Sistema ubíquo de aquisição de sinais de condução nervosa aplicado ao monitoramento de complicações do diabetes mellitus

Abstract

A neuropatia periférica diabética (NPD) é uma das principais complicações do Diabetes Mellitus (DM), associada à dor, perda de sensibilidade e maior risco de úlceras e amputações, especialmente em membros distais. O estudo de condução nervosa (NCS? Nerve Conduction Studies) é considerado o padrão-ouro para avaliar a integridade das fibras nervosas periféricas, porém seu uso na prática clínica ainda é limitado pelo custo, pelo porte dos equipamentos e pela necessidade de operadores especializados, o que dificulta o rastreamento precoce em serviços de menor complexidade. Diante desse cenário, este trabalho apresenta o desenvolvimento do X-NCS, um sistema dedicado à realização de estudos de condução nervosa integrado à plataforma ubíqua de saúde SDC-X, com foco no rastreamento de complicações do DM, em especial a NPD. O sistema é composto por dois módulos principais: (a) módulo de aquisição e controle, responsável pela amplificação, filtragem e digitalização dos potenciais de ação compostos por meio de um conversor A/D ADS1256 de alta resolução, operando com taxa de amostragem de até 30 kHz, além de armazenamento em cartão microSD, sensores de temperatura e umidade e um microcontrolador ESP32; e (b) módulo de estimulação, responsável pela geração de pulsos elétricos breves, com amplitude ajustável (até aproximadamente 220 V) e isolamento galvânico entre os domínios de estímulo e aquisição. O sistema foi integrado ao SDC-X em modo local, permitindo cadastro e seleção de pacientes, configuração do exame, controle da aquisição, exibição gráfica dos sinais e armazenamento estruturado dos resultados, ainda sem sincronização com a infraestrutura em nuvem da plataforma. A calibração da tensão de estímulo e da leitura de temperatura da pele foi realizada com modelos de regressão linear, resultando em relações estáveis entre a posição do potenciômetro digital, a tensão no isolador AMC1100, a tensão aplicada ao nervo e a temperatura medida, possibilitando ajuste fino da amplitude de estímulo e correção sistemática das medidas térmicas. Um estudo piloto foi conduzido no nervo mediano motor de 14 voluntários sem diagnóstico de DM, no qual foram extraídos os parâmetros de latência, amplitude, duração, área e velocidade de condução a partir de quatro marcadores temporais do potencial de ação muscular composto. Em S1 (estímulo distal), a amplitude média foi de 7,6 ± 1,9 mV, com latência de 4,2 ± 0,9 ms, duração de 6,6 ± 1,5 ms, área de 19,7 ± 5,8 mV·ms e velocidade de condução de 62,8 ± 10,0 m/s. Os resultados mostraram medidas compatíveis com a literatura de referência e boa reprodutibilidade entre estímulos distal e proximal, além de indicarem tendência de pior desempenho eletrofisiológico com o aumento da idade, enquanto variáveis como altura, índice de massa corporal e condições ambientais não apresentaram variações sistemáticas relevantes na amostra estudada. Por se tratar de um estudo piloto com número reduzido de participantes, torna-se necessário ampliar a população avaliada, incluindo indivíduos com DM e maior diversidade etária, a fim de aumentar a robustez dos achados. Assim, o X-NCS se mostrou um sistema funcional, já integrado à plataforma SDC-X em ambiente local, com potencial para, em conjunto com outros módulos da plataforma, compor uma ferramenta abrangente de auxílio rastreamento não invasivo de complicações do DM, em especial da NPD.

Abstract: Diabetic peripheral neuropathy (DPN) is one of the main complications of Diabetes Mellitus (DM), and is associated with pain, loss of sensation, and an increased risk of ulcers and amputations, especially in distal limbs. Nerve conduction studies (NCS) are considered the gold standard for assessing the integrity of peripheral nerve fibers; however, their use in clinical practice is still limited by cost, equipment size, and the need for specialized operators, which hinders early screening in lower-complexity healthcare settings. In this context, this work presents the development of X-NCS, a system dedicated to performing nerve conduction studies and integrated into the ubiquitous health platform SDC-X, with a focus on screening DM-related complications, especially DPN. The system is composed of two main modules: (a) an acquisition and control module, responsible for amplifying, filtering, and digitizing compound action potentials by means of a high-resolution ADS1256 A/D converter operating at sampling rates of up to 30 kHz, as well as for microSD card storage, temperature and humidity sensing, and control by an ESP32 microcontroller; and (b) a stimulation module, responsible for generating brief electrical pulses with adjustable amplitude (up to approximately 220 V) and galvanic isolation between the stimulation and acquisition domains. The system was integrated into SDC-X in local mode, allowing patient registration and selection, exam configuration, acquisition control, graphical visualization of the signals, and structured storage of the results, still without synchronization with the platform?s cloud infrastructure. Calibration of the stimulus voltage and skin temperature readings was performed using linear regression models, resulting in stable relationships between the position of the digital potentiometer, the voltage at the AMC1100 isolator, the voltage applied to the nerve, and the measured temperature, thereby enabling fine adjustment of the stimulus amplitude and systematic correction of temperature measurements. A pilot study was conducted on the motor median nerve of 14 volunteers without a diagnosis of DM, in which latency, amplitude, duration, area, and conduction velocity parameters were extracted from four temporal markers of the compound muscle action potential. For S1 (distal stimulus), the mean amplitude was 7.6 ± 1.9 mV, with a latency of 4.2 ± 0.9 ms, duration of 6.6 ± 1.5 ms, area of 19.7 ± 5.8 mV·ms, and conduction velocity of 62.8 ± 10.0 m/s. The results showed measurements compatible with the reference literature and good reproducibility between distal and proximal stimuli, and also indicated a trend toward poorer electrophysiological performance with increasing age, whereas variables such as height, body mass index, and environmental conditions did not exhibit relevant systematic variations in the sample studied. Because this is a pilot study with a small number of participants, it is necessary to expand the evaluated population, including individuals with DM and a broader age range, in order to increase the robustness of the findings. Thus, X-NCS proved to be a functional system, already integrated into the SDC-X platform in a local environment, with the potential to form, together with other modules of the platform, a comprehensive tool to support noninvasive screening of DM complications, especially DPN.