Summary
בדיקת שתן דיפסטיק היא שיטה מהירה ובמחיר סביר להערכת מצב הבריאות האישי של אדם. אנו מציגים שיטה לביצוע בדיקת שתן דיפסטיק מדויקת וזולה המסירה את מקורות השגיאה העיקריים הקשורים לפרוטוקולי טבילה ונגב מסורתיים והיא פשוטה מספיק לביצוע על ידי משתמשים שוכבים בבית.
Abstract
בדיקת שתן Dipstick מספקת הערכה מהירה ובמחיר סביר של תנאים פיזיולוגיים מרובים, אך דורש טכניקה טובה ואימונים להשתמש במדויק. ביצועים ידניים של בדיקת שתן dipstick מסתמכת על ראיית צבע אנושית טובה, בקרת תאורה נכונה והשוואות מועדות לשגיאות לצבעי תרשים. על ידי אוטומציה של השלבים העיקריים בבדיקת בדיקת השתן dipstick, מקורות פוטנציאליים של שגיאה ניתן לבטל, המאפשר בדיקה עצמית בבית. אנו מתארים את השלבים הדרושים ליצירת מכשיר הניתן להתאמה אישית לביצוע בדיקות אוטומטיות של בדיקת שתן בכל סביבה. המכשיר זול לייצור ופשוט להרכבה. אנו מתארים את השלבים העיקריים הכרוכים בהתאמה אישית של זה עבור dipstick של בחירה עבור התאמה אישית של אפליקציית טלפון נייד כדי לנתח את התוצאות. אנו מדגימים את השימוש בו לביצוע בדיקת שתן ודנים בצעדי המדידות וההמצאה הקריטיים הדרושים כדי להבטיח פעולה איתנה. לאחר מכן אנו משווים את השיטה המוצעת לשיטת הטבילה והמגבון, טכניקת תקן הזהב לבדיקת שתן דיפסטיק.
Introduction
שתן הוא מקור לא פולשני של אינדיקטורים מטבוליים מרובים של מחלה או בריאות. בדיקת שתן, ניתוח פיזי ו /או כימי של שתן, יכול להתבצע במהירות כדי לזהות מחלת כליות, מחלת בדרכי השתן, מחלת כבד, סוכרת, הידרציה כללית1. דיפסטיקים של בדיקת שתן הם כלי אבחון חצי כמותיים במחיר נוח, המסתמכים על שינויים צבעיים כדי להצביע על רמות פיזיולוגיות משוערות. כל דיפסטיק יכול לבצע מגוון רחב של מבחנים כולל בדיקות pH, osmolality, המוגלובין / מיוגלובין, המטוריה, לויקוציטים אסטראז, גלוקוז, פרוטאינוריה, ניטריט, קטון, ו בילירובין2. העיקרון של בדיקת שתן dipstick מסתמך על התרחשות של תגובה בזמן שדרכו שינוי צבע על כרית דיפסטיק ניתן להשוות תרשים כדי לקבוע ריכוז אנלייט3. בהינתן הכדאיות שלהם ואת קלות השימוש, dipsticks הם אחד הכלים הנפוצים ביותר עבור בדיקת שתן בתחום הבריאות.
באופן מסורתי, בדיקת שתן dipstick מסתמכת על אחות מיומנת או טכנאי רפואי כדי להכניס באופן ידני את הדיפסטיק לתוך כוס דגימת שתן, לנגב שתן עודף, ולהשוות את רפידות הצבע לצבעי תרשים בזמנים ספציפיים. בעוד ששיטת הטבילה והמגבה היא תקן הזהב לניתוח דיפסטיק, הסתמכותה על הערכה חזותית אנושית מגבילה את המידע הכמותי שניתן להשיג. יתר על כן, שני השלבים הידניים של בדיקת שתן dipstick – שלב לנגב לטבול השוואת תוצאה colorimetric – דורשים טכניקה מדויקת, אשר מגביל את האפשרות של בדיקות אמינות בהגדרות הבית על ידי חולים ישירות. זיהום צולב של רפידות המדגם עקב ניגוב עלול לגרום לשינויי צבע לא מדויקים. בנוסף, אמצעי אחסון לא עקביים הנובעים מחוסר בקרת עוצמה במהלך ניגוב עלולים לגרום למדידה לא נכונה של ריכוזי ניתוח. חשוב לציין שהזמן בין טבילת השתן (כלומר, תחילת הבדיקה) לבין השוואה לתרשים הוא קריטי לניתוח מדויק של התוצאות והוא מקור פוטנציאלי עצום לטעויות אנוש. הקושי בהשוואה צבעית ידנית הוא כי רפידות רבות יש לקרוא בו זמנית, בעוד רפידות מסוימות נקראות בזמנים שונים. אפילו השוואות צבעים מתוזמנת בצורה מושלמת עדיין תלויות בחדות החזותית של הקורא האנושי, שעלול לסבול מעיוורון צבעים או לתפוס צבעים שונים בסביבות תאורה שונות4. אתגרים אלה מדגישים מדוע רופאים יכולים להסתמך רק על בדיקת שתן dipstick המבוצעת על ידי כוח אדם מיומן. עם זאת, מערכת אוטומטית של בדיקת שתן יכולה לטפל בכל החששות הנ"ל על ידי ביטול הצורך בצעדי ניגוב ידניים, שילוב בקרות תזמון, והפעלת השוואות צבעים בו זמנית עם הפניות צבע מכוילות. זה, בתורו, יפחית את שגיאת המשתמש, המאפשר אימוץ אפשרי בהגדרות הבית.
ב -20 השנים האחרונות, מנתחים אוטומטיים הועסקו כדי לקרוא את התוצאות של בדיקות שתן dipstick עם דיוק זהה או עולה על ניתוח חזותי5. מרפאות רבות ומשרדי רופאים משתמשים במכונות כאלה כדי לנתח ולהדפיס במהירות תוצאות דיפסטיק מסורתיות. רוב מכונות בדיקת השתן למזער שגיאות בדיקה חזותית ולהבטיח עקביות בתוצאות6. הם קלים לשימוש ויעילים יותר מבדיקה ידנית אך עדיין דורשים מהמשתמש לבצע את שיטת ניגוב המטבל כראוי. לפיכך, מכונות אלה יש יכולת מוגבלת להיות מופעל על ידי אנשים לא מאומנים כגון משתמשים בבית; יתר על כן, הם יקרים מאוד.
לאחרונה, טלפונים סלולריים התגלו ככלי תושייה למדידות צבע ביולוגיות שונות7,8,9,10, כולל עבור בדיקת שתן11,12,13. בהתחשב ביכולות החישה מרחוק שלהם ורזולוציית הדמיה גבוהה, טלפונים סלולריים הפכו למכשירים אנליטיים יעילים בתחום הבריאות14,15. ואכן, ה-FDA פינה מספר בדיקות שתן ביתי מבוססות סמארטפון16,17,18. חלק מהמוצרים המסחריים החדשים המבוססים על סמארטפון משלבים דיפסטיקים מבוססים של בדיקת שתן, בעוד שאחרים כוללים רפידות צבעוניות קנייניות. כל המוצרים האלה כוללים שיטות קנייניות לכיול עבור תנאי תאורה שונים על פני סוגי טלפונים שונים. ובכל זאת, בעיה עם פתרונות אלה היא שהמשתמש חייב לצלם תמונה באופן ידני בזמן הנכון בנוסף לביצוע שיטת ניגוב ידנית נכונה (כלומר, ללא זיהום צולב). יש לציין כי אף אחת מהבדיקות הללו אינה שולטת בנפח המופקד על הדיפסטיקים, אשר מצאנו שיכול להשפיע על שינוי הצבע19 ולפרש תוצאה פיזיולוגית. הפערים והעלויות הנוכחיים בתהליכי העבודה של מכשירים אלה מצביעים על צורך נוסף לאפשר הליך תצהיר שתן ללא בני אדם ומבוקר נפח וצילום דיפסטיק ללא ידיים.
אנו מתארים פרוטוקול לבדיקת שתן דיפסטיק אוטומטית ומבוקרת נפח ללא צורך בצעד ידני של ניגוב טבילה. המפתח לתהליך האוטומטי הוא מכשיר19 שעיקרון הבסיס שלו מבוסס על SlipChip20 ומעביר נוזלים בין שכבות שונות באמצעות אפקטים כימיים של פני השטח. בקצרה, הציפוי ההידרופובי במגלשת ההעברה ושרוול הצלחת שמסביב מכריחים את הנוזל לנוע ללא מאמץ דרך המכשיר ולשחרר על משטח הדיפסטיק ברגע שהמגלשה נמצאת במצבה הסופי, ובשלב זה המחסום ההידרופובי התחתון מוחלף באוויר. בנוסף, התיבה המתואמת לחסימת אור מתקן את תנאי התאורה, את זווית הראייה של המצלמה ואת המרחק למיקוד המצלמה כדי להבטיח תוצאות מדויקות וחוזרות על עצמן שאינן מושפעות מתנאי תאורת הסביבה. אפליקציית תוכנה נלווית הופכת את לכידת התמונות והניתוח הצבעוני לאוטומטיים. לאחר תיאור הפרוטוקול, אנו מספקים תוצאות מייצגות של בדיקת בדיקת השתן בתנאים שונים. השוואות לשיטת ניגוב המטבל הסטנדרטית ממחישות את האמינות של השיטה המוצעת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. לפברק ולהרכיב את מכשיר בדיקת השתן
- פברקו את לוח הבסיס (איור 1A).
- השתמש בתוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD) כדי לצייר אזור מלבני עם ממדים 2.1641 ב- x 0.0547 ב- x 6.3828 אינץ' (W x H x L) באמצעות הכלי polyline.
- למדוד את אזור הבדיקה (אזור מלבני המקיף את המרחק בין הפנקס הראשון והאחרון ואת רוחב הרפידות) על הדיפסטיק.
הערה: מידע זה נחוץ כדי לצייר את חורי הדרך המחזיקים את הדיפסטיק במקום ולהפריד את הנוזל בין הרפידות (כדי למנוע זיהום צולב). - הוסף חורי דרך המחקים את הגודל והמיקום של כל משטח בדיקה באזור הבדיקה.
- צייר שני מדפים צדדיים מוגבהים המודדים 2.1641 ב- x 0.6797 אינץ' (W x L).
- צייר עצירה (0.1172 אינץ' ב- 0.2109 אינץ' (W x L)) באמצעות הכלי polyline כדי להקל על היישור בין לוח הבסיס לשקופית. העצירה צריכה להיות ניצבת אל המדפים ומונעת פיזית את המעבר של המגלשה מעבר לרפידות דיפסטיק השתן.
- בחר את השורות עבור העצירה והמדף כדי ליצור אזור אחד באמצעות הפקודה Region. השתמש בפקודה Extrude כדי להעלות את האזור עד לגובה של 0.0703 אינץ'. חזור על שלב זה בצד השני של ההתקן.
- צור חריץ (0.1895 אינץ' על-ידי 0.3500 אינץ' (W x L)) בשני המדפים כדי להקל על היישור עם התיבה. מקם אותו 0.466 פנימה מהקצה התחתון של המדף. השתמש בפקודה Region כדי ליצור מלבן ולהפוך את גובה ההבלטה ל- 0.1250 אינץ'.
- השתמש בפקודה חיסור מלא, בחר התקן, הקש Enter, בחר את אזור החריץ והקש Enter. חזור על הפעולה בצד השני של ההתקן.
הערה: הצורה תוסר מהמכשיר. - הדפס את לוח הבסיס על מדפסת תלת-ממד וחול את אזור הפנים העליון בין המדפים עם נייר זכוכית כדי להחסיל את פני השטח.
הערה: ליטוש חשוב כדי שהציפה ההידרופובית תוכל לדבוק בלוח הבסיס בצורה מאובטחת. - מדביקים את המדפים בסרט הדבקה (כדי להימנע מריסוס המדפים) ומרססים את לוחית הבסיס בתרסיס הידרופובי. החל כמה (4-8) מעילים של מעיל הבסיס על צלחת הבסיס. החזק את יכול כ 8-12 סנטימטרים מן צלחת הבסיס בעת ריסוס. המכשיר צריך להיות מראה לבן חלבי על ייבוש.
התראה: בצע את הוראות היצרן לקבלת מיקום מתאים ו- PPE עבור ריסוס. - המתן 30 דקות לפני החלת המעיל העליון מספר פעמים (6-8x). אפשרו לצלחת הבסיס להתייבש במשך 12 שעות לפני השימוש. הסר את הקלטת מהמדפים.
- פברקו את הצלחת העליונה (איור 1B).
- צייר אזור מלבני כדי למדוד 2.05 אינץ' x 5.470 אינץ' (W x L) בתוכנת CAD באמצעות הכלי polyline.
- הוסף חור עובר מלבני ("צופה דרך חור") מעט גדול יותר מגודל אזור הבדיקה של הדיפסטיק (למשל, 0.230 ב x 3.147 אינץ' (W x L)). מקם אותו 0.921 פנימה מלמעלה, 1.165 פנימה משמאל ו- 1.165 פנימה מהקצוות הימניים של הצלחת העליונה.
- צייר חור-עובר שני ("חור התוך") בגודל 0.075 ב- x 3.146 אינץ' (W x L). מקם אותו 0.236 פנימה מהקצה התחתון, 1.737 פנימה מהקצה העליון ו- 1.162 אינץ' מהקצוות השמאליים והימניים של הצלחת העליונה.
- חותכים את הצלחת העליונה מחתיכת אקריליק שקוף עם חותך לייזר. נגב את כל האבק או הפסולת שנותרו.
- פברקו את כיסוי המפרצון (איור 1B).
- צייר אזור מלבני עם ממדים 0.247 ב- x 3.3378 אינץ' (W x L) בתוכנת CAD באמצעות הכלי polyline. הוסף שני חורים עגולים בקוטר של 0.127 בכ- 0.073 פנימה משני קצות כיסוי המפרצון, אחד משני הצדדים.
- חותכים את כיסוי כניסת מחתיכת אקריליק ברור עם חותך לייזר.
- פברק את השקופית (איור 1C)
- צייר אזור מלבני בתוכנת CAD המודדת 2.771 ב- x 0.0625 ב- x 5.000 אינץ' (W x H x L) באמצעות הכלי polyline.
- הוסף חורי דרך התואמים למיקום של כל משטח בדיקה באזור הבדיקה. צייר את ה- 0.105 הראשון בחור מרובע כדי לחפוף למיקום של משטח הבדיקה הראשון: 1.096 אינץ' מהקצה השמאלי והימני של השקופית, 0.960 אינץ' מהקצה העליון ו- 1.681 אינץ' מהקצה התחתון. הוסף עוד חורים לפי הצורך (בדרך כלל 10 סה"כ) עבור המותג הנבחר dipstick של בחירה. רווח כל חור דרך הבא על ידי מדידת המרחק בין רפידות הבדיקה על דיפסטיק.
הערה: גודל החורים יש חשיבות על מנת להפקיד את הנפח הנכון של נוזל על כרית dipstick. עבור המותג שלנו של dipstick, יצרנו חורים אשר להפקיד 15 ul על כל כרית דיפסטיק. - חותכים את השקופית מחתיכת אקריליק ברור באמצעות חותך לייזר. נגב את כל האבק או הפסולת שנותרו.
- מרססים את החלק הקדמי של המגלשה בתרסיס הידרופובי. החל מספר מעילים (6-8x) של מעיל בסיס על השקופית. החזק את הפחית במרחק של כ- 8-12 מהשקופית בעת הריסוס.
- המתן 30 דקות לפני החלת המעיל העליון מספר פעמים (8-12x). אפשר לשקופית להתייבש במשך 12 שעות לפני השימוש.
- הורד קוד QR ממחולל קוד QR מקוון והדפס את הקוד הרצוי על נייר עם גיבוי דביק. מקם את קוד ה- QR 0.17 מימין לחור הראשון לאורך אותה שורה כמו כל החורים העוברים.
הערה: כל עוד קוד ה-QR צמוד לחורים, מיקום מדויק אינו חשוב. - השתמש בקלטת שקופה כדי לכסות את קוד ה- QR ולאבטח אותו בשקופית.
- להרכיב את המפרצון ואת שרוול הצלחת (איור 1D).
- פברק את המפרצון באמצעות מלט אקרילי כדי להדביק את כיסוי המפרצון על הלוח העליון שבו נמצא חור המפרצון. חכה 24-48 שעות כדי לאבטח את החלקים.
- מרססים את החלק האחורי של הצלחת העליונה בתרסיס הידרופובי לאחר כיסוי החבית מחובר בבטחה לצלחת העליונה. מניחים את הצלחת העליונה במהופך. החל את מעיל הבסיס הראשון מספר פעמים (4-8x).
- החזיקו את התרסיס במרחק של 8-12 אינץ' מהצלחת העליונה והמתינו 30 דקות לייבוש. החל את המעיל העליון מספר פעמים (6-8x). אפשר את הצלחת העליונה להתייבש במשך 12 שעות לפני השימוש.
- להרכיב את שרוול הצלחת (צלחת עליונה משולבת צלחת בסיס) על ידי הדבקת הצלחת העליונה הושלמה אל המדפים של צלחת הבסיס עם מלט אקרילי. שני החלקים קלים ליישור על ידי בדיקה חזותית, כמו הקצה התחתון של הצלחת העליונה יתיישר עם זה של צלחת הבסיס. יש למרוח מלחציים על מדף לוח הבסיס כדי לאבטח אותו במהלך הייבוש ולהמתין 24-48 שעות לפני השימוש, בהתאם להוראות היצרן.
- צור את מדבקת התרשים.
- הורד את תרשים הצבעים עבור המותג של dipstick מאתר האינטרנט של היצרן.
- פתח את הקובץ שהורדת בתוכנת עורך גרפיקה.
- פתח את הקובץ הדיגיטלי עבור תבנית הלוח העליון ששימשה בעבר עבור חותך הלייזר (שלב 1.2 של פרוטוקול זה) בתוכנת עורך גרפיקה.
- צור את תיבות הצבע עבור מדבקת התרשים על-ידי התאמת תיבות צבע מתרשים הצבע של היצרן. בחר את בלוק הצבע הראשון בתרשים היצרן באמצעות כלי הטפטפת בתוכנת עורך הגרפיקה ולאחר מכן השתמש בכלי צורת התיבה כדי ליצור צורת תיבה באותו צבע בתבנית הלוח העליונה, באותה שורה שבה ימוקם משטח הדיפסטיק. חזור על פעולה זו עבור כל בלוק צבע התואם לכל שורת כרית.
- מחקו את השכבות המשויכות לתבנית הלוח העליון.
- הדפס את מדבקת התרשים כמדבקת ויניל עם שירות הדפסת מדבקות מקוון. הנח את מדבקת התרשים על שרוול הלוח ויישר אותה עם כל חור.
- פברק את התיבה (איור 1E).
- צייר את שתי חתיכות התיבה הארוכות (חלקים "a" ו- "b") בתוכנת CAD כמלבנים עם מידות של 4.92 ב- x 6.63 אינץ' (W x L). הוסף גזירה לחלק א' שבמרכזו הקצה התחתון בגודל 0.2 אינץ' x 6.11 אינץ' (W x L).
- צייר את שתי חתיכות התיבה הצרות (חלקים "d" ו- "e") בתוכנת CAD כמלבנים עם מידות בגודל 1.805 ב- x 6.63 אינץ' (W x L).
- צייר את התיבה העליונה (חלק "c") כמלבן עם מידות 1.805 ב- x 6.63 (W x L). צייר את "חור-עובר ההדמיה" בחלק העליון: 0.74 אינץ' x 0.910 אינץ' (W x L), מיקום 3.17 אינץ' מלמטה, 2.53 אינץ' מלמעלה, 0.65 אינץ' מהקצה הימני ו- 0.42 אינץ' מהקצה השמאלי.
הערה: יש לבחור את המיקום המדויק של חור ההדמיה דרך על בסיס הטלפונים הסלולריים שישמשו לניתוח. - צייר כל פיסת תיבה כדי להציג תבנית של קצוות שלובים שיאפשרו לכל צידי התיבה להיצמד זה לזה בכל קצה כמתואר באיור 1D. כדי ליצור תבנית קצה משתלבת, החלף תבנית שחול/חדירה בקצה הארוך עם בליטות בגודל 0.135 אינץ' ב- 1.17 אינץ' (W x L). צייר שתי שחולות על כל קצה ארוך עבור כל צד של התיבה. השתמש באותה תבנית שחול/חדירה עבור הקצה הקצר, אך עם חדירות בגודל 0.135 אינץ' ב- 0.460 אינץ' (W x L).
- חותכים את חמשת החלקים עם חותך לייזר או להדפיס אותם עם מדפסת 3D.
הערה: רכיב בחיתוך לייזר באמצעות חתיכות אקריליק יהיה זול לייצור וניתן לשטח אותו למשלוח קל. השתמש אקריליק שחור כפי שהוא מועיל לספוג אור מפוזר במהלך הבדיקה. - הוסף נייר בנייה בצבע שחור לפני התיבה כדי למנוע פיזור מן הפלאש במהלך ניתוח תמונה אם חומר התיבה יש גימור מבריק.
2. הכן את הבדיקה
- הורד את היישום הנייד UrineTest מ GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp).
- התקן את האפליקציה בטלפון נייד.
הערה: שלב זה צריך להיעשות רק פעם אחת עבור כל השימושים העתידיים של טלפון נתון. במידת הצורך, אפשר למצב מפתח בטלפון לעשות זאת. - הפעל את יישום בדיקת השתן בטלפון (איור 2A).
- קרא את ההוראות לשינוי שמות האנליסטים ותזמוני הקריאה (איור 2B) כך שיתאימו לאלה של ה- dipstick של העניין (בהתבסס על מפרטי היצרן) והוסף קלט חדש דרך חלון מחזיק הטקסט על המסך (איור 2C).
הערה: זמן הקריאה הדרוש עבור כל כרית דיפסטיק יהיה תלוי במותג של הדיפסטיק המשמש. - להרכיב את הרכיבים השונים יחד ולהכניס את הדיפסטיק לתוך החורים שמתחת לשרוול הצלחת(איור 1F).
- מניחים את שרוול הצלחת בתוך התיבה כך חריץ שלה מיושר עם מרווח התיבה.
- הנח את השקופית בתוך שרוול הלוחית כך שהבורות הפנימיים שלה יתיישרו עם המפרצון.
- הנח את הטלפון בחלק העליון של התיבה כאשר עדשת המצלמה האחורית פונה אל חור הצפייה כדי לאפשר הדמיה. ודא שנראות המצלמה אינה חסימה על-ידי בדיקת התמונה במסך הטלפון לפני הבדיקה. האפליקציה תאפשר את הפנס בטלפון באופן אוטומטי.
- קראו את ההוראה ליישור הטלפון (איור 2D) ויישרו את הטלפון בהתאם כך שהדיפסטיק יעלה בקנה אחד עם גבולות הכיסוי המלבני השחור על המסך (איור 2E).
- לחץ על לחצן התחל בחלון האפליקציה כדי להתחיל בבדיקה.
הערה: פעולה זו תפתח את מצלמת הטלפון כדי לקרוא את קוד ה- QR פעם אחת בתצוגה (איור 2F).
3. ביצוע הבדיקה
- הפקדת שתן לתוך חור הכניסה עם צינור העברת פוליאתילן חד פעמי המכיל כ 0.5 מ"ל של שתן (איור 3).
הערה: הכמות המדויקת של נוזל אינה חשובה, אבל זה צריך להיות לפחות 0.5 מ"ל כדי להבטיח כי כל החורים דרך לקבל שתן מספיק. לאחר הוספת הנוזל, שימו לב שהוא נע על פני הכניסה ומופקד בכל חור של המגלשה. - ליזום את הבדיקה על ידי דחיפת השקופית לתוך שרוול הצלחת עד שהוא נעצר על ידי עצירת צלחת הבסיס.
הערה: שתן צריך ליצור קשר עם כרית dipstick כאשר קוד QR הוא בשדה הראייה של הטלפון הסלולרי. לאחר קריאת קוד ה-QR, היישום יפתח חלון לניתוח שינויי הצבע (איור 2G) ויציג את התוצאות באופן אוטומטי באותו חלון (איור 2H). - להשליך את השתן כראוי ולנקות את שרוול הצלחת ולהחליק עם 10% אקונומיקה פתרון לשטוף שוב עם מים מיונים. אפשר לו להתייבש לפני שימוש נוסף.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 4 מדגים כיצד השתן מועבר לדיפסטיק במהלך בדיקת שתן. במהלך בדיקה טיפוסית, העברת שתן אינה ניתנת לצפייה מכיוון שהתיבה מונעת את הנוף. לאחר שהדגימה מופקדת במפרצון באמצעות פיפטה (שלב 3.1), היא תמלא את החורים בשקופית (איור 4A). איור 4B ואיור 4C, בהתאמה, מציגים את התנועה המתקדמת של השתן על פני שרוול הצלחת ואחרי שהשקופית יוצרת קשר עם העצירה. שים לב כי מגע של השתן עם דיפסטיק מוביל לתגובה עיוורת ושינוי צבע על רפידות דיפסטיק.
איור 5 מדגים בעיה פוטנציאלית שעלולה להתעורר אם המשטחים להעברת השתן (כלומר, פטה בסיס, צלחת עליונה ומגלשה) אינם מצופים מספיק בתרסיס הידרופובי. איור של שקופית מצופה היטב ומצופה היטב מוצג באיור 5A. אם הם מצופים בצורה גרועה, ניתן להבחין בפסים (המוצגים על-ידי חצים לבנים באיור 5B)במהלך שלב ההזזה המפחית את הדיוק של עוצמת הקול המועברת. בנוסף, ניתן להבחין בכשל של השקופית להעביר את השתן לדיפסטיק(איור 5C),והשתן עשוי להישאר בחורים גם כאשר השקופית מוסרת מהמכשיר. שלבים אלה מדגישים את החשיבות של קבלת כיסוי ספריי טוב (שלבים 1.1.8, 1.4.4, 1.5.3 ו- 1.5.4). אם יש חששות לגבי כיסוי ספריי או אם אתה מבחין שגיאות ביצועים אלה, עדיף לחדש את צלחת הבסיס, צלחת עליונה להחליק.
בדיקת בדיקת שתן בוצעה עם סמארטפון איכותי: טלפון 1 (רזולוציית תמונה: 8000 פיקסלים x 6000 פיקסלים). תוצאות מייצגות מוצגות באיור 6. ערכנו בדיקות עם מים דה מיוננים ושתן מסחרי (הן הרכב סטנדרטי והן עם גלוקוז גבוה). רפידות הצבע על שינוי הדיפסטיק בזמן בתגובה לתגובה הצבעונית של השתן עם האנליטים בדיפסטיק. קווי השגיאה באיור 6 מייצגים את סטיית התקן שהניבה במשך שלוש מדידות רצופות של כל דגימה שתועדה על-ידי שני הטלפונים החכמים. איור 6A מתווה את התגובה של משטח הסוכר לאורך זמן לתנאי הבדיקה השונים. עבור המותג של dipstick בשימוש, זמן הקריאה המומלץ למדידת גלוקוז הוא 30 שניות. כצפוי, צבע הדיפסטיק אינו משתנה במרווח זמן זה למים, הערך הסופי של השתן הסטנדרטי תואם לרמת סף הגלוקוז "הרגילה" בדרכי השתן (160-180 מ"ג /ד"ל), והערך הסופי של מצב "גלוקוז גבוה" גבוה מעל הערך הרגיל. חשוב לציין, שים לב שהערך הנכון לא יושג עד 30 שניות, מה שממחיש את החשיבות של הגדרת מרווח זמן קריאת התזמון כראוי בשלב 2.8. אותו ניסוי בוצע עם סמארטפון אחר בעל רזולוציית תמונה נמוכה יותר: טלפון 2 (רזולוציית תמונה: 3264 פיקסלים x 2448 פיקסלים). בשל ההבדל ברזולוציית המצלמה, ניכר הבדל משמעותי מהתוצאות הקודמות בצבע ובאיכות התמונה בעת לכידת תמונות של החלונית dipstick, כפי שמוצג באיור 6B. ההבדלים במפרטי הפנס תורמים גם הם להבדלים באיכות התמונה. מאיור 6ניתן לראות ששני הטלפונים מניבים מגמות דומות בשינוי הצבע לאורך זמן, אם כי הצבעים שזוהו בפועל שונים. אלגוריתם התאמת הצבעים המשמש את יישום הטלפון החכם לבדיקת בדיקת השתן מניב את אותן תוצאות עבור ריכוזי הניתוח, למרות ההבדלים במראה הפיזי של צבעי רפידות הדיפסטיק. עקביות התוצאות נובעת מהשימוש במדבקת התרשים כתרשים עזר לניתוח. מכיוון שגם מדבקת התרשים וגם המדבקה נלכדים באותם תנאי תאורה ואיכות תמונה, יישום הסמארטפון מעריך את רכיבי (R,G,B) ואת הפרש הצבעים הן של ריבוע הייחוס והן של משטח הדיפסטיק באופן דומה לשני הטלפונים החכמים. תוצאות אלה מאשרות כי הפרוטוקול המתואר בכתב יד זה אינו תלוי במודל הסמארטפון, כל עוד הן תרשים צבע הייחוס והן הדיפסטיק דימויים תחת אותה סביבה.
הערכנו בעבר את הדיוק של מכשיר בדיקת השתן האוטומטי על ידי השוואה עם שיטות טבילה ונגב מסורתיות באמצעות תקן שתן מסחרי19. טבלה 1 משווה את התוצאות המתקבלות עם שתי הבדיקות. ניתן לראות כי הדיוק של המערכת תלוי בנפח המועבר לכל כרית דיפסטיק. התוצאות המדויקות ביותר התקבלו כאשר מכשיר בדיקת השתן האוטומטי תוכנן להעביר 15 μL של שתן; לכן, חיוני שהמכשיר יעביר את נפח השתן הנדרש במדויק ובעקביות לרפידות הדיפסטיק. תוצאות מייצגות כדי לאמת את העקביות של המכשיר על ידי העברת נפח μL 15 של דגימות שתן על פני שבעה ניסויים שונים מוצגים באיור 7. סטיית התקן הכוללת נמצאה מתחת ל- 0.5 μL, הנמצא בטווח של 4% מערך היעד. התוצאות מאשרות כי המכשיר מסוגל להעביר במדויק ובעקביות microliters של שתן כדי לבצע את הבדיקה.
איור 1: ציורים סכמטיים של רכיבי התקן. A)צלחת בסיס. B) כיסוי צלחת ומפרצון עליון, המודבקים יחד בשלב 1.5.1. C) שקופית וקוד QR משויך המשמש לבקרת תזמון. D) שרוול צלחת, נוצר על ידי הדבקת הצלחת העליונה אל המדפים של צלחת הבסיס בשלב 1.5.4. מדבקת התרשים לצד חור הצפייה מאפשרת ניתוח צבעים. E) קופסה. F) התקן מורכב. במהלך השימוש, טלפון נייד ממוקם על החלק העליון של התיבה, כך העדשה שלה פנס ממוקמים מעל ההדמיה דרך חור. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: תהליך הניתוח הצבעוני באמצעות האפליקציה. A) הסמל על מסך הטלפון "בדיקת שתן" נבחר כדי להפעיל את היישום. ב)חלון מוקפץ מודיע למשתמש לשנות את זמני הקריאה. ג)המשתמש מציין ידנית את שם האנלייט ואת זמני הקריאה. D) חלון מוקפץ כדי ליידע את המשתמש על יישור הטלפון. E) תמונה מייצגת של דיפסטיק מיושר כראוי לפני הבדיקה. F) צילום מסך לאחר הוספת השקופית ונראה שקוד ה- QR יוזם רכישת נתונים. G) המסך שנייה אחת לאחר תחילת הבדיקה. שכבות-העל הריבועיות השחורות מציגות למשתמש את המיקום המדויק שממנו האפליקציה אוספת פרטי פיקסלים. H) תוצאות בדיקת הדיפסטיק שהושלמה. תוצאות הבדיקה עם מקפים נחשבות לנורמליות עבור הדיפסטיק שנבחר. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: צילום המכשיר שהורכב בפעולה בתחילת בדיקת שתן. משתמש מתחיל את הבדיקה על ידי החדרת פיפטה עם שתן לתוך הכניסה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תהליך פנימי של תצהיר נוזלי על מבחן הדיפסטיק מתחילתו ועד סופו. A) החדרת השקופית לתוך שרוול הצלחת ויישור השקופית דרך חורים עם הכניסה יאפשר פיפטה העברה כדי לספק את השתן לתוך כל חור דרך של השקופית. ב) החלקת המגלשה דרך פנים שרוול הלוח מצופה הידרופובי מאפשרת הובלה נוזלית. ג) כאשר השקופית מגיעה לעצירה בלוח הבסיס, השתן מועבר לרפידות הבדיקה, וכתוצאה מכך שינויים צבעוניים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: בעיות אפשריות הקשורות להידרופוביות לא מספקת. A) שקופית עם וללא ציפוי מספיק. ב)הצגות שקופיות לא מצופות מספיק דולף במהלך שלב ההזזה. ג)שקופית מצופה מספיק אינה עוברת על רפידות הדיפסטיק גם לאחר שנמשכה חזרה מהמכשיר: הנוזל נשאר בשקופית דרך חורים, כפי שניתן לראות בהגדרתו בפינה הימנית התחתונה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: תוצאת בדיקת שתן עבור כרית הגלוקוז עם שני טלפונים חכמים שונים עבור שלושה סוגים של דגימות. A) מאפייני התגובה של כרית הגלוקוז לאורך זמן עבור תנאי הבדיקה השונים שנרשמו עם טלפון מצלמה ברזולוציה גבוהה מצלמה (טלפון1). ב)מאפייני התגובה של משטח הסוכר לאורך זמן עבור תנאי הבדיקה השונים שנרשמו עם טלפון מצלמה ברזולוציה נמוכה (טלפון 2). הקריאה ב- 30 שניות תואמת לתזמון הרצוי עבור היצרן. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: מספר טוב לעומת נפח ממוצע שהועבר. כל באר מתאימה חור דרך עבור כרית בדיקה נתון; הבאר הראשונה היא הקרובה ביותר למפרצון. נתון זה שונה מסמית', ואח'19 ושוחזר באישור החברה המלכותית לכימיה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
| אנלייט (אנליט) | הבדלים מטבילה ונגב | |||||||||
| לאו (לאו) | ניט (NIT) | אורו (URO) | מקצוען מקצועי | מספר עמודים | BLO BLO | ס"ג (שני) | KET (KET) | גלו (GLU) | ||
| טבילה ונגב | 4 ± 0 | 2 ± 0 | 4 ± 0.53 | 2 ± 0.53 | 4 ± 0 | 5 ± 0 | 3 ± 0.53 | 4 ± 0.49 | 3 ± 0.58 | לא/א |
| 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 |
טבלה 1: ערכים חציוניים וסטיות תקן עבור ניתוח באמצעות אמצעי אחסון שונים שהופקדו. הסמל ‡ מציין ערכים חציוניים השונים מהחציון המתקבל בשיטת הטבילה והמגבון, תקן התעשייה. המספר הכולל של רפידות ניתוח שהחציון שלהן שונה משיטת הטבילה והמגבה מדווח בעמודה הימנית הקיצונית. הערה התוצאות הן מצטברות עבור כל dipsticks בשימוש. LEU: לויקוציטים, NIT: ניטריט, URO: אורובילינוגן, PRO: חלבון, BLO: דם, SG: כבידה ספציפית, KET: קטונים, GLU: גלוקוז. טבלה זו שונתה מסמית', ואח '19 ושוחזרה באישור החברה המלכותית לכימיה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בדיקת שתן דיפסטיק מסורתית היא סבירה ונוחה אך דורשת תשומת לב ידנית לפרטים כדי להניב תוצאות מדויקות. בדיקת שתן דיפסטיק ידנית כפופה לתנאי תאורה משתנים, הבדלי תפיסת צבע אינדיבידואליים וזיהום צולב. מרפאות ובתי חולים רבים כבר יש מכשירים כדי להפוך ניתוח dipstick שתן, אבל המכשירים הם בדרך כלל מגושם, יקר, ועדיין להסתמך על ביצועים נאותים של שיטת לטבול לנגב. בנוסף, מכשירים אלה דורשים כיול שנתי ותחזוקה לקבלת תוצאות מדויקות.
הפרוטוקול הופך ושולט במספר שלבים חשובים הכרוכים בבדיקת שתן דיפסטיק (למשל, חלוקת נוזלים לרפידות הבדיקה, עיתוי ההתחלה, שליטה בתאורה והשוואה כמותית עם תקן הייחוס), הנחוצה להשגת תוצאות אמינות. למטרה זו, שלבים קריטיים בפרוטוקול מתייחסים לעיצוב ההתקן כוללים שלבים 1.4.3, 1.1.4, 1.4.7 ו- 1.1.5, התואמים את גודל החורים לנפח הרצוי, מבטיחים מיקום תקין של העצירות כדי ליישר את החורים עם הדיפסטיק, מבטיחים מיקום תקין של קוד ה- QR המשמש כמחוון התזמון ומבטיחים שהבדיקה לא תושפע מהאור בהתאמה. בנוסף, העברת שתן דרך המגלשה ותצהיר לאחר מכן על הדיפסטיק תלויים מאוד במאפייני פני השטח של החומרים המשמשים. לפיכך, אם משטחים שאינם הידרופוביים משמשים עבור צלחת הבסיס, את הצלחת העליונה ואת המגלשה, חשוב ליישם כמות נאותה של תרסיס הידרופובי. זה קריטי במיוחד כדי להבטיח כי המשטחים הפנימיים של חורי דרך של השקופית רוססו כך הנוזל יירד כרית dipstick לאחר החלקה.
ניתן לשנות בקלות את הפרוטוקול לשימוש עם מותגים אחרים של דיפסטיקים על ידי שינוי הממדים והמרווחים של החורים. ניתן לשנות את עוצמת הקול המוחלת על הדיפסטיק גם על ידי שינוי עובי האקריליק המשמש לייצור השקופית (עם שינויים תואמים בעובי המדפים של לוח הבסיס) או בגודל החורים. אפליקציית התוכנה הנלווית מאפשרת למשתמש לשנות את השמות ותזמוני הקריאה כדי ליישר קו עם אלה עבור המותג של dipstick בשימוש.
ההתקן הנוכחי משלב לוח בסיס בהדפסה תלת-ממדית ולוח עליון חתוך בלייזר ליצירת שרוול צלחת. שתי שיטות ייצור אלה הן סבירות, ואת הבחירות החומריות ניתן לשנות. למעט הטלפון והדיפסטיק, האקריליק המשמש במכשיר הנוכחי עולה כ- $0.85, והחומר המשמש בלוח הבסיס המודפס בתלת-ממד עולה בסביבות $1.50 למכשיר. למרות לוח הבסיס השתמשנו הוא 3D מודפס מן styrene butadiene אקרילוניטריל (ABS), פולימרים אחרים היוצרים משטח קשה ונוקשה מתאימים גם. לדוגמה, גרסה של המכשיר יכולה להתבצע באמצעות שרוול צלחת מפוברק לחלוטין אקריליק19. חומרים אלסטומריים כגון polydimethylsilioxane (PDMS) אינם רצויים מכיוון שהנוקשות הנמוכה שלהם תואמת פחות להזזת משטח זכוכית כדי לאפשר את פעולת ההחלקה הקריטית לעיצוב בקרת העוצמה.
מגבלה חשובה אחת של הפרוטוקול הנוכחי היא כי ציפוי הידרופובי להחיל על שקופית שרוול צלחת עשוי לקלף עם שימוש תכוף, הגבלת היציבות של המכשיר לאורך זמן. לאחר 3-4 ריצות בדיקה, הציפויים ההידרופוביים לעתים קרובות לקלף ולשנות את נפח מועבר, פוטנציאל להפחית את הדיוק בתוצאות. שינויים עתידיים בשיטה יכולים לכלול שימוש בציפוי הידרופובי עמיד יותר או חומרים הידרופוביים באופן טבעי. בנוסף, מליטה אקרילית עלולה להיחלש במהלך בדיקות חוזרות ונשנות גם כן. העלות הנמוכה של ההתקן, לעומת זאת, מאפשרת לבצע הדפסות מרובות ולהדביק אותן מחדש לפי הצורך. לפיכך, השקופית עשויה להיחשב כחלק הניתן לשימוש חוזר.
מגבלה נוספת היא חוסר היכולת להרוות את כרית הגלוקוז בשתן בשל האופי ההידרופובי של הפנקס. ככזה, הוא סופג נוזלים רק באופן חלקי עם המכשיר האוטומטי. לא מצאנו כי זה הפחית את הדיוק של התוצאה, אבל זה דורש ביצוע זהיר של שלב 2.9 כדי להבטיח את אזור הצפייה במצלמה לוכדת נתונים מהאמצע, לא את הקצוות של משטח בדיקת הגלוקוז. עבודה עתידית עשויה לטפל בבעיה זו על ידי שילוב מותג אחר של dipstick שאינו כולל הידרופוביות על רפידות ריאגנט דיפסטיק במבחן.
על ידי שליטה בצעדים העיקריים התורמים לשגיאת משתמש, שיטה זו מאפשרת דיוק מוגבר בתוצאות המבוצעות על ידי אנשים שאינם מיומנים ומתאימה לבדיקות ביתיות. שלא כמו אפליקציות ניתוח שתן אחרות הזמינות7,8,9, המערכת ניתנת לשינוי לכל מותג של בדיקת דיפסטיק. ההתקן ניתן לשימוש חוזר ואינו דורש חשמל לשימוש מחוץ לחשמל הנצרך על-ידי הטלפון החכם. בעתיד, אנו צופים כי הפרוטוקול יכול להיות נוח לבדיקות עצמיות סבלניות. על ידי הבטחת הדיוק בתוצאות בדיקת דיפסטיק, חולים עשויים לפקח על השתן שלהם בתדירות גבוהה יותר ללא המחסומים הקשורים לתרגול ניתוח שתן קליני סטנדרטי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו מומנה על ידי מלגת הפקולטה ע"ש דורותי ג'יי ווינגפילד פיליפס. אמילי קיפ מומנה על ידי NSF GRFP.
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 |
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).
