Maschinenlern-basierter kolorimetrischer Sensor auf Smartphone zur Detektion von Harnsäure im Speichel

Hintergrund & Ziel: Point-of-Care-Sensoren mit kolorimetrischem Signal sind attraktiv für effiziente Detektionsergebnisse, liefern jedoch normalerweise qualitative Ergebnisse. Quantitative Informationen sind entscheidend für eine genaue und empfindliche Diagnose im Hinblick auf präzise Medizin. Hier entwickelten wir eine allgemeine Methodik zur Quantifizierung der optischen Intensität auf einem mikrofluidischen Papptestschnipsel zur Detektion von Harnsäure im Speichel mittels eines maschinenlern-basierten kolorimetrischen Sensors auf einem Smartphone. Methoden: Ein kolorimetrischer Sensor, der an das Smartphone angepasst werden kann, wurde entworfen, um den Papptestschnipsel für Harnsäure abzubilden. Der vollständige Algorithmus, der mit dem Sensor verbunden ist, besteht aus vier Modulen: dem Modul zur Erkennung des interessierenden Bereichs zur Lokalisierung wichtiger Bereiche im Bild, dem Modul zur Farbenkalibrierung zur Ausschluss von Störungen durch verschiedene Lichtquellen, dem Modul zur Merkmalsextraktion, das mehrdimensionale Merkmale aus dem Reaktionsbereich auf dem Testschnipsel extrahiert, und dem Modul zur Merkmalanalyse, das mit maschinenlernmodellen ausgestattet ist, um Vorhersagen basierend auf den extrahierten Merkmalen bereitzustellen. Ergebnisse: Die Leistung unseres Algorithmus wurde zur Quantifizierung von Harnsäure sowohl in künstlichem Speichel als auch in klinisch gesammeltem Speichel mit dem maschinenlern-basierten kolorimetrischen Sensor bewertet. Das bestperformende Maschinenlernmodell, das Entscheidungsbaum-Modell, erreicht einen mittleren absoluten Fehler von 4,2 ppm bei künstlichen Speichelproben. Bei den klinischen Proben führen wir eine Korrelationsanalyse zwischen der vorhergesagten Harnsäurekonzentration im Speichel und dem tatsächlichen Blut-Harnsäurelevel durch. Unsere Methode zur Detektion von Harnsäure im Speichel erreicht einen r-Wert von 0,6140 und einen p-Wert < 0,0001 im Vergleich zu den kommerziell verfügbaren Testschnipseln zur Detektion von Harnsäure im Blutstich.