Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

홈 테스트를 위한 저비용 볼륨 제어 디프스틱 소변기

doi: 10.3791/61406 Published: May 8, 2021

Summary

Dipstick 소변 은 건강의 개인의 상태를 평가하는 빠르고 저렴한 방법입니다. 우리는 기존의 딥 앤 와이프 프로토콜과 관련된 오류의 주요 소스를 제거하고 집에서 평신도 사용자가 수행 할 만큼 간단 정확한, 저렴한 디프스틱 소변을 수행하는 방법을 제시한다.

Abstract

Dipstick 소변 기고는 여러 생리 조건의 빠르고 저렴 한 추정을 제공 하지만 정확 하 게 사용 하는 좋은 기술과 훈련 필요. 딥스틱 소변기의 수동 성능은 좋은 인간의 색 시야, 적절한 조명 제어 및 차트 색상에 대한 오류 경향이 있는 시간에 민감한 비교에 의존합니다. 딥스틱 소변 검사의 주요 단계를 자동화하면 잠재적인 오류 원인을 제거할 수 있으므로 집에서 자체 테스트를 할 수 있습니다. 우리는 어떤 환경에서자동화된 소변 기분해 테스트를 수행하기 위해 사용자 정의 가능한 장치를 만드는 데 필요한 단계를 설명합니다. 이 장치는 제조가 저렴하고 조립이 간단합니다. 우리는 선택의 딥스틱을 위해 그것을 사용자 정의하고 결과를 분석하기 위해 휴대 전화 응용 프로그램을 사용자 정의에 관련된 주요 단계를 설명합니다. 우리는 소변을 수행하는 데 사용하는 것을 입증하고 견고한 작동을 보장하는 데 필요한 중요한 측정 및 제조 단계에 대해 논의합니다. 그런 다음 제안된 방법을 딥스틱 소변을 위한 금 표준 기법인 딥 앤 와이프 방법과 비교합니다.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

소변은 질병 또는 건강의 다중 신진 대사 지표의 비 침습적 인 소스입니다. 소변의 물리적 및/또는 화학적 분석인 요염은 신장 질환, 요로 질환, 간 질환, 당뇨병 멜리티우스 및 일반 수분공급을감지하기 위해 신속하게 수행될 수 있다. 소변 분석 딥스틱은 대략적인 생리수준을 나타내기 위하여 색인식 변경에 의존하는 적당한, 반정량 진단 공구입니다. 각 딥스틱은 pH, 오스몰랄리티, 헤모글로빈/미오글로빈, 혈뇨증, 백혈구, 백혈구 에스트라아제, 포도당, 단백뇨증, 아질산염, 케톤 및 빌리루빈2에대한 테스트를 포함하여 다양한 아세이를 수행할 수 있다. 딥스틱 소변의 원리는 딥스틱 패드의 색상 변화가 차트와 비교하여 멸분 농도3을결정할 수 있는 시간적 반응의 발생에 의존한다. 그들의 경제성과 사용의 용이성을 감안할 때, 딥스틱은 헬스케어에 있는 소변을 위한 일반적인 공구 의 한개입니다.

전통적으로, dipstick 소변 은 수동으로 소변 샘플 의 컵에 딥 스틱을 삽입, 여분의 소변을 닦아, 특정 시간에 차트 색상 패드를 비교하는 훈련 된 간호사 또는 의료 기술자에 의존. 딥 앤 와이프 방법은 딥스틱 분석을 위한 금본위제이지만, 인간의 시각 평가에 대한 의존도는 얻을 수 있는 정량적 정보를 제한합니다. 더욱이, 딥스틱 소변 분석의 두 가지 수동 단계 - 딥 와이프 단계와 색상 결과 비교 - 환자가 직접 가정 설정에서 신뢰할 수있는 테스트의 가능성을 제한하는 정확한 기술이 필요합니다. 닦아 시패드의 교차 오염으로 인해 부정확한 색상 이변이 발생할 수 있습니다. 또한, 닦아 동안 볼륨 제어의 부족으로 인한 일관성없는 볼륨은 Aalyte 농도의 부적절한 측정을 초래할 수 있습니다. 중요한 것은, 소변을 담그는 시간 (즉, 분석의 시작) 및 차트에 대한 비교 사이의 시간은 결과의 정확한 분석을 위해 중요하며 인간의 오류의 거대한 잠재적 인 원인입니다. 수동 색상 비교의 어려움은 많은 패드를 동시에 읽어야하며 일부 패드는 다른 시간에 읽혀져야한다는 것입니다. 심지어 완벽하게 타이밍 색상 비교는 여전히 색실명으로 고통받거나 다른 조명 환경에서 다른 색상을 인식 할 수있는 인간 독자의 시력에 따라 달라집니다4. 이 도전은 임상의가 훈련된 직원에 의해 수행된 dipstick 소변성 서해에만 의지할 수 있는 이유를 강조합니다. 그러나 자동화된 소변 기립 시스템은 수동 딥 와이프 단계의 필요성을 제거하고 타이밍 컨트롤을 통합하고 보정된 색상 참조와 동시에 색상 비교를 가능하게 함으로써 앞서 언급한 모든 문제를 해결할 수 있습니다. 이렇게 하면 사용자 오류가 줄어들어 홈 설정에서 채택할 수 있습니다.

지난 20년 동안, 자동 분석기는 시각 분석5와동일한 정확도로 딥스틱 소변 검사 결과를 판독하기 위해 사용되었습니다. 많은 클리닉과 의사 사무실은 이러한 기계를 사용하여 기존의 딥스틱 결과를 신속하게 분석하고 인쇄합니다. 대부분의 소변 기는 육안 검사 오류를 최소화하고 결과6의일관성을 보장합니다. 수동 검사보다 사용하기 쉽고 효율적이지만 사용자가 딥 와이프 방법을 올바르게 수행해야 합니다. 따라서 이러한 기계는 가정 사용자와 같은 훈련되지 않은 사람이 작동 할 수있는 능력이 제한되어 있습니다. 또한, 그들은 매우 비싸다.

최근에는 휴대전화가소변분석(11,12,13)을포함한 다양한 생물학적 색인 측정7,8,9,10을위한 수완 도구로부상하고 있다. 원격 감지 기능과 고이미징 해상도를 감안할 때, 휴대전화는 효과적인 헬스케어 분석장치(14,15)가되었다. 실제로, FDA는 여러 스마트 폰 기반의 가정 소변 검사를 취소했다16,17,18. 새로운 스마트 폰 기반 상용 제품 중 일부는 설립 된 소변 분석 딥스틱을 포함하고 있으며 다른 제품은 독점적 인 색칠 패드를 갖추고 있습니다. 이러한 모든 제품은 다른 휴대 전화 유형에 걸쳐 다른 조명 조건에 대해 보정하는 독점적 인 방법을 갖추고 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 솔루션의 문제점은 사용자가 적절한 수동 딥 와이프 방법(즉, 교차 오염 없이)을 수행하는 것 외에도 적시에 수동으로 사진을 찍어야 한다는 것입니다. 특히, 이러한 테스트 중 어느 것도 딥스틱에 증착된 볼륨을 제어하지 않으며, 이는 색상변경(19)에 영향을 미칠 수 있으며 생리적 결과를 해석할 수 있습니다. 이러한 장치의 워크플로우의 현재 격차와 비용은 인간이 없는 볼륨 조절 소변 증착 절차와 핸즈프리 딥스틱 사진을 가능하게 하는 추가적인 필요성을 시사합니다.

수동 딥 와이프 단계 없이 볼륨 제어, 자동 딥스틱 소변 분석 프로토콜을 설명합니다. 자동화 된 프로세스의 핵심은 SlipChip20을 기반으로하고 표면 화학 효과를 사용하여 다른 층 간에 액체를 전송하는 장치19입니다. 간단히 말해서, 이송 슬라이드 및 주변 플레이트 슬리브상의 소수성 코팅은 액체가 장치를 통해 쉽게 이동하고 슬라이드가 최종 위치에 있으면 딥스틱 패드에 방출하도록 강요하며, 이 때 바닥 소수성 장벽이 공기로 대체됩니다. 또한 조정된 조명 차단 박스는 조명 조건, 카메라 시야 각 및 카메라 초점 거리를 표준화하여 주변 조명 조건에 영향을 받지 않는 정확하고 반복가능한 결과를 보장합니다. 함께 제공되는 소프트웨어 앱은 이미지 캡처 및 색상 분석을 자동화합니다. 프로토콜에 대한 설명에 따라, 우리는 다른 조건하에서 소변 검사의 대표적인 결과를 제공합니다. 표준 딥 와이프 방법과의 비교는 제안된 방법의 신뢰성을 보여줍니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. 소변 기분해 장치를 제작하고 조립합니다.

  1. 베이스플레이트(도 1A)를제작합니다.
    1. 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 폴리라인 도구를 사용하여 x 6.3828x x 0.0547x 0.0547의 치수 2.1641을 가진 직사각형 영역을 그립니다.
    2. 딥스틱에서 테스트 영역(첫 번째 패드와 마지막 패드 사이의 거리와 패드 너비 사이의 거리를 포함하는 직사각형 영역)을 측정합니다.
      참고: 이 정보는 딥스틱을 제자리에 고정시키는 관통 구멍을 그리고 패드 사이에 액체를 분리하는 데 필요합니다(교차 오염을 방지하기 위해).
    3. 테스트 영역에서 각 테스트 패드의 크기와 위치를 모방한 관통 구멍을 추가합니다.
    4. 2.1641x 0.6797(W x L)을 측정하는 두 개의 올려진 측면 선반을 그립니다.
    5. 폴리라인 도구를 사용하여 스톱(0.1172 in 0.2109(W x L)을 사용하여 베이스 플레이트와 슬라이드 사이의 정렬을 용이하게 한다. 정지는 선반에 수직이어야하며 물리적으로 소변 딥 스틱 패드를 통과 이동에서 슬라이드를 중지합니다.
    6. 중지 및 선반의 선을 선택하여 지역 명령을 사용하여 한 영역을 만듭니다. 내후식 명령을 사용하여 영역을 높이0.0703으로 올립니다. 장치의 반대편에서 이 단계를 반복합니다.
    7. 두 선반에 0.3500(W x L)으로 노치(0.1895)를 만들어 상자와의 정렬을 용이하게 합니다. 선반의 아래쪽 가장자리에서 0.466을 배치합니다. 지역 명령을 사용하여 사각형을 만들고 압출 높이0.1250을 만듭니다.
    8. 솔리드 드캐서드 명령을 사용하고, 장치를 선택하고, Enter를누르고, 노치 영역을 선택하고 Enter를누릅니다. 장치의 반대편에서 반복합니다.
      참고: 장치에서 셰이프가 제거됩니다.
    9. 3D 프린터에 베이스 플레이트를 인쇄하고 선반 사이에 상단 면 영역을 사포로 모래로 놓아 표면을 거칠게 합니다.
      참고: 산딩은 소수성 코팅이 베이스 플레이트에 단단히 부착할 수 있도록 중요합니다.
    10. 접착제 테이프로 선반을 테이프로 테이프로 테이프 (선반을 분사하지 않도록) 소수성 스프레이베이스 플레이트를 스프레이. 베이스코트의 여러 (4-8) 코트를 베이스 플레이트에 바에 바니다. 살포시 베이스 플레이트에서 약 8-12인치 떨어진 캔을 누는 다. 장치는 건조시 유백색으로 나타나야 합니다.
      주의: 적절한 위치 및 배포를 위한 PPE에 대한 제조업체 지침을 따르십시오.
    11. 탑코트를 여러 번 바르기 전에 30분 간 기다립니다(6-8배). 베이스 플레이트를 사용하기 전에 12시간 동안 건조시키십시오. 선반에서 테이프를 제거합니다.
  2. 상단 플레이트(도 1B)를제작합니다.
    1. 직사각형 영역을 그리면 폴리라인 도구를 사용하는 CAD 소프트웨어에서 x 5.470x(W x L)에서 2.05를 측정합니다.
    2. 딥스틱의 테스트 영역 크기보다 약간 큰 직사각형 관통 구멍(예: 0.230 x 3.147 인치(W x L)을 추가합니다. 상단에서 0.921, 왼쪽에서 1.165, 상단 플레이트의 오른쪽 가장자리에서 1.165를 놓습니다.
    3. 두 번째 관통 홀("입구 구멍") 크기0.075 x 3.146(W x L)을 그립니다. 아래쪽 가장자리에서 0.236, 상단 가장자리에서 1.737, 상단 플레이트의 왼쪽 및 오른쪽 가장자리에서 1.162를 배치합니다.
    4. 레이저 커터로 클리어 아크릴 조각에서 상단 플레이트를 잘라냅니다. 남은 먼지나 파편을 닦아냅니다.
  3. 입구 커버를 제작합니다(도1B).
    1. 폴리라인 도구를 사용하는 CAD 소프트웨어에서 치수 0.247 x 3.3378(W x L)을 사용하여 직사각형 영역을 그립니다. 입구 커버의 두 가장자리에서 약 0.073에 직경 0.127의 두 원형 관통 구멍을 추가, 양쪽에 하나.
    2. 레이저 커터로 투명 아크릴 조각에서 입구 커버를 잘라냅니다.
  4. 슬라이드를 제작(도 1C)
    1. POLYline 도구를 사용하여 x x 5.000(W x H x L)에서 x 0.0625x에서 2.771을 측정하는 CAD 소프트웨어의 직사각형 영역을 그립니다.
    2. 테스트 영역의 각 테스트 패드의 위치와 일치하는 관통 구멍을 추가합니다. 첫 번째 테스트 패드의 배치와 겹치기 위해 사각형 관통 구멍에서 첫 번째 0.105를 그립니다: 슬라이드의 왼쪽과 오른쪽 가장자리에서 1.096, 상단 가장자리에서 0.960, 하단 가장자리에서 1.681. 선택한 딥스틱 브랜드에 필요에 따라 스루홀(보통 총 10개)을 추가합니다. 딥스틱의 테스트 패드 사이의 거리를 측정하여 각 다음 관통 구멍공간을 확보합니다.
      참고: 딥스틱 패드에 정확한 액체 볼륨을 증착하기 위해서는 관통 구멍의 크기가 중요합니다. 딥스틱 브랜드의 경우 각 딥스틱 패드에 15ul을 입금하는 구멍을 만들었습니다.
    3. 레이저 커터를 사용하여 투명 아크릴 조각에서 슬라이드를 잘라. 남은 먼지나 파편을 닦아냅니다.
    4. 소수성 스프레이로 슬라이드 앞쪽에 스프레이하십시오. 슬라이드에 베이스코트(6-8배)를 여러 번 발라줍니다. 살포시 슬라이드에서 약 8-12 캔을 잡습니다.
    5. 탑코트를 여러 번 바르기 전에 30분 간 기다립니다(8-12x). 슬라이드를 사용하기 전에 12시간 동안 건조시키십시오.
    6. 온라인 QR 코드 생성기에서 QR 코드를 다운로드하고 스티커 접착제 백업으로 종이에 원하는 코드를 인쇄합니다. QR 코드 0.17을 모든 관통 구멍과 동일한 행을 따라 첫 번째 관통 구멍의 오른쪽에서 배치합니다.
      참고: QR 코드가 관통 구멍에 인접해 있는 한 정확한 배치는 중요하지 않습니다.
    7. 투명 테이프를 사용하여 QR 코드를 덮고 슬라이드에 고정합니다.
  5. 입구와 플레이트 슬리브(도1D)를조립합니다.
    1. 아크릴 시멘트를 사용하여 입구 덮개를 입구 구멍이 있는 상단 플레이트에 붙임으로써 입구를 제작합니다. 24-48시간을 기다려 조각을 단단히 결합하십시오.
    2. 입구 덮개가 상단 플레이트에 단단히 결합되면 소수성 스프레이로 상단 플레이트의 뒷면을 스프레이하십시오. 상단 접시를 거꾸로 놓습니다. 첫 번째 베이스코트를 여러 번 바 (4-8배)로 바하십시오.
    3. 상단 플레이트에서 8-12 인치 떨어진 곳에 스프레이를 잡고 30 분 동안 기다립니다. 탑코트를 여러 번 바치면(6-8배). 상단 플레이트를 사용하기 전에 12 시간 동안 건조시키십시오.
    4. 완성된 상단 플레이트를 아크릴 시멘트로 베이스 플레이트의 선반에 붙임으로써 플레이트 슬리브(상단 플레이트와 베이스 플레이트를 결합)를 조립합니다. 상단 플레이트의 하단 가장자리가 베이스 플레이트의 가장자리와 정렬되기 때문에 두 조각은 육안으로 쉽게 정렬 할 수 있습니다. 기본 플레이트 선반에 클램프를 적용하여 건조 시 고정하고 제조업체의 지침에 따라 사용하기 24-48시간을 기다립니다.
  6. 차트 스티커를 만듭니다.
    1. 제조업체 웹 사이트에서 딥스틱 브랜드의 컬러 차트를 다운로드하십시오.
    2. 그래픽 편집기 소프트웨어에서 다운로드한 파일을 엽니다.
    3. 그래픽 편집기 소프트웨어에서 이전에 레이저 커터(이 프로토콜의 1.2단계)에 사용했던 상단 플레이트 템플릿의 디지털 파일을 엽니다.
    4. 제조업체 색상 차트의 색상 상자를 일치시켜 차트 스티커의 색상 상자를 만듭니다. 그래픽 편집기 소프트웨어의 드롭퍼 도구를 사용하여 제조업체 차트에서 첫 번째 색상 블록을 선택한 다음 상자 모양 도구를 사용하여 딥스틱 패드가 있는 동일한 행에서 상단 플레이트 템플릿에서 동일한 색상의 상자 모양을 만듭니다. 각 패드 행에 해당하는 각 색상 블록에 대해 이 작업을 반복합니다.
    5. 상단 플레이트 템플릿과 연결된 레이어를 삭제합니다.
    6. 온라인 스티커 인쇄 서비스를 통해 차트 스티커를 비닐 스티커로 인쇄합니다. 차트 스티커를 플레이트 슬리브에 놓고 각 관통 구멍에 정렬합니다.
  7. 상자를 제작합니다(그림1E).
    1. CAD 소프트웨어의 두 개의 긴 양면 상자 조각(부품 "a" 및 "b")을 x 6.63인치 x 6.63인치(W x L)의 치수로 사각형으로 그립니다. 아래쪽 모서리를 중심으로 한 "a"에 0.2 x 6.11(W x L)에 컷아웃을 추가합니다.
    2. CAD 소프트웨어의 두 개의 좁은 양면 상자 조각(부품 "d" 및 "e")을 x 6.63인치 x 6.63인치x 6.63의 크기로 측정한 사각형으로 그립니다.
    3. 상자 상단(부품 "c")을 크기 1.805 x 6.63(W x L)의 사각형으로 그립니다. 상단에 있는 "이미징 스루 홀"을 그립니다: 0.74 x 0.910 에서 (W x L), 하단에서 3.17, 상단에서 2.53, 오른쪽 가장자리에서 0.65, 왼쪽 가장자리에서 0.42.
      참고: 이미징 스루 홀의 정확한 위치는 분석에 사용될 휴대 전화를 기반으로 선택되어야합니다.
    4. 각 상자 조각을 그려 그림 1D에설명된 대로 각 모서리에 모든 상자 면이 함께 스냅할 수 있는 연동 모서리 패턴을 특징으로 합니다. 인터록 가장자리 패턴을 만들려면 긴 가장자리의 돌출/침입 패턴을 0.135인 1.17(W x L) 돌출부로 번갈아 만듭니다. 상자의 모든 면에 대해 각 긴 가장자리에 두 개의 압출을 그립니다. 짧은 가장자리에 대해 동일한 압출/침입 패턴을 사용하지만 0.460에서 0.460 (W x L)의 침입이 0.135를 측정합니다.
    5. 레이저 커터로 5개를 자르거나 3D 프린터로 인쇄합니다.
      참고: 아크릴 조각을 사용한 레이저 절단 성분은 제조가 저렴하며 쉽게 배송할 수 있도록 평평하게 만들 수 있습니다. 테스트 중에 흩어져 있는 빛을 흡수하는 데 도움이 되기 때문에 검은 색 아크릴을 사용하십시오.
    6. 상자 내부에 검은 색 구조 용지를 추가하여 상자 재료가 광택 마감이있는 경우 이미지 분석 중에 플래시가 흩어져 있는 것을 방지합니다.

2. 시험 준비

  1. GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp)에서 UrineTest 모바일 응용 프로그램을 다운로드합니다.
  2. 앱을 휴대폰에 설치합니다.
    참고: 이 단계는 지정된 휴대 전화의 모든 향후 사용에 대해 한 번만 수행해야합니다. 필요한 경우 휴대폰에서 개발자 상태를 활성화하여 이 작업을 수행합니다.
  3. 휴대폰에서 소변 검사 응용 프로그램을 실행합니다(그림2A).
  4. (제조업체의 사양에 따라) 관심 있는 딥스틱에 대해 일치하도록 문막 이름 및 읽기타이밍(도 2B)을변경하고 화면의 텍스트 홀더 창을 통해 새 입력을 삽입하는 지침을 읽어보세요(그림2C).
    참고: 각 딥스틱 패드에 필요한 판독 시간은 사용된 딥스틱 브랜드에 따라 달라집니다.
  5. 다양한 부품을 함께 조립하고 딥스틱을 플레이트 슬리브 아래의 관통 구멍에 삽입합니다(도1F).
  6. 플레이트 슬리브를 박스 안에 배치하여 노치가 상자 간격에 정렬되도록 합니다.
  7. 슬라이드를 플레이트 슬리브 내부에 배치하여 관통 구멍이 입구와 정렬되도록 합니다.
  8. 백 카메라 렌즈가 통해 구멍을 향하도록 설정하여 이미징을 활성화하여 상자 상단에 휴대폰을 놓습니다. 테스트 전에 휴대폰 화면의 이미지를 확인하여 카메라 가시성이 가려지지 않도록 합니다. 응용 프로그램은 자동으로 휴대 전화의 손전등을 활성화합니다.
  9. 전화 정렬에 대한 지침을 읽고(도 2D)딥스틱이 화면에 검은 직사각형 오버레이의 경계와 일치되도록 그에 따라 전화를 정렬(그림 2E).
  10. 앱을 창에서 시작 버튼을 클릭하여 테스트를 시작합니다.
    참고: 이렇게 하면 전화 카메라가 열리면 QR 코드를 한 번 볼 수있습니다(그림 2F).

3. 시험 실시

  1. 소변의 약 0.5 mL를 포함하는 일회용 폴리에틸렌 전송 파이프로 입구 구멍에 소변을 입금(도 3).
    참고: 정확한 양의 액체는 중요하지 않지만 모든 관통 구멍이 충분한 소변을 받을 수 있도록 최소 0.5mL이상이어야 합니다. 액체를 추가하면 입구를 가로 질러 이동하고 슬라이드의 각 관통 구멍에 증착되는 것을 관찰하십시오.
  2. 슬라이드를 플레이트 슬리브로 밀어 베이스 플레이트 정지에 의해 멈출 때까지 테스트를 시작합니다.
    참고: QR 코드가 휴대 전화의 시야에있을 때 소변은 딥스틱 패드와 접촉해야합니다. QR 코드를 읽은 후 응용 프로그램은 창을 열어 색상변경(그림 2G)을분석하고 동일한 창 내에서 결과를 자동으로 표시합니다(그림2H).
  3. 소변을 적절히 버리고 플레이트 슬리브를 청소하고 10 % 표백제 용액으로 밀어 내고 이온화 된 물로 다시 헹구십시오. 추가 사용하기 전에 건조시키십시오.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

도 4는 소변 검사 중에 소변이 딥스틱으로 옮겨지는 방법을 보여줍니다. 일반적인 시험 도중, 상자가 보기를 가리기 때문에 소변의 전송은 관찰할 수 없습니다. 피펫(3.1단계)을 사용하여 샘플이 입구에 증착되면 슬라이드의 구멍을 채웁니다(도4A). 도 4B도 4C는각각 플레이트 슬리브를 가로질러 소변의 점진적 움직임을 나타내고 슬라이드가 정지와 접촉한 후. 딥스틱과 소변의 접촉은 딥스틱 패드의 색반응과 색 변화로 이어집니다.

도 5는 소변을 옮기기 위한 표면(즉, 베이스 파테, 상단 플레이트 및 슬라이드)이 소수성 스프레이로 충분히 코팅되지 않으면 발생할 수 있는 잠재적인 문제를 입증합니다. 잘 코팅된 슬라이드의 그림은 그림 5A에표시됩니다. 제대로 코팅된 경우, 피규어 5B의흰색 화살표로 표시됨)을 관찰하여 전송된 체적의 정확도를 떨어뜨리는 슬라이딩 스텝 중에 줄무늬(도 5B의 흰색 화살표로 표시됨)를 관찰할 수 있습니다. 또한, 소변을 딥스틱(도5C)으로이송하는 슬라이드의 실패를 관찰할 수 있으며, 소변은 장치에서 슬라이드를 제거하더라도 관통구멍에 남아 있을 수 있다. 이 단계는 좋은 스프레이 커버리지를 얻는 것의 중요성을 강조합니다 (단계 1.1.8, 1.4.4, 1.5.3 및 1.5.4). 스프레이 커버리지에 대한 우려가 있거나 이러한 성능 오류를 관찰하는 경우 베이스 플레이트, 상단 플레이트 및 슬라이드를 리메이크하는 것이 가장 좋습니다.

음뇨 검사는 고품질 스마트폰으로 수행되었습니다: 전화 1(이미지 해상도: 8000픽셀 x 6000픽셀). 대표적인 결과는 그림 6에표시됩니다. 우리는 탈이온화 된 물과 상업용 소변 (표준 조성물과 높은 포도당 모두)으로 테스트를 실시했습니다. 딥스틱의 색 패드는 딥스틱에 있는 분석물로 소변의 색반응에 반응하여 시간이 바뀝니다. 그림 6의 오류 막대는 두 스마트 폰에 의해 기록 된 각 샘플의 3 연속 측정에 대해 산출 된 표준 편차를 나타냅니다. 도 6A는 상이한 시험 조건에 대한 시간이 지남에 따라 포도당 패드에 대한 반응을 플롯한다. 사용된 딥스틱 브랜드의 경우 포도당 측정에 권장되는 판독 시간은 30초입니다. 예상대로, 딥스틱의 색상은 물에 대한 이 간격을 통해 변하지 않으며, 표준 소변에 대한 최종 값은 "정상" 오줌 포도당 임계값 수준(160-180 mg/dL)과 일치하며, "높은 포도당" 조건에 대한 최종 값은 정상 값 이상으로 상승된다. 중요한 것은 올바른 값이 30초까지 달성되지 않아 2.8단계에서 타이밍 판독 간격을 올바르게 설정하는 것이 중요하다는 점에 유의하십시오. 같은 실험은 낮은 이미지 해상도를 갖는 다른 스마트 폰으로 수행되었다 : 전화 2 (이미지 해상도 : 3264 픽셀 x 2448 픽셀). 카메라 해상도의 차이로 인해 그림 6B에도시된 것처럼 딥스틱 패널의 이미지를 캡처하면서 이미지 색상과 품질에서 이전 결과와 크게 차이가 관찰된다. 손전등 사양의 차이는 또한 이미지 품질의 차이에 기여합니다. 도 6에서,감지 된 실제 색상은 다르지만, 두 휴대 전화는 시간이 지남에 따라 색상의 변화에 유사한 추세를 산출 것을 볼 수 있습니다. 소변 검사용 스마트폰 애플리케이션에서 사용하는 색상 매칭 알고리즘은 딥스틱 패드의 색상의 물리적 외관의 차이에도 불구하고, 알라바이트 농도에 대해 동일한 결과를 산출한다. 결과의 일관성은 분석을 위한 참조 차트로 차트 스티커를 사용하기 때문입니다. 차트 스티커와 딥스틱은 모두 동일한 조명 조건과 화질로 캡처되기 때문에 스마트폰 애플리케이션은 (R, G, B) 구성 요소와 기준 사각형과 딥스틱 패드의 색상 차이를 두 스마트 폰모두에 대해 유사한 방식으로 평가합니다. 이러한 결과는 본 원고에 기재된 프로토콜이 스마트폰 모델과 무관하다는 것을 확인하며, 기준색 차트와 딥스틱이 모두 동일한 환경에서 이미지화되는 한.

우리는 이전에 상용 소변표준(19)을사용하여 기존의 딥 앤 와이프 방법과 비교하여 자동 소변 분석 장치의 정확도를 평가하였다. 표 1은 얻은 결과를 두 테스트와 비교합니다. 시스템의 정확도는 각 딥스틱 패드로 전송되는 볼륨에 따라 달라지다는 것을 볼 수 있습니다. 가장 정확한 결과는 자동화된 소변기 장치가 소변의 15 μL을 전송하도록 설계되었을 때 얻어졌다; 따라서 장치가 필요한 소변 부피를 딥스틱 패드로 정확하고 일관되게 전달하는 것이 중요합니다. 7개의 상이한 예심을 통해 소변 샘플의 15 μL 부피를 전송하여 장치의 일관성을 검증하는 대표적인 결과는 도 7에도시된다. 전체 표준 편차는 목표 값의 4% 범위 내에 있는 0.5 μL 이하로 나타났습니다. 결과는 장치가 정확하게 일관되게 시험을 수행하기 위해 소변의 마이크로 리터를 전송 할 수 있음을 확인합니다.

Figure 1
그림 1: 장치 구성 요소의 회로도입니다. A)베이스 플레이트. B)1.5.1 단계에서 함께 붙어있는 상단 플레이트 및 입구 덮개. C)타이밍 제어에 사용되는 슬라이드 및 관련 QR 코드입니다. D)플레이트 슬리브는 상부 플레이트를 1.5.4 단계에서 베이스 플레이트의 선반에 접착하여 형성하였다. 뷰 스루 홀 옆에 있는 차트 스티커를 사용하면 색상 분석을 수행할 수 있습니다. E)상자. F)조립 된 장치. 사용 중에 휴대폰이 상자 상단에 배치되어 렌즈와 손전등이 이미징 스루 홀 위에 배치됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 앱을 사용하여 색인 분석 프로세스입니다. A)전화 화면 "소변 검사"의 아이콘이 응용 프로그램을 실행하도록 선택됩니다. B)팝업 창은 사용자에게 판독 시간을 수정하도록 알립니다. C)사용자는 수동으로 aalyte 이름과 판독 시간을 입력합니다. D)사용자에게 전화 정렬을 알리는 팝업 창입니다. E)테스트 하기 전에 제대로 정렬 된 딥 스틱의 대표 이미지. F)슬라이드를 삽입한 후 스크린샷이 표시되고 QR 코드가 데이터 수집을 시작하는 것으로 나타납니다. G)테스트를 시작한 후 1초 후에 화면을 볼 수 있습니다. 검은 색 사각형 오버레이는 앱이 픽셀 정보를 수집하는 위치에서 사용자에게 정확한 위치를 표시합니다. H)완료 된 딥 스틱 테스트의 결과. 대시가 있는 테스트 결과는 선택한 딥스틱에 대해 정상으로 간주됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 소변 검사 시작 시 조립된 장치의 사진. 사용자는 소변이 있는 파이펫을 입구에 삽입하여 테스트를 시작합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 4
그림 4: 처음부터 끝까지 딥스틱 테스트에 액체 증착의 내부 프로세스. A)슬라이드를 플레이트 슬리브에 삽입하고 슬라이드를 관통하는 구멍을 입구와 정렬하면 피펫이 슬라이드의 각 관통 구멍에 소변을 전달할 수 있습니다. B) 소수성 코팅 플레이트 슬리브의 내부를 통해 슬라이드를 미끄러지면 액체 운반을 가능하게 합니다. C) 슬라이드가 베이스 플레이트의 정지에 도달하면 소변이 테스트 패드로 전달되어 색이 변합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 5
그림 5: 불충분 한 소수성과 관련 된 잠재적인 문제. A)충분한 코팅이 없는 슬라이드. B)미끄럼 무분별한 코팅 슬라이드는 슬라이딩 스텝 중에 누출되는 것을 보여줍니다. C)불충분하게 코팅된 슬라이드는 장치에서 다시 꺼낸 후에도 딥스틱 패드로 전달되지 않습니다: 오른쪽 아래의 인셋에서 볼 수 있듯이 액체는 슬라이드 관통 구멍에 남아 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 6
그림 6: 3가지 유형의 시료에 대해 두 개의 서로 다른 스마트폰을 가진 포도당 패드에 대한 소변 검사 결과. A)고카메라 해상도 카메라 폰(phone1)으로 기록된 상이한 시험 조건에 대해 시간이 지남에 따라 포도당 패드의 반응 특성. B)저해상도 카메라 폰(Phone 2)으로 기록된 상이한 시험 조건에 대해 시간이 지남에 따라 포도당 패드의 반응 특성. 30초의 판독값은 제조업체의 원하는 타이밍에 해당합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 7
그림 7: 전송된 평균 볼륨과 잘 수 있습니다. 각 웰은 주어진 테스트 패드에 대한 관통 구멍에 해당; 첫 번째 우물은 입구에 가장 가깝습니다. 이 그림은 스미스, 외19에서 수정하고 화학의 왕립 협회의 허가와 함께 복제되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

애일리테 딥 앤 와이프의 차이점
LEU 니트 URO 프로 pH BLO (BLO) SG KET GLU
딥 앤 와이프 4 ± 0 2 ± 0 4 ± 0.53 2 ± 0.53 4 ± 0 5 ± 0 3 ± 0.53 4 ± 0.49 3 ± 0.58 n/a
5 μL 3*± 0 2 ± 0 3* ± 0 3* ± 0.49 3* ± 0 3* ± 0 2* ± 0.53 4 ± 0.38 1* ± 0 7
10 μL 3* ± 0.38 2 ± 0 4 ± 0 2 ± 0 3* ± 0.38 4* ± 0 1* ± 0.49 4 ± 0.49 2 ± 0.58 5
15 μL 4 ± 0 2 ± 0 4 ± 0.49 2 ± 0 4 ± 0.38 5 ± 0 2* ± 0.38 4 ± 0.49 3 ± 0.49 1
20 μL 4 ± 0 2 ± 0 4 ± 0.82 2 ± 0.53 4 ± 0.53 5 ± 0 2* ± 0.49 4 ± 0.49 3 ± 0 1

표 1: 다양한 증착 된 볼륨을 사용하여 중앙값과 표준 편차입니다. 심볼 ‡ 딥 앤 와이프 방법, 산업 표준으로 얻은 중앙값과 다른 중앙값을 나타낸다. 딥 앤 와이프 방법과 중앙값이 다른 총 별무 패드 수는 맨 오른쪽 열에 보고됩니다. 참고 결과는 사용된 모든 딥스틱에 대해 누적됩니다. LEU: 백혈구, NIT: 아질산염, URO: 비로빌리노겐, PRO: 단백질, BLO: 혈액, SG: 특정 중력, 케톤, 글루: 포도당. 이 테이블은 스미스, 외19에서 수정되었으며 왕립 화학 협회의 허가하에 재현되었습니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

전통적인 딥스틱 소변은 저렴하고 편리하지만 정확한 결과를 산출하기 위해 세부 사항에 수동주의가 필요합니다. 수동 딥스틱 소변은 가변 조명 조건, 개별 색상 지각 차이 및 교차 오염의 영향을 받습니다. 많은 클리닉과 병원은 이미 소변 딥스틱 분석을 자동화할 수 있는 계측기를 가지고 있지만, 기기는 일반적으로 부피가 크고 비싸며 여전히 딥 와이프 방법의 적절한 성능에 의존합니다. 또한 이러한 계측기는 정확한 결과를 위해 매년 교정 및 유지 보수가 필요합니다.

프로토콜은 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해 필요한 디스틱 소변 분석(예: 시험 패드에 액체 분배, 시작 타이밍, 조명 제어 및 기준 표준과의 정량적 비교)과 관련된 몇 가지 중요한 단계를 자동화하고 제어합니다. 이를 위해, 장치의 설계와 관련된 프로토콜의 중요한 단계는 원하는 볼륨에 관통 구멍의 크기와 일치하는 단계 1.4.3, 1.1.4, 1.4.7 및 1.1.5를 포함, 딥스틱과 통해 구멍을 정렬하는 정지의 적절한 배치를 보장, 표시기로 사용되는 QR 코드의 적절한 배치를 보장하고 경전에 의해 영향을받지 않는 것을 보장 각각. 또한, 슬라이드를 통한 소변의 전달 및 딥스틱에 후속 증착은 사용되는 물질의 표면 특성에 크게 의존한다. 따라서, 비소수성 표면이 베이스 플레이트, 상단 플레이트 및 슬라이드에 사용되는 경우, 적절한 양의 소수성 스프레이를 적용하는 것이 중요하다. 슬라이드의 관통 구멍의 내부 표면이 분사되어 액체가 미끄러진 후 딥스틱 패드에 떨어질 수 있도록 하는 것이 특히 중요합니다.

프로토콜은 스루 홀의 치수 와 간격을 변경하여 다른 딥스틱 브랜드와 함께 사용하도록 쉽게 수정할 수 있습니다. 딥스틱에 적용된 부피는 슬라이드를 조작하는 데 사용되는 아크릴의 두께(베이스 플레이트의 선반 두께에 상응하는 변화와 함께) 또는 관통 구멍의 크기를 변경하여 수정할 수 있습니다. 함께 제공되는 소프트웨어 앱을 사용하면 이름과 판독 타이밍을 수정하여 사용된 딥스틱 브랜드에 맞게 조정할 수 있습니다.

현재 장치는 3D 프팅 베이스 플레이트와 레이저 컷 상단 플레이트를 결합하여 플레이트 슬리브를 형성합니다. 이러한 제조 방법 모두 저렴하며 재료 선택을 수정할 수 있습니다. 휴대 전화와 딥스틱을 제외하고 현재 장치에 사용되는 아크릴은 약 $ 0.85이며 3D 인쇄 베이스 플레이트에 사용되는 재료는 장치 당 약 $ 1.50의 비용이 듭니다. 우리가 사용하는 베이스 플레이트는 아크릴로니톨 부타디엔 스티렌 (ABS)에서 3D 인쇄되어 있지만 단단하고 단단한 표면을 형성하는 다른 폴리머도 적합합니다. 예를 들어, 아크릴19에서완전히 제작된 플레이트 슬리브를 사용하여 장치의 버전을 만들 수 있다. 폴리디메틸실리옥산(PDMS)과 같은 엘라스토머 소재는 낮은 강성이 유리 표면을 슬라이딩하는 것과 덜 호환되지 않기 때문에 부피 제어 설계에 중요한 미끄러짐 동작을 가능하게 하기 때문에 바람직하지 않다.

현재 프로토콜의 한 가지 중요한 제한은 슬라이드 및 플레이트 슬리브에 적용된 소수성 코팅이 빈번한 사용으로 벗겨질 수 있다는 것입니다. 3-4 테스트 실행 후 소수성 코팅은 종종 전송된 부피를 벗겨내고 변경하여 결과의 정확도를 감소시킵니다. 향후 방법 수정에는 자연적으로 소수성인 보다 내구성이 뛰어난 소수성 코팅 또는 물질의 사용을 포함할 수 있습니다. 또한, 아크릴 결합은 반복된 시험 도중 또한 약화될 수 있습니다. 그러나 장치의 저렴한 비용으로 필요에 따라 여러 인쇄를 만들고 다시 접착할 수 있습니다. 따라서, 슬라이드는 재사용 가능한 부분으로 간주될 수 있다.

또 다른 제한은 패드의 소수성 특성으로 인해 소변으로 포도당 패드를 포화할 수 없다는 것입니다. 따라서 자동화 된 장치로 액체를 부분적으로 흡수합니다. 우리는 이것이 결과의 정확도를 감소시키는 것을 찾아냈다, 그러나 카메라 보기 영역이 포도당 시험 패드의 가장자리가 아닌 중간에서 데이터를 캡처할 수 있도록 단계 2.9의 주의 깊은 실행이 필요합니다. 향후 작업은 테스트에 있는 모든 딥스틱 시약 패드에 소수성을 특징으로 하지 않는 다른 브랜드의 딥스틱을 통합하여 이 문제를 해결할 수 있습니다.

이 방법은 사용자 오류에 기여하는 주요 단계를 제어함으로써 훈련되지 않은 개인이 수행한 결과의 정확도를 높이고 홈 테스트에 적합합니다. 사용 가능한 다른 소변 분석 애플 리 케이 션 과는 달리7,8,9,시스템은 딥 스틱 테스트의 어떤 브랜드에 수정. 이 장치는 재사용 가능하며 스마트폰에서 소비하는 전원 외부에서 사용할 수 있는 전원이 필요하지 않습니다. 미래에, 우리는 프로토콜이 참을성 있는 자기 시험에 순종할 수 있다는 것을 구상합니다. 딥스틱 테스트 결과의 정확성을 보장함으로써 환자는 표준 임상 소변 검사와 관련된 장벽없이 자신의 소변을 더 자주 모니터링 할 수 있습니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgments

이 작품은 도로시 J. 윙필드 필립스 총장 교수 교부 펠로우십에 의해 지원되었다. 에밀리 키트는 NSF GRFP의 지원을 받았습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Kavuru, V., et al. Dipstick analysis of urine chemistry: benefits and limitations of dry chemistry-based assays. Postgraduate Medicine. 5481, (2019).
  3. Pugia, M. J. Technology Behind Diagnostic Reagent Strips. Laboratory Medicine. 31, 92-96 (2000).
  4. Dungchai, W., Chailapakul, O., Henry, C. S. Electrochemical detection for paper-based microfluidics. Analytical Chemistry. 81, 5821-5826 (2009).
  5. 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).
  6. Urisys 1100 Analyzer. Available from: https://diagnostics.roche.com/us/en/products/instruments/urisys-1100.html (2020).
  7. 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).
  8. Shen, L., Hagen, J. A., Papautsky, I. Point-of-care colorimetric detection with a smartphone. Lab on a Chip. 12, 4240-4243 (2012).
  9. Ra, M. Smartphone-Based Point-of-Care Urinalysis under Variable Illumination. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 6, 1-11 (2018).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Zhang, D., Liu, Q. Biosensors and bioelectronics on smartphone for portable biochemical detection. Biosensors and Bioelectronics. 75, 273-284 (2016).
  13. Choi, K., et al. Smartphone-based urine reagent strip test in the emergency department. Telemedicine and e-Health. 22, 534-540 (2016).
  14. 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).
  15. Vashist, S., Schneider, E., Luong, J. Commercial Smartphone-Based Devices and Smart Applications for Personalized Healthcare Monitoring and Management. Diagnostics. 4, 104-128 (2014).
  16. Inui. Available from: https://www.inuihealth.com/inui/home (2020).
  17. Healthy.io. Available from: https://healthy.io/ (2020).
  18. Scanwell. Available from: https://www.scanwellhealth.com (2020).
  19. 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).
  20. Du, W., Li, L., Nichols, K. P., Ismagilov, R. F. SlipChip. Lab on a Chip. 9, 2286-2292 (2009).
홈 테스트를 위한 저비용 볼륨 제어 디프스틱 소변기
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kight, E., Hussain, I., Bowden, A. K. Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing. J. Vis. Exp. (171), e61406, doi:10.3791/61406 (2021).More

Kight, E., Hussain, I., Bowden, A. K. Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing. J. Vis. Exp. (171), e61406, doi:10.3791/61406 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter