Palestra no ARDUINO DAY 2023 no IFCE Campus Fortaleza sobre detecção de doenças utilizando Arduino e o sensor de cor TCS3200. Nesse trabalho apresento alguns artigos científicos que endossam a viabilidade do projeto.

1. Marcelo Melo
Detectando doenças
com Arduino

2. Seu corpo fala muito sobre você!

3. Composição da urina
A urina contém aproximadamente 96% de água e 4% de substâncias diversas
provenientes da alimentação e do metabolismo normal. Essencialmente ela é
uma solução de sais (cloreto de sódio e potássio) e uréia.
Dentre as substâncias inorgânicas encontradas na urina, pode-se destacar sódio,
cloreto, potássio, cálcio, magnésio, amônia, fosfato e sulfato.

4. Urinálise
A urinálise é o exame não invasivo de grande importância para avaliar a função
renal. Através deste exame pode-se diagnosticar diversas patologias, monitorar o
progresso de doenças no organismo, acompanhar a eficácia do tratamento e
ainda atestar a cura.

5. Etapas do exame de urina
1) Análise das características gerais da urina. Corresponde a avaliação das
propriedades físicas da urina, como o seu volume, o seu cheiro e sua
coloração;
2) Pesquisa de elementos anormais, que corresponde à pesquisa química feita
na urina como proteínas, glicose (açúcar), cetonas, sangue e outras
substâncias;
3) Sedimentoscopia: exame microscópico da urina para verificar a presença de
glóbulos vermelhos e brancos, cristais e cilindros (impressões dos túbulos
renais criadas quando células do trato urinário, proteínas ou ambas se
precipitam nos túbulos e saem na urina).

6. Importância de uma coleta bem feita
A coleta de urina deve ser feita observando todas as assepsias determinadas
para obtenção de um exame correto - explicado pelo responsável do laboratório,
que é padrão em todos os laboratórios;
Após a coleta, o recipiente de amostra deve ser entregue o mais rapidamente
para ser analisado, no prazo mínimo de uma hora e no máximo de 6 horas.
Quando a amostra não puder ser analisada dentro deste prazo, deve ser
refrigerada!

7. Importância de uma coleta bem feita
Com relação a coloração: Diversos alimentos (beterraba e anilinas),
medicamentos (ampicilina, rifampicina e antissépticos urinários) e produtos do
metabolismo normal (pigmentos biliares) podem alterar sua cor. Quando muito
concentrada, pode induzir a erros de interpretação.

8. Coletores
Coletores transparentes de polipropileno

9. Tiras Reagentes para urinálise
As Tiras Reagentes para Urinálise são
tiras de plástico firme em que várias áreas
reagentes individuais são fixadas. O teste
detecta de forma qualitativa e
semi-quantitativa os seguintes analitos na
urina: Ácido ascórbico, Glicose,
Bilirrubina, Cetona (Ácido acetoacético),
Gravidade Específica, Sangue, pH,
Proteína, Urobilinogênio, Nitrito e
Leucócitos.

10. A Espectrofotometria
Século XVII - Isaac Newton decompôs a luz do Sol em outras através de um
Prisma

11. A Espectrofotometria
Espectro eletromagnético

12. A Espectrofotometria

13. A Espectrofotometria
Espectrofotometria é uma ferramenta importante e versátil amplamente utilizada
para a análise em diversas áreas como química, física, biologia, bioquímica,
materiais, engenharia química e aplicações clínicas e industriais.
É um método que estuda a interação da luz (absorção, reflexão e transmissão
num determinado comprimento de onda) com a matéria/composto químico e a
partir desse princípio permite a realização de diversas análises.
A espectrofotometria pode ser utilizada para identificar e quantificar substâncias
químicas a partir da medição da absorção e transmissão de luz que passa através
da amostra.

14. Princípio de funcionamento do Espectrofotômetro

15. Espectrofotômetro com varredura
Capacidade de varrer todos os comprimentos de ondas, ou seja, ele lê a transmitância e absorbância da
luz a cada comprimento de onda de acordo com a faixa de operação do equipamento.

16. App kit de exames
https://healthy.io/
Kit de exame de urina que identifica sinais de infecção do trato urinário, diabetes e doença renal.
https://healthy.io/videos/homepage-kidney.mp4#t=0.1

17. ArduEspectrofotômetro

18. ArduEspectrofotômetro (lista de materiais)
Cabo USB TCS3200
Arduino UNO

19. ArduEspectrofotômetro (lista de materiais)

20. TCS3200 (RGB color sensor)
O TCS3200 é um conversor programável de
frequência de luz que combina fotodiodos de
silício e um conversor de corrente para
frequência em um circuito integrado único.
Este sensor possui 64 fotodiodos, dos quais
16 têm filtros especiais que filtram a cor
vermelha, 16 a cor verde, 16 a cor azul e
outros 16 que não possuem filtro algum.
Especificações:
- Alimentação: 2,7 a 5,5V;
- Distância de detecção: 1cm;
- Nível de erro: 0,2% a 50 kHz;
- Dimensões: 31x25x10mm;
- Peso: 3g.

21. TCS3200 (RGB color sensor)
DATASHEET TCS3200: https://manufacture.alldatasheet.com/view_manu.jsp?idx=6469585

22. Esquema de ligação
https://projecthub.arduino.cc/SurtrTech/a1e46389-615f-4267-950d-62cb5995434c

23. Firmware teste
void setup() {
pinMode(s0,OUTPUT);
pinMode(s1,OUTPUT);
pinMode(s2,OUTPUT);
pinMode(s3,OUTPUT);
pinMode(out,INPUT);
Serial.begin(9600);
digitalWrite(s0,HIGH); //Putting S0/S1 on HIGH/HIGH scalling is at 100%
digitalWrite(s1,HIGH); //LOW/LOW is off HIGH/LOW is 20% and LOW/HIGH is 2%
}

24. Firmware teste
void loop() {
//-------------------------
//S2 and S3:
//LOW/LOW == RED
//LOW/HIGH == Blue
//HIGH/HIGH == Green
//---------------------------
digitalWrite(s2,LOW);
digitalWrite(s3,LOW);
Serial.print("Red value= ");
GetData();
digitalWrite(s2,LOW);
digitalWrite(s3,HIGH);
Serial.print("Blue value= ");
GetData();
digitalWrite(s2,HIGH);
digitalWrite(s3,HIGH);
Serial.print("Green value= ");
GetData();
Serial.println();
delay(2000);
}

25. Firmware teste
void GetData(){
data=pulseIn(out,LOW); //here we wait until "out" go LOW, we start measuring the duration and stops when "out" is HIGH again
Serial.print(data);
Serial.print("");
delay(20);
}

26. Trabalhos sobre detecção de doenças
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/336/1/012019/meta

27. Trabalhos sobre detecção de doenças
https://link.springer.com/article/10.1007/s00216-022-04374-z
Detecção e quantificação de antibióticos de
nitrofurantoína (macrofurano) de amplo espectro:
um método colorimétrico baseado em tira de
papel revestido e fabricação de tiras de papel
revestidas baseadas em dispositivo de sensor
eletrônico de cor.

28. Trabalhos sobre detecção de doenças
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8711466
The sensor detects the change in color on the
strip when the sample is introduced. Change
in color of the strip is due to the presence of
albumin in urine, which is the primary
biomarker considered to detect the early
stage of kidney dysfunction.

29. Trabalhos futuros (Uso de Machine Learning)
Fonte: Urologista Matheus Brandão - Clínica Unix

30. Obrigado!
marcelo.laranjeira.melo@gmail.com