עלות נמוכה, דיפסטיק מבוקר נפח שתן לבדיקה ביתית
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.
Protocol
Representative Results
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, י…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי מלגת הפקולטה ע”ש דורותי ג’יי ווינגפילד פיליפס. אמילי קיפ מומנה על ידי 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).
