Desenvolvimento e teste de um impedancímetro para deteção de Malária

Abstract

Esta dissertação inclui-se no contexto de um projeto que surgiu da necessidade de revolucionar o diagnóstico da malária, uma doença que mata ainda milhares de pessoas anualmente. O objetivo final é obter um dispositivo de alta precisão, portátil e autónomo, que seja eficiente e economicamente acessível. Para tal, a abordagem escolhida foi a da medição de impedâncias, uma vez que o organismo infetado apresenta alterações biológicas que poderão ser detetadas desta forma. Com o foco em que seja posteriormente aplicado a um detetor de malária por impedância, dispositivo descrito acima, foi desenvolvido um leitor de impedâncias, apresentado ao longo desta dissertação. O sistema final foi construído usando um microcontrolador da Texas Instruments, MSP430F5529, e um DDS da Analog Device, AD5933, como componentes principais, e a comunicação estabelecida via I2C.Uma impedância externa desconhecida é excitada a uma determinada frequência, o sinal de resposta é interpretado num valor real e num imaginário que são posteriormente processados para obter um valor de impedância em Ohms. Foram desenvolvidos o protótipo e o firmware para o sistema e testados sob valores de frequência de 5kHz, 30kHz e 100kHz. Posteriormente, foi feita a análise detalhada dos dados obtidos e determinada a incerteza média do sistema. Este sistema de conversão em impedância é de alta precisão - 95% -, tem uma frequência programável - entre 5kHz e 100kHz -, é capaz de obter medições em variadas gamas de valores - sendo cada gama definida pela calibração do sistema -, e os resultados têm uma incerteza a rondar os 8%. Tem, portanto, as características necessárias para ser incorporado num RDT de malária de baixo custo, portátil e autónomo.

This dissertation is included in a context of a project that arises from the need to revolutionize the malaria diagnosis, a disease that still kills thousands of people every year. The ultimate goal is to obtain a high precision, portable and autonomous device, that also is efficient and affordable. For such, the chosen approach was the impedance measuring, since the infected organism exhibits biological changes that could be detected this way.With the focus in, posteriorly, to be applied to a detector of malaria by impedance, the device described above, an impedance reader was developed and presented in this dissertation. The final system was built using a Texas Instruments microcontroller, MSP430F5529, and an Analog Device DDS, AD5933, as main components, and the communication established via I2C.An unknown external impedance is excited to a certain frequency, the response signal is interpreted in a real and an imaginary values, which are, then, processed to obtain an impedance value in Ohms. The prototype and the firmware for the system were developed and tested under frequencies of 5kHz, 30kHz, and 100kHz. Afterward, was done a detailed analysis of the data and determined the average uncertainty of the system.This impedance conversion system has an high-precision - 95% -, and a programmable frequency - between 5kHz and 100kHz -, is capable of obtaining measurings in a variety of ranges of values - being each range defined by the system calibration -, and the results have an uncertainty rounding the 8%. It has, therefore, the necessary features to be incorporated in a low cost, portable and autonomous malaria RTD.