Billig, volumenstyret dipstick urinanalyse til hjemmetest
Summary
Dipstick urinanalyse er en hurtig og overkommelig metode til at vurdere ens personlige sundhedstilstand. Vi præsenterer en metode til at udføre nøjagtig, billig dipstick urinanalyse, der fjerner de primære fejlkilder forbundet med traditionelle dip-and-wipe protokoller og er enkel nok til at blive udført af læg-brugere derhjemme.
Abstract
Dipstick urinanalyse giver hurtige og overkommelige skøn over flere fysiologiske forhold, men kræver god teknik og træning til at bruge præcist. Manuel ydeevne dipstick urinanalyse bygger på god menneskelig farve vision, korrekt belysning kontrol, og fejlbehæftede, tidsfølsomme sammenligninger til diagram farver. Ved at automatisere de vigtigste trin i dipstick urinanalysetesten kan potentielle fejlkilder elimineres, så du kan teste sig selv derhjemme. Vi beskriver de trin, der er nødvendige for at oprette en tilpasselig enhed til at udføre automatiseret urinanalysetest i ethvert miljø. Enheden er billig at fremstille og enkel at samle. Vi beskriver de vigtigste trin, der er involveret i at tilpasse det til den valgte dipstick og til tilpasning af en mobiltelefonapp til at analysere resultaterne. Vi demonstrerer dens anvendelse til at udføre urinanalyse og diskutere de kritiske målinger og fabrikationstrin, der er nødvendige for at sikre robust drift. Vi sammenligner derefter den foreslåede metode med dip-and-wipe-metoden, guldstandardteknikken til dipstick urinanalyse.
Introduction
Urin er en ikke-invasiv kilde til flere metaboliske indikatorer for sygdom eller sundhed. Urinanalyse, den fysiske og / eller kemiske analyse af urin, kan udføres hurtigt for at opdage nyresygdom, urinvejssygdomme, leversygdom, diabetes mellitus og generel hydrering1. Urinanalysepinde er overkommelige, halvktatiske diagnostiske værktøjer, der er afhængige af kolorimetriske ændringer for at angive omtrentlige fysiologiske niveauer. Hver dipstick kan udføre en bred vifte af assays, herunder test for pH, osmolalitet, hæmoglobin / myoglobin, hæmaturi, leukocyte esterase, glukose, proteinuria, nitrit, keton og bilirubin2. Princippet om dipstick urinanalyse bygger på forekomsten af en tidsindstartet reaktion, hvorigennem en farveændring på dipstick pad kan sammenlignes med et diagram for at bestemme analysandkoncentration3. I betragtning af deres overkommelighed og brugervenlighed er dipsticks et af de mest almindelige værktøjer til urinanalyse i sundhedssektoren.
Traditionelt dipstick urinanalyse er afhængig af en uddannet sygeplejerske eller medicinsk tekniker til manuelt at indsætte dipstick i en kop urinprøve, tørre overskydende urin, og sammenligne farve puder til diagram farver på bestemte tidspunkter. Mens dip-and-wipe-metoden er guldstandarden for dipstickanalyse, begrænser dens afhængighed af menneskelig visuel vurdering de kvantitative oplysninger, der kan opnås. Desuden kræver de to manuelle trin i dipstick urinanalyse – dip-wipe trin og kolorimetrisk resultatsammenligning – præcis teknik, hvilket begrænser muligheden for pålidelig test i hjemmeindstillinger af patienter direkte. Krydskontaminering af prøvepuderne på grund af aftørring kan forårsage unøjagtige farveændringer. Derudover kan inkonsekvente mængder som følge af manglende volumenkontrol under aftørring resultere i ukorrekt måling af analysandkoncentrationer. Det er vigtigt, at tiden mellem dypning af urinen (dvs. starten af analysen) og sammenligning med et diagram er afgørende for en nøjagtig analyse af resultaterne og er en enorm potentiel kilde til menneskelige fejl. Vanskeligheden ved manuel kolorimetrisk sammenligning er, at mange puder skal læses på samme tid, mens nogle puder læses på forskellige tidspunkter. Selv perfekt timede farvesammenligninger afhænger stadig af den menneskelige læsers synsstyrke, som kan lide af farveblindhed eller opfatte forskellige farver i forskellige belysningsmiljøer4. Disse udfordringer understreger, hvorfor klinikere kun kan stole på dipstick urinanalyse udført af uddannet personale. Et automatiseret urinanalysesystem kunne dog løse alle ovennævnte problemer ved at eliminere behovet for manuelle dip-wipe-trin, indarbejde timingkontroller og muliggøre samtidige farvesammenligninger med kalibrerede farvereferencer. Dette vil igen reducere brugerfejl, hvilket giver mulighed for mulig vedtagelse i hjemmeindstillinger.
I de sidste 20 år har automatiske analysatorer været ansat til at læse resultaterne af dipstick urintest med samme nøjagtighed som eller overstiger visuel analyse5. Mange klinikker og læge kontorer bruger sådanne maskiner til hurtigt at analysere og udskrive traditionelle dipstick resultater. De fleste urinanalysemaskiner minimerer visuelle inspektionsfejl og sikrer konsistens i resultat6. De er nemme at bruge og mere effektive end manuel inspektion, men kræver stadig, at brugeren udfører dip-wipe-metoden korrekt. Disse maskiner har derfor begrænset evne til at blive betjent af utrænede personer såsom hjemmebrugere; Desuden er de ekstremt dyre.
For nylig har mobiltelefoner vist sig som et ressourcestærkt værktøj til forskellige biologiske kolorimetriske målinger7,8,9,10, herunder til urinanalyse11,12,13. I betragtning af deres telemåling kapaciteter og høj billedbehandling opløsning, mobiltelefoner er blevet effektive sundhedspleje analytiske enheder14,15. Faktisk fda har ryddet flere smartphone-baserede hjem urinprøver16,17,18. Nogle af de nye smartphone-baserede kommercielle produkter indarbejde etablerede urinanalyse dipsticks, mens andre har proprietære colorimetric puder. Alle sådanne produkter har proprietære metoder til kalibrering til forskellige lysforhold på tværs af forskellige telefontyper. Stadig, et problem med disse løsninger er, at brugeren manuelt skal tage et billede på det rigtige tidspunkt ud over at udføre en ordentlig manuel dip-wipe metode (dvs. uden krydskontaminering). Især kontrollerer ingen af disse tests den mængde, der deponeres på dipsticks, som vi har fundet kan påvirke farveændringen19 og fortolket fysiologisk resultat. De nuværende huller og omkostninger i arbejdsgangene for disse enheder tyder på et ekstra behov for at muliggøre en menneskefri, volumenstyret urinaflejringsprocedure og håndfri dipstickfotografering.
Vi beskriver en protokol for volumenstyret, automatiseret dipstick urinanalyse uden behov for et manuelt dip-wipe trin. Nøglen til den automatiserede proces er en enhed19, hvis underliggende princip er baseret på SlipChip20, og som overfører væske mellem forskellige lag ved hjælp af overfladekemieffekter. Kort sagt tvinger den hydrofobe belægning på overførselsrutsjebanen og det omgivende pladeærme væsken til at bevæge sig ubesværet gennem enheden og til at slippe på dipstickpuden, når diaset er i sin endelige position, hvorefter den nederste hydrofobe barriere udskiftes med luft. Derudover standardiserer den koordinerede lysblokerende boks lysforholdene, kameravinklen og afstanden til kamerafokus for at sikre nøjagtige og repeterbare resultater, der ikke påvirkes af omgivende lysforhold. En ledsagende softwareapp automatiserer optagelsen af billeder og kolorimetrisk analyse. Efter beskrivelse af protokollen giver vi repræsentative resultater af urinanalysetesten under forskellige forhold. Sammenligninger med standardmetoden for dip-wipe viser pålideligheden af den foreslåede metode.
Protocol
Representative Results
Discussion
Traditionel dipstick urinanalyse er overkommelig og praktisk, men kræver manuel sans for detaljer for at give nøjagtige resultater. Manuel dipstick urinanalyse er underlagt variable lysforhold, individuelle farveopfattelse forskelle og krydskontaminering. Mange klinikker og hospitaler allerede har instrumenter til at automatisere urin dipstick analyse, men instrumenterne er normalt omfangsrig, dyrt, og stadig stole på korrekt udførelse af dip-wipe metode. Derudover kræver disse instrumenter årlig kalibrering og ved…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev finansieret af Dorothy J. Wingfield Phillips kansler Fakultet Fellowship. Emily Kight blev finansieret af NSF GRFP.
Materials
| Black Cast Acrylic Sheet 12" x 24" x 1/8" |
McMaster Carr | 8505K742 | $14.27 |
| Chart sticker | Stickeryou.com | $12.39 | |
| Clear Scratch- and UV-Resistant Cast Acrylic Sheet 12" x 24" x 1/16" |
McMaster Carr | 8560K172 | $9.52 |
| disposable polyethylene transfer pipet | Fischer Brand | 13-711-9AM | lot# 14311021 |
| Fortus ABS-M30 | Stratasys | 345-42207 | lot# : 108078 |
| Githut: https://github.com/Iftak/UrineTestApp | |||
| Innovating Science – Replacement Fluids for Urinalysis Diagnostic Test Kit (IS3008) | Amazon | $49 | |
| Nonwhitening Cement for Acrylic Scigrip 4, 4 oz. Can |
MCM | 7517A1 | $9.22 |
| Rust-Oleum 274232 Repelling treatment base coat-9 oz and top-coat 9-oz , Frosted Clear | Amazon | Color: Frosted Clear | $6.99 |
| Urinalysis Reagent Strips 10 Panel (100 Tests) MISSION BRAND | Medimpex United, Inc | MUI-MS10 | $10.59 |
References
- Lei, R., Huo, R., Mohan, C. Expert Review of Molecular Diagnostics Current and emerging trends in point-of-care urinalysis tests. Expert Review of Molecular Diagnostics. 00, 1-16 (2020).
- Kavuru, V., et al. Dipstick analysis of urine chemistry: benefits and limitations of dry chemistry-based assays. Postgraduate Medicine. 5481, (2019).
- Pugia, M. J. Technology Behind Diagnostic Reagent Strips. Laboratory Medicine. 31, 92-96 (2000).
- Dungchai, W., Chailapakul, O., Henry, C. S. Electrochemical detection for paper-based microfluidics. Analytical Chemistry. 81, 5821-5826 (2009).
- Van Delft, S., et al. Prospective, observational study comparing automated and visual point-of-care urinalysis in general practice. BMJ Open. 6, 1-7 (2016).
- . Urisys 1100 Analyzer Available from: https://diagnostics.roche.com/us/en/products/instruments/urisys-1100.html (2020)
- Filippini, D., Lundström, I. Measurement strategy and instrumental performance of a computer screen photo-assisted technique for the evaluation of a multi-parameter colorimetric test strip. Analyst. 131, 111-117 (2006).
- Shen, L., Hagen, J. A., Papautsky, I. Point-of-care colorimetric detection with a smartphone. Lab on a Chip. 12, 4240-4243 (2012).
- Ra, M. Smartphone-Based Point-of-Care Urinalysis under Variable Illumination. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 6, 1-11 (2018).
- Yetisen, A. K., Martinez-Hurtado, J. L., Garcia-Melendrez, A., Da Cruz Vasconcellos, F., Lowe, C. R. A smartphone arebeorithm with inter-phone repeatability for the analysis of colorimetric tests. Sensors and Actuators, B: Chemical. 196, 156-160 (2014).
- Wang, S., et al. Integration of cell phone imaging with microchip ELISA to detect ovarian cancer HE4 biomarker in urine at the point-of-care. Lab on a Chip. 11, 3411-3418 (2011).
- Zhang, D., Liu, Q. Biosensors and bioelectronics on smartphone for portable biochemical detection. Biosensors and Bioelectronics. 75, 273-284 (2016).
- Choi, K., et al. Smartphone-based urine reagent strip test in the emergency department. Telemedicine and e-Health. 22, 534-540 (2016).
- Kwon, L., Long, K. D., Wan, Y., Yu, H., Cunningham, B. T. Medical diagnostics with mobile devices: Comparison of intrinsic and extrinsic sensing. Biotechnology Advances. 34, 291-304 (2016).
- Vashist, S., Schneider, E., Luong, J. Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management. Diagnostics. 4, 104-128 (2014).
- . Inui Available from: https://www.inuihealth.com/inui/home (2020)
- . Healthy.io Available from: https://healthy.io/ (2020)
- . Scanwell Available from: https://www.scanwellhealth.com (2020)
- Smith, G. T., et al. Robust dipstick urinalysis using a low-cost, micro-volume slipping manifold and mobile phone platform. Lab on a Chip. 16, 2069-2078 (2016).
- Du, W., Li, L., Nichols, K. P., Ismagilov, R. F. SlipChip. Lab on a Chip. 9, 2286-2292 (2009).
