en el format de dades proposat i en els algorismes analítics. Els resultats van assenyalar el potencial de la solució per a resoldre algunes de les limitacions del tradicional flux de treball de comprovació tècnica de l'espectre. La utilització del sistema proposat pot millorar la integració de les activitats i impulsar iniciatives de dades obertes, promovent la transparència i la reutilització de dades generades per aquest important servei públicSantos Lobão, F. (2019). Intelligent Radio Spectrum Monitoring. http://hdl.handle.net/10251/128850TFG

Neuromorphic auditory computing: towards a digital, event-based implementation of the hearing sense for robotics

In this work, it is intended to advance on the development of the neuromorphic audio processing systems in robots through the implementation of an open-source neuromorphic cochlea, event-based models of primary auditory nuclei, and their potential use for real-time robotics applications. First, the main gaps when working with neuromorphic cochleae were identified. Among them, the accessibility and usability of such sensors can be considered as a critical aspect. Silicon cochleae could not be as flexible as desired for some applications. However, FPGA-based sensors can be considered as an alternative for fast prototyping and proof-of-concept applications. Therefore, a software tool was implemented for generating open-source, user-configurable Neuromorphic Auditory Sensor models that can be deployed in any FPGA, removing the aforementioned barriers for the neuromorphic research community. Next, the biological principles of the animals' auditory system were studied with the aim of continuing the development of the Neuromorphic Auditory Sensor. More specifically, the principles of binaural hearing were deeply studied for implementing event-based models to perform real-time sound source localization tasks. Two different approaches were followed to extract inter-aural time differences from event-based auditory signals. On the one hand, a digital, event-based design of the Jeffress model was implemented. On the other hand, a novel digital implementation of the Time Difference Encoder model was designed and implemented on FPGA. Finally, three different robotic platforms were used for evaluating the performance of the proposed real-time neuromorphic audio processing architectures. An audio-guided central pattern generator was used to control a hexapod robot in real-time using spiking neural networks on SpiNNaker. Then, a sensory integration application was implemented combining sound source localization and obstacle avoidance for autonomous robots navigation. Lastly, the Neuromorphic Auditory Sensor was integrated within the iCub robotic platform, being the first time that an event-based cochlea is used in a humanoid robot. Then, the conclusions obtained are presented and new features and improvements are proposed for future works.En este trabajo se pretende avanzar en el desarrollo de los sistemas de procesamiento de audio neuromórficos en robots a través de la implementación de una cóclea neuromórfica de código abierto, modelos basados en eventos de los núcleos auditivos primarios, y su potencial uso para aplicaciones de robótica en tiempo real. En primer lugar, se identificaron los principales problemas a la hora de trabajar con cócleas neuromórficas. Entre ellos, la accesibilidad y usabilidad de dichos sensores puede considerarse un aspecto crítico. Los circuitos integrados analógicos que implementan modelos cocleares pueden no pueden ser tan flexibles como se desea para algunas aplicaciones específicas. Sin embargo, los sensores basados en FPGA pueden considerarse una alternativa para el desarrollo rápido y flexible de prototipos y aplicaciones de prueba de concepto. Por lo tanto, en este trabajo se implementó una herramienta de software para generar modelos de sensores auditivos neuromórficos de código abierto y configurables por el usuario, que pueden desplegarse en cualquier FPGA, eliminando las barreras mencionadas para la comunidad de investigación neuromórfica. A continuación, se estudiaron los principios biológicos del sistema auditivo de los animales con el objetivo de continuar con el desarrollo del Sensor Auditivo Neuromórfico (NAS). Más concretamente, se estudiaron en profundidad los principios de la audición binaural con el fin de implementar modelos basados en eventos para realizar tareas de localización de fuentes sonoras en tiempo real. Se siguieron dos enfoques diferentes para extraer las diferencias temporales interaurales de las señales auditivas basadas en eventos. Por un lado, se implementó un diseño digital basado en eventos del modelo Jeffress. Por otro lado, se diseñó una novedosa implementación digital del modelo de codificador de diferencias temporales y se implementó en FPGA. Por último, se utilizaron tres plataformas robóticas diferentes para evaluar el rendimiento de las arquitecturas de procesamiento de audio neuromórfico en tiempo real propuestas. Se utilizó un generador central de patrones guiado por audio para controlar un robot hexápodo en tiempo real utilizando redes neuronales pulsantes en SpiNNaker. A continuación, se implementó una aplicación de integración sensorial que combina la localización de fuentes de sonido y la evitación de obstáculos para la navegación de robots autónomos. Por último, se integró el Sensor Auditivo Neuromórfico dentro de la plataforma robótica iCub, siendo la primera vez que se utiliza una cóclea basada en eventos en un robot humanoide. Por último, en este trabajo se presentan las conclusiones obtenidas y se proponen nuevas funcionalidades y mejoras para futuros trabajos

Recent Advances in Embedded Computing, Intelligence and Applications

The latest proliferation of Internet of Things deployments and edge computing combined with artificial intelligence has led to new exciting application scenarios, where embedded digital devices are essential enablers. Moreover, new powerful and efficient devices are appearing to cope with workloads formerly reserved for the cloud, such as deep learning. These devices allow processing close to where data are generated, avoiding bottlenecks due to communication limitations. The efficient integration of hardware, software and artificial intelligence capabilities deployed in real sensing contexts empowers the edge intelligence paradigm, which will ultimately contribute to the fostering of the offloading processing functionalities to the edge. In this Special Issue, researchers have contributed nine peer-reviewed papers covering a wide range of topics in the area of edge intelligence. Among them are hardware-accelerated implementations of deep neural networks, IoT platforms for extreme edge computing, neuro-evolvable and neuromorphic machine learning, and embedded recommender systems

Fastening the Initial Access in 5G NR Sidelink for 6G V2X Networks

The ever-increasing demand for intelligent, automated, and connected mobility solutions pushes for the development of an innovative sixth Generation (6G) of cellular networks. A radical transformation on the physical layer of vehicular communications is planned, with a paradigm shift towards beam-based millimeter Waves or sub-Terahertz communications, which require precise beam pointing for guaranteeing the communication link, especially in high mobility. A key design aspect is a fast and proactive Initial Access (IA) algorithm to select the optimal beam to be used. In this work, we investigate alternative IA techniques to fasten the current fifth-generation (5G) standard, targeting an efficient 6G design. First, we discuss cooperative position-based schemes that rely on the position information. Then, motivated by the intuition of a non-uniform distribution of the communication directions due to road topology constraints, we design two Probabilistic Codebook (PCB) techniques of prioritized beams. In the first one, the PCBs are built leveraging past collected traffic information, while in the second one, we use the Hough Transform over the digital map to extract dominant road directions. We also show that the information coming from the angular probability distribution allows designing non-uniform codebook quantization, reducing the degradation of the performances compared to uniform one. Numerical simulation on realistic scenarios shows that PCBs-based beam selection outperforms the 5G standard in terms of the number of IA trials, with a performance comparable to position-based methods, without requiring the signaling of sensitive information

Dynamically reconfigurable architecture for embedded computer vision systems

The objective of this research work is to design, develop and implement a new architecture which integrates on the same chip all the processing levels of a complete Computer Vision system, so that the execution is efficient without compromising the power consumption while keeping a reduced cost. For this purpose, an analysis and classification of different mathematical operations and algorithms commonly used in Computer Vision are carried out, as well as a in-depth review of the image processing capabilities of current-generation hardware devices. This permits to determine the requirements and the key aspects for an efficient architecture. A representative set of algorithms is employed as benchmark to evaluate the proposed architecture, which is implemented on an FPGA-based system-on-chip. Finally, the prototype is compared to other related approaches in order to determine its advantages and weaknesses

Development of an image converter of radical design

A long term investigation of thin film sensors, monolithic photo-field effect transistors, and epitaxially diffused phototransistors and photodiodes to meet requirements to produce acceptable all solid state, electronically scanned imaging system, led to the production of an advanced engineering model camera which employs a 200,000 element phototransistor array (organized in a matrix of 400 rows by 500 columns) to secure resolution comparable to commercial television. The full investigation is described for the period July 1962 through July 1972, and covers the following broad topics in detail: (1) sensor monoliths; (2) fabrication technology; (3) functional theory; (4) system methodology; and (5) deployment profile. A summary of the work and conclusions are given, along with extensive schematic diagrams of the final solid state imaging system product

Low-power CMOS digital-pixel Imagers for high-speed uncooled PbSe IR applications

This PhD dissertation describes the research and development of a new low-cost medium wavelength infrared MWIR monolithic imager technology for high-speed uncooled industrial applications. It takes the baton on the latest technological advances in the field of vapour phase deposition (VPD) PbSe-based medium wavelength IR (MWIR) detection accomplished by the industrial partner NIT S.L., adding fundamental knowledge on the investigation of novel VLSI analog and mixed-signal design techniques at circuit and system levels for the development of the readout integrated device attached to the detector. The work supports on the hypothesis that, by the use of the preceding design techniques, current standard inexpensive CMOS technologies fulfill all operational requirements of the VPD PbSe detector in terms of connectivity, reliability, functionality and scalability to integrate the device. The resulting monolithic PbSe-CMOS camera must consume very low power, operate at kHz frequencies, exhibit good uniformity and fit the CMOS read-out active pixels in the compact pitch of the focal plane, all while addressing the particular characteristics of the MWIR detector: high dark-to-signal ratios, large input parasitic capacitance values and remarkable mismatching in PbSe integration. In order to achieve these demands, this thesis proposes null inter-pixel crosstalk vision sensor architectures based on a digital-only focal plane array (FPA) of configurable pixel sensors. Each digital pixel sensor (DPS) cell is equipped with fast communication modules, self-biasing, offset cancellation, analog-to-digital converter (ADC) and fixed pattern noise (FPN) correction. In-pixel power consumption is minimized by the use of comprehensive MOSFET subthreshold operation. The main aim is to potentiate the integration of PbSe-based infra-red (IR)-image sensing technologies so as to widen its use, not only in distinct scenarios, but also at different stages of PbSe-CMOS integration maturity. For this purpose, we posit to investigate a comprehensive set of functional blocks distributed in two parallel approaches: • Frame-based “Smart” MWIR imaging based on new DPS circuit topologies with gain and offset FPN correction capabilities. This research line exploits the detector pitch to offer fully-digital programmability at pixel level and complete functionality with input parasitic capacitance compensation and internal frame memory. • Frame-free “Compact”-pitch MWIR vision based on a novel DPS lossless analog integrator and configurable temporal difference, combined with asynchronous communication protocols inside the focal plane. This strategy is conceived to allow extensive pitch compaction and readout speed increase by the suppression of in-pixel digital filtering, and the use of dynamic bandwidth allocation in each pixel of the FPA. In order make the electrical validation of first prototypes independent of the expensive PbSe deposition processes at wafer level, investigation is extended as well to the development of affordable sensor emulation strategies and integrated test platforms specifically oriented to image read-out integrated circuits. DPS cells, imagers and test chips have been fabricated and characterized in standard 0.15μm 1P6M, 0.35μm 2P4M and 2.5μm 2P1M CMOS technologies, all as part of research projects with industrial partnership. The research has led to the first high-speed uncooled frame-based IR quantum imager monolithically fabricated in a standard VLSI CMOS technology, and has given rise to the Tachyon series [1], a new line of commercial IR cameras used in real-time industrial, environmental and transportation control systems. The frame-free architectures investigated in this work represent a firm step forward to push further pixel pitch and system bandwidth up to the limits imposed by the evolving PbSe detector in future generations of the device.La present tesi doctoral descriu la recerca i el desenvolupament d'una nova tecnologia monolítica d'imatgeria infraroja de longitud d'ona mitja (MWIR), no refrigerada i de baix cost, per a usos industrials d'alta velocitat. El treball pren el relleu dels últims avenços assolits pel soci industrial NIT S.L. en el camp dels detectors MWIR de PbSe depositats en fase vapor (VPD), afegint-hi coneixement fonamental en la investigació de noves tècniques de disseny de circuits VLSI analògics i mixtes pel desenvolupament del dispositiu integrat de lectura unit al detector pixelat. Es parteix de la hipòtesi que, mitjançant l'ús de les esmentades tècniques de disseny, les tecnologies CMOS estàndard satisfan tots els requeriments operacionals del detector VPD PbSe respecte a connectivitat, fiabilitat, funcionalitat i escalabilitat per integrar de forma econòmica el dispositiu. La càmera PbSe-CMOS resultant ha de consumir molt baixa potència, operar a freqüències de kHz, exhibir bona uniformitat, i encabir els píxels actius CMOS de lectura en el pitch compacte del pla focal de la imatge, tot atenent a les particulars característiques del detector: altes relacions de corrent d'obscuritat a senyal, elevats valors de capacitat paràsita a l'entrada i dispersions importants en el procés de fabricació. Amb la finalitat de complir amb els requisits previs, es proposen arquitectures de sensors de visió de molt baix acoblament interpíxel basades en l'ús d'una matriu de pla focal (FPA) de píxels actius exclusivament digitals. Cada píxel sensor digital (DPS) està equipat amb mòduls de comunicació d'alta velocitat, autopolarització, cancel·lació de l'offset, conversió analògica-digital (ADC) i correcció del soroll de patró fixe (FPN). El consum en cada cel·la es minimitza fent un ús exhaustiu del MOSFET operant en subllindar. L'objectiu últim és potenciar la integració de les tecnologies de sensat d'imatge infraroja (IR) basades en PbSe per expandir-ne el seu ús, no només a diferents escenaris, sinó també en diferents estadis de maduresa de la integració PbSe-CMOS. En aquest sentit, es proposa investigar un conjunt complet de blocs funcionals distribuïts en dos enfocs paral·lels: - Dispositius d'imatgeria MWIR "Smart" basats en frames utilitzant noves topologies de circuit DPS amb correcció de l'FPN en guany i offset. Aquesta línia de recerca exprimeix el pitch del detector per oferir una programabilitat completament digital a nivell de píxel i plena funcionalitat amb compensació de la capacitat paràsita d'entrada i memòria interna de fotograma. - Dispositius de visió MWIR "Compact"-pitch "frame-free" en base a un novedós esquema d'integració analògica en el DPS i diferenciació temporal configurable, combinats amb protocols de comunicació asíncrons dins del pla focal. Aquesta estratègia es concep per permetre una alta compactació del pitch i un increment de la velocitat de lectura, mitjançant la supressió del filtrat digital intern i l'assignació dinàmica de l'ample de banda a cada píxel de l'FPA. Per tal d'independitzar la validació elèctrica dels primers prototips respecte a costosos processos de deposició del PbSe sensor a nivell d'oblia, la recerca s'amplia també al desenvolupament de noves estratègies d'emulació del detector d'IR i plataformes de test integrades especialment orientades a circuits integrats de lectura d'imatge. Cel·les DPS, dispositius d'imatge i xips de test s'han fabricat i caracteritzat, respectivament, en tecnologies CMOS estàndard 0.15 micres 1P6M, 0.35 micres 2P4M i 2.5 micres 2P1M, tots dins el marc de projectes de recerca amb socis industrials. Aquest treball ha conduït a la fabricació del primer dispositiu quàntic d'imatgeria IR d'alta velocitat, no refrigerat, basat en frames, i monolíticament fabricat en tecnologia VLSI CMOS estàndard, i ha donat lloc a Tachyon, una nova línia de càmeres IR comercials emprades en sistemes de control industrial, mediambiental i de transport en temps real.Postprint (published version

Application of novel technologies for the development of next generation MR compatible PET inserts

Multimodal imaging integrating Positron Emission Tomography and Magnetic Resonance Imaging (PET/MRI) has professed advantages as compared to other available combinations, allowing both functional and structural information to be acquired with very high precision and repeatability. However, it has yet to be adopted as the standard for experimental and clinical applications, due to a variety of reasons mainly related to system cost and flexibility. A hopeful existing approach of silicon photodetector-based MR compatible PET inserts comprised by very thin PET devices that can be inserted in the MRI bore, has been pioneered, without disrupting the market as expected. Technological solutions that exist and can make this type of inserts lighter, cost-effective and more adaptable to the application need to be researched further. In this context, we expand the study of sub-surface laser engraving (SSLE) for scintillators used for PET. Through acquiring, measuring and calibrating the use of a SSLE setting we study the effect of different engraving configurations on detection characteristics of the scintillation light by the photosensors. We demonstrate that apart from cost-effectiveness and ease of application, SSLE treated scintillators have similar spatial resolution and superior sensitivity and packing fraction as compared to standard pixelated arrays, allowing for shorter crystals to be used. Flexibility of design is benchmarked and adoption of honeycomb architecture due to geometrical advantages is proposed. Furthermore, a variety of depth-of-interaction (DoI) designs are engraved and studied, greatly enhancing applicability in small field-of-view tomographs, such as the intended inserts. To adapt to this need, a novel approach for multi-layer DoI characterization has been developed and is demonstrated. Apart from crystal treatment, considerations on signal transmission and processing are addressed. A double time-over-threshold (ToT) method is proposed, using the statistics of noise in order to enhance precision. This method is tested and linearity results demonstrate applicability for multiplexed readout designs. A study on analog optical wireless communication (aOWC) techniques is also performed and proof of concept results presented. Finally, a ToT readout firmware architecture, intended for low-cost FPGAs, has been developed and is described. By addressing the potential development, applicability and merits of a range of transdisciplinary solutions, we demonstrate that with these techniques it is possible to construct lighter, smaller, lower consumption, cost-effective MRI compatible PET inserts. Those designs can make PET/MRI multimodality the dominant clinical and experimental imaging approach, enhancing researcher and physician insight to the mysteries of life.La combinación multimodal de Tomografía por Emisión de Positrones con la Imagen de Resonancia Magnética (PET/MRI, de sus siglas en inglés) tiene clara ventajas en comparación con otras técnicas multimodales actualmente disponibles, dada su capacidad para registrar información funcional e información estructural con mucha precisión y repetibilidad. Sin embargo, esta técnica no acaba de penetrar en la práctica clínica debido en gran parte a alto coste. Las investigaciones que persiguen mejorar el desarrollo de insertos de PET basados en fotodetectores de silicio y compatibles con MRI, aunque han sido intensas y han generado soluciones ingeniosas, todavía no han conseguido encontrar las soluciones que necesita la industria. Sin embargo, existen opciones todavía sin explorar que podrían ayudar a evolucionar este tipo de insertos consiguiendo dispositivos más ligeros, baratos y con mejores prestaciones. Esta tesis profundiza en el estudio de grabación sub-superficie con láser (SSLE) para el diseño de los cristales centelladores usados en los sistemas PET. Para ello hemos caracterizado, medido y calibrado un procedimiento SSLE, y a continuación hemos estudiado el efecto que tienen sobre las especificaciones del detector las diferentes configuraciones del grabado. Demostramos que además de la rentabilidad y facilidad de uso de esta técnica, los centelladores SSLE tienen resolución espacial equivalente y sensibilidad y fracción de empaquetamiento superiores a las matrices de centelleo convencionales, lo que posibilita utilizar cristales más cortos para conseguir la misma sensibilidad. Estos diseños también permiten medir la profundidad de la interacción (DoI), lo que facilita el uso de estos diseños en tomógrafos de radio pequeño, como pueden ser los sistemas preclínicos, los dedicados (cabeza o mama) o los insertos para MRI. Además de trabajar en el tratamiento de cristal de centelleo, hemos considerado nuevas aproximaciones al procesamiento y transmisión de la señal. Proponemos un método innovador de doble medida de tiempo sobre el umbral (ToT) que integra una evaluación de la estadística del ruido con el propósito de mejorar la precisión. El método se ha validado y los resultados demuestran su viabilidad de uso incluso en conjuntos de señales multiplexadas. Un estudio de las técnicas de comunicación óptica analógica e inalámbrica (aOWC) ha permitido el desarrollo de una nueva propuesta para comunicar las señales del detector PET insertado en el gantry a un el procesador de señal externo, técnica que se ha validado en un demostrador. Finalmente, se ha propuesto y demostrado una nueva arquitectura de análisis de señal ToT implementada en firmware en FPGAs de bajo coste. La concepción y desarrollo de estas ideas, así como la evaluación de los méritos de las diferentes soluciones propuestas, demuestran que con estas técnicas es posible construir insertos de PET compatibles con sistemas MRI, que serán más ligeros y compactos, con un reducido consumo y menor coste. De esta forma se contribuye a que la técnica multimodal PET/MRI pueda penetrar en la clínica, mejorando la comprensión que médicos e investigadores puedan alcanzar en su estudio de los misterios de la vida.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y AutomáticaPresidente: Andrés Santos Lleó.- Secretario: Luis Hernández Corporales.- Vocal: Giancarlo Sportell