Goedkope, volumegestuurde peilstok urineonderzoek voor thuistests
Summary
Peilstok urineonderzoek is een snelle en betaalbare methode om iemands persoonlijke gezondheidstoestand te beoordelen. We presenteren een methode om nauwkeurige, goedkope peilstok urineonderzoek uit te voeren die de primaire bronnen van fouten verwijdert die verband houden met traditionele dip-and-wipe-protocollen en eenvoudig genoeg is om thuis door lekengebruikers te worden uitgevoerd.
Abstract
Peilstok urineonderzoek biedt snelle en betaalbare schattingen van meerdere fysiologische aandoeningen, maar vereist een goede techniek en training om nauwkeurig te gebruiken. Handmatige prestaties van peilstok urineonderzoek zijn afhankelijk van een goed menselijk kleurenzicht, een goede verlichtingsregeling en foutgevoelige, tijdgevoelige vergelijkingen met grafiekkleuren. Door de belangrijkste stappen in de peilstok urineonderzoek te automatiseren, kunnen potentiële bronnen van fouten worden geëlimineerd, waardoor zelftesten thuis mogelijk zijn. We beschrijven de stappen die nodig zijn om een aanpasbaar apparaat te maken om geautomatiseerde urineonderzoeken uit te voeren in elke omgeving. Het apparaat is goedkoop te produceren en eenvoudig te monteren. We beschrijven de belangrijkste stappen die nodig zijn om het aan te passen voor de peilstok van uw keuze en voor het aanpassen van een mobiele telefoon-app om de resultaten te analyseren. We demonstreren het gebruik ervan om urineonderzoek uit te voeren en bespreken de kritische metingen en fabricagestappen die nodig zijn om een robuuste werking te garanderen. Vervolgens vergelijken we de voorgestelde methode met de dip-and-wipe methode, de gouden standaardtechniek voor peilstok urineonderzoek.
Introduction
Urine is een niet-invasieve bron van meerdere metabolische indicatoren van ziekte of gezondheid. Urineonderzoek, de fysische en/of chemische analyse van urine, kan snel worden uitgevoerd om nierziekte, urinewegaandoeningen, leverziekte, diabetes mellitus en algemene hydratatie op te sporen1. Urineonderzoek dipsticks zijn betaalbare, semi-kwantitatieve diagnostische instrumenten die vertrouwen op colorimetrische veranderingen om geschatte fysiologische niveaus aan te geven. Elke peilstok kan een breed scala aan tests uitvoeren, waaronder testen op pH, osmolaliteit, hemoglobine / myoglobine, hematurie, leukocytenesterase, glucose, proteïnurie, nitriet, keton en bilirubine2. Het principe van peilstok urineonderzoek is gebaseerd op het optreden van een getijde reactie waardoor een kleurverandering op het peilstokkussen kan worden vergeleken met een grafiek om de analytconcentratie te bepalen3. Gezien hun betaalbaarheid en gebruiksgemak zijn peilstokjes een van de meest voorkomende hulpmiddelen voor urineonderzoek in de gezondheidszorg.
Traditioneel is peilstokurine afhankelijk van een getrainde verpleegkundige of medisch technicus om de peilstok handmatig in een kopje urinemonster te plaatsen, overtollige urine af te vegen en de kleurkussens te vergelijken met grafiekkleuren op specifieke tijden. Hoewel de dip-and-wipe-methode de gouden standaard is voor dipstickanalyse, beperkt de afhankelijkheid ervan van menselijke visuele beoordeling de kwantitatieve informatie die kan worden verkregen. Bovendien vereisen de twee handmatige stappen van peilstokonderzoek – de dip-wipe-stap en colorimetrische resultaatvergelijking – een nauwkeurige techniek, die de mogelijkheid van betrouwbare tests in thuisomgevingen door patiënten rechtstreeks beperkt. Kruisbesmetting van de monsterkussens als gevolg van afvegen kan onnauwkeurige kleurveranderingen veroorzaken. Bovendien kunnen inconsistente volumes als gevolg van het ontbreken van volumeregeling tijdens het afvegen leiden tot onjuiste meting van analytconcentraties. Belangrijk is dat de tijd tussen het onderdompelen van de urine (d.w.z. het begin van de test) en de vergelijking met een grafiek van cruciaal belang is voor een nauwkeurige analyse van de resultaten en een enorme potentiële bron van menselijke fouten is. De moeilijkheid bij handmatige colorimetrische vergelijking is dat veel pads tegelijkertijd moeten worden gelezen, terwijl sommige pads op verschillende tijdstippen worden gelezen. Zelfs perfect getijde kleurvergelijkingen zijn nog steeds afhankelijk van de gezichtsscherpte van de menselijke lezer, die kan lijden aan kleurenblindheid of verschillende kleuren kan waarnemen in verschillende verlichtingsomgevingen4. Deze uitdagingen onderstrepen waarom clinici alleen kunnen vertrouwen op peilstokonderzoek uitgevoerd door opgeleid personeel. Een geautomatiseerd urineonderzoekssysteem kan echter aan alle bovengenoemde problemen voldoen door de noodzaak van handmatige dip-wipe-stappen te elimineren, timingregelaars op te nemen en gelijktijdige kleurvergelijkingen met gekalibreerde kleurreferenties mogelijk te maken. Dit zou op zijn beurt de gebruikersfout verminderen, waardoor mogelijke acceptatie in thuisinstellingen mogelijk wordt.
In de afgelopen 20 jaar zijn automatische analysatoren gebruikt om de resultaten van peilstokurinetests met dezelfde nauwkeurigheid te lezen als of meer dan visuele analyse5. Veel klinieken en dokterspraktijken gebruiken dergelijke machines om snel traditionele peilstokresultaten te analyseren en af te drukken. De meeste urineonderzoeksmachines minimaliseren visuele inspectiefouten en zorgen voor consistentie in resultaten6. Ze zijn eenvoudig te gebruiken en efficiënter dan handmatige inspectie, maar vereisen nog steeds dat de gebruiker de dip-wipe-methode correct uitvoert. Daarom hebben deze machines een beperkte mogelijkheid om te worden bediend door ongetrainde personen zoals thuisgebruikers; bovendien zijn ze extreem duur.
Onlangs zijn mobiele telefoons naar voren gekomen als een vindingrijk hulpmiddel voor verschillende biologische colorimetrische metingen7,8,9,10, inclusief voor urineonderzoek11,12,13. Gezien hun remote sensing mogelijkheden en hoge beeldvorming resolutie, mobiele telefoons zijn uitgegroeid tot effectieve gezondheidszorg analytische apparaten14,15. Inderdaad, de FDA heeft verschillende smartphone-gebaseerde thuisurinetestsgewist 16,17,18. Sommige van de nieuwe op smartphones gebaseerde commerciële producten bevatten gevestigde urineonderzoekspeilstokken, terwijl andere zijn voorzien van gepatenteerde colorimetrische pads. Al deze producten zijn voorzien van gepatenteerde methoden om te kalibreren voor verschillende lichtomstandigheden in verschillende telefoontypen. Toch is een probleem met deze oplossingen dat de gebruiker handmatig een foto op het juiste moment moet maken naast het uitvoeren van een goede handmatige dip-wipe-methode (d.w.z. zonder kruisbesmetting). Met name geen van deze tests regelt het volume dat op de peilstokken wordt afgezet, waarvan we hebben vastgesteld dat het de kleurverandering19 kan beïnvloeden en fysiologisch resultaat kan interpreteren. De huidige hiaten en kosten in de workflows van deze apparaten suggereren een extra noodzaak om een mensvrije, volumegestuurde urinedepositieprocedure en handsfree peilstokfotografie mogelijk te maken.
We beschrijven een protocol voor volumegestuurde, geautomatiseerde peilstok urineonderzoek zonder dat er een handmatige dip-wipe stap nodig is. De sleutel tot het geautomatiseerde proces is een apparaat19 waarvan het onderliggende principe is gebaseerd op de SlipChip20 en dat vloeistof tussen verschillende lagen overbrengt met behulp van oppervlaktechemie-effecten. Kortom, de hydrofobe coating op de transferschuif en de omringende plaathuls dwingen de vloeistof moeiteloos door het apparaat te bewegen en op het peilstokkussen los te laten zodra de glijbaan zich in de eindpositie bevindt, waarna de onderste hydrofobe barrière wordt vervangen door lucht. Bovendien standaardiseert de gecoördineerde lichtblokkeringsbox de lichtomstandigheden, de beeldhoek van de camera en de afstand voor camerafocus om nauwkeurige en herhaalbare resultaten te garanderen die niet worden beïnvloed door omgevingslichtomstandigheden. Een bijbehorende software-app automatiseert het vastleggen van afbeeldingen en colorimetrische analyse. Na een beschrijving van het protocol geven we representatieve resultaten van de urinetest onder verschillende omstandigheden. Vergelijkingen met de standaard dip-wipe methode tonen de betrouwbaarheid van de voorgestelde methode aan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Traditionele peilstok urineonderzoek is betaalbaar en handig, maar vereist handmatige aandacht voor detail om nauwkeurige resultaten te leveren. Handmatige peilstok urineonderzoek is onderhevig aan variabele lichtomstandigheden, individuele kleurperceptieverschillen en kruisbesmetting. Veel klinieken en ziekenhuizen hebben al instrumenten om urinepeilstokanalyse te automatiseren, maar de instrumenten zijn meestal omvangrijk, duur en vertrouwen nog steeds op de juiste uitvoering van de dip-wipe-methode. Bovendien vereisen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de Dorothy J. Wingfield Phillips Chancellor Faculty Fellowship. Emily Kight werd gefinancierd door 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).
