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Título: Dispositivo "Point of Care" baseado em IA para quantificação de bilirrubina total
Título(s) alternativo(s): Ai-based Point of Care device for total bilirubin quantification
Autor(es): Benedetti, Rafael
Orientador(es): Barros, Frieda Saicla
Palavras-chave: Bilirrubina - Medição
Diagnóstico de laboratório
Inteligência artificial - Aplicações médicas
Colorimetria - Testes
Engenharia de protótipos
Bilirubin - Measurement
Diagnosis, Laboratory
Artificial intelligence - Medical applications
Colorimetry - Testing
Prototypes, Engineering
Data do documento: 15-Ago-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: BENEDETTI, Rafael. Dispositivo "Point of Care" baseado em ia para quantificação de bilirrubina total. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um dispositivo médico point-of-care voltado para a quantificação de bilirrubina total em amostras humanas, com o objetivo de oferecer uma solução prática, acessível e de rápida execução para diagnósticos clínicos, especialmente em ambientes com infraestrutura laboratorial limitada. A justificativa para a criação deste sistema baseou-se na oportunidade de quantificar bilirrubina total por métodos diagnósticos descentralizados que permitam a identificação precoce de alterações nos níveis de bilirrubina, biomarcador essencial para a avaliação da função hepática e o diagnóstico de condições como icterícia neonatal e doenças hepáticas em adultos. O dispositivo foi desenvolvido utilizando o princípio da cromatografia para o fluxo de amostras, tecnologia que permite a separação e detecção da bilirrubina diretamente em amostras de soro humano. O sistema foi projetado para atender tanto o público adulto quanto a população neonatal, ampliando sua aplicabilidade clínica. Uma inovação relevante foi a integração de inteligência artificial ao processo de leitura e interpretação dos resultados, realizada por meio de um instrumento de leitura dedicado, o que garante maior padronização na análise, reduzindo erros humanos e a necessidade de operadores altamente treinados. O desempenho analítico do dispositivo foi avaliado de acordo com a diretriz CLSI EP15-A3, utilizando controles e amostras clínicas para a determinação da precisão e exatidão dos resultados. Os estudos de desempenho demonstraram que o dispositivo apresenta uma faixa de linearidade de 0,7 mg/dL a 20 mg/dL para a bilirrubina total, com variações intra-ensaio de 7,6% e intralaboratorial de 6,9%, atendendo aos critérios de precisão esperados para este tipo de análise. A comparação com o método de referência bioquímico indicou uma excelente correlação, com coeficiente de Pearson de 0,99 e os resultados do teste t não apresentaram diferença estatisticamente significativa entre os métodos (p>0,05), demonstrando a equivalência clínica entre as abordagens. Estudos de estabilidade do produto indicaram validade de até 12 meses após a fabricação, mantendo o desempenho estabelecido durante todo o período. Outro destaque do sistema foi a obtenção de resultados em menos de 10 minutos, caracterizando o dispositivo como uma solução rápida e eficiente para contextos de emergência e atenção básica à saúde. A combinação de tecnologias analíticas e algoritmos de inteligência artificial resultaram em um produto de fácil utilização, com requisitos mínimos de infraestrutura e treinamento. Como conclusão, o dispositivo desenvolvido representa um avanço significativo na área de diagnóstico laboratorial portátil, com desempenho clínico comparável aos métodos convencionais, porém com maior acessibilidade, mobilidade e velocidade, contribuindo para o fortalecimento de estratégias de triagem e diagnóstico precoce em diferentes cenários assistenciais.
Abstract: This work presents the development of a point-of-care medical device aimed at quantifying total bilirubin in human samples, with the objective of providing a practical, accessible, and rapid solution for clinical diagnostics, especially in settings with limited laboratory infrastructure. The justification for creating this system is based on the high demand for decentralized diagnostic methods that allow early identification of alterations in bilirubin levels, an essential biomarker for assessing liver function and diagnosing conditions such as neonatal jaundice and liver diseases in adults. The device was developed using the chromatography principle for sample flow, a technology that enables the separation and detection of bilirubin directly in human serum samples. The system was designed to serve both adult and neonatal populations, broadening its clinical applicability. A significant innovation was the integration of artificial intelligence into the reading and interpretation process of the results, performed through a dedicated reading instrument, which ensures greater standardization in analysis, reducing human errors and the need for highly trained operators. The analytical performance of the device was evaluated according to the CLSI EP15-A3 guideline, using controls and clinical samples to determine the precision and accuracy of the results. Performance studies demonstrated that the device has a linearity range from 0.7 mg/dL to 20 mg/dL for total bilirubin, with intra-assay variation of 7.6% and intralaboratory variation of 6.9%, meeting the expected precision criteria for this type of analysis. Comparison with the biochemical reference method indicated excellent correlation, with a Pearson coefficient of 0.996, and t-test results showed no statistically significant difference between the methods (p > 0.05), demonstrating clinical equivalence between the approaches. Product stability studies indicated a validity of up to 12 months after manufacturing, maintaining the established performance throughout the period. Another highlight of the system was the ability to obtain results in less than 10 minutes, characterizing the device as a rapid and efficient solution for emergency contexts and primary healthcare. The combination of analytical technologies and artificial intelligence algorithms resulted in a product that is easy to use, requiring minimal infrastructure and training. In conclusion, the developed device represents a significant advancement in the field of portable laboratory diagnostics, with clinical performance comparable to conventional methods, but with greater accessibility, mobility, and speed, contributing to strengthening screening and early diagnosis strategies in different healthcare settings.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38362
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