انخفاض التكلفة، حجم التحكم في تحليل البول Dipstick لاختبار المنزل
Summary
تحليل البول Dipstick هو وسيلة سريعة وبأسعار معقولة لتقييم الحالة الصحية الشخصية للمرء. نحن نقدم طريقة لإجراء تحليل البول dipstick دقيقة ومنخفضة التكلفة أن يزيل المصادر الرئيسية للخطأ المرتبطة التقليدية تراجع ومسح البروتوكولات وبسيطة بما يكفي ليتم تنفيذها من قبل المستخدمين العاديين في المنزل.
Abstract
تحليل البول Dipstick يوفر تقديرات سريعة وبأسعار معقولة من الظروف الفسيولوجية متعددة ولكن يتطلب تقنية جيدة والتدريب لاستخدامها بدقة. يعتمد الأداء اليدوي للتحلل البولي للغمس على رؤية جيدة للألوان البشرية ، والتحكم المناسب في الإضاءة ، ومقارنات عرضة للخطأ وحساسة للوقت مع ألوان المخطط. من خلال أتمتة الخطوات الرئيسية في اختبار تحليل البول dipstick ، يمكن القضاء على المصادر المحتملة للخطأ ، مما يسمح بالاختبار الذاتي في المنزل. نحن نصف الخطوات اللازمة لإنشاء جهاز قابل للتخصيص لإجراء اختبار تحليل البول الآلي في أي بيئة. الجهاز رخيص لتصنيع وبسيطة لتجميع. نحن نصف الخطوات الرئيسية التي ينطوي عليها تخصيصه للمعيار الاختياري وتخصيص تطبيق للهاتف المحمول لتحليل النتائج. نحن نثبت استخدامه لإجراء تحليل البول ومناقشة القياسات الحرجة وخطوات التصنيع اللازمة لضمان التشغيل القوي. ثم نقارن الطريقة المقترحة بطريقة الغمس والمسح ، وهي تقنية معيار الذهب لتحلل البول.
Introduction
البول هو مصدر غير الغازية من مؤشرات التمثيل الغذائي متعددة من المرض أو الصحة. تحليل البول، والتحليل البدني و / أو الكيميائي للبول، ويمكن إجراء بسرعة للكشف عن أمراض الكلى، وأمراض المسالك البولية، وأمراض الكبد، ومرض السكري، والترطيب العام1. إن مصابيح تحليل البول هي أدوات تشخيصية شبه كمية بأسعار معقولة تعتمد على التغيرات في قياس الألوان للإشارة إلى المستويات الفسيولوجية التقريبية. يمكن لكل عصا ديبستيك أداء مجموعة واسعة من المقايسات بما في ذلك اختبار الأسي رقم حاء، osmolality، الهيموجلوبين / الميوجلوبين، الهيماتوريا، استراز الكريات البيض، الجلوكوز، بروتينية، نيتريت، كيتون، والبيليروبين2. يعتمد مبدأ تحليل البول على حدوث رد فعل موقوت يمكن من خلاله مقارنة تغيير اللون على لوحة ال dipstick بمخطط لتحديد تركيز التحليل3. نظرا لقدرة هذه المقاييس على تحمل التكاليف وسهولة استخدامها، فإنها تعد واحدة من أكثر الأدوات شيوعا للتحلل البولي في مجال الرعاية الصحية.
تقليديا، يعتمد تحليل البول على ممرضة مدربة أو فني طبي لإدخال عصا الغمس يدويا في كوب من عينة البول، ومسح البول الزائد، ومقارنة منصات الألوان برسم الألوان في أوقات محددة. في حين أن طريقة الغمس والمسح هي المعيار الذهبي لتحليل عصا الغمس ، فإن اعتمادها على التقييم البصري البشري يحد من المعلومات الكمية التي يمكن الحصول عليها. وعلاوة على ذلك، فإن الخطوتين اليدويتين من تحليل البول dipstick – خطوة تراجع مسح ومقارنة النتيجة colorimetric – تتطلب تقنية دقيقة، مما يحد من إمكانية اختبار موثوق بها في البيئات المنزلية من قبل المرضى مباشرة. يمكن أن يسبب التلوث المتبادل لمنصات العينة بسبب المسح تغييرات غير دقيقة في اللون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي الأحجام غير المتسقة الناتجة عن عدم التحكم في مستوى الصوت أثناء المسح إلى قياس غير صحيح لتركيزات التحليل. الأهم من ذلك ، فإن الوقت بين غمس البول (أي بداية الفحص) والمقارنة مع الرسم البياني أمر بالغ الأهمية للتحليل الدقيق للنتائج وهو مصدر محتمل كبير للخطأ البشري. الصعوبة في المقارنة colorimetric اليدوي هو أن العديد من منصات يجب أن تقرأ في نفس الوقت، في حين تقرأ بعض منصات في أوقات مختلفة. حتى مقارنات الألوان في الوقت المناسب تماما لا تزال تعتمد على حدة البصر من القارئ البشري، الذين قد يعانون من عمى الألوان أو إدراك ألوان مختلفة في بيئات الإضاءة المختلفة4. تؤكد هذه التحديات لماذا يمكن للأطباء الاعتماد فقط على تحليل البول ثنائي العصا الذي يقوم به الموظفون المدربون. ومع ذلك ، يمكن لنظام تحليل البول الآلي معالجة جميع المخاوف المذكورة أعلاه عن طريق القضاء على الحاجة إلى خطوات مسح الانخفاض اليدوي ، ودمج ضوابط التوقيت ، وتمكين مقارنات الألوان المتزامنة مع مراجع الألوان المعايرة. وهذا بدوره من شأنه أن يقلل من خطأ المستخدم، مما يسمح بالتبني المحتمل في البيئات المنزلية.
في السنوات ال 20 الماضية ، تم استخدام محللين تلقائيين لقراءة نتائج اختبارات البول dipstick بنفس الدقة أو تجاوز التحليل البصري5. تستخدم العديد من العيادات ومكاتب الأطباء هذه الآلات لتحليل وطباعة النتائج التقليدية لعصا الانخفاض بسرعة. معظم آلات تحليل البول تقليل أخطاء الفحص البصري وضمان الاتساق في النتائج6. فهي سهلة الاستخدام وأكثر كفاءة من التفتيش اليدوي ولكن لا تزال تتطلب من المستخدم لتنفيذ طريقة تراجع مسح بشكل صحيح. وبالتالي، فإن هذه الآلات لديها قدرة محدودة على أن يشغلها أشخاص غير مدربين مثل المستخدمين في المنزل؛ وعلاوة على ذلك، فهي مكلفة للغاية.
في الآونة الأخيرة ، ظهرت الهواتف المحمولة كأداة الحيلة لمختلف القياسات colorimetricالبيولوجية 7،8،9،10، بما في ذلك تحليل البول11،12،13. نظرا لقدرات الاستشعار عن بعد وارتفاع دقة التصوير ، أصبحت الهواتف المحمولة فعالة الأجهزة التحليلية الرعاية الصحية14،15. في الواقع، وقد مسح ادارة الاغذية والعقاقير العديد من اختبارات البول المنزلية القائمة على الهاتف الذكي16،17،18. تتضمن بعض المنتجات التجارية الجديدة القائمة على الهواتف الذكية أعواد تراجع تحليل البول الراسخة ، في حين تتميز منتجات أخرى بمنصات ملونة خاصة. تتميز جميع هذه المنتجات بأساليب خاصة لمعايرة ظروف الإضاءة المختلفة عبر أنواع الهواتف المختلفة. ومع ذلك ، فإن مشكلة في هذه الحلول هي أنه يجب على المستخدم التقاط صورة يدويا في الوقت المناسب بالإضافة إلى تنفيذ طريقة مسح الغمس اليدوية المناسبة (أي دون تلوث متقاطع). وتجدر الإشارة إلى أن أيا من هذه الاختبارات التحكم في حجم المودعة على dipsticks، والتي وجدنا يمكن أن تؤثر على تغيير اللون19 وتفسير النتيجة الفسيولوجية. وتشير الثغرات والتكاليف الحالية في سير عمل هذه الأجهزة إلى حاجة إضافية لتمكين إجراء ترسب البول الخالي من البشر والتحكم في الحجم والتصوير الفوتوغرافي بعصا الغمس بدون استخدام اليدين.
نحن نصف بروتوكولا للتحكم في الحجم ، وتحليل البول الآلي دون الحاجة إلى خطوة يدوية لمسح الانخفاض. مفتاح العملية الآلية هو جهاز19 الذي يستند المبدأ الأساسي على SlipChip20 والذي ينقل السائل بين طبقات مختلفة باستخدام تأثيرات كيمياء السطح. باختصار ، يجبر الطلاء الكاره للماء على شريحة النقل وكم اللوحة المحيط السائل على التحرك دون عناء من خلال الجهاز والإفراج عنه على لوحة dipstick بمجرد أن تكون الشريحة في وضعها النهائي ، وعند هذه النقطة يتم استبدال الحاجز المائي السفلي بالهواء. بالإضافة إلى ذلك، يقوم صندوق حجب الضوء المنسق بتوحيد ظروف الإضاءة وزاوية عرض الكاميرا والمسافة لتركيز الكاميرا لضمان نتائج دقيقة وقابلة للتكرار لا تتأثر بظروف الإضاءة المحيطة. يقوم تطبيق البرامج المصاحب بأتمتة التقاط الصور وتحليل الألوان. بعد وصف البروتوكول، نقدم نتائج تمثيلية لاختبار تحليل البول في ظل ظروف مختلفة. وتبين المقارنات مع الطريقة القياسية لمسح الانخفاض موثوقية الطريقة المقترحة.
Protocol
Representative Results
Discussion
تحليل البول dipstick التقليدية بأسعار معقولة ومريحة ولكن يتطلب الاهتمام اليدوي بالتفاصيل لتحقيق نتائج دقيقة. يخضع تحليل البول اليدوي للانارة المتغيرة واختلافات إدراك الألوان الفردية والتلوث المتبادل. العديد من العيادات والمستشفيات لديها بالفعل أدوات لأتمتة تحليل عصا البول ، ولكن الأدوات ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل من قبل زمالة دوروثي ج. وينغفيلد فيليبس كلية المستشار. تم تمويل إميلي كيت من قبل 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).
