On-line Verification of Hemodialysis Water Quality

Abstract

Renal diseases are an increasing problem worldwide and when kidney
transplantation is not possible, dialysis treatment is the solution. An increasing number of patients choose to perform their dialysis treatment at home by implementing the dialysis machine and a water purification system in current electric and water supply, so called home hemodialysis. The quality of the water used for the preparation of dialysis fluid is essential due to the very close contact with the patient’s blood. However, today’s methods for verification of water quality are time consuming, non-frequently performed and costly.

The aims of this thesis were to investigate if an on-line, accurate and specific method for water quality verification is possible, without limitations as sample preparation, expensive and massive apparatus and professional skills needed for monitoring.

Attention has been paid to the requirements and expectations of such
a device and an extensive literature study of potential techniques is presented. Some promising examples are biosensor applications for detection of bacteria and endotoxins, micromachined total organic carbon analyzers, amperometric chlorine analysers and flow cytometers.

Subsequent to this, an experimental investigation was performed to examine whether bacterial detection by their autofluorescence can be performed using a FACSCanto II flow cytometer. On the basis of the experimental results, no such autofluorescence could be detected. However, the high speed technique of flow cytometry could be further refined to replace the old fashioned conventional techniques for microbiological quantification.

Popular Abstract (Swedish)

Examensarbete vittnar om bättre tider för njursjuka

För få utförda kontroller av vattenkvalitet kan medföra livshotande tillstånd för njursjuka dialyspatienter. Ny teknik kan öka provtagningsfrekvensen och höja säkerheten.

Den konstgjorda njuren
Dialys är en behandling som syftar till att ersätta njurarnas funktion; att rena blodet från gifter och överflödig vätska. Vid hemodialys, även kallad bloddialys, leds blod utifrån kroppen till en extern konstgjord njure där blodet renas genom ett filter. På andra sidan filtret flödar dialysvätska som tar upp skadliga ämnen från blodet och avger livsviktiga ämnen som kroppen behöver. Dialysvätskan blandas till i dialysmaskinen från vatten och ett koncentrat med elektrolyter.

Vanligtvis utförs hemodialys på speciella dialyskliniker, men behandlingen kan också utföras i patientens hem. Genom att behandlas hemma kan patienten själv styra över när och hur länge behandlingen ska pågå. Detta ökar möjligheterna till att kombinera jobb, fritidsaktiviteter och familjetid med den tidskrävande dialysbehandlingen. Flertalet studier visar på att patienter mår bättre och upplever ökad livskvalitet om dialysen sker i hemmet.

Rent vatten - en självklarhet?
Ett glas dricksvatten kan innehålla så mycket som flera tusen bakterier utan att vattnet anses vara otjänligt. Även om det är bakterier som är ofarliga att dricka kan de innebära stora problem för en dialyspatient om vattnet kommer i kontakt med blodet. Dessutom så utsätts en dialyspatient varje vecka för ofantligt mycket större mängder vatten än vad en frisk människa får i sig via mat och dryck. Vattnet innehåller också ett potpurri av kemiska ämnen såsom klor, fluor, järn och organiska kolföreningar som kan göra en dialyspatient allvarligt sjuk om de förekommer i för höga halter.

Vid dialys i hemmet används kranvatten och därför är en ytterligare rening essentiell för patientens hälsa. För att kunna garantera att denna process gått som det ska så genomförs noggrann provtagning på det renade vattnet.

Kraven uppfylls inte
Många av de svenska kliniker som erbjuder hemdialys uppnår inte Läkemedelsverkets direktiv för provtagning av vattenkvaliten vid tillredning av dialysvätska. Den provtagning som görs idag utförs för sällan och tar dessutom aningen lång tid att analysera. Oftast vet man inte förrän en vecka efter behandlingstillfället ifall vattnet har varit rent eller ej och eventuell skada kan då redan ha skett.

Men det finns lösningar
För att försäkra att vattnet är tillräckligt rent för varje patient, vid varje behandling och i varje liter vatten behöver mätningen göras on-line, i realtid.

Med ny teknik kan vattnets bakterieinnehåll mätas direkt med hög noggrannhet genom att bestråla vattenflödet med laserljus. Då laserns ljusstråle träffar en bakterie i vattenflödet sprids ljuset på ett sätt som beror på hur stor bakterien är och vad den innehåller. Dessutom skickar bakterien ut ljus av en annan färg när den belyses som sedan kan mätas. Intensiteten på detta ljus tillsammans med det spridda ljusets profil gör att man får ett slags fingeravtryck av bakterierna och kan räkna dem till antalet.

En annan teknik möjliggör kontinuerlig mätning av mängden kolföreningar i vattnet genom att belysa flödet med en UV-lampa. Ljuset bryter ned kolföreningarna vilket förändrar den elektriska ledningsförmågan som enkelt kan mätas med elektroder.
I examensarbetet Online-verifiering av kvaliteten hos tillredningsvattnet i hemodialys redovisas dessa metoder tillsammans med en uppsjö andra. Med hjälp av sådan, för dialysvärlden minst sagt banbrytande, teknik kan fler patienter erbjudas en säkrare och effektivare behandling. En behandling som dessutom sker i en hemtrevlig miljö med mer tid till aktiviteter med nära och kära och - på så sätt - ett rikare liv.

• author: Andersson, Johan and Holmström, Elin
• supervisor: Per Augustsson
• organization: Department of Biomedical Engineering
• course: BMEM01 20162
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• language: English
• additional info: 2016-19
• id: 8894294
• date added to LUP: 2016-11-22 13:38:36
• date last changed: 2016-11-22 13:38:36