Resumen: La presente tesis de Maestría en Ingeniería de Sistemas se centra en el seguimiento 4D de microorganismos a velocidad de video. Por medio de la microscopía holográfica digital sin lentes se adquiere la información del sistema microscópico y con técnicas de reconocimiento de patrones en el procesamiento digital de imágenes se lleva a cabo su seguimiento 4D (espacio 3D y tiempo). Ambas técnicas son implementadas con soporte en la arquitectura GPGPU para su operación a velocidad de video. La validez científica y tecnológica de la tesis subyace en el hecho que el seguimiento de microorganismos a ratas de video potencializará distintas aplicaciones en áreas como la salud, el monitoreo del medio ambiente y el combate del terrorismo biológico, entre otros. La metodología desarrollada en esta tesis permite seguir en 4D microorganismos de dimensiones en el orden de los 100 μm en volúmenes de muestra de 1mm3, a una velocidad máxima de 8 cuadros por segundo.