Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Rimelig, volumkontrollert peilepinne urinalyse for hjemmetesting

doi: 10.3791/61406 Published: May 8, 2021

Summary

Peilepinne urinalyse er en rask og rimelig metode for å vurdere ens personlige helsetilstand. Vi presenterer en metode for å utføre nøyaktig, rimelig peilepinne urinalyse som fjerner de primære feilkildene forbundet med tradisjonelle dip-and-wipe-protokoller og er enkel nok til å utføres av lekbrukere hjemme.

Abstract

Peilepinne urinalyse gir raske og rimelige beregninger av flere fysiologiske forhold, men krever god teknikk og trening for å bruke nøyaktig. Manuell ytelse av peilepinne urinalyse er avhengig av god menneskelig fargesyn, riktig belysningskontroll og feilutsatte, tidssensitive sammenligninger med diagramfarger. Ved å automatisere de viktigste trinnene i peilepinne urinalyse testen, kan potensielle feilkilder elimineres, slik at selvtesting hjemme. Vi beskriver trinnene som er nødvendige for å lage en tilpassbar enhet for å utføre automatisert urinalysetesting i alle miljøer. Enheten er billig å produsere og enkel å montere. Vi beskriver de viktigste trinnene som er involvert i å tilpasse den for den valgte peilepinnen og for å tilpasse en mobilapp for å analysere resultatene. Vi demonstrerer bruken av den til å utføre urinalyse og diskutere de kritiske målingene og fabrikasjonstrinnene som er nødvendige for å sikre robust drift. Vi sammenligner deretter den foreslåtte metoden med dip-and-wipe-metoden, gullstandardteknikken for peilepinne urinalyse.

Introduction

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

Urin er en ikke-invasiv kilde til flere metabolske indikatorer på sykdom eller helse. Urinalyse, den fysiske og/eller kjemiske analysen av urin, kan utføres raskt for å oppdage nyresykdom, urinveissykdom, leversykdom, diabetes mellitus og generell hydrering1. Urinalysestiks er rimelige, semi-kvantitative diagnostiske verktøy som er avhengige av kolorimetriske endringer for å indikere omtrentlige fysiologiske nivåer. Hver peilepinne kan utføre et bredt utvalg av analyser, inkludert testing for pH, osmolalitet, hemoglobin /myoglobin, hematuri, leukocyttesterase, glukose, proteinuri, nitritt, keton og bilirubin2. Prinsippet om peilepinne urinalyse er avhengig av forekomsten av en tidsbestemt reaksjon der en fargeendring på peilepinneputen kan sammenlignes med et diagram for å bestemme analyttkonsentrasjon3. Gitt deres overkommelige og brukervennlighet, er peilepinner et av de vanligste verktøyene for urinalyse i helsevesenet.

Tradisjonelt er peilepinne urinalyse avhengig av en utdannet sykepleier eller medisinsk tekniker for å manuelt sette inn peilepinnen i en kopp urinprøve, tørke av overflødig urin og sammenligne fargeputene med kartfarger på bestemte tidspunkter. Mens dip-and-wipe-metoden er gullstandarden for peilepinneanalyse, begrenser avhengigheten av menneskelig visuell vurdering den kvantitative informasjonen som kan oppnås. Videre krever de to manuelle trinnene for peilepinne urinalyse - dip-wipe trinn og kolorimetrisk resultatsammenligning - nøyaktig teknikk, noe som begrenser muligheten for pålitelig testing i hjemmeinnstillinger av pasienter direkte. Krysskontaminering av prøveputene på grunn av tørking kan føre til unøyaktige fargeendringer. I tillegg kan inkonsekvente volumer som følge av mangel på volumkontroll under tørking føre til feil måling av analyttkonsentrasjoner. Viktigst, tiden mellom å dyppe urinen (dvs. starten på analysen) og sammenligning med et diagram er avgjørende for nøyaktig analyse av resultatene og er en stor potensiell kilde til menneskelig feil. Vanskeligheten med manuell kolorimetrisk sammenligning er at mange pads må leses samtidig, mens noen pads leses på forskjellige tidspunkter. Selv perfekt tidsbehandlede fargesammenligninger avhenger fortsatt av den menneskelige leserens synsskarphet, som kan lide av fargeblindhet eller oppfatte forskjellige farger i forskjellige lysmiljøer4. Disse utfordringene understreker hvorfor klinikere bare kan stole på peilepinne urinalyse utført av opplært personell. Et automatisert urinalysesystem kan imidlertid adressere alle de nevnte bekymringene ved å eliminere behovet for manuelle dypp-tørketrinn, inkorporere tidskontroller og muliggjøre samtidige fargesammenligninger med kalibrerte fargereferanser. Dette vil i sin tur redusere brukerfeil, noe som muliggjør mulig adopsjon i hjemmeinnstillinger.

I løpet av de siste 20 årene har automatiske analysatorer blitt brukt til å lese resultatene av peilepinne urinprøver med samme nøyaktighet som eller overskride visuell analyse5. Mange klinikker og legekontorer bruker slike maskiner til raskt å analysere og skrive ut tradisjonelle peilepinneresultater. De fleste urinalysemaskiner minimerer visuelle inspeksjonsfeil og sikrer konsistens i resultater6. De er enkle å bruke og mer effektive enn manuell inspeksjon, men krever fortsatt at brukeren utfører dip-wipe-metoden riktig. Derfor har disse maskinene begrenset evne til å bli drevet av utrente personer som hjemmebrukere; Dessuten er de ekstremt dyre.

Nylig har mobiltelefoner dukket opp som et ressurssterkt verktøy for ulike biologiske kolorimetriske målinger7,8,9,10, inkludert for urinalyse11,12,13. Gitt deres fjernmålingsevner og høy bildeoppløsning, har mobiltelefoner blitt effektive helseanalytiske enheter14,15. Faktisk har FDA ryddet flere smarttelefonbaserte urinprøver16,17,18. Noen av de nye smarttelefonbaserte kommersielle produktene inneholder etablerte urinalysestikser, mens andre har proprietære kolorimetriske pads. Alle slike produkter har proprietære metoder for å kalibrere for forskjellige lysforhold på tvers av forskjellige telefontyper. Likevel er et problem med disse løsningene at brukeren manuelt må ta et bilde til rett tid i tillegg til å utføre en riktig manuell dip-wipe-metode (dvs. uten krysskontaminering). Spesielt kontrollerer ingen av disse testene volumet som er avsatt på peilepinnene, som vi har funnet kan påvirke fargeendringen19 og tolket fysiologisk resultat. De nåværende hullene og kostnadene i arbeidsflytene til disse enhetene antyder et ekstra behov for å muliggjøre en menneskefri, volumkontrollert urinavsetningsprosedyre og håndfri peilepinnefotografering.

Vi beskriver en protokoll for volumkontrollert, automatisert peilepinne urinalyse uten behov for et manuelt dip-wipe trinn. Nøkkelen til den automatiserte prosessen er en enhet19 hvis underliggende prinsipp er basert på SlipChip20, og som overfører væske mellom forskjellige lag ved hjelp av overflatekjemieffekter. Kort sagt tvinger det hydrofobe belegget på overføringsskuffen og den omkringliggende platehylsen væsken til å bevege seg uanstrengt gjennom enheten og slippe ut på peilepinneputen når lysbildet er i sin endelige posisjon, og da er den nederste hydrofobe barrieren erstattet med luft. I tillegg standardiserer den koordinerte lysblokkeringsboksen lysforholdene, kameravinkelen og avstanden for kamerafokus for å sikre nøyaktige og repeterbare resultater som ikke påvirkes av omgivelseslysforholdene. En tilhørende programvare automatiserer opptak av bilder og kolorimetrisk analyse. Etter beskrivelse av protokollen gir vi representative resultater av urinalysetesten under forskjellige forhold. Sammenligninger med standard dip-wipe-metoden viser påliteligheten til den foreslåtte metoden.

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. Fremstille og montere urinalyseenheten

  1. Fremstille bunnplaten (Figur 1A).
    1. Bruk en CAD-programvare (computer-aided design) til å tegne et rektangulært område med dimensjonene 2,1641 x 0,0547 x 6,3828 in (B x H x L) ved hjelp av polystrekverktøyet.
    2. Mål testområdet (rektangulært område som omfatter avstanden mellom den første og siste puten og bredden på padsene) på peilepinnen.
      MERK: Denne informasjonen er nødvendig for å trekke gjennom hullene som holder peilepinnen på plass og skille væsken mellom putene (for å forhindre krysskontaminering).
    3. Legg til gjennomgående hull som etterligner størrelsen og plasseringen til hver testpute i testområdet.
    4. Tegn to hevede sidehyller som måler 2,1641 x 0,6797 x (B x L).
    5. Tegn et stopp (0,1172 x 0,2109 in (B x L)) ved hjelp av polystrekverktøyet for å lette justeringen mellom grunnplaten og lysbildet. Stoppet skal være vinkelrett på kantene og fysisk stoppe lysbildet fra å bevege seg passert urinstiks pads.
    6. Merk linjene for stoppet og kanten for å opprette ett område ved hjelp av kommandoen Region . Bruk kommandoen Ekstruder til å heve området opp til en høyde på 0,0703 in. Gjenta dette trinnet på den andre siden av enheten.
    7. Opprett et hakk (0,1895 x 0,3500 in (B x L)) på begge kantene for å lette justeringen med boksen. Plasser den 0,466 i fra den nederste kanten av kanten. Bruk kommandoen Region til å opprette et rektangel og gjøre ekstruderingshøyden 0,1250 i.
    8. Bruk kommandoen Solid Subtract , velg enhet, trykk ENTER, velg hakkområdet og trykk ENTER. Gjenta på den andre siden av enheten.
      MERK: Formen fjernes fra enheten.
    9. Skriv ut bunnplaten på en 3D-skriver og slip det øverste ansiktsområdet mellom kantene med sandpapir for å gjøre overflaten grovere.
      MERK: Sliping er viktig slik at det hydrofobe belegget kan feste seg sikkert til bunnplaten.
    10. Tape kantene med tape (for å unngå sprøyting av kantene) og spray bunnplaten med en hydrofob spray. Påfør flere (4-8) strøk av basecoaten på bunnplaten. Hold boksen ca. 8-12 tommer unna bunnplaten ved sprøyting. Enheten skal ha et melkehvitt utseende ved tørking.
      FORSIKTIG: Følg produsentens anvisninger for egnet plassering og personlig verneutstyr for sprøyting.
    11. Vent i 30 minutter før du påfører topplakken flere ganger (6-8x). La bunnplaten tørke i 12 timer før bruk. Fjern tapen fra kantene.
  2. Lag toppplaten (Figur 1B).
    1. Tegn et rektangulært område for å måle 2,05 x 5,470 x 5,470 in (B x L) i en CAD-programvare ved hjelp av polystrekverktøyet.
    2. Legg til et rektangulært gjennomgående hull ("visningshullet") litt større enn størrelsen på testområdet på peilepinnen (f.eks. 0,230 x 3,147 tommer (B x L)). Plasser den 0,921 fra toppen, 1,165 inn fra venstre og 1,165 inn fra høyre kant på topplaten.
    3. Tegn et ekstra gjennomgående hull (innløpshullet) i størrelse 0,075 x 3,146 tommer (B x L). Plasser den 0,236 fra nedre kant, 1,737 inn fra toppkanten og 1,162 inn fra venstre og høyre kant på topplaten.
    4. Klipp toppplaten fra et stykke klar akryl med en laserkutter. Tørk av eventuelt gjenværende støv eller rusk.
  3. Fremstille innløpsdekselet (Figur 1B).
    1. Tegn et rektangulært område med dimensjonene 0,247 x 3,3378 in (B x L) i en CAD-programvare ved hjelp av polystrekverktøyet. Tilsett to sirkulære gjennomgående hull med en diameter på 0,127 i ca. 0,073 tommer fra de to kantene på innløpsdekselet, ett på hver side.
    2. Klipp innløpsdekselet fra et stykke klar akryl med en laserkutter.
  4. Fremstille lysbildet (Figur 1C)
    1. Tegn et rektangulært område i CAD-programvare som måler mål 2,771 x 0,0625 x 5,000 x 5,000 i (B x H x L) ved hjelp av polystrekverktøyet.
    2. Legg til gjennomgående hull som samsvarer med plasseringen av hver testpute i testområdet. Tegn de første 0,105 i firkantet gjennomgående hull for å overlappe med plasseringen av den første testputen: 1,096 inn fra venstre og høyre kant av lysbildet, 0,960 inn fra den øvre kanten og 1,681 inn fra nedre kant. Legg til flere gjennomgående hull etter behov (vanligvis 10 totalt) for det valgte peilepinnemerket du velger. Fordel hvert neste gjennomgående hull ved å måle avstanden mellom testputene på peilepinnen.
      MERK: Størrelsen på gjennomgående hull er viktig for å kunne sette inn riktig væskevolum på peilepinneputen. For vårt merke av peilepinne laget vi hull som deponerer 15 ul på hver peilepinnepute.
    3. Klipp lysbildet fra et stykke klar akryl ved hjelp av en laserkutter. Tørk av eventuelt gjenværende støv eller rusk.
    4. Spray forsiden av lysbildet med en hydrofob spray. Påfør flere strøk (6-8x) basecoat på lysbildet. Hold boksen ca. 8-12 inne fra lysbildet ved sprøyting.
    5. Vent i 30 minutter før du påfører topplakken flere ganger (8-12x). La skredet tørke i 12 timer før bruk.
    6. Last ned en QR-kode fra en online QR-kodegenerator og skriv ut ønsket kode på papir med klebrig limunderlag. Plasser QR-koden 0,17 i fra høyre for det første gjennomgående hullet langs samme rad som alle gjennomhullene.
      MERK: Så lenge QR-koden ligger ved siden av gjennomhullene, er ikke nøyaktig plassering viktig.
    7. Bruk klar tape for å dekke QR-koden og feste den til lysbildet.
  5. Monter innløps- og platehylsen (Figur 1D).
    1. Fabriker innløpet ved hjelp av akrylsement for å lime innløpsdekselet på toppplaten der innløpshullet er plassert. Vent i 24-48 timer for å feste delene sikkert.
    2. Spray baksiden av toppplaten med en hydrofob spray når innløpsdekselet er sikkert festet til toppplaten. Plasser topplaten opp ned. Påfør den første basecoaten flere ganger (4-8x).
    3. Hold sprayen 8-12 tommer unna topplaten og vent i 30 minutter til den tørker. Påfør topplakken flere ganger (6-8x). La topplaten tørke i 12 timer før bruk.
    4. Monter platehylsen (kombinert topplate og bunnplate) ved å lime den ferdige topplaten til kantene på bunnplaten med akrylsement. De to brikkene er enkle å justere ved visuell inspeksjon, da bunnkanten av toppplaten vil justere seg etter grunnplatens. Påfør en klemme på bunnplatehyllene for å feste den under tørking og vent 24-48 timer før bruk, i henhold til produsentens anvisninger.
  6. Opprett diagrametiketten.
    1. Last ned fargekartet for peilepinnen fra produsentens nettsted.
    2. Åpne den nedlastede filen i en grafikkredigeringsprogramvare.
    3. Åpne den digitale filen for topplatemalen som tidligere ble brukt for laserkutteren (trinn 1.2 i denne protokollen) i en grafikkredigeringsprogramvare.
    4. Opprett fargeboksene for diagrametiketten ved å sammenligne fargebokser fra produsentens fargediagram. Velg den første fargeblokken i produsentens diagram med pipetteverktøyet i grafikkredigeringsprogrammet, og bruk deretter boksformverktøyet til å lage en boksfigur i samme farge på toppplatemalen, i samme rad som peilepinneputen skal plasseres. Gjenta dette for hver fargeblokk som tilsvarer hver padrad.
    5. Slett lagene som er knyttet til topplatemalen.
    6. Skriv ut diagrametiketten som et vinylklistremerke med en online klistremerkeutskriftstjeneste. Plasser diagrametiketten på platehylsen og juster den etter hvert gjennomgående hull.
  7. Lag esken (Figur 1E).
    1. Tegn de to langsidige boksstykkene (deler "a" og "b") i CAD-programvaren som rektangler med dimensjoner på 4,92 x 6,63 tommer (B x L). Legg til en utskjæring i del "a" midtstilt på den nederste kanten som måler 0,2 x 6,11 tommer (B x L).
    2. Tegn de to smalsidige boksstykkene (deler "d" og "e") i CAD-programvaren som rektangler med dimensjoner som måler 1,805 x 6,63 tommer (B x L).
    3. Tegn boksen øverst (del "c") som et rektangel med dimensjonene 1,805 x 6,63 (B x L). Tegn "bilde gjennomhullet" på toppen: 0,74 x 0,910 tommer (B x L), plassert 3,17 tommer fra bunnen, 2,53 tommer fra toppen, 0,65 tommer fra høyre kant og 0,42 tommer fra venstre kant.
      MERK: Den nøyaktige posisjonen til bildegjengivelseshullet bør velges på grunnlag av mobiltelefonene som skal brukes til analysen.
    4. Tegn hvert boksstykke slik at det har et mønster av sammenlåsende kanter som gjør at alle bokssidene kan festes sammen på hver kant som beskrevet i Figur 1D. Hvis du vil lage et kantmønster for låsing, kan du veksle mellom et ekstruderings-/inntrengingsmønster på langsiden med 0,135 x 1,17 in (W x L) fremspring. Tegn to profiler på hver lang kant for hver side av esken. Bruk samme ekstruderings-/inntrengingsmønster for kortsiden, men med inntrengninger som måler 0,135 x 0,460 in (B x L).
    5. Klipp de fem delene med en laserkutter eller skriv dem ut med en 3D-skriver.
      MERK: En laserkuttet komponent som bruker akrylstykker vil være billig å produsere og kan flates ut for enkel frakt. Bruk svart akryl, da det er nyttig å absorbere spredt lys under testing.
    6. Legg til svart fargekonstruksjonspapir i eskens interiør for å forhindre spredning fra blitsen under bildeanalyse hvis boksmaterialet har en glansfinish.

2. Forbered testen

  1. Last ned UrineTest-mobilapplikasjonen fra GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp).
  2. Installer appen på en mobiltelefon.
    MERK: Dette trinnet må bare gjøres én gang for all fremtidig bruk av en gitt telefon. Hvis det er nødvendig, kan du aktivere utviklerstatus på telefonen for å gjøre dette.
  3. Start UrinTest-applikasjonen i telefonen (Figur 2A).
  4. Les instruksjonene for å endre analyttnavnene og lesetidsberegningene (Figur 2B) slik at de samsvarer med dem som er av interesse for peilepinnen (basert på produsentens spesifikasjoner) og sett inn nye inndata via tekstholdervinduet på skjermen (Figur 2C).
    MERK: Den nødvendige avlesningstiden for hver peilepinnepute vil avhenge av hvilken peilepinne som brukes.
  5. Monter de ulike komponentene sammen og sett peilepinnen inn i gjennomhullene under platehylsen (Figur 1F).
  6. Plasser platehylsen inne i esken slik at hakket er på linje med boksgapet.
  7. Plasser gliden inne i platehylsen slik at gjennomhullene stemmer overens med innløpet.
  8. Plasser telefonen på toppen av esken med bakkameralinsen vendt mot visningshullet for å aktivere bildebehandling. Kontroller at kameraets synlighet ikke er okkludert ved å se etter bildet på telefonskjermen før testing. Appen vil aktivere lommelykten på telefonen automatisk.
  9. Les instruksjonene for telefonjustering (Figur 2D) og juster telefonen tilsvarende slik at peilepinnen sammenfaller med grensene for det svarte rektangulære overlegget på skjermen (Figur 2E).
  10. Klikk på Start-knappen i appvinduet for å starte testen.
    MERK: Dette åpner telefonkameraet for å lese QR-koden én gang i visningen (Figur 2F).

3. Utfør testen

  1. Deponer urinen i innløpshullet med en engangs polyetylenoverføringspipet som inneholder ca. 0,5 ml urin (figur 3).
    MERK: Den nøyaktige mengden væske er ikke viktig, men den bør være minst 0,5 ml for å sikre at alle gjennomgående hull får tilstrekkelig urin. Når du legger til væsken, må du observere at den beveger seg over innløpet og avsettes i hvert gjennomgående hull i lysbildet.
  2. Start testen ved å skyve gliden inn i platehylsen til den stoppes av bunnplatestoppet.
    MERK: Urinen skal komme i kontakt med peilepinneputen når QR-koden er i synsfeltet på mobiltelefonen. Etter å ha lest QR-koden, åpner programmet et vindu for å analysere fargeendringene (Figur 2G) og vise resultatene automatisk i samme vindu (Figur 2H).
  3. Kast urinen på riktig måte og rengjør tallerkenhylsen og skyv den med 10% blekemiddeloppløsning og skyll igjen med avionisert vann. La den tørke før ytterligere bruk.

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

Figur 4 viser hvordan urinen overføres til peilepinnen under en urinalysetest. Under en typisk test er overføring av urin ikke observerbar fordi boksen okkluderer utsikten. Når prøven er avsatt i innløpet ved hjelp av en pipette (trinn 3.1), vil den fylle hullene på lysbildet (Figur 4A). Figur 4B og figur 4Cviser henholdsvis den progressive bevegelsen av urinen over platehylsen og etter at lysbildet kommer i kontakt med stoppet. Legg merke til at kontakt av urinen med peilepinnen fører til en kolorimetrisk reaksjon og fargeendring på peilepinneputene.

Figur 5 viser et potensielt problem som kan oppstå hvis overflatene for overføring av urinen (dvs. base pate, topplate og lysbilde) ikke er tilstrekkelig belagt med hydrofob spray. En illustrasjon av et godt og dårlig belagt lysbilde er vist i figur 5A. Hvis den er dårlig belagt, kan man observere striper (vist med hvite piler i figur 5B) under glidetrinnet som reduserer nøyaktigheten til det overførte volumet. I tillegg kan man observere svikt i lysbildet for å overføre urinen til peilepinnen (figur 5C), og urinen kan forbli i gjennomhullene selv når lysbildet fjernes fra enheten. Disse trinnene understreker viktigheten av å oppnå god spraydekning (trinn 1.1.8, 1.4.4, 1.5.3 og 1.5.4). Hvis det er bekymringer for spraydekningen, eller hvis du observerer disse ytelsesfeilene, er det best å gjenskape bunnplaten, topplaten og lysbildet.

En urinalysetest ble utført med en smarttelefon av høy kvalitet: telefon 1 (bildeoppløsning: 8000 piksler x 6000 piksler). Representative resultater vises i figur 6. Vi utførte tester med avionisert vann og kommersiell urin (både standardsammensetning og med høy glukose). Fargeputene på peilepinnen endres i tide som svar på urinens kolorimetriske reaksjon med analyttene i peilepinnen. Feilfeltene i figur 6 representerer standardavviket som er gitt for tre påfølgende målinger av hver prøve registrert av de to smarttelefonene. Figur 6A plotter responsen for glukoseputen over tid for de forskjellige testforholdene. For merket av peilepinne som brukes, er anbefalt avlesningstid for glukosemålingen 30 sekunder. Som forventet endres ikke fargen på peilepinnen over dette intervallet for vann, den endelige verdien for standard urin samsvarer med det "normale" uringlukoseterskelnivået (160-180 mg / dl), og den endelige verdien for "høy glukose" -tilstanden er forhøyet over normalverdien. Vær oppmerksom på at den riktige verdien ikke oppnås før i 30 sekunder, noe som illustrerer viktigheten av å angi tidsberegningsavlesningsintervallet riktig i trinn 2.8. Det samme eksperimentet ble utført med en annen smarttelefon som hadde en lavere bildeoppløsning: telefon 2 (bildeoppløsning: 3264 piksler x 2448 piksler). På grunn av forskjellen i kameraoppløsning observeres en betydelig forskjell fra de forrige resultatene i bildefargen og -kvaliteten mens du tar bilder av peilepinnepanelet, som vist i figur 6B. Forskjellene i lommelyktspesifikasjoner bidrar også til forskjellene i bildekvalitet. Fra figur 6kan man se at begge telefonene gir lignende trender i fargeendringen over tid, selv om de faktiske fargene som oppdages, er forskjellige. Fargeavstemmingsalgoritmen som brukes av smarttelefonapplikasjonen til urinalysetesten gir de samme resultatene for analyttkonsentrasjonene, til tross for forskjeller i det fysiske utseendet til fargene på peilepinneputene. Konsekvensen i resultatene skyldes bruk av diagrametiketten som referansediagram for analysen. Siden både kartetiketten og peilepinnen er fanget under de samme lysforholdene og bildekvaliteten, evaluerer smarttelefonapplikasjonen (R, G, B) komponentene og fargeforskjellen til både referanseplassen og peilepinneputen på samme måte for begge smarttelefonene. Disse resultatene bekrefter at protokollen beskrevet i dette manuskriptet er uavhengig av smarttelefonmodellen, så lenge både referansefargediagrammet og peilepinnen er avbildet under samme miljø.

Vi har tidligere evaluert nøyaktigheten til den automatiserte urinalyseenheten ved å sammenligne med tradisjonelle dip-and-wipe-metoder ved hjelp av en kommersiell urinstandard19. Tabell 1 sammenligner resultatene som er oppnådd med de to testene. Det kan ses at nøyaktigheten av systemet avhenger av volumet som overføres til hver peilepinnepute. De mest nøyaktige resultatene ble oppnådd da den automatiserte urinalyseenheten ble designet for å overføre 15 μL urin; Derfor er det avgjørende at enheten overfører det nødvendige urinvolumet nøyaktig og konsekvent til peilepinneputene. Representative resultater for å validere konsistensen av enheten ved å overføre 15 μL volum urinprøver over syv forskjellige studier er vist i figur 7. Det totale standardavviket ble funnet å være under 0,5 μL, som er innenfor 4% rekkevidde av målverdien. Resultatene bekrefter at enheten er i stand til nøyaktig og konsekvent å overføre mikroliter av urin for å utføre testen.

Figure 1
Figur 1: Skjematiske tegninger av enhetskomponenter. A)Bunnplate. B) Topplate og innløpsdeksel, som limes sammen i trinn 1.5.1. C) Skyv og tilknyttet QR-kode som brukes til tidsberegningskontroll. D) Platehylse, dannet ved å lime topplaten til kantene på bunnplaten i trinn 1.5.4. Diagrametiketten ved siden av gjennomgående gjennomgående hull muliggjør fargeanalyse. E) Boks. F) Montert enhet. Under bruk plasseres en mobiltelefon på toppen av esken slik at linsen og lommelykten er plassert over bildet gjennom hullet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Prosessen med den kolorimetriske analysen ved hjelp av appen. A) Ikonet på telefonskjermen "Urintest" er valgt for å starte applikasjonen. B) Et popup-vindu informerer brukeren om å endre avlesningstidene. C) Brukeren angir analyttnavnet og avlesningstiden manuelt. D) Et popup-vindu for å informere brukeren om telefonjustering. E) Representativt bilde av en riktig justert peilepinne før testing. F) Skjermbilde etter at lysbildet er satt inn og QR-koden ser ut til å starte datainnsamling. G) Skjermen ett sekund etter at du har startet testen. De svarte firkantede overleggene viser brukeren den nøyaktige plasseringen der appen samler inn pikselinformasjon. H) Resultatene av den fullførte peilepinnetesten. Testresultater med bindestreker regnes som normale for den valgte peilepinnen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Fotografi av den monterte enheten i aksjon ved starten av en urinalysetest. En bruker begynner testen ved å sette inn en pipette med urin i innløpet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Intern væskeavsetningsprosess på peilepinnetesten fra start til slutt. A) Hvis du setter gliden inn i platehylsen og justerer glidehullene med innløpet, kan overføringspipetten levere urinen inn i hvert gjennomgående hull i lysbildet. B) Hvis du skyver gliden gjennom innsiden av den hydrofobe belagte platehylsen, aktiveres flytende transport. C) Når skredet når stoppet i bunnplaten, leveres urin til testputene, noe som resulterer i kolorimetriske endringer. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Potensielle problemer forbundet med utilstrekkelig hydrofobitet. A) Et lysbilde med og uten tilstrekkelig belegg. B) Utilstrekkelig belagte lysbildefremvisninger lekker under glidetrinnet. C) Et utilstrekkelig belagt lysbilde overføres ikke til peilepinneputene selv etter at den er trukket ut av enheten igjen: væsken forblir i glidehullene, som vist i innsettet nederst til høyre. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Urinalyseresultat for glukoseputen med to forskjellige smarttelefoner for tre typer prøver. A) Responsegenskaper for glukoseputen over tid for de forskjellige testforholdene som er registrert med en kameratelefon med høy kameraoppløsning (telefon1). B) Responsegenskaper for glukoseputen over tid for de forskjellige testforholdene som er registrert med en kameratelefon med lav oppløsning (telefon 2). Avlesningen på 30 sekunder tilsvarer ønsket timing for produsenten. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: Brønnnummer vs gjennomsnittlig volum overført. Hver brønn tilsvarer et gjennomgående hull for en gitt testpute; Den første brønnen er nærmest innløpet. Denne figuren er modifisert fra Smith, et al.19 og gjengitt med tillatelse fra Royal Society of Chemistry. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Analytt Forskjeller fra dip-and-wipe
Leu Nit URO proff Ph Blo Sg KET LIM
Dypp og tørk 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

Tabell 1: Medianverdier og standardavvik for analytter ved bruk av ulike avsatte volumer. Symbolet ‡ angir medianverdier som er forskjellige fra medianen som oppnås med dip-and-wipe-metoden, bransjestandarden. Totalt antall analyttputer hvis medianer er forskjellige fra dip-and-wipe-metoden, rapporteres i høyre kolonne. Legg merke til at resultatene er kumulative for alle peilepinner som brukes. LEU: leukocytter, NIT: nitritt, URO: urobilinogen, PRO: protein, BLO: blod, SG: spesifikk tyngdekraft, KET: ketoner, GLU: glukose. Denne tabellen er endret fra Smith, et al.19 og gjengitt med tillatelse fra Royal Society of Chemistry.

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

Tradisjonell peilepinne urinalyse er rimelig og praktisk, men krever manuell oppmerksomhet på detaljer for å gi nøyaktige resultater. Manuell peilepinne urinalyse er gjenstand for variable lysforhold, individuelle fargeoppfattelsesforskjeller og krysskontaminering. Mange klinikker og sykehus har allerede instrumenter for å automatisere urinstiksanalyse, men instrumentene er vanligvis store, dyre og er fortsatt avhengige av riktig ytelse av dip-wipe-metoden. I tillegg krever disse instrumentene årlig kalibrering og vedlikehold for nøyaktige resultater.

Protokollen automatiserer og kontrollerer flere viktige trinn involvert i peilepinne urinalyse (f.eks. distribusjon av væske til testputene, tidspunktet for starten, kontroll over belysning og kvantitativ sammenligning med referansestandarden), som er nødvendig for å oppnå pålitelige resultater. Til dette formål, kritiske trinn i protokollen er relatert til utformingen av enheten inkluderer trinn 1.4.3, 1.1.4, 1.4.7 og 1.1.5, som samsvarer med størrelsen på gjennomhullene til ønsket volum, sikre riktig plassering av stoppene for å justere gjennomhullene med peilepinnen, sikre riktig plassering av QR-koden som brukes som tidsindikator og sikre at testen ikke påvirkes av omgivelseslyset henholdsvis. I tillegg er overføringen av urin gjennom lysbildet og etterfølgende avsetning på peilepinnen svært avhengig av overflateegenskapene til materialene som brukes. Derfor, hvis ikke-hydrofobe overflater brukes til grunnplaten, toppplaten og lysbildet, er det viktig å bruke en tilstrekkelig mengde hydrofob spray. Det er spesielt viktig å sikre at de indre overflatene på gjennomhullene på gliden er sprayet slik at væsken faller til peilepinneputen etter glidning.

Protokollen kan enkelt modifiseres for bruk med andre merker av peilepinner ved å endre dimensjonene og avstanden til gjennomhullene. Volumet som påføres peilepinnen kan også endres ved å endre tykkelsen på akrylen som brukes til å fremstille lysbildet (med tilsvarende endringer i tykkelsen på kantene på grunnplaten) eller størrelsen på gjennomhullene. Den medfølgende programvareappen lar brukeren endre navnene og avlesningstidsberegningene slik at de samsvarer med navnene for peilepinnen som brukes.

Den nåværende enheten kombinerer en 3D-trykt bunnplate og laserskåret topplate for å danne en platehylse. Begge disse fabrikasjonsmetodene er rimelige, og materialvalgene kan endres. Unntatt telefonen og peilepinnen koster akrylen som brukes i den nåværende enheten omtrent $ 0.85, og materiale som brukes i den 3D-trykte basisplaten koster rundt $ 1.50 per enhet. Selv om bunnplaten vi brukte er 3D-trykt fra akrylitril butadien styrene (ABS), er andre polymerer som danner en hard og stiv overflate også egnet. For eksempel kan en versjon av enheten gjøres ved hjelp av en platehylse helt fremstilt fra akryl19. Elastomeriske materialer som polydimetylsilioksan (PDMS) er ikke ønskelige fordi deres lavere stivhet er mindre kompatibel med å skyve en glassoverflate for å muliggjøre glidevirkningen som er kritisk for volumkontrolldesignet.

En viktig begrensning i den nåværende protokollen er at det hydrofobe belegget som påføres lysbildet og platehylsen, kan skrelle med hyppig bruk, noe som begrenser stabiliteten til enheten over tid. Etter 3-4 testkjøringer skreller de hydrofobe beleggene ofte og endrer volumet som overføres, noe som potensielt reduserer nøyaktigheten i resultatene. Fremtidige metodeendringer kan omfatte bruk av mer holdbart hydrofobt belegg eller materialer som er naturlig hydrofobe. I tillegg kan akrylbindingen også svekkes under gjentatt testing. Den lave prisen på enheten gjør det imidlertid mulig å lage flere utskrifter og limes sammen igjen etter behov. Dermed kan lysbildet betraktes som en gjenbrukbar del.

En annen begrensning er manglende evne til å mette glukoseputen med urin på grunn av putens hydrofobe natur. Som sådan absorberer den bare delvis væske med den automatiserte enheten. Vi fant ikke at dette reduserte nøyaktigheten av resultatet, men det krever nøye utførelse av trinn 2.9 for å sikre at kameraets visningsområde fanger data fra midten, ikke kantene på glukosetestputen. Fremtidig arbeid kan løse dette problemet ved å inkorporere et annet merke av peilepinne som ikke har hydrofobiskhet på noen peilepinne reagensputer på testen.

Ved å kontrollere de viktigste trinnene som bidrar til brukerfeil, gir denne metoden økt nøyaktighet i resultater utført av ikke-trente personer og er egnet for hjemmetesting. I motsetning til andre urinalyseapper tilgjengelig7,8,9, er systemet modifiserbart for alle typer peilepinnetest. Enheten kan brukes på nytt og krever ingen strøm til bruk utenfor strømmen som forbrukes av smarttelefonen. I fremtiden ser vi for oss at protokollen kan være egnet til selvtesting av pasienter. Ved å sikre nøyaktigheten i peilepinnetestresultater, kan pasienter overvåke sin egen urin oftere uten barrierer forbundet med standard klinisk urinalysepraksis.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble finansiert av Dorothy J. Wingfield Phillips Kansler Faculty Fellowship. Emily Kight ble finansiert av 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

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).
Rimelig, volumkontrollert peilepinne urinalyse for hjemmetesting
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