Sistema de medição não invasiva de glicose sanguínea baseado em princípios de espectroscopia de infravermelho próximo

Abstract

Diabetes Mellitus se trata de uma doença crônica sem cura e de alta prevalência, cujo controle depende do monitoramento frequente da glicose sanguínea. O método corrente de automonitorização (glicosímetro), embora essencial, é inconveniente e oneroso. Um dispositivo com aspectos de medição não invasiva e potencialmente contínua é favorável ao tratamento e à estabilização da doença. A espectroscopia de infravermelho próximo (NIR) consiste numa técnica promissora para a mensuração não invasiva da glicemia. O objetivo primário deste trabalho foi contribuir para o desenvolvimento de um dispositivo de medição não invasiva de glicose sanguínea, baseado em princípios de espectroscopia NIR, com desempenho clínico em conformidade com os requisitos das normas vigentes. Desenvolveu-se um instrumento eletrônico com diodos emissores de luz de diferentes comprimentos de onda e fotodiodos. Utilizou-se o dispositivo em testes de desempenho com modelo in vitro, composto por glicose anidra e água desmineralizada. A calibração do instrumento ocorreu mediante o uso de regressão linear múltipla pelo método dos mínimos quadrados (MMQ) e de regressão por redes neurais artificiais (RNA). Em predição de glicose in vitro, o sistema apresentou desvio absoluto médio (MAD) de 11,8 mg/dL e erro percentual absoluto médio (MARD) de 5%. Os menores erros advieram das RNA, para as quais a utilização de múltiplas variáveis independentes melhorou os resultados de predição de glicose. Em análise de desvios, verificaram-se variações aleatórias dos sinais do instrumento de até 0,15%, suficientemente maiores do que os sinais da variação de 11,0 mg/dL de concentração de glicose. Nesse sentido, aperfeiçoamentos técnicos são ainda necessários para o desempenho adequado do instrumento na medição não invasiva da glicemia.

Abstract : Diabetes Mellitus is a chronic disease with no cure and high prevalence, whose control depends on the frequent monitoring of blood glucose. The current self-monitoring method (glucose monitor), although essential, is inconvenient and costly. A device with non-invasive and potentially continuous measurement aspects is useful to containment of the disease. Near-infrared spectroscopy (NIR) is a promising technique for noninvasive measurement of glycaemia. The primary objective of this study was contribute to the development of a noninvasive blood glucose monitoring device, based on NIR spectroscopy principles, with clinical performance in accordance with the requirements of current standards. An electronic instrument was developed with light-emitting diodes with different wavelengths and photodiodes. The device was used in performance tests with in vitro model, composed of anhydrous glucose and demineralized water. The instrument calibration was performed by the use of multiple linear regression by least square method (LSM) and regression by artificial neural networks (ANN). In in vitro glucose prediction, the system presented mean absolute deviation (MAD) value of 11.8 mg/dL and mean absolute relative difference (MARD) of 5%. The smallest errors occurred for ANN, for which the use of multiple independent variables considerably improved glucose prediction results. In deviation analysis, there were random variations of instrument signals up to 0.15%, sufficiently greater than the variation signals of 11.0 mg/dL of glucose concentration. In this sense, technical improvements are still required for the adequate performance of the instrument in non-invasive measurement of blood glucose.