Diseño de dispositivo portátil para el apoyo al diagnóstico de cáncer de mama

Abstract

La espectroscopía de impedancia eléctrica (EIS) se una técnica nueva y emergente que se ha venido desarrollando para el diagnóstico médico, y que se basa en la excitación de la muestra con una señal de corriente alterna en un barrido de frecuencias con el objetivo observar cambios de propiedades eléctrica, esta información se recolecta en espectros a los que se les hace análisis. La EIS es una prometedora técnica de obtención de imágenes no invasiva que no utiliza radiación ionizante, diferente de las mamografías convencionales. El trabajo presentado en esta tesis comprende el desarrollo de un dispositivo portable para la medición de impedancia eléctrica en las mamas (IMBIOEL, Impedancia Bio-Eléctrica), basado en la metodología de despliegue de función de calidad (QFD en inglés), que permitió traducir los objetivos del proyecto en características técnicas a desarrollar con un orden de prioridad en función de cumplir el desarrollo de este proyecto. La impedancia eléctrica se midió utilizando el analizador de impedancia AD5933 acoplado a un circuito automático de calibración y un circuito de multiplexión conectado a 32 electrodos dispuestos en un arreglo circular. IMBIOEL se conecta al microcontrolador Arduino UNO para manejar los componentes electrónicos y de envío de información al computador. Para el control se desarrolló una herramienta computacional Software de Impedancia Bio-Eléctrica (SIBE) con un módulo adicional de análisis estadístico, estos tienen la capacidad de ejecutar un algoritmo de calibración, las rutinas de medición, graficar los espectros, un análisis de componentes principales (PCA en inglés) y además cuenta con una interfaz gráfica amigable con el usuario. Se realizaron pruebas en circuito de impedancia conocidos para verificar su coherencia con la teoría. Se realizó una prueba de funcionamiento a 17 de pacientes voluntarias de Manizales, Caldas, donde a cada una se les instruye del procedimiento, que es realizado por un médico. Solamente una de las voluntarias tenía patología en una de sus mamas, la cual fue identificada con IMBIOEL por medio del análisis de PCA que arrojó una gran diferencia con las pacientes no patológicas, lo cual es un indicador prometedor para nuevos desarrollos de dispositivos portables de espectroscopía de impedancia eléctrica. (Texto tomado de la fuente)

Electrical impedance spectroscopy (EIS) is a new and emerging technique that has been developed for medical diagnostics, based on the excitation of the sample with an alternating current signal in a frequency sweep in order to observe changes in electrical properties, this information is collected in spectra that are analyzed. EIS is a promising non-invasive imaging technique that does not use ionizing radiation, different from conventional mamagrophy scans. The work presented in this thesis comprises the development of a portable device for the measurement of electrical impedance in the breast, based on the quality function deployment (QFD) methodology, which allowed the translation of the project objectives into technical characteristics to be developed in order of priority in order to meet the objectives of this project. The electrical impedance of the samples was measured using the AD5933 impedance analyzer coupled to an automatic calibration circuit and a multiplexing circuit connected to 32 electrodes arranged in a circular array. The device is connected to Arduino UNO microcontroller in order to configure the electronic components and send information to the computer. To manage the device, a computational tool, Software Impedance Bio-Electrical Impedance (SIBE), it was developed with an additional statistical analysis module. It have the ability to run a calibration algorithm, measurement routines, plot the spetrum, a principal component analysis (PCA) and also has a user-friendly graphical interface. Tests were performed using known impedance circuits to verify their consistency with the theory. A pilot test was performed on 17 volunteer patients from Manizales, Caldas. Where each one was instructed on the procedure, performed by a medical doctor. Only one of the volunteers had pathology, which was identified using the device by PCA analysis that showed a great difference with non-pathological patients, this is a promising scenario for new developments of portable electrical impedance spectroscopy devices.