家庭用試験用の低コストのボリューム制御ディップスティック尿検査

要約

ディプスティック尿素症は、健康状態を迅速かつ手頃な価格で評価する方法です。従来のディップアンドワイププロトコルに関連するエラーの主な原因を取り除き、自宅でユーザーが実行するのに十分簡単である正確で低コストのdipstick尿検査を実行する方法を提示します。

要約

ディプスティック尿素症は、複数の生理学的条件の迅速かつ手頃な価格の推定を提供しますが、正確に使用するには良い技術とトレーニングが必要です。ディップスティック尿素の手動性能は、良好な人間の色覚、適切な照明制御、およびチャートカラーとの誤差を起こしやすい時間に敏感な比較に依存しています。ディップスティック尿検査の主要なステップを自動化することで、潜在的なエラー源を排除し、自宅で自己テストを可能にします。あらゆる環境で自動尿検査テストを実行するためのカスタマイズ可能なデバイスを作成するために必要な手順を説明します。装置は製造に安価で組み立てが簡単である。選択したディップスティック用にカスタマイズし、結果を分析するために携帯電話アプリをカスタマイズする際に必要な重要な手順について説明します。我々は尿検査を行うためにその使用を実証し、堅牢な操作を確実にするために必要な重要な測定および製造ステップを議論する。次に、提案された方法をディップスティック尿素分析のゴールドスタンダード技術であるディップアンドワイプ法と比較します。

概要

尿は、病気や健康の複数の代謝指標の非侵襲的な供給源です。尿検査は、尿の物理的および/または化学的分析、腎疾患、尿路疾患、肝臓病、糖尿病、および一般的な水和¹を検出するために迅速に行うことができる。尿検査ディップスティックは、おおよその生理学的レベルを示すために比色の変化に依存する手頃な価格の半定量的診断ツールです。各ディップスティックは、pH、浸透圧、ヘモグロビン/ミオグロビン、血尿、白血球エステラーゼ、グルコース、タンパク尿、亜硝酸塩、ケトン、ビリルビン²の試験を含む、多種多様なアッセイを行うことができる。ディップスティック尿起の原理は、ディップスティックパッド上の色の変化をチャートと比較して検体濃度³を決定できる時限反応の発生に依存している。その手頃な価格と使いやすさを考えると、ディップスティックはヘルスケアにおける尿素起きのための最も一般的なツールの1つです。

従来、ディプスティック尿検査は、訓練を受けた看護師や医療技術者に頼って、手動でディップスティックを尿サンプルのカップに挿入し、余分な尿を拭き取り、カラーパッドを比較して特定の時間に色をグラフ化します。ディップアンドワイプ法はディップスティック解析のゴールドスタンダードですが、人間の視覚評価への依存は得られる定量的情報を制限します。さらに、ディップスティック尿検査の2つの手動ステップ - ディップワイプステップと比色結果比較 - 正確な技術を必要とし、患者が直接家庭の設定で信頼性の高いテストの可能性を制限します。拭き取りによるサンプルパッドのクロスコンタミネーションは、不正確な色の変化を引き起こす可能性があります。さらに、ワイピング中のボリューム制御の欠如に起因するボリュームの不整合は、分析物濃度の不適切な測定につながる可能性があります。重要なのは、尿を浸漬する時間(すなわち、アッセイの開始)とチャートとの比較は、結果の正確な分析にとって重要であり、人的エラーの巨大な潜在的な原因です。手動の比色比較の難しさは、多くのパッドを同時に読み取る必要がありますが、一部のパッドは異なる時間に読み取られるということです。完全にタイミングの良い色の比較でさえ、色覚異常に苦しむか、異なる照明環境で異なる色を知覚するかもしれない人間の読者の視力にまだ依存しています⁴.これらの課題は、臨床医が訓練を受けた人員によって行われるディップスティック尿検査にのみ依存できる理由を強調しています。しかし、自動排尿システムは、手動ディップワイプステップの必要性を排除し、タイミングコントロールを組み込み、較正された色の参照と同時にカラー比較を可能にすることによって、前述のすべての懸念に対処することができます。これにより、ユーザー エラーが減少し、ホーム設定での導入が可能になります。

過去20年間で、自動分析装置は、視覚解析⁵と同じ精度または超える精度でディップスティック尿検査の結果を読み取るために採用されています。多くの診療所や医師のオフィスは、このような機械を使用して、従来のディップスティックの結果を迅速に分析して印刷しています。ほとんどの尿検査機は目視検査エラーを最小限に抑え、結果⁶で一貫性を確保します。手動検査よりも使いやすく効率的ですが、ディップワイプ方式を正しく実行する必要があります。したがって、これらの機械は、自宅のユーザーなどの訓練を受けていない人が操作できる能力が限られています。また、非常に高価です。

最近では、携帯電話は、泌尿器炎^11、12、13を含む様々な生物学的測色測定^{7、8、9、10}のためのリソースツールとして登場しています。リモートセンシング機能と高いイメージング解像度を考えると、携帯電話は効果的なヘルスケア分析デバイス^14,15となっています。確かに、FDAはいくつかのスマートフォンベースの家庭用尿検査^16、17、18をクリア^しました。新しいスマートフォンベースの商用製品の中には、確立された尿素分析ディップスティックを組み込んでいるものもあれば、独自の着色パッドを備えたものもあります。このようなすべての製品は、異なる携帯電話の種類間で異なる照明条件に合わせてキャリブレーションするための独自の方法を備えています。それでも、これらの解決策の問題は、ユーザーが適切な手動ディップワイプ方法(すなわち、クロスコンタミネーションなし)を実行することに加えて、適切なタイミングで手動で写真を撮らなければならないということです。特に、これらのテストのいずれも、ディップスティックに堆積した体積を制御することはなく、色の変化¹⁹に影響を与え、生理学的結果を解釈する可能性があることがわかりました。これらのデバイスのワークフローにおける現在のギャップとコストは、人間の自由な、体積制御の尿堆積手順およびハンズフリーディップスティック写真を可能にする追加の必要性を示唆している。

手動のディップワイプステップを必要とせずに、ボリューム制御された自動ディップスティック尿起のためのプロトコルについて説明します。自動化プロセスの鍵は、その基礎となる原理がSlipChip²⁰に基づいており、表面化学効果を使用して異なる層間で液体を移動するデバイス¹⁹です。簡単に言えば、転写スライドおよび周囲のプレートスリーブの疎水性コーティングは、液体が装置を通って楽に移動し、スライドが最終的な位置に入るとディップスティックパッドに放出することを強制し、その時点で底の疎水性バリアは空気に置き換えられる。さらに、調整された遮光ボックスは、照明条件、カメラの視野角、カメラフォーカスの距離を標準化し、周囲の照明条件の影響を受けず、正確で再現可能な結果を保証します。付属のソフトウェア アプリは、画像のキャプチャと色分け分析を自動化します。プロトコルの説明に続いて、我々は異なる条件下で尿検査試験の代表的な結果を提供する。標準的なディップワイプ法との比較は、提案された方法の信頼性を示しています。

プロトコル

1. 尿分解装置を製造し、組み立てる

1. ベースプレートを製造する(図1A)。
   1. コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアを使用して、ポリライン ツールを使用して、X 0.0547 x 6.0547 x 6.3828 の寸法 2.1641 の矩形状領域を描画します。
   2. ディップスティックのテスト領域(最初と最後のパッドとパッドの幅の間の距離を囲む長方形の領域)を測定します。
      注: この情報は、ディップスティックを所定の位置に保持するスルーホールを描画し、パッド間で液体を分離するために必要です(クロスコンタミネーションを防ぐために)。
   3. テスト領域内の各テストパッドのサイズと位置を模倣したスルーホールを追加します。
   4. x 0.6797 で 2.1641 を測定する 2 つの上げられた側面の棚を描画します (W x L)。
   5. ポリライン ツールを使用して、ベース プレートとスライドの間の位置合わせを容易にして、ストップを 0.2109 で 0.2109 で描画します(W x L)停止は棚に垂直にする必要があり、物理的にスライドが尿ディップスティックパッドを通過して移動するのを停止します。
   6. [地域 ]コマンドを 使用して、1 つのリージョンを作成するストップと棚の線を選択します。 [押し出し ]コマンドを使用して、領域を 0.0703 インチの高さまで上げます。デバイスの反対側でこの手順を繰り返します。
   7. 両方の棚にノッチ(0.1895 in 0.3500 in (W x L))を作成して、ボックスとの位置合わせを容易にします。棚の下端から0.466を配置します。 [領域 ]コマンドを使用して四角形を作成し、押し出しの高さを 0.1250 インチにします。
   8. ソリッド減算コマンドを使用して、デバイスを選択し、Enterキーを押して、ノッチ領域を選択し、Enterキーを押します。デバイスの反対側で繰り返します。
      メモ:形状はデバイスから削除されます。
   9. 3Dプリンタでベースプレートを印刷し、表面を粗くするためにサンドペーパーで棚の間の上面領域を砂に入れます。
      注:疎水性コーティングがベースプレートにしっかりと付着できるように、サンディングは重要です。
   10. 棚を粘着テープでテープで貼り(棚をスプレーしないように)、ベースプレートに疎水性スプレーをスプレーします。ベースコートのコートをいくつかベースプレートに塗布します。スプレーする際に、ベースプレートから約8〜12インチ離れた場所に缶を持ちなさい。装置は乾燥時に乳白色の外観を持っている必要があります。
       注意:適切な場所とスプレーのためのPPEについては、メーカーの指示に従ってください。
   11. 30分間待ってから、トップコートを数回塗布します(6-8倍)。ベースプレートを使用前に12時間乾燥させます。棚からテープを取り出します。
2. トッププレートを製造する(図1B)。
   1. ポリライン ツールを使用して、CAD ソフトウェアで 2.05 in x 5.470 in (W x L) を測定する矩形領域を描画します。
   2. ディップスティックのテスト領域のサイズよりわずかに大きい長方形のスルーホール(「見るスルーホール」)を追加します(例えば、0.230 x 3.147インチ(W x L))。上から 0.921、左から 1.165、上板の右端から 1.165 を配置します。
   3. 2 番目のスルーホール(「入口穴」)サイズの 0.075 x 3.146 インチ (W x L) を描画します。下端から 0.236、上端から 1.737、上板の左端と右端から 1.162 を配置します。
   4. レーザーカッターで透明なアクリルの一部からトッププレートをカットします。残りのほこりやごみを拭き取ります。
3. 入口カバーを製造する(図1B)。
   1. ポリライン ツールを使用して、CAD ソフトウェアで寸法 0.247 x 3.3378 (W x L) の矩形領域を描画します。入口カバーの 2 つのエッジ (両側のいずれか) から約 0.073 インチの直径 0.127 の円形のスルー ホールを 2 つ追加します。
   2. 透明なアクリルの一部から入口カバーをレーザーカッターで切ります。
4. スライドを作成する(図1C)
   1. ポリライン ツールを使用して、測定量が 2.771 x 0.0625 x 5.000 x 5.000 (W x H x L) の CAD ソフトウェアで矩形領域を描画します。
   2. テスト領域の各テストパッドの位置に合致するスルーホールを追加します。最初のテストパッドの配置と重なるように、最初のテストパッドの配置に最初の0.105を描画します:スライドの左端と右端から1.096、上端から0.960、下端から1.681。選択したディップスティックブランドに必要に応じて、さらにスルーホール(通常は合計10個)を追加します。ディップスティック上のテストパッド間の距離を測定することで、次のスルーホールをそれぞれ間隔をあけます。
      注:スルーホールのサイズは、ディップスティックパッドに正しい液体のボリュームを堆積させるために重要です。ディップスティックのブランドのために、我々は各ディップスティックパッドに15 ulを堆積させる穴を作成しました。
   3. レーザーカッターを使用して透明なアクリルの一部からスライドをカットします。残りのほこりやごみを拭き取ります。
   4. 疎水性スプレーでスライドの前面をスプレーします。スライドにベースコート(6-8x)のコートを数枚塗布します。スプレーする際に、スライドから約8-12の場所に缶を持ちなさい。
   5. 30分間待ってから、トップコートを数回塗布します(8~12倍)。スライドを12時間乾燥させてから使用します。
   6. オンラインQRコードジェネレータからQRコードをダウンロードし、粘着接着剤バッキングで紙に希望のコードを印刷します。最初のスルーホールの右から、すべてのスルーホールと同じ行にQRコード0.17を配置します。
      注:QRコードがスルーホールに隣接している限り、正確な配置は重要ではありません。
   7. QRコードをカバーし、スライドに固定するためにクリアテープを使用してください。
5. 入口とプレートスリーブを組み立てます(図1D)。
   1. 入口穴がある上板に入口カバーを接着するためにアクリルセメントを使用して、入口を製造します。24~48時間待って、しっかりと結び付けます。
   2. 入口カバーが確実にトッププレートに接着されたら、上板の背面に疎水性スプレーをスプレーします。トッププレートを逆さまに置きます。最初のベースコートを数回塗布します(4-8倍)。
   3. スプレーを天板から8~12インチ離し、乾くまで30分待ちます。トップコートを数回塗布します(6-8倍)。天板を12時間乾燥させてから使用します。
   4. 完成したトッププレートをアクリルセメントでベースプレートの棚に接着してプレートスリーブ(トッププレートとベースプレートを組み合わせたもの)を組み立てます。上の版の下端がベースプレートのそれと一致するので、2つの部分は目視検査によって容易に整列する。乾燥時に固定するためにベースプレートの棚にクランプを適用し、メーカーの指示に従って、使用前に24〜48時間待ちます。
6. グラフステッカーを作成します。
   1. メーカーのウェブサイトからディップスティックのブランドのカラーチャートをダウンロードしてください。
   2. ダウンロードしたファイルをグラフィックス エディタ ソフトウェアで開きます。
   3. 以前レーザーカッターに使用されていたトッププレートテンプレートのデジタルファイル(このプロトコルのステップ1.2)をグラフィックスエディタソフトウェアで開きます。
   4. メーカーカラーチャートのカラーボックスを照合して、チャートステッカーのカラーボックスを作成します。グラフィックス エディタ ソフトウェアのドロッパー ツールを使用して製造元のグラフの最初の色のブロックを選択し、ボックスシェイプ ツールを使用して、ディップスティック パッドが配置されるのと同じ行で、トップ プレート テンプレート上の同じ色のボックス形状を作成します。各パッド行に対応するカラーブロックごとにこれを繰り返します。
   5. トップ プレート テンプレートに関連付けられているレイヤーを削除します。
   6. オンラインステッカープリントサービスでビニールステッカーとしてチャートステッカーを印刷します。グラフのステッカーをプレートスリーブに置き、各スルーホールに合わせます。
7. 箱を作り上げてください(図1E)。
   1. CAD ソフトウェアの 2 つの長い側面のボックス部分 ("a" と "b") を、x 6.63 インチ (W x L) で 4.92 の寸法を持つ長方形として描画します。カットアウトを、下端を中心とする部分"a"を追加し、0.2 x 6.11 インチ(W x L)を測定します。
   2. CAD ソフトウェアの 2 つの狭い側面のボックスピース ("d" と "e") を、6.63 インチ x 6.63 インチ (W x L) の寸法が 1.805 の長方形として描画します。
   3. ボックスの上部 (パーツ "c") を、x 6.63 (W x L) の寸法 1.805 の四角形として描画します。上に「イメージングスルーホール」を描きます:0.74 x 0.910 in (W x L)、下から3.17、上から2.53、右端から0.65、左端から0.42に配置します。
      注: イメージングスルーホールの正確な位置は、解析に使用される携帯電話に基づいて選択する必要があります。
   4. 各ボックスピースを描画して、図 1Dで説明するように、すべてのボックスの辺を各エッジにスナップできるインターロック エッジのパターンを示します。インターロック エッジ パターンを作成するには、長エッジの押し出し/侵入パターンを、0.135 in x 1.17 in (W x L) の突出線で交互に行います。ボックスの各辺に対して、長いエッジごとに 2 つの押し出しを描画します。短いエッジに同じ押し出し/侵入パターンを使用しますが、侵入は 0.135 in で 0.460 in (W x L) を測定します。
   5. 5枚をレーザーカッターで切るか、3Dプリンタで印刷します。
      注:アクリル片を使用してレーザーカットコンポーネントは、製造に安価になり、簡単に出荷のために平坦化することができます。テスト中に散乱光を吸収するのに役立ちますので、黒いアクリルを使用してください。
   6. ボックス素材に光沢仕上げがある場合、画像解析中にフラッシュが散乱しないように、ボックス内部に黒色の作紙を追加します。

2. テストの準備

1. GitHub (https://github.com/Iftak/UrineTestApp) から尿テスト モバイル アプリケーションをダウンロードします。
2. 携帯電話にアプリをインストールします。
   注: この手順は、特定の電話機の今後の使用に対して 1 回だけ行う必要があります。必要に応じて、電話で開発者のステータスを有効にして、これを行います。
3. 電話機で尿検査アプリケーションを起動します(図2A)。
4. (メーカーの仕様に基づいて)目的のディップスティックに合わせて、(図2B)、対象のディップスティックに合わせて、アナライトの名前と読み取りタイミングを変更する手順を読み、画面上のテキストホルダーウィンドウを介して新しい入力を挿入します(図2C)。
   注: 各ディップスティックパッドに必要な読み出し時間は、使用するディップスティックのブランドによって異なります。
5. さまざまなコンポーネントを組み立てて、プレートスリーブの下のスルーホールにディップスティックを挿入します(図1F)。
6. プレートスリーブをボックス内に配置して、ノッチがボックスギャップに合うようにします。
7. スライドをプレートスリーブの内側に置き、そのスルーホールが入口に合うようにします。
8. 携帯電話をボックスの上部に置き、バックカメラレンズを透視スルーホールに向けて配置してイメージングを可能にします。テストの前に携帯電話の画面で画像を確認して、カメラの可視性が遮られていないことを確認します。アプリは自動的に携帯電話の懐中電灯を有効にします。
9. 電話のアライメントの指示(図2D)を読み、ディップスティックが画面上の黒い長方形のオーバーレイの境界と一致するように、それに応じて電話機を整列させます(図2E)。
10. アプリ ウィンドウの [ 開始 ] ボタンをクリックしてテストを開始します。
    メモ:電話機のカメラが開き、QRコードを一度読み取ります(図2F)。

3. テストを実施する

1. 約0.5mLの尿を含む使い捨てポリエチレン転写パイプを用いて、尿を入口穴に入れ子に入れ替える(図3)。
   注:液体の正確な量は重要ではありませんが、すべてのスルーホールが十分な尿を受け取るように少なくとも0.5 mLでなければなりません。液体を加える際、入口を横切って移動し、スライドの各スルーホールに堆積することを観察します。
2. スライドをプレートスリーブに押し込み、ベースプレートストップで停止するまでテストを開始します。
   注:QRコードが携帯電話の視野にある場合、尿はディップスティックパッドと接触する必要があります。QR コードを読み取った後、アプリケーションはウィンドウを開いて色の変化を分析し(図 2G)、結果を同じウィンドウ内に自動的に表示します (図 2H)。
3. 尿を適切に捨て、プレートスリーブを洗浄し、10%漂白液でスライドし、脱イオン水で再びすすいします。追加使用する前に乾燥させます。

結果

図4は尿検査中に尿がディップスティックに移される様子を示す。典型的なテストの間、箱が視界を遮るので尿の移動は観察できない。サンプルがピペットを使用して入口に堆積すると(ステップ3.1)、スライドの穴が埋め尽くされます(図4A)。図4Bおよび図4Cは、それぞれ、プレートスリーブを横切る尿の?...

ディスカッション

伝統的なディップスティック尿素の尿症は、手頃な価格と便利ですが、正確な結果を得るために細部に手動で注意が必要です。手動ディップスティック尿起は、可変照明条件、個々の色知覚の違いおよびクロスコンタミネーションの対象となります。多くの診療所や病院には、尿ディップスティック分析を自動化する器具がすでにありますが、通常はかさばり、高価であり、ディップワイプ?...

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