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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Abscheiden von Komponenten eines Fluids. Die Erfindung hat besondere
Vorteile in Verbindung mit dem Abscheiden von Blutkomponenten.
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In
vielen verschiedenen Gebieten müssen Flüssigkeiten,
die Partikelsubstanzen transportieren, filtriert oder aufbereitet
werden, um entweder eine gereinigte Flüssigkeit oder ein gereinigtes
Partikel-Endprodukt zu erhalten. Im weitesten Sinn ist ein Filter
jede Vorrichtung, die Partikel aus einer Substanz entfernen oder
von dieser trennen kann. Daher ist der Begriff „Filter", so wie er hier verwendet wird, nicht
auf ein poröses
Medienmaterial beschränkt, sondern
schließt
viele verschiedene Arten von Prozessen ein, bei denen Partikel entweder
voneinander oder von einer Flüssigkeit
getrennt werden.
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Auf
dem medizinischen Gebiet ist es häufig erforderlich, Blut zu
filtrieren. Vollblut besteht aus verschiedenen Flüssigkeitskomponenten
und Partikelkomponenten. Manchmal werden die Partikelkomponenten
als „geformte
Elemente" bezeichnet.
Der Flüssigkeitsanteil
von Blut besteht zum großen
Teil aus Plasma, und die Partikelkomponenten umfassen rote Blutkörperchen
(Erythrozyten), weiße
Blutkörperchen
(einschließlich
Leukozyten) und Blutplättchen
(Thrombozyten). Während
diese Bestandteile ähnliche
Dichten haben, ist ihre durchschnittliche Dichtebeziehung in der
Reihenfolge abnehmender Dichte wie folgt: rote Blutkörperchen,
weiße
Blutkörperchen,
Blutplättchen
und Plasma. Ferner stehen die Partikelbestandteile nach Größe in der
Reihenfolge abnehmender Größe wie folgt
in Beziehung: weiße
Blutkörperchen,
rote Blutkörperchen
und Blutplättchen.
Die meisten derzeitigen Reinigungsvorrichtungen setzen auf Dichte-
und Größenunterschiede
oder Oberflächenchemieeigenschaften,
um die Blutkomponenten abzuscheiden und/oder zu filtrieren.
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Zahlreiche
therapeutische Behandlungen erfordern, dass Gruppen von Partikeln
aus dem Vollblut entfernt werden, bevor einem Patienten entweder Flüssigkomponenten
oder Partikelkomponenten infundiert werden können. Krebspatienten benötigen zum
Beispiel nach Unterziehen einer ablativen Therapie, nach Chemotherapie
oder Bestrahlungstherapie häufig
Blutplättchentransfusionen.
Bei diesem Vorgang wird gespendetes Vollblut aufbereitet, um Blutplättchen zu
entnehmen, und diese Blutplättchen werden
dann dem Patienten infundiert. Wenn aber ein Patient bei einer Blutplättchentransfusion
zuviel fremde weiße
Blutkörperchen
als Verunreinigung erhält,
kann der Körper
des Patienten die Blutplättchentransfusion
abstoßen,
was zu einer Reihe schwerwiegender Gesundheitsrisiken führt.
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Typischerweise
werden gespendete Blutplättchen
von anderen Blutkomponenten mit Hilfe einer Zentrifuge abgeschieden
oder geerntet. Die Zentrifuge dreht einen Blutspeicher, um Komponenten
im Speicher mit Hilfe von Zentrifugalkraft abzuscheiden. Bei Verwendung
gelangt Blut in den Speicher, während
er bei einer sehr schnellen Geschwindigkeit dreht, und die Zentrifugalkraft
schichtet die Blutkomponenten, so dass bestimmte Komponenten getrennt entnommen
werden können.
Zentrifugen sind beim Abscheiden von Blutplättchen von Vollblut effektiv, doch
sind sie typischerweise nicht in der Lage, alle weißen Blutkörperchen
von den Blutplättchen
abzuscheiden. Historisch sind Blutabscheidungs- und Zentrifugierungsvorrichtungen
typischerweise nicht in der Lage, ständig (99% der Zeit) ein Blutplättchenprodukt
zu erzeugen, das den „leukozyten-armen" Standard von unter
5 × 106 weißen
Blutkörperchen bei
mindestens 3 × 1011 gesammelten Blutplättchen erfüllt.
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Da
typische Prozesse des Zentrifugen-Blutplättchensammelns nicht ständig und
zufriedenstellend weiße
Blutkörperchen
von Blutplättchen
abscheiden können,
werden andere Prozesse hinzugefügt,
um die Resultate zu verbessern. Bei einem Vorgehen werden nach dem
Zentrifugieren die Blutplättchen
durch einen porösen
gewebten oder nicht gewebten Schichtfilter passiert, der eine abgewandelte Oberfläche aufweisen
kann, um weiße
Blutkörperchen
zu entfernen. Die Verwendung des porösen Filters bringt aber seine
eigenen Probleme mit sich. Herkömmliche
poröse
Filter können
ineffizient sein, da sie ständig
in etwa 5–20%
der Blutplättchen
entfernen oder zurückhalten.
Diese herkömmlichen
Filter können
auch die „Viabilität" der Blutplättchen mindern,
was bedeutet, dass nach Passieren durch einen Filter ein Prozentsatz
der Blutplättchen
aufhört, richtig
zu funktionieren, und teilweise oder vollständig aktiviert sein kann. Zudem
können
poröse
Filter die Freisetzung von Brandykinin verursachen, was bei einem
Patienten zu Blutdruckabfallepisoden führen kann. Poröse Filter
sind auch teuer und erfordern oft zeitaufwändige manuelle Arbeit zum Ausführen eines Filtrationsprozesses.
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Auch
wenn poröse
Filter beim Entfernen einer erheblichen Anzahl an weißen Blutkörperchen
effektiv sind, haben sie Nachteile. Nach dem Zentrifugieren und
vor dem porösen
Filtern muss zum Beispiel ein Zeitraum verstreichen, um den aktivierten Blutplättchen Zeit
zum Umwandeln in einen deaktivierten Zustand zu geben. Andernfalls
neigen die aktivierten Blutplättchen
zum Verstopfen des Filters Daher ist die Verwendung von zumindest
einigen porösen
Filtern in online Prozessen nicht machbar.
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Ein
weiterer Abscheideprozess ist ein als zentrifugale Elutriation bekannter
Vorgang. Dieser Prozess trennt in einem flüssigen Medium schwebende Blutkörperchen
ohne Verwendung eines Membranfilters. Bei einer üblichen Form von Elutriation
wird ein Zell-Batch in einen Strom von flüssiger Elutriationspufferlösung eingebracht.
Diese Flüssigkeit,
welche den Zell-Batch in Suspension enthält, wird dann in eine in einer
sich drehenden Zentrifuge angeordnete trichterförmige Kammer eingeleitet. Wenn
zusätzliche
flüssige
Pufferlösung
durch die Kammer fließt,
befördert
die Flüssigkeit
kleiner bemessene, langsamer sedimentierende Zellen hin zu einer
Elutriationsgrenze in der Kammer, während größere, schneller sedimentierende
Zellen hin zu einem Bereich der Kammer mit der größten Zentrifugalkraft
wandern.
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Wenn
die Zentrifugalkraft und die durch den Fluidstrom erzeugte Kraft
ausgewogen sind, wird der Fluidstrom verstärkt, um langsamer sedimentierende Zellen
aus einer Ausgangsöffnung
in der Kammer zu drängen,
während
schneller sedimentierende Zellen in der Kammer zurückgehalten
werden. Wenn der Fluidstrom durch die Kammer zunimmt, können zunehmend
größere, schneller
sedimentierende Zellen aus der Kammer entfernt werden.
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Dadurch
scheidet die zentrifugale Elutriation Partikel mit unterschiedlichen
Sedimentiergeschwindigkeiten ab. Das Stoke'sche Gesetz beschreibt die Sedimentiergeschwindigkeit
(SV) eines kugelförmigen
Partikels wie folgt:
wobei r der Radius des Partikels
ist, p
p die Dichte des Partikels ist, p
m die Dichte des flüssigen Mediums ist, η die Viskosität des Mediums
und g die Gravitations- oder zentrifugale Beschleunigung ist. Da
der Radius eines Partikels in der Stoke'schen Gleichung zur zweiten Potenz angehoben
ist und die Dichte des Partikels nicht, beeinflusst die Größe eines
Blutkörperchens,
nicht ihre Dichte, deren Sedimentiergeschwindigkeit stark. Dies
erklärt,
warum größere Partikel
im Allgemeinen während
einer zentrifugalen Elutriation in einer Kammer bleiben, während kleinere
Partikel freigesetzt werden, wenn die Partikel ähnliche Dichten haben.
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Wie
in dem
U.S. Patent Nr. 3,825,175 für Sartory
beschrieben, weist die zentrifugale Elutriation eine Reihe von Einschränkungen
auf. In den meisten dieser Prozesse müssen Partikel in einem Strom
flüssigen
Mediums in separaten diskontinuierlichen Batches eingebracht werden,
um eine ausreichende Partikelabscheidung zu ermöglichen. Dadurch gestatten
manche Elutriationsprozesse eine Abscheidung nur in Partikelbatches
und erfordern ein zusätzliches
flüssiges
Medium für
den Transport der Partikel. Ferner müssen die Strömkräfte exakt
bezüglich der
Zentrifugalkraft ausgewogen sein, um eine korrekte Partikeltrennung
zu erlauben.
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Weiterhin
tritt ein Coriolis-Strahlstrombildungseffekt ein, wenn Partikel
von einem hohen Zentrifugalfeld hin zu einem niedrigeren Zentrifugalfeld
in eine Elutriationskammer strömen.
Das Fluid und die Partikel kollidieren heftig mit einer Innenwand
der Kammer, die der Drehrichtung der Zentrifuge zugewandt ist. Dieses
Phänomen
mischt die Partikel in der Kammer und reduziert die Wirksamkeit
des Abscheideprozesses. Weiterhin leitet die Coriolis-Strahlstrombildung
einen Strom entlang der Innenwand vom Einlauf direkt zum Auslass.
Dadurch strömen
die Partikel um das elutriative Feld herum und kontaminieren so
das Endprodukt.
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Das
Partikelmischen durch Partikeldichteinversion ist ein weiteres Problem,
auf das man bei manchen vorbekannten Elutriationsprozessen trifft. Das
in der Elutriationskammer strömende
Fluid weist eine abnehmende Geschwindigkeit auf, wenn es von einer
Einlauföffnung
hin zu einem Teil der Kammer mit größerem Querschnitt in zentripetaler
Richtung strömt.
Da sich Partikel in einer fließenden
Flüssigkeit
eher in Bereichen mit niedrigerer Fließgeschwindigkeit als in Bereichen
hoher Fließgeschwindigkeit zu
konzentrieren neigen, konzentrieren sich die Partikel nahe des Bereichs
der Kammer mit größerem Querschnitt.
Da die Fließgeschwindigkeit
neben der Einlauföffnung
am größten ist,
ist die Partikelkonzentration dementsprechend in diesem Bereich
geringer. Die Dichteinversion der Partikel erfolgt, wenn die Zentrifugalkraft
die Partikel von der hohen Partikelkonzentration am Teil größeren Querschnitts
hin zur Einlauföffnung
drückt.
Dieser Partikelumschlag reduziert die Wirksamkeit der Partikelabscheidung
durch Elutriation.
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Aus
diesen und anderen Gründen
ergibt sich die Notwendigkeit, die Partikelabscheidung zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
gerichtet, die im Wesentlichen ein oder mehrere der Beschränkungen
und Nachteile des Stands der Technik beheben.
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Die
Begleitzeichnungen sind enthalten, um ein tieferes Verständnis der
Erfindung zu bieten und sind in diese Schrift aufgenommen und bilden
einen Teil derselben. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung. Hierbei zeigen:
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1 eine
perspektivische Teilansicht einer Zentrifugenvorrichtung mit einer
Fluidkammer gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführung;
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2 eine
schematische Teilansicht im Querschnitt eines Abscheidegefäßes und
der an dem Rotor von 1 angebrachten Fluidkammer während eines
Abscheideprozesses;
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3 eine
Querschnittansicht von Einlauf- und Auslassbereichen eines herkömmlichen
Abscheidegefäßes;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Schlauchsets mit der Fluidkammer und
einer anderen Ausführung
des Abscheidegefäßes;
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5 eine
Teilansicht im Querschnitt von Einlauf- und Auslassbereichen des
Abscheidegefäßes und
der Fluidkammer von 4 an einem Rotor;
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6 eine
Ansicht ähnlich
der von 5, die die radiale Beabstandung
von baulichen Merkmalen zeigt, und
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7 eine
Ansicht ähnlich
der von 5 einer anderen alternativen
Ausführung.
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Nun
wird eingehend auf die derzeitigen bevorzugten Ausführungen
der Erfindung eingegangen, die in den Begleitzeichnungen veranschaulicht
sind. Wann immer möglich,
werden in den Zeichnungen und der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet,
um auf gleiche oder ähnliche
Teile zu verweisen, und die gleichen Bezugszeichen mit alphabetischen
Suffixen werden zum Bezeichnen ähnlicher
Teile verwendet.
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Die
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung umfassen bevorzugt eine einstufige, COBE
® SPECTRA
TM Blutkomponentenzentrifuge, die von Cobe
Laborstories in Colorado hergestellt wird. Die COBE
® SPECTRA
TM Zentrifuge enthält eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung,
wie sie in dem
U.S. Patent Nr.
4,425,112 für
Ito offenbart wird. Die COBE
® SPECTRA
TM Zentrifuge verwendet
auch einen einstufigen Blutkomponenten-Abscheidekanal, der im Wesentlichen
in dem
U.S. Patent Nr. 4,094,461 für Kellogg
et al. und
U.S. Patent Nr. 4,647,279 für Mulzet
et al. offenbart wird, worauf der Oberbegriff der Ansprüche 1 und
8 beruht. Die Ausführungen
der Erfindung werden lediglich zum Zwecke der Erläuterung
in Kombination mit der COBE
® SPECTRA
TM Zentrifuge
beschrieben und sollen in keiner Weise die Erfindung beschränken.
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Wie
für den
Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung
bei verschiedenen Zentrifugenvorrichtungen, die häufig zur Trennung
von Blut in seine Bestandteile verwendet werden, vorteilhaft eingesetzt
werden. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung mit einer Zentrifugenvorrichtung
verwendet werden, die eine Komponentsammelleitung nutzt, beispielsweise
eine Blutplättchensammelleitung
oder eine Leitung für
bluttplättchenreiches
Plasma, unabhängig
davon, ob die Vorrichtung einen einstufigen Kanal oder eine dichtungslose
ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung verwendet.
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Wie
hierin verkörpert
und in 1 gezeigt umfasst die vorliegende Erfindung eine
Zentrifugenvorrichtung 10 mit einem Zentrifugenrotor 12,
der mit einem Motor 14 gekoppelt ist, so dass der Zentrifugenrotor 12 um
seine Drehachse A-A dreht. Der Rotor 12 weist eine Halterung 16 auf,
die einen Durchlass oder eine ringförmige Nut 18 mit einer
offenen oberen Fläche
aufweist, die zum Aufnehmen eines Abscheidegefäßes 28, 28a oder 28b ausgelegt
ist, das jeweils in 2, 4–6 und 7 gezeigt wird.
Die Nut 18 umgibt die Drehachse A-A des Rotors vollständig und
ist von einer Innenwand 20 und einer Außenwand 22 begrenzt,
die von einander beabstandet sind, um die Nut 18 dazwischen
zu bilden. Auch wenn die in 1 gezeigte
Nut 18 die Drehachse A-A vollständig umgibt, könnte die
Nut teilweise um die Achse A-A vorliegen, wenn das Abscheidegefäß nicht
allgemein ringförmig
ist. Verglichen mit früheren
Auslegungen der Blutkomponentenzentrifuge COBE® SPECTRATM ist die Außenwand 22 bevorzugt
näher zur
Drehachse A-A beabstandet, um das Volumen des Abscheidegefäßes 28, 28a, 28b zu
verkleinern und die Strömgeschwindigkeit
in dem Gefäß 28, 28a, 28b zu
erhöhen.
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Bevorzugt
weist ein wesentlicher Teil der Nut 18 einen konstanten
Krümmungsradius
um die Drehachse A-A auf und ist bei einem höchstmöglichen radialen Abstand an
dem Rotor 12 positioniert. Wie nachstehend beschrieben
gewährleistet
diese Form, dass in dem Abscheidegefäß 28, 28a, 28b abgeschiedene
Substanzen relativ konstanten Zentrifugalkräften ausgesetzt werden, wenn
sie von einem Einlaufbereich zu einem Auslassbereich des Abscheidegefäßes 28, 28a, 28b strömen.
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Der
Motor 14 ist durch eine mit dem Rotor 12 verbundene
Welle 24 direkt oder indirekt mit dem Rotor 12 gekoppelt.
Alternativ kann die Welle 24 durch ein (nicht dargestelltes)
Getriebe mit dem Motor 14 verbunden sein.
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Wie
in 1 gezeigt ist eine Halterung 26 an einer
oberen Fläche
des Rotors 12 vorgesehen. Die Halterung 26 hält eine
Fluidkammer 30 lösbar
an dem Rotor 12, so dass ein Auslass 32 der Fluidkammer 30 näher an der
Drehachse A-A- als ein Einlauf 34 der Fluidkammer 30 angeordnet
ist. Die Halterung 26 richtet bevorzugt die Fluidkammer 30 an
dem Rotor 12 mit einer Längsachse der Fluidkammer 30 in einer
Ebene quer zur Drehachse A-A des Rotors aus. Ferner ist die Halterung 26 bevorzugt
so angeordnet, dass sie die Fluidkammer 30 an dem Rotor 12 mit dem
Fluidkammerauslass 32 der Drehachse A-A zugewandt hält. Auch
wenn die Halterung 26 die Fluidkammer 30 auf einer
oberen Fläche
des Rotors 12 hält,
kann die Fluidkammer 30 auch an anderen Stellen an dem
Rotors 12 befestigt sein, beispielsweise unter der oberen
Fläche
des Rotors 12.
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2 zeigt
schematisch einen Teil des Abscheidegefäßes 28 und der an
dem Rotor 12 angebrachten Fluidkammer 30. Das
Abscheidegefäß 28 weist
einen im Allgemeinen ringförmigen
Fließweg 46 auf
und umfasst einen Einlaufbereich 48 und einen Auslassbereich 50.
Eine Wand 52 verhindert, dass Substanzen direkt zwischen
den Einlauf- und Auslassbereichen 48 und 50 strömen, ohne
zuerst um den im Allgemeinen ringförmigen Fließweg 46 zu strömen (z.
B. wie durch die Pfeile in 2 gezeigt gegen
den Uhrzeigersinn).
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In
dem Bereich des Abscheidegefäßes 28 zwischen
den Einlauf- und Auslassbereichen 48 und 50 ist
eine radiale Außenwand 65 des
Abscheidegefäßes 28 bevorzugt
näher zur
Drehachse A-A als die radiale Außenwand 65 in dem
Auslassbereich 50 positioniert. Während des Abscheidens von Blutkomponenten
in dem Abscheidegefäß 28 bewirkt
diese Anordnung die Bildung eines sehr dünnen und schnell vorrückenden
Betts roter Blutkörperchen
in dem Abscheidegefäß 28 zwischen
den Einlauf- und Auslassbereichen 48 und 50. Das
Bett roter Blutkörperchen reduziert
die Menge an Blutkomponenten, die zum Auslösen eines Abscheidevorgangs
erforderlich sind, und senkt auch die Anzahl unnötiger roter Blutkörperchen
in dem Abscheidegefäß 28.
Wie nachstehend erläutert
wird, beschränkt
das radial äußere Bett
roter Blutkörperchen
im Wesentlichen bzw. verhindert bevorzugter das Berühren der
radialen Außenwand 65 des
Abscheidegefäßes 28 durch
die Blutplättchen. Man
meint, dass dies das Verklumpen von Blutplättchen mindert, das hervorgerufen
wird, wenn Blutplättchen
bauliche Komponenten von Zentrifugalabscheidevorrichtungen berühren, die
normalerweise aus Polymermaterialien gebildet sind.
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Wie
in 2 gezeigt umfasst der Einlaufbereich 48 einen
Einströmschlauch 36 zum
Befördern eines
zu trennenden Fluids, beispielsweise Vollblut, in das Abscheidegefäß 28.
Der Auslassbereich 50 umfasst dagegen erste, zweite und
dritte Auslassleitungen 38, 40, 42 zum
Entfernen von abgeschiedenen Substanzen aus dem Abscheidegefäß 28 und eine
Grenzflächen-Steuerleitung 44 zum
Anpassen des Stands einer Grenzfläche F zwischen abgeschiedenen
Substanzen in dem Gefäß 28.
Bevorzugt bildet das Abscheidegefäß 28 einen als einstufigen Komponentenabscheidebereich
bekannten Bereich, statt mehrere solcher Stufen zu bilden. Jede
der in dem Gefäß 28 abgeschiedenen
Komponenten wird mit anderen Worten bevorzugt in nur einem Bereich des
Gefäßes 28 gesammelt
und entnommen, nämlich
dem Auslassbereich 50. Zudem hat das Abscheidegefäß 28 bevorzugt
einen im Wesentlichen konstanten Radius mit Ausnahme der Region
des Auslassbereichs 60, wo die Außenwand des Auslassbereichs 50 bevorzugt
weiter weg von der Drehachse A-A positioniert ist, um ein Positionieren
der Auslassöffnungen 56, 58, 60 und 61 der
Leitungen 38, 40, 42 und 44 jeweils
bei anderen radialen Entfernungen zu ermöglichen und um ein Sammelbecken
mit größerer Tiefe
für die
roten Blutkörperchen
hoher Dichte zu erzeugen.
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Auch
wenn die Leitungen 38, 40 und 42 als „Sammel"-Leitungen bezeichnet
werden, können
die durch diese Leitungen entfernten Substanzen entweder gesammelt
oder einem Spender rückinfundiert werden.
Zudem könnte
die Erfindung ohne eine oder ohne mehrere der Leitungen 40, 42 und 44 praktiziert werden.
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Auch
wenn 2 den Einlaufbereich 48 mit einem breiten
radialen Querschnitt zeigt, kann die Außenwand des Einlaufbereichs 48 näher an der
Innenwand des Einlaufbereichs 48 beabstandet sein und/oder
verjüngt
sein. Eine Einlauföffnung 54 des Einströmschlauchs 36 ermöglicht das
Abscheiden eines Stroms einer Substanz, beispielsweise von Vollblut,
in den Einlaufbereich 48 des Abscheidegefäßes 28.
Während
eines Abscheidevorgangs folgen die in den Einlaufbereich 48 eindringenden
Substanzen dem Fließweg 46 und
schichten sich entsprechend Dichteunterschieden als Reaktion auf
die Drehung des Rotors 12. Bevorzugt ist der Fließweg 46 zwischen
den Einlauf- und Auslassbereichen 48 und 50 gebogen
und weist einen im Wesentlichen konstanten Radius auf. Zudem ist
der Fließweg 46 bei
dem Höchstabstand
von der Achse A-A angeordnet. Diese Form stellt sicher, dass durch
den Fließweg 46 strömende Komponenten
auf ein relativ konstantes Gravitationsfeld und ein größtmögliches
Gravitationsfeld für
den Rotor 12 treffen.
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Die
abgeschiedenen Substanzen strömen
in den Auslassbereich 50, wo sie mittels erster, zweiter und
dritter Auslassöffnungen 56, 58 bzw. 60 erster, zweiter
und dritter Sammelleitungen 38, 40 und 42 entnommen
werden. Die abgeschiedenen Substanzen werden auch durch eine Grenzflächen-steuerauslassöffnung 61 der
Grenzflächen-Steuerleitung 44 entfernt.
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Wie
in 2 gezeigt wird, sind die ersten, zweiten und dritten Öffnungen 56, 58 und 60 sowie die
Grenzflächenöffnung 61 bei
unterschiedlichen radialen Stellen am Rotor 12 positioniert,
um Substanzen mit unterschiedlichen Dichten zu entfernen. Die zweite
Auslassöffnung 58 ist
weiter von der Drehachse A-A entfernt als die ersten, dritten und
Grenzflächen-Öffnungen 56, 60 und 61,
um Komponenten H höherer
Dichte zu entfernen, die in dem Abscheidegefäß 28 entfernt wurden,
beispielsweise rote Blutkörperchen.
Die dritte Öffnung 60 ist
näher an
der Drehachse A-A angeordnet als die ersten, zweiten und Grenzflächen-Öffnugnen 56, 68 und 61,
um die am wenigsten dichten Komponenten L zu entfernen, die in dem
Abscheidegefäß 28 abgeschieden
wurden, beispielsweise Plasma. Bevorzugt ist die erste Öffnung 56 etwa
0,9 mm bis etwa 3 mm (etwa 0,035 Zoll bis etwa 0,115 Zoll) näher als
die Grenzflächenöffnung 61 zur
Drehachse A-A.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst der Auslassbereich 50 eine
Trennwand 62 zum im Wesentlichen Absperren eines Stroms
von Komponenten I mittlerer Dichte, beispielsweise Blutplättchen und
einigen mononuklearen Zellen (weißen Blutkörperchen). Bevorzugt ist die
Trennwand 62 ein Skimmer-Damm, der sich vollständig über den
Auslassbereich 50 in einer Richtung im Allgemeinen parallel
zur Drehachse A-A erstreckt. Die erste Auslassöffnung 56 ist unmittelbar stromaufwärts der
Trennwand 62 positioniert, um mindestens die Komponenten
I mittlerer Dichte, die von der Trennwand 62 abgeblockt
werden, und optional einige der Komponenten L niedrigerer Dichte
zu sammeln.
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Radial
innere und äußere Kanten
der Trennwand 62 sind von radial inneren und äußeren Wänden 63, 65 des
Abscheidegefäßes 28 beabstandet, um
einen ersten Durchlass 64 für Komponenten L niedrigerer
Dichte, beispielsweise Plasma, an einer radial inneren Position
in dem Auslassbereich 50 und einen zweiten Durchlass 66 für Komponenten
H höherer
Dichte, beispielsweise rote Blutkörperchen, bei einer radial äußeren Position
in dem Auslassbereich 50 zu bilden. Die zweiten und dritten
Sammelöffnungen 58 und 60 sind
bevorzugt stromabwärts
der Trennwand 62 positioniert, um die jeweiligen Komponenten
H und L hoher und niedriger Dichte, die durch die zweiten und ersten
Durchlässe 66 und 64 strömen, zu
sammeln.
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Die
Grenzflächen-Steuerauslassöffnung 61 ist
ebenfalls bevorzugt stromabwärts
der Trennwand 62 positioniert. Während eines Abscheidevorgangs entfernt
die Grenzflächenöffnung 61 die
Komponenten H höherer
Dichte und/oder die Komponenten L niedrigerer Dichte in dem Auslassbereich 50,
um dadurch die radiale Position der Grenzfläche F zwischen den Komponenten
I mittlerer Dichte und den Komponenten H höherer Dichte in dem Auslassbereich 50 so
zu steuern, dass die Grenzfläche
F und die Grenzflächenöffnung 61 bei
etwa dem gleichen radialen Abstand von der Drehachse A-A entfernt sind.
Auch wenn die Grenzflächenöffnung 61 die
bevorzugte Struktur zum Steuern der radialen Position der Grenzfläche F ist,
könnte
eine alternative Struktur zum Ausführen dieser Funktion vorgesehen
werden. Die Position der Grenzfläche
F könnte
zum Beispiel ohne Verwenden einer Grenzflächenöffnung gesteuert werden, indem
ein (nicht dargestellter) optischer Monitor zum Überwachen der Position der
Grenzfläche
und zum Steuern des Strömens
von Flüssigkeit und/oder
Partikeln durch eine oder mehrere der Öffnungen 54, 56, 58 und 60 als
Reaktion auf die überwachte
Position vorgesehen wird.
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Bevorzugt
ist die zweite Sammelleitung
40 mit der Grenzflächen-Steuerleitung
44 strömverbunden,
so dass mittels der zweiten Sammelöffnung
58 und der
Grenzflächen-Steueröffnung
61 entfernte Substanzen
vereint und zusammen durch eine gemeinsame Leitung entfernt werden.
Auch wenn die zweiten und dritten Auslassöffnungen
58 und
60 sowie
die Grenzflächen-Auslassöffnung
61 stromabwärts der
Trennwand
62 gezeigt werden, kann eine oder mehrere dieser Öffnungen
stromaufwärts
der Trennwand
62 sein. Zudem könnte die Reihenfolge der Auslassöffnungen
56,
48,
60 und
der Grenzflächen-Öffnung
61 entlang
der Länge
des Auslassbereichs
50 geändert werden. Weitere Einzelheiten
bezüglich
des Aufbaus und Betriebs des Abscheidegefäßes
28 werden in
U.S. Patent Nr. 4,094,461 für Kellogg
et al. und
U.S. Patent Nr. 4,647,279 für Mulzet
et al. beschrieben.
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Ein
Schirm 96 ist zwischen der ersten Auslassöffnung 56 und
der Außenwand 65 positioniert, um
Eindringen in die erste Auslassöffnung 56 der Komponenten
H höherer
Dichte zu beschränken.
Der Schirm 96 ist bevorzugt eine Platte, die sich von einer stromaufwärts befindlichen
Seite des Damms 62 erstreckt. In der bevorzugten Ausführung ist
der Schirm 96 mindestens so breit (in einer Richtung parallel
zur Achse A-A) wie die erste Auslassöffnung 56 und erstreckt
sich stromaufwärts
mindestens bis zum stromaufwärts
befindlichen Ende der ersten Auslassöffnung 56, so dass
der Schirm 96 direktes Strömen in die erste Auslassöffnung 56 von
Komponenten beschränkt,
die zwischen dem Schirm 96 und der Außenwand 65 vorhanden
sind, was die Komponenten H höherer
Dichte einschließt.
Der Schirm 96 stellt mit anderen Worten sicher, dass eine
erhebliche Menge der in die erste Auslassöffnung 56 strömenden Substanzen
von radialen Stellen stammt, die nicht weiter als der Schirm 96 von
der Drehachse A-A entfernt sind.
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Bevorzugt
hat der Schirm 96 eine radial innere Fläche 98, die der ersten
Auslassöffnung 56 zugewandt
ist. Die innere Fläche 98 ist
von der ersten Auslassöffnung 56 bei
einem Abstand von bevorzugt etwa 0,13 mm bis etwa 2 mm (etwa 0,005
Zoll bis etwa 0,08 Zoll) und bevorzugter von etwa 0,5 mm bis etwa
0,76 mm (etwa 0,02 Zoll bis etwa 0,03 Zoll) radial auswärts beabstandet.
Die innere Fläche 98 ist weiter
als die erste und dritte Auslassöffnung 56 und 60 von
der Drehachse A-A entfernt positioniert. Die Innenfläche 98 ist
ebenfalls näher
als die zweite Auslassöffnung 58 und
die Grenzflächen-Auslassöffnung 61 zur
Drehachse A-A positioniert.
Die relative Positionierung der Innenfläche 98 und der Grenzflächen-Auslassöffnung 61 hält die Innenfläche 98 über der
Grenzfläche
F aus der Schicht der Komponenten H höherer Dichte, die in dem Auslassbereich 50 gebildet
ist, und in der Schicht von Komponenten I mittlerer Dichte. Da die
obere Fläche 98 über der
Grenzfläche
F liegt, blockiert der Schirm 96 ein Strömen von
Substanzen H höherer
Dichte in die erste Auslassöffnung 56.
Wenn das Abscheidegefäß 28 in
einem Blutkomponentenvorgang verwendet wird, bei dem die Schicht
aus Substanzen H höherer
Dichte vorrangig rote Blutkörperchen
umfasst, reduziert der Schirm 96 bevorzugt die Anzahl roter
Blutkörperchen,
die in die erste Auslassöffnung 56 strömen, signifikant.
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3 zeigt
eine Ansicht eines Bereichs eines herkömmlichen Abscheidegefäßes
28', das in dem
oben erwähnten
U.S. Patent Nr. 4,647,279 für Mulzet
et al. offenbart wird. Wie in
3 gezeigt
umfasst dieses Abscheidegefäß
28' einen ersten
Auslass
56' für Substanzen
mittlerer Dichte, einen zweiten Auslass
58' für Substanzen hoher Dichte,
einen dritten Auslass
60' für Substanzen
niedriger Dichte und einen Grenzflächen-Steuerauslass
61'. Zudem umfasst
das Abscheidegefäß
28' eine Trennwand
62' mit einem Strömrichter
100,
der von dem Auslass
56' radial
auswärts
positioniert ist. Der Strömrichter
100 mindert
aber das Strömen
von Substanzen hoher Dichte, wie rote Blutkörperchen, in den Auslass
56' nicht wesentlich,
da der Strömrichter
100 eine
radial innere Fläche
102 aufweist,
die radial auswärts
von der Grenzflächen-Steueröffnung
61' angeordnet
ist, um die innere Fläche
102 in
einer Schicht von Substanzen höherer
Dichte zu positionieren. Die radial innere Fläche
102 befindet sich
mit anderen Worten radial auswärts
einer Grenzfläche
zwischen den Substanzen höherer
Dichte und den Substanzen mittlerer Dichte, die in dem Abscheidegefäß
28' ausgebildet
sind.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, umfasst die bevorzugte
Ausführung
der vorliegenden Erfindung bevorzugt einen Grat 68, der
sich von der Innenwand 20 der Nut 18 hin zur Außenwand 22 der
Nut 18 erstreckt. Wenn das in 2 gezeigte
Abscheidegefäß 28 in
die Nut 18 geladen wird, verformt der Grat 68 halbstarres
oder biegsames Material in dem Auslassbereich 50 des Abscheidegefäßes 28,
um einen Rückhaltedamm 70 an
der radial inneren Wand 63 des Abscheidegefäßes 28 stromaufwärts der
ersten Sammelöffnugn 56 zu
bilden. Der Rückhaltedamm 70 erstreckt
sich weg von der Drehachse A-A, um einen Teil von Substanzen niedriger
Dichte, beispielsweise eines Vorfüllfluids und/oder Plasmas,
entlang eines radial inneren Bereichs des Abscheidegefäßes 28,
der stromaufwärts
des Rückhaltedamms 70 angeordnet
ist, zurückzuhalten.
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Wenn
das Abscheidegefäß 28 zum
Trennen von Vollblut in Blutkomponenten genutzt wird, hält der Rückhaltedamm 70 Vorfüllfluid
(d. h. Kochsalzlösung)
und/oder Plasma entlang der Innenwand 63 zurück, und
diese zurückgehaltenen
Substanzen helfen bei der Beförderung
von Blutplättchen
zum Auslassbereich 50 und der ersten Sammelöffnung 56,
indem sie die Plasmaströmgeschwindigkeiten
neben der Schicht roter Blutkörperchen
in dem Abscheidegefäß 28 erhöhen, um
die Blutplättchen
hin zum Auslassbereich 50 zu waschen. Wie nachstehend erläutert beschränken das
zurückgehaltene
Vorfüllfluid und/oder
Plasma entlang der Innenwand 63 auch ein Berühren der
radialen Innenwand 63 durch Blutplättchen erheblich bzw. verhindern
es bevorzugter. Man meint, dass dies das Verklumpen von Blutplättchen mindert,
das hervorgerufen wird, wenn Blutplättchen bauliche Komponenten
der Zentrifugalabscheidevorrichtungen berühren, die normalerweise aus
Polymermaterialien gebildet sind.
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Bevorzugt
weist der Rückhaltedamm 70 eine relativ
glatte Oberfläche
auf, um eine Störung
des Strömens
in dem Abscheidegefäß 28,
zum Beispiel durch Senken der Coriolis-Kräfte, zu beschränken. In der
bevorzugten Ausführung
weist ein stromabwärts befindlicher
Teil 104 des Rückhaltedamms 70 eine relativ
sanfte Neigung auf, die sich in der Richtung stromabwärts hin
zur Drehachse A-A erstreckt. Während
eines Blutkomponenten-Abscheidevorgangs beschränkt die relativ sanfte Neigung
des stromabwärts
befindlichen Teils 104 die Anzahl an Blutplättchen (Komponenten
mittlerer Dichte), die mit dem Plasma (Komponenten niedrigerer Dichte)
mitgeführt (gemischt)
werden, wenn Plasma entlang des Rückhaltedamms 70 strömt. Zudem
vermindert die sanfte geneigte Form des stromabwärts befindlichen Teils 104 die
Anzahl an Blutplättchen,
die sich in dem Abscheidegefäß 28 sammeln,
bevor sie die erste Sammelöffnung 56 erreichen.
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Wie
in 2 gezeigt erstreckt sich die sanfte Neigung des
stromabwärts
befindlichen Teils 104 bevorzugt zu einem stromabwärts befindlichen
Ende 106, das näher
als die erste Auslassöffnung 56 zur Drehachse
A-A angeordnet ist. Wenn das Abscheidegefäß 28 für Blutkomponentenabscheidung
verwendet wird, befindet sich das stromabwärts befindliche Ende 106 bevorzugt
radial einwärts
der Schicht aus Blutplättchen,
die in dem Abscheidegefäß 28 ausgebildet
ist. Wenn dagegen das stromabwärts
befindliche Ende 106 radial auswärts des radial innersten Teils
der Blutplättchenschicht
angeordnet ist, könnte
das entlang der Fläche
des Damms 70 strömende
Plasma die Blutplättchen
in dem Plasma stromabwärts
des Damms mitführen
(mischen), was die Leistungsfähigkeit
der Blutkomponentenabscheidung reduziert.
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In
der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführung weisen der Rückhaltedamm 70 und
sein stromabwärts
befindlicher Teil 104 bevorzugt eine im Allgemeinen konvexe
Krümmung
auf. Bevorzugt hat die Oberfläche
des Rückhaltedamms 70 die
Form eines Bogens mit konstantem Radius, der einen von der Drehachse
A-A versetzten Krümmungsmittelpunkt
aufweist. Auch wenn der Rückhaltedamm 70 jeden
Krümmungsradius
haben könnte,
ist ein Radius von etwa 6,35 mm bis etwa 51 mm (etwa 0,25 Zoll bis
etwa 2 Zoll) bevorzugt und ein Radius von etwa 51 mm (2 Zoll) ist
am bevorzugtesten.
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Auch
wenn der Grat 68 bevorzugt das Abscheidegefäß 28 verformt,
um den Rückhaltedamm 70 zu
bilden, könnte
der Rückhaltedamm 70 auf
andere Weise gebildet werden. Der Rückhaltedamm 70 könne zum
Beispiel eine dauerhafte Struktur sein, die von einer radial inneren
Wand des Abscheidegefäßes 28 absteht.
Zudem könnte
der Rückhaltedamm 70 näher zur
Trennwand 62 positioniert sein und ein diesen durchsetzendes
kleines Loch haben, um ein Passieren von Luft in einem radialen
inneren Bereich des Auslassbereichs 50 zu ermöglichen.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt wird, umfasst die
Außenwand 22 der
Nut 18 bevorzugt einen sanft geneigten Teil 108,
der dem Grat 68 in der Innenwand 20 zugewandt
ist. Wenn das in 2 gezeigte Abscheidegefäß 28 in
die Nut 18 geladen wird, verformt der sanft geneigte Teil 108 das
halbstarre oder biegsame Material in dem Auslassbereich 50 des
Abscheidegefäßes 28,
um ein relativ gleichmäßiges und
sanft geneigtes Segment 110 in einem Bereich des Gefäßes 28 gegenüber dem
Rückhaltedamm 70 zu
bilden. In einer alternativen Ausführung ist dieses sanft geneigte
Segment 110 eine dauerhafte Struktur, die in dem Abscheidegefäß 28 ausgebildet
ist.
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In
der Richtung stromabwärts
neigt sich das Segment 110 allmählich weg von der Drehachse
A-A, um die Dicke einer Schicht aus Komponenten H hoher Dichte,
wie rote Blutkörperchen,
die gegenüber dem
Rückhaltedamm 70 ausgebildet
ist, zu vergrößern. Die
sanfte Neigung des Segments 110 wahrt relativ gleichmäßige Strömungsübergänge in dem Abscheidegefäß 28 und
senkt die Geschwindigkeit von Komponenten H hoher Dichte (rote Blutkörperchen),
die radial auswärts
der Komponenten I mittlerer Dichte (Blutplättchen) ausgebildet sind.
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Bevorzugt
ist ein stromaufwärts
befindliches Ende 112 des sanft geneigten Segments 110 stromaufwärts des
Rückhaltedamms 70 positioniert.
Diese Position des stromaufwärts
befindlichen Endes 112 senkt die Geschwindigkeit von Komponenten
H hoher Dichte, beispielsweise roter Blutkörperchen, wenn diese Komponenten
an dem Rückhaltedamm 70 vorbeiströmen und
sich radial auswärts
der Schicht von Komponenten I mittlerer Dichte, die von der Trennwand 62 blockiert
werden, bilden.
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Wie
in 2 gezeigt ist die erste Sammelleitung 38 zwischen
der ersten Auslassöffnung 56 und dem
Fluidkammereinlauf 34 angeschlossen, um die Komponenten
mittlerer Dichte in die Fluidkammer 30 zu leiten. Bevorzugt
ist die Fluidkammer 30 so nah wie möglich an der ersten Auslassöffnung 56 angeordnet,
so dass alle in die Fluidkammer 30 eindringenden roten
Blutkörperchen
in ein hohes Gravitationsfeld versetzt und verdichtet werden. Wie
nachstehend beschrieben werden Komponenten, die zunächst in
dem Abscheidegefäß 28 abgeschieden wurden,
in der Fluidkammer 30 weiter abgeschieden. Weiße Blutkörperchen
könnten
zum Beispiel von Plasma und Blutplättchen in der Fluidkammer 30 abgeschieden
werden. Diese weitere Abscheidung erfolgt bevorzugt durch Bilden
eines elutriativen Felds in der Fluidkammer 30 oder durch
Bilden eines gesättigten
Fließbetts
von Partikeln, beispielsweise Blutplättchen, in der Fluidkammer 30.
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Die
Fluidkammer
30 ist bevorzugt ähnlich oder identisch zu einer
der Fluidkammern konstruiert, die in der oben erwähnten U.S.
Patentanmeldung Nr. 08/676,039 und
U.S.
Patent Nr. 5,674,173 offenbart werden. Wie in
2 gezeigt
sind der Einlauf
34 und der Auslass
32 der Fluidkammer
30 entlang
einer Längsachse
der Fluidkammer
30 angeordnet. Eine Wand der Fluidkammer
30 erstreckt
sich zwischen dem Einlauf
34 und dem Auslass
32,
wodurch der Einlauf
34, der Auslass
32 und ein
Innenraum der Fluidkammer
30 gebildet werden.
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Die
Fluidkammer umfasst bevorzugt zwei stumpfkegelig geformte Abschnitte,
die bei einer maximalen Querschnittfläche der Fluidkammer 30 verbunden
sind. Das Innere der Fluidkammer 30 verjüngt sich
bevorzugt von der maximalen Querschnittfläche in Gegenrichtungen hin
zum Einlauf 34 und dem Auslass 32 (nimmt an Querschnitt
ab). Auch wenn die Fluidkammer 30 mit zwei Abschnitten
gezeigt wird, die stumpfkegelige Innenformen haben, kann das Innere
jedes Abschnitts paraboloid oder von jeder anderen Form mit einem
Hauptquerschnittfläche
sein, die größer als
die Einlauf- oder Auslassfläche
ist.
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Das
Volumen der Fluidkammer 30 sollte mindestens groß genug
sein, um die Bildung eines gesättigten
Partikelfließbetts
(nachstehend beschrieben) für
einen bestimmten Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten,
Partikelgrößen und
Drehzahlen des Zentrifugenrotors 12 zu ermöglichen.
Die Fluidkammer 30 kann aus einem einteiligen Stück Kunststoff oder
aus separaten Stücken
hergestellt werden, die verbunden werden, um separate Abschnitte
der Fluidkammer 30 zu bilden. Die Fluidkammer 30 kann aus
einem transparenten oder durchscheinenden Copolyesterkunststoff
wie PETG gebildet sein, um ein Einsehen des Inhalts in dem Kammerinneren
mit Hilfe eines (nicht dargestellten) optionalen Stroboskops während eines
Abscheidevorgangs zu ermöglichen.
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Wie
in 2 gezeigt ist eine Nut 72 an einer Innenfläche der
Fluidkammer 30 an einer Position der maximalen Querschnittfläche ausgebildet.
Die Nut 72 wird durch obere und untere Wandflächen gebildet,
die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Fluidkammer 30 und
einer Innenfläche
der Fluidkammer 30, die der Längsachse zugewandt sind, sind.
Bevorzugt ist die Nut 72 ringförmig, doch kann die Nut 72 auch
teilweise die Längsachse
der Fluidkammer 30 umgeben.
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Die
Nut 72 trägt
dazu bei, die Coriolis-Strahlstrombildung in der Fluidkammer 30 zu
verteilen, wie nachstehend beschrieben wird. Plötzliche Anstiege der Strömgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
während eines
Partikelabscheidevorgangs können
die Wirksamkeit von elutriativer Partikelabscheidung beschränken oder
können
die Fähigkeit
des gesättigten Partikelfließbetts beschränken, ein
Passieren von Partikel zu verhindern. In die Fluidkammer 30 strömende Flüssigkeit
wird einer Coriolis-Strahlstrombildungswirkung ausgesetzt. Dieser
Strahlstrom reduziert die Filtrationswirksamkeit des gesättigten
Partikelfließbetts,
da Flüssigkeit
und Partikel zwischen dem gesättigten
Partikelfließbett
und einer Innenwandfläche
der Fluidkammer 30 statt in das Bett selbst strömen können. Die
Fluidkammer 30 mit der Nut 72 wirkt diesen Wirkungen
durch Kanalisieren des Coriolis-Strahlstroms in einer Umfangsrichtung teils
um die Achse der Fluidkammer 30 entgegen. Daher verbessert
die Nut 72 die Partikelsperrfähigkeit des gesättigten
Betts, insbesondere wenn die Flüssigkeitsströmgeschwindigkeiten
zunehmen.
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Wie
in 2 gezeigt erstreckt sich eine umlaufende Lippe 74 von
einem oberen Bereich der Nut 72 hin zu einem unteren Bereich
der Nut 72, um einen Einlass in die Nut 72 zu
bilden. Die Lippe 74 dient zum Leiten von Fluid in der
Nut 72.
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Mehrere
Stufen 72 sind bevorzugt an einer Innenfläche der
Fluidkammer 30 zwischen dem maximalen Querschnitt der Kammer 30 und
dem Einlauf 34 ausgebildet. Auch wenn sechs Stufen 76 dargestellt
sind, kann eine beliebige Anzahl an Stufen in der Fluidkammer 30 vorgesehen
werden.
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Jede
Stufe 76 weist eine untere Fläche auf, die im Wesentlichen
senkrecht zur Längsachse
der Fluidkammer 30 ausgerichtet ist, sowie eine Seitenfläche, die
orthogonal zur unteren Fläche
angeordnet ist. Auch wenn 2 eine Ecke
zeigt, bei der sich die Seitenfläche
und die untere Fläche
schneiden, kann eine konkave Nut diese Ecke ersetzen. In einer bevorzugten
Ausführung
ist jede Stufe 76 ringförmig und
umgibt die Achse der Kammer 30 vollständig, um eine zylindrisch geformte
Fläche
zu begrenzen. Alternativ können
die Stufen 76 die Achse der Kammer 30 teilweise
umgeben.
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Das
Hinzufügen
von Stufen 76 zur Fluidkammer 30 verbessert auch
die Eigenschaften der Partikelsperrung eines in der Fluidkammer 30 gebildeten gesättigten
Partikelfließbetts,
insbesondere während Ansteigens
der Fluidströmgeschwindigkeit.
Die Stufen 76 sehen diese Verbesserung durch Vorsehen von
Flächen
vor, die ein Moment ablenken und umlenken, um die Coriolis-Strahlstrombildung
in der Fluidkammer 30 zu mindern. Wenn die Coriolis-Strahlstrombildung
eintritt, bewegen sich die Flüssigkeit und
Partikel des Strahlstroms entlang einer Innenfläche der Fluidkammer 30,
die der Richtung der Zentrifugendrehung zugewandt ist. Daher kann
der Strahl Partikel zwischen der Fluidkammer-Innenfläche und entweder
einem gesättigten
Partikelfließbett
oder einem Elutriationsfeld, das in der Fluidkammer 30 angeordnet
ist, transportieren. Somit treten sich in dem Strahl fortbewegende
Partikel aus der Fluidkammer 30 aus, ohne abgeschieden
zu werden.
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Die
Stufen 76 leiten oder ändern
das Moment des Coriolis-Strahlstroms aus Flüssigkeit und Partikeln im Allgemeinen
in eine Umfangsrichtung um die Achse der Fluidkammer 30.
Daher muss eine erhebliche Anzahl an Partikeln, die ursprünglich im Strahlstrom
fließen,
zur Abscheidung in das gesättigte
Fließbett
oder Elutriationsfeld eindringen.
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Die
Nut 72 und die Stufen 76 sind vorgesehen, um Anstiege
der Fluidströmgeschwindigkeit
zu erleichtern und eine stabile Leistung der Fluidkammer 30 zu
verbessern. Während
der Abscheidung von Blutkomponenten reduzieren die Nut 72 und
die Stufen 76 die Anzahl weißer Blutkörperchen, die andernfalls ein
in der Fluidkammer 30 ausgebildetes gesättigtes Blutplättchenfließbett umgehen
würden, stark.
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Wie
in 2 schematisch gezeigt wird, sind mehrere Pumpen 78, 80, 84 zum
Hinzufügen
und Entnehmen von Substanzen zu und von dem Abscheidegefäß 28 und
der Fluidkammer 30 vorgesehen. Eine Einströmpumpe 78 ist
mit der Einströmleitung 36 verbunden,
um eine abzuscheidende Substanz, beispielsweise Vollblut, dem Einlaufbereich 48 zuzuführen. Eine
erste Sammelpumpe 80 ist mit dem Ausströmschlauch 88 gekoppelt,
der mit dem Fluidkammerauslass 32 verbunden ist. Die erste
Sammelpumpe 80 zieht Fluid und Partikel aus dem Fluidkammerauslass 32 und
lässt das
Fluid und die Partikel mittels des Fluidkammereinlaufs 34 in
die Fluidkammer 30 eindringen.
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Eine
zweite Sammelpumpe 84 ist mit der zweiten Sammelleitung 42 zum
Entfernen von Substanzen durch die dritte Auslassöffnung 60 strömverbunden.
Bevorzugt sind die zweite Sammelleitung 40 und die Grenzflächen-Steuerleitung 44 miteinander strömverbunden,
und Substanzen strömen
infolge eines positiven Fluiddrucks in dem Gefäßauslassbereich 50 durch
diese Leitungen 40 und 44.
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Die
Pumpen 78, 80, 84 sind vorzugsweise Peristaltikpumpen
oder Kreiselradpumpen, die dafür ausgelegt
ist, eine erhebliche Schädigung
der Blutkomponenten zu verhindern. Doch kann jede Fluid pumpende
oder ansaugende Vorrichtung vorgesehen werden. In einer anderen
(nicht dargestellten) Ausführung
kann die erste Sammelpumpe 80 mit dem Einlauf 34 der
Fluidkammer fluidverbunden sein, um Substanzen direkt in und durch
die Fluidkammer 30 zu bewegen. Die Pumpen 78, 80, 84 können an
jeder geeigneten Stelle angebracht werden.
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Wie
in 1 gezeigt umfasst die Vorrichtung 10 weiterhin
ein mit dem Motor 14 verbundenes Steuergerät 89 zum
Steuern der Drehzahl des Rotors 12. Ferner ist das Steuergerät 89 auch
bevorzugt mit den Pumpen 78, 80, 84 verbunden,
um die Strömgeschwindigkeit
von Substanzen zu steuern, die zu und von dem Abscheidegefäß 28 und
der Fluidkammer 30 strömen.
Das Steuergerät 89 hält bevorzugt
ein gesättigtes
Fließbett
erster Partikel in der Fluidkammer 30 aufrecht, um ein
Zurückhalten
zweiter Partikel in der Fluidkammer 30 zu bewirken Das
Steuergerät 89 kann
einen Computer mit programmierten Befehlen enthalten, die durch
einen ROM oder RAM, wie dies auf dem Gebiet allgemein bekannt ist,
geliefert werden.
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Das
Steuergerät 89 kann
die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12 durch Regeln der
Frequenz, des Stroms oder der Spannung der an dem Motor 14 angelegten
Elektrizität
verändern.
Alternativ kann die Rotordrehzahl durch Schalten der Anordnung eines (nicht
dargestellten) Getriebes verändert
werden, beispielsweise durch Ändern
der Übersetzung,
um eine Drehverbindung zwischen dem Motor 14 und dem Rotor 12 zu
verändern.
Das Steuergerät 89 kann
Eingaben von einem (nicht dargestellten) Drehzahldetektor erhalten,
um die Drehzahl des Rotors 12 ständig zu überwachen.
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Das
Steuergerät 89 kann
auch eine oder mehrere der Pumpen 78, 80, 84 so
regeln, dass die Strömgeschwindigkeiten
der dem Abscheidegefäß 28 und
der Fluidkammer 30 zugeführten oder aus diesen entnommenen
Substanzen verändert
werden. Das Steuergerät 89 kann
zum Beispiel den den Pumpen 78, 80, 84 gelieferten
elektrischen Strom verändern.
Alternativ kann das Steuergerät 89 die
Strömgeschwindigkeit
zu und von dem Gefäß 28 und
der Fluidkammer 30 durch Regeln der (nicht dargestellten)
Ventilanordnungen verändern,
die in den Leitungen 36, 38, 40, 42, 44 und/oder 88 angeordnet
sind. Das Steuergerät 89 kann
Eingaben von einem (nicht dargestellten) Strömungsdetektor erhalten, der
in der ersten Auslassleitung 38 angeordnet ist, um die Strömgeschwindigkeit
der in die Fluidkammer 30 eintretenden Substanzen zu überwachen.
Wenngleich in der in 1 gezeigten Ausführung ein
einzelnes Steuergerät 89 mit
mehreren Betrieben schematisch abgebildet ist, kann das Steuermittel
der Erfindung eine beliebige Anzahl an einzelnen Steuergeräten beinhalten,
die jeweils für
das Ausführen
einer einzelnen Funktion oder einer Reihe von Funktionen dienen.
Das Steuergerät 89 kann
die Strömgeschwindigkeiten
auf höchst
unterschiedliche Weise steuern, wie dies auf dem Gebiet bekannt
ist.
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4 zeigt
eine Ausführung
eines Schlauchsets 90a zur Verwendung in der Vorrichtung 10,
und 5 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils des Schlauchsets 90a,
der in der Nut 18a am Rotor 12a angebracht ist.
Das Schlauchset 90a umfasst ein Abscheidegefäß 28a,
die Fluidkammer 30, einen Einströmschlauch 36a zum
Befördern
eines abzuscheidenden Fluides, beispielsweise Vollblut, in das Abscheidegefäß 28a,
erste, zweite und dritte Auslassleitungen 38a, 40a, 42a zum
Entfernen abgeschiedener Komponenten des Fluides aus dem Abscheidegefäß 28a und
eine Grenzflächen-Steuerleitung 44a zum
Anpassen des Stands einer Grenzfläche zwischen abgeschiedenen
Substanzen in dem Gefäß 28a.
Wenn das Abscheidegefäß 28a an
einem Rotor 12a angebracht ist, treten die Leitungen 36a, 38a, 42a und 44a bevorzugt
durch (nicht dargestellte) Schlitze, die an dem Rotor 12a ausgebildet
sind.
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Bevorzugt
ist das Abscheidegefäß
28a ähnlich wie
der Zentrifugenabscheider aufgebaut, der in dem vorstehend erwähnten
U.S. Patent Nr. 4,647,279 für Mulzet
et al. offenbart wird. Das Abscheidegefäß
28a umfasst einen
in
5 gezeigten, im Allgemeinen ringförmigen Kanal
92a,
der aus halbstarrem oder biegsamen Material gebildet ist und einen
Fließweg
46a aufweist.
Gegenüberliegende Enden
des Kanals
92a sind mit einem relativ steifen Verbindungsaufbau
94 verbunden,
der einen Einlaufbereich
48a und einen Auslassbereich
50a für das Abscheidegefäß
28a abgetrennt
durch eine Wand
52a aufweist. Eine Einlauföffnung
54a des
Einströmschlauchs
36a steht
in Fluidverbindung mit dem Einlaufbereich
48a und ermöglicht das
Strömen
einer abzuscheidenden Substanz, beispielsweise Blut, in das Abscheidegefäß
28a.
Während
eines Abscheidevorgangs strömen
mittels der Einlauföffnung
54a in das
Gefäß
28a eindringende
Substanzen mittels des Fließwegs
46a um
den Kanal
92a (in
5 gegen den
Uhrzeigersinn) und schichten sich entsprechend Dichteunterschieden
als Reaktion auf Drehung des Rotors
12a.
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Die
abgeschiedenen Substanzen strömen
in den Auslassbereich 50a, wo sie durch erste, zweite und
dritte Auslassöffnungen 56a, 58a und 60a jeweiliger
erster, zweiter und dritter Sammelleitungen 38a, 40a und 42a und
eine Grenzflächen-Steueröffnung 61a der
Grenzflächen-Steuerleitung 44a entfernt werden.
Wie in 5 gezeigt ist die zweite Sammelleitung 40a bevorzugt
mit der Grenzflächen-Steuerleitung 44a verbunden,
so dass durch die zweite Sammelleitung 40a und die Grenzflächen-Steuerleitung 44a strömende Substanzen
zusammen durch einen Teil der Grenzflächen-Steuerleitung 44a entnommen
werden.
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Die
ersten, zweiten und dritten Auslassöffnungen 56a, 58a und 60a und
die Grenzflächen-Steueröffnung 61a haben
die gleiche relative radiale Positionierung wie die in 2 gezeigten
ersten, zweiten und dritten Auslassöffnungen 56, 58 und 60 bzw.
die Grenzflächen-Steueröffnung 61.
Wie in 6 gezeigt sind die erste Öffnung 56a und die Grenzflächenöffnung 61a in
radialer Richtung bei einem Abstand „d" von etwa 0,035 Zoll bis etwa 0,115 Zoll
beabstandet, so dass die erste Öffnung 56a etwas
näher zur
Drehachse A-A ist.
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Der
Auslassbereich 50a umfasst eine Trennwand 62a zum
im Wesentlichen Blockieren des Strömens von Substanzen mittlerer
Dichte, wie Blutplättchen
und einige weiße
Blutkörperchen.
In der in 5 gezeigten Ausführung ist
die Trennwand 62a ein Skimmer-Damm, der sich quer über den
Auslassbereich 50a in eine Richtung im Allgemeinen parallel zur
Drehachse A-A erstreckt. Die erste Sammelöffnung 56a ist unmittelbar
stromaufwärts
des Skimmer-Damms 62a und stromabwärts des Einlaufbereichs 48a positioniert,
um die von dem Skimmer-Damm 62a blockierten Substanzen
mittlerer Dichte zu sammeln.
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Von
der stromaufwärts
befindlichen Seite des Skimmer-Damms 62a erstreckt sich
ein Schirm 96a. Der Schirm 96a ist bevorzugt wie
der in 2 gezeigte Schirm 96 ausgelegt, um ein
Strömen
von Komponenten höherer
Dichte in die erste Öffnung 56a zu
beschränken.
Wie in 6 gezeigt wird, ist die radial innere Fläche 98a des
Schirms 96a von der ersten Auslassöffnung 56a bei einem
Spalt „g" von bevorzugt etwa
0,13 mm bis etwa 2 mm (etwa 0,005 Zoll bis etwa 0,08 Zoll) und bevorzugter von
etwa 0,05 mm bis etwa 0,76 mm (etwa 0,02 Zoll bis etwa 0,03 Zoll)
radial nach außen
beabstandet.
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Radial
innere und äußere Kanten
des Skimmer-Damms 62a sind von den radial inneren und äußeren Wänden des
Abscheidegefäßes 28a beabstandet,
um einen ersten Durchlass 64a für Substanzen niedrigerer Dichte,
wie Plasma, bei einer radial inneren Position in dem Auslassbereich 50a und
einen zweiten Durchlass 66a für Substanzen höherer Dichte,
wie rote Blutkörperchen,
an einer radial äußeren Position
in dem Auslassbereich 50a zu bilden. Die zweiten und dritten
Sammelöffnungen 58a und 60a sind
bevorzugt stromabwärts
von dem Skimmer-Damm 62a positioniert,
um die jeweiligen Substanzen höherer
und niedrigerer Dichte zu sammeln, die durch die ersten und zweiten
Durchlässe 66a und 64a treten.
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Wie
in 5 gezeigt wird, erstreckt sich ein Grat 68a von
der Innenwand 20a der Nut 18a hin zur Außenwand 22a der
Nut 18a. Wenn das Abscheidegefäß 28a in die Nut 18a geladen
wird, verformt der Grat 68a das halbstarre oder biegsame
Material des Abscheidegefäßes 28a,
um einen Rückhaltedamm 70a an
der radial inneren Wand des Abscheidegefäßes 28a zwischen der
ersten Sammelöffnung 56a und
dem Einlaufbereich des Abscheidegefäßes 28a zu bilden.
Der Rückhaltedamm 70a erstreckt
sich weg von der Drehachse A-A, um einen Teil von Substanzen niedrigerer
Dichte, wie Vorfüllfluid
und/oder Plasma, entlang eines radial inneren Teils des Abscheidegefäßes 28a zurückzuhalten.
Zudem weist der Rückhaltedamm 70a einen
sanft geneigten stromabwärts
befindlichen Bereich 104a und ein stromabwärts befindliches
Ende 106 auf, das näher als
die erste Auslassöffnung 56a an
der Drehachse A-A angeordnet ist. Der Rückhaltedamm 70a weist bevorzugt
die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche bauliche Auslegung
und Funktion wie der in 2 gezeigte Rückhaltedamm 70 auf
und könnte eine
in dem Gefäß 28a ausgebildete
dauerhafte Struktur sein.
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Die
Außenwand 22a umfasst
bevorzugt einen sanft geneigten Bereich 108a zum Bilden
eines entsprechenden sanft geneigten Segments 110a in dem
Gefäß 28a,
wenn das Gefäß 28a in
der Nut 18 verformt wird. Der Bereich 108a und
das Segment 110a haben die gleiche oder im Wesentlichen
die gleiche bauliche Auslegung und Funktion wie der Bereich 108 und
das Segment 110, die jeweils in 2 gezeigt
werden.
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7 zeigt
eine Ausführung
eines Abscheidegefäßes 28b,
das im Wesentlichen gleich dem in 4–6 gezeigten
Abscheidegefäß 28a konstruiert
ist. In dieser Ausführung
ist die dritte Sammelleitung 42b mit dem Ausströmschlauch 88b,
der sich von dem Fluidkammerauslass 32 erstreckt, strömverbunden.
Dies setzt die dritte Auslassöffnung 60a in Strömverbindung
mit dem Fluidkammerauslass 32, um dadurch durch die dritte
Auslassöffnung 60a strömende Substanzen
mit durch den Fluidkammerauslass 32 strömenden Substanzen zu mischen.
Während
eines Blutkomponentenabscheidevorgangs mischt zum Beispiel diese
bauliche Auslegung durch die dritte Öffnung 60a strömendes Plasma
mit Blutplättchen
und Plasma, die aus der Fluidkammer 30 strömen. Unter
bestimmten Umständen
kann diese Verdünnung
der Blutplättchensammlung
erwünscht sein,
um möglicherweise
die Haltbarkeit der Blutplättchensammlung
zu verlängern.
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Der
Fluidkammerauslass 32 und die dritte Auslassöffnung 60a könnten unterschiedlich
strömverbunden
sein. Die dritte Sammelleitung 42b könnte zum Beispiel mit dem Auslaufschlauch 88b stromaufwärts der
in 2 gezeigten Pumpe 80 gekoppelt sein,
um die gepumpte Partikelkonzentration zu reduzieren und möglicherweise
auf die Pumpe 84 zu verzichten. Alternativ könnte der
Auslass der Pumpe 84 zum Beispiel mit dem Auslass der Pumpe 80 strömverbunden
sein. Bevorzugt befindet sich die Strömverbindung der dritten Sammelleitung 42b und des
Ausströmschlauchs 88b nicht
an dem drehbaren Zentrifugenrotor 12a
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Verfahren
zum Trennen von Komponenten oder Partikeln von Blut werden nachstehend
unter Bezug auf
1,
2 und
7 beschrieben. Wenngleich
die Erfindung in Verbindung mit einem Blutkomponenten-Abscheideprozess
und der in den Zeichnungen gezeigten Struktur beschrieben wird, versteht
sich, dass die Erfindung in ihrem weitesten Sinn nicht dadurch beschränkt wird.
Die Erfindung kann zur Abscheidung einer Reihe anderer Partikel und/oder
Fluidkomponenten verwendet werden, und der zum Umsetzen der Erfindung
verwendete Aufbau könnte
sich von dem in den Zeichnungen gezeigten unterscheiden. Die Erfindung
ist daneben sowohl bei Doppelnadel- als auch bei Einzelnadel-Blutreinigungs-
oder Filtrieranwendungen einsetzbar. Die Erfindung kann zum Beispiel
mit dem SIGNLE NEEDLE RECIRCULATION SYSTEM FOR HARVESTING BLOOD
COMPONENTS des
U.S. Patents Nr. 5,437,624 praktiziert
werden.
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Nach
dem Laden des Abscheidegefäßes
28 und
der Fluidkammer
30 auf den Rotor
12 werden das
Abscheidegefäß
28 und
die Kammer
30 vorzugsweise zunächst mit einem Fluidmedium
niedriger Dichte vorgefüllt,
beispielsweise Luft, physiologische Kochsalzlösung, Plasma oder einer anderen
Fluidsubstanz, die eine Dichte von weniger als oder gleich der Dichte
des flüssigen
Plasmas hat. Alternativ ist das Vorfüllfluid Vollblut selbst. Dieses
Vorfüllfluid
erlaubt den wirksamen Aufbau eines gesättigten Fließbetts aus
Blutplättchen
in der Fluidkammer
30. Bei Verwendung einer physiologischen
Kochsalzlösung pumpt
die in
2 gezeigte Pumpe
78 dieses Vorfüllfluid
durch die Einströmleitung
36 und
mittels der Einlauföffnung
54 in
das Abscheidegefäß
28.
Die physiologische Kochsalzlösung
strömt
dann von dem Einlaufbereich
48 zu dem Auslassbereich
50 (in
2 gegen
den Uhrzeigersinn) und durch die Fluidkammer
30, wenn das
Steuergerät
89 die
Pumpe
80 aktiviert. Das Steuergerät
89 löst auch
den Betrieb des Motors
14 aus, um den Zentrifugenrotor
12,
das Abscheidegefäß
28 und
die Fluidkammer
30 um die Drehachse A-A zu drehen. Während der
Drehung wird ein Verdrehen der Leitungen
36,
38,
40,
42 und
88 durch
eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung verhindert,
die im Gebiet bekannt ist und in dem vorstehend erwähnten
U.S. Patent Nr. 4,425,112 beschrieben
wird.
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Wenn
das Abscheidegefäß 28 dreht,
wird ein Teil des Vorfüllfluids
(Blut oder Kochsalzlösung) stromaufwärts des
Rückhaltedamms 70 zurückgehalten
und bildet eine Kuppel aus Vorfüllfluid
(Plasma oder Kochsalzlösung)
entlang einer Innenwand des Abscheidegefäßes 28 stromaufwärts des
Rückhaltedamms 70.
Nach dem Vorfällen
der Vorrichtung 10 und bei Drehen des Rotors 10 werden
Vollblut oder Blutkomponenten durch den Einlaufbereich 54 in
das Abscheidegefäß 28 eingeleitet.
Bei Verwendung von Vollblut kann das Vollblut dem Abscheidegefäß 28 durch
Befördern
des Bluts direkt von einem Spender durch die Einströmleitung 36 hinzugefügt werden.
Alternativ kann das Blut von einem Behälter, beispielsweise einem
Blutbeutel, zur Einströmleitung 36 befördert werden.
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Das
Blut in dem Abscheidegefäß 28 wird
einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, die ein Abscheiden von Komponenten
der Blutkomponenten bewirkt. Die Komponenten des Vollbluts schichten
sich in der Reihenfolge abnehmender Dichte wie folgt: 1. rote Blutkörperchen,
2. weiße
Blutkörperchen,
3. Blutplättchen
und 4. Plasma. Das Steuergerät 89 regelt
die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12, um zu gewährleisten,
dass diese Partikelschichtung erfolgt. Eine Schicht aus roten Blutkörperchen
(Komponente(n) H hoher Dichte) bildet sich entlang der Außenwand
des Abscheidegefäßes 28,
und eine Schicht aus Plasma (Komponente(n) L niedrigerer Dichte)
bildet sich entlang der Innenwand des Abscheidegefäßes 28.
Zwischen diesen beiden Schichten bilden die Blutplättchen mittlerer
Dichte und die weißen
Blutkörperchen (Komponenten
mittlerer Dichte) eine so genannte „Buffy-Coat"-Schicht. Diese Abscheidung erfolgt, während die
Komponenten von dem Einlaufbereich 48 zu dem Auslassbereich 50 strömen. Bevorzugt
ist der Radius des Fließwegs 46 zwischen
den Einlauf- und Auslassbereichen 48 und 50 im
Wesentlichen konstant, um in dem Auslassbereich 50 ein
stabiles Bett roter Blutkörperchen
beizubehalten, selbst wenn Strömungsänderungen
eintreten.
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In
dem Auslassbereich 50 strömt blutplättchenarmes Plasma durch den
ersten Durchlass 64 und stromabwärts der Trennwand 62,
wo es mittels der dritten Sammelöffnung 60 entnommen
wird. Rote Blutkörperchen
strömen
durch den zweiten Durchlass 66 und stromabwärts der
Trennwand 62, wo sie mittels der zweiten Sammelöffnung 58 entnommen werden.
Nachdem die roten Blutkörperchen,
die weißen
Blutkörperchen
und das Plasma so entnommen sind, werden sie gesammelt und mit anderen
Blutkomponenten neu kombiniert oder weiter abgeschieden. Alternativ
können
diese entnommenen Blutkomponenten einem Spender neu infundiert werden.
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Die
Komponente(n) H höherer
Dichte (rote Blutkörperchen)
und die Komponente(n) L niedrigerer Dichte (Plasma) werden abwechselnd
mittels der Grenzflächen-Steueröffnung 61 entnommen,
um die radiale Position der Grenzfläche F zwischen der Komponente/den
Komponenten H höherer
Dichte und der Komponente/den Komponenten I mittlerer Dichte (Buffy-Schicht)
zu steuern. Diese Grenzflächensteuerung
hält bevorzugt
die radial innere Schirmfläche 98 zwischen
der Grenzfläche
F und der ersten Auslassöffnung 56.
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Ein
erheblicher Teil der Blutplättchen
und einige der weißen
Blutkörperchen
sammeln sich stromaufwärts
der Trennwand 62. Die gesammelten Blutplättchen werden
mittels der ersten Auslassöffnung 56 zusammen
mit einigen der weißen
Blutkörperchen und
Plasma entnommen. Der Schirm 96 beschränkt das Strömen von Substanzen H höherer Dichte
(rote Blutkörperchen)
in die erste Auslassöffnung, 56.
Bevorzugt reduziert der Schirm 96 im Wesentlichen die Anzahl
an roten Blutkörperchen,
die in die erste Auslassöffnung 56 gelangen,
wodurch die Sammelreinheit verbessert wird.
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Wenn
die Blutplättchen,
das Plasma, die weißen
Blutkörperchen
und möglicherweise
eine kleine Anzahl roter Blutkörperchen
durch die erste Auslassöffnung 56 treten,
strömen
diese Komponenten in die Fluidkammer 30, die mit dem Vorfüllfluid
gefüllt
ist, so dass ein gesättigtes
Partikelfließbett
gebildet werden kann. Der Teil oder die Kuppel aus Vorfüllfluid
(d. h. Kochsalzlösung),
der entlang der Innenwand des Abscheidegefäßes 28 stromaufwärts des
Rückhaltedamms 70 zurückgehalten
wird, leitet Blutplättchen so,
dass sie hin zur Trennwand 62 und der ersten Auslassöffnung 56 strömen. Das
zurückgehaltene Fluid
vermindert das wirksame Durchlassvolumen und die wirksame Durchlassfläche in dem
Abscheidegefäß 28 und
reduziert somit die Blutmenge, die anfangs zum Vorfällen des
Systems bei einem Abscheidevorgang erforderlich ist. Das reduzierte
Volumen und die reduzierte Fläche
induzieren auch höhere
Geschwindigkeiten von Plasma und Blutplättchen neben der geschichteten
Schicht aus roten Blutkörperchen,
um insbesondere Blutplättchen
hin zur Trennwand 62 und der ersten Auslassöffnung 56 zu waschen.
Das schnelle Befördern
von Blutplättchen verbessert
die Sammeleffizienz.
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Während eines
Blutkomponentenabscheidevorgangs kann das stromaufwärts des
Rückhaltedamms 70 zurückgehaltene
Vorfüllfluid
schließlich durch
andere Fluide ersetzt werden, beispielsweise ein blutplättchenarmes
Plasma niedriger Dichte, das in das Abscheidegefäß 28 strömt. Selbst
wenn dieser Austausch erfolgt, wird immer noch eine Kuppel oder ein
Teil von zurückgehaltenem
Fluid stromaufwärts des
Rückhaltedamms 70 gehalten.
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Die
relativ sanfte Neigung des stromaufwärts befindlichen Teils 104 des
Rückhaltedamms 70 beschränkt die
Anzahl an Blutplättchen,
die mit Plasma mitgeführt
werden, wenn Plasma entlang dem Rückhaltedamm 70 strömt. Der
stromabwärts
befindliche Teil 104 reduziert auch die Anzahl an Blutplättchen, die
stromaufwärts
der Trennwand 62 gesammelt werden.
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Das
sanft geneigte Segment 110 bewirkt eine Bildung einer Schicht
aus roten Blutkörperchen gegenüber dem
Rückhaltedamm 70.
Das Segment 110 wahrt relativ gleichmäßige Strömungsübergange in dem Abscheidegefäß 28 und
reduziert die Geschwindigkeit roter Blutkörperchen in dieser Region.
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Während eines
Blutkomponentenabscheidevorgangs wird ein Bett roter Blutkörperchen
bevorzugt entlang der radialen Außenwand 65 des Abscheidegefäßes 28 zwischen
den Einlauf- und Auslassbereichen 48 und 50 gehalten.
Ferner wird die Kuppel oder der Teil des durch den Rückhaltedamm 70 zurückgehaltenen
Fluides bevorzugt entlang der radialen Innenwand 63 des
Abscheidegefäßes 28 gehalten.
Das Bett roter Blutkörperchen
und das zurückgehaltene
Fluid beschränken
wesentlich bzw. verhindern bevorzugter ein Kontaktieren der radial äußeren und
inneren Wände 65 bzw. 63 durch
die Blutplättchen,
da die Blutplättchen
zwischen dem Bett roter Blutkörperchen
und dem zurückgehaltenen Fluid
eingeschlossen sind. Man glaubt, dass dies ein Blutplättchenverklumpen
reduziert, das hervorgerufen wird, wenn Blutplättchen mit baulichen Komponenten
der Zentrifugenabscheidevorrichtungen in Kontakt kommen, die aus
herkömmlichen
Polymermaterialien gebildet sind. Ein Mindern von Blutplättchenverklumpung
ist signifikant, da es das Abscheiden einer größeren Menge an Blutkomponenten
erlaubt und eine nicht so starke Verwendung von Antikoagulans (AC)
fordert. Zum Beispiel glaubt man, dass die vorliegende Erfindung
das Verarbeiten von in etwa 20% mehr Blut gegenüber einigen herkömmlichen
zweistufigen Zentrifugenabscheidevorrichtungen erlaubt. Zudem ermöglicht die vorliegende
Erfindung die Verwendung eines Volumenverhältnisses von Blutkomponenten
zu AC von in etwa 12 zu 1 verglichen mit einem Verhältnis von
10 zu 1, das normalerweise zum Beispiel bei einigen herkömmlichen zweistufigen
Zentrifugenabscheidevorrichtungen verwendet wird.
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Gesammelte
Blutplättchen,
weiße
Blutkörperchen
und etwas Plasma und rote Blutkörperchen werden
mittels der ersten Auslassöffnung 56 entnommen
und strömen
in die Fluidkammer 30, so dass die Blutplättchen ein
gesättigtes
Partikelfließbett
bilden. Das Steuergerät 89 hält die Drehzahl
des Rotors 12 in einem vorbestimmten Drehzahlbereich, um
die Bildung dieses gesättigten
Fließbetts
zu erleichtern. Ferner regelt das Steuergerät 89 die Pumpe 80,
um mindestens das Plasma, Blutplättchen
und weiße Blutkörperchen
bei einer vorbestimmten Strömgeschwindigkeit
durch die erste Sammelleitung 38 und in den Einlauf 34 der
Fluidkammer 30 zu befördern. Diese
strömenden
Blutkomponenten verdrängen
das Vorfüllfluid
aus der Fluidkammer 30.
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Wenn
die Blutblättchen-
und weißen
Blutkörperchenpartikel
in die Fluidkammer 30 gelangen, werden sie zwei entgegengesetzten
Kräften
ausgesetzt. Das durch die Fluidkammer 30 mit Hilfe der Pumpe 80 strömende Plasma
erzeugt eine erste zähflüssige Schleppkraft,
wenn das durch die Fluidkammer 30 strömende Plasma die Partikel hin
zum Auslass 32 drängt.
Eine durch Drehung des Rotors 12 und der Fluidkammer 30 erzeugte
zweite Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Partikel hin zum Einlauf 34 gedrückt werden.
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Das
Steuergerät 89 regelt
bevorzugt die Drehzahl des Rotors 12 und die Strömgeschwindigkeit
der Pumpe 80, um Blutplättchen
und weiße
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 30 zu sammeln. Wenn Plasma durch die
Fluidkammer 30 strömt, nimmt
die Strömgeschwindigkeit
des Plasmas ab und erreicht einen Mindestwert, wenn der Plasmastrom
die maximale Querschnittfläche
der Fluidkammer 30 erreicht. Da der sich drehende Zentrifugenrotor 12 ein
ausreichendes Gravitationsfeld in der Fluidkammer 30 erzeugt,
sammeln sich die Blutplättchen
nahe der maximalen Querschnittfläche
der Fluidkammer 30, statt von der Kammer 30 mit
dem Plasma zu strömen.
Die weißen
Blutkörperchen
sammeln sich etwas radial auswärts
der maximalen Querschnittfläche
der Kammer 30. Die Dichteinversion neigt aber dazu, diese
Partikel während
dieser ersten Ausbildung des gesättigten
Partikelfließbetts
geringfügig
zu mischen.
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Die
größeren weißen Blutkörperchen
sammeln sich aufgrund ihrer verschiedenen Sedimentiergeschwindigkeiten
näher am
Einlauf 34 als die kleineren Blutplättchenzellen. Vorzugsweise
werden die Drehzahl und Strömgeschwindigkeit
so gesteuert, dass sehr wenige Blutplättchen und weiße Blutkörperchen
während
der Bildung des gesättigten
Partikelfließbetts
aus der Fluidkammer 30 strömen.
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Die
Blutplättchen
und die weißen
Blutkörperchen
sammeln sich weiter in der Fluidkammer 30, während Plasma
durch die Fluidkammer 30 strömt. Wenn die Konzentration
der Blutplättchen
zunimmt, werden die Zwischenräume
zwischen den Partikeln kleiner und die zähflüssige Schleppkraft des Plasmastroms
nimmt allmählich
zu. Schließlich
wird das Blutplättchenbett
ein gesättigtes
Partikelfließbett
in der Fluidkammer 30. Da das Bett jetzt mit Blutplättchen gesättigt ist,
muss für
jedes neue Blutplättchen, das
in das gesättigte
Bett in der Fluidkammer 30 gelangt, ein einzelnes Blättchen das
Bett verlassen. Dadurch arbeitet das Bett bei einem stabilen Zustand, wobei
Blutplättchen
das Bett bei einer Rate verlassen, die gleich der Rate ist, bei
der weitere Blutplättchen
nach Strömen
durch den Einlauf 34 in das Bett eindringen.
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Das
gesättigte
Bett stellt sich unabhängig von
der Konzentration von Partikeln, die in die Fluidkammer 30 strömen, automatisch
selbst her. Das in die Fluidkammer 30 strömende Plasma
strömt
vor und nach dem Blutplättchensättigungspunkt
durch das Blutplättchenbett.
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Das
gesättigte
Blutplättchenbett
nimmt nahe der maximalen Querschnittfläche der Kammer 30 abhängig von
der Strömgeschwindigkeit
und dem Zentrifugalfeld ein sich änderndes Volumen in der Fluidkammer 30 ein.
Die Anzahl an Blutplättchen
in dem gesättigten
Bett hängt
von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Strömgeschwindigkeit in die Fluidkammer 30,
dem Volumen der Fluidkammer 30 und der Drehzahl. Wenn diese
Variablen konstant bleiben, bleibt die Anzahl an Blutplättchen in
dem gesättigten
Fließbett
im Wesentlichen konstant. Wenn sich die Strömgeschwindigkeit der Blutkomponenten
in die Fluidkammer 30 ändert,
reguliert sich das Bett selbst, um sich entweder durch Freisetzen
von überschüssigen Blutplättchen oder
Aufnehmen weiterer in die Fluidkammer 30 strömender Blutplättchen selbst
zu erhalten. Wenn zum Beispiel die Plasmaströmgeschwindigkeit in die Fluidkammer 30 zunimmt,
fegt dieser zusätzliche
Plasmastrom überschüssige Blutplättchen aus
dem jetzt supergesättigten
Bett und das Bett stellt sich im gesättigten Zustand bei der höheren Fließgeschwindigkeit
wieder selbst her. Daher ist die Konzentration von Blutplättchen im
Bett aufgrund der Freisetzung von Bettblutplättchen niedriger.
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Nach
Ausbilden des gesättigten
Fließbetts aus
Blutplättchen
transportiert strömendes
Plasma weitere Blutplättchen
in die Fluidkammer 30 und das Bett. Diese weiteren Blutplättchen vergrößern das Bett
und erhöhen
die zähflüssige Schleppkraft
des Plasmastroms durch das Bett. An einem gewissen Punkt reicht
die zähflüssige Schleppkraft
aus, um zu bewirken, dass die Blutplättchen nahe der maximalen Querschnittfläche der
Fluidkammer 30 das gesättigte
Bett und die Fluidkammer 30 verlassen. Wenn die Drehzahl
und die Strömungsgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 30 konstant bleiben, ist somit die Anzahl
und Konzentration von Blutplättchen,
die in das gesättigte
Fließbett
von Blutplättchen
strömen, im
Wesentlichen gleich der Anzahl und Konzentration von Blutplättchen,
die vom Bett freigesetzt werden.
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Das
Bett ist zwar mit Blutplättchen
gesättigt, es
kann aber eine kleine Anzahl an weißen Blutkörperchen in dem Blutplättchenbett
eingestreut sein. Diese weißen
Blutkörperchen
neigen aber aufgrund ihrer höheren
Sedimentiergeschwindigkeit dazu, aus dem Blutplättchenbett heraus hin zum Einlauf 34 zu „fallen" oder sich außerhalb
desselben zu setzen. Die meisten weißen Blutkörperchen sammeln sich im Allgemeinen
in der Fluidkammer 30 zwischen dem gesättigten Blutplättchenbett
und dem Einlauf 34.
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Rote
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 30 setzten sich auch hin zum Fluidkammereinlauf 34 ab, und
einige der roten Blutkörperchen
verlassen die Fluidkammer bevorzugt mittels des Einlaufs 34,
während
Blutkomponenten mittels des Einlaufs in die Kammer 30 dringen.
Es kann mit anderen Worten am Fluidkammereinlauf 34 ein
bidirektionales Strömen
in und aus der Fluidkammer 30 erfolgen.
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Das
Steuergerät 89 steuert
bevorzugt die Pumpe 80, um die Anzahl roter Blutkörperchen
zu beschränken,
die sich in der Fluidkammer 30 sammeln. Das Steuergerät 89 kann
zum Beispiel das Strömen
der Pumpe 80 zeitweilig umkehren, um ein Spülen von
roten Blutkörperchen
und anderen dichten Substanzen aus dem Fluidkammerauslass 34 zu bewirken.
Ferner kann das Steuergerät 89 die
Pumpe 80 zyklisch betreiben, um das Sammeln relativ spärlicher
Komponenten, wie weiße
Blutkörperchen, stromaufwärts der
Trennwand 62 zu ermöglichen.
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Das
in der Fluidkammer 30 gebildete gesättigte Fließbett aus Blutplättchenpartikeln
fungiert als Filter oder Sperre für weiße Blutkörperchen, die in die Fluidkammer 30 strömen. Wenn
Blutkomponenten in die Fluidkammer 30 strömen, strömt Plasma
ungehindert durch das Bett. Das gesättigte Blutplättchen-Fließbett erzeugt
aber eine erhebliche Sperre gegenüber den in die Fluidkammer 30 eindringenden weißen Blutkörperchen
und hält
diese weißen
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 30 zurück. Dadurch filtriert das Bett
wirksam weiße
Blutkörperchen
aus den Blutkomponenten, die ständig
in die Fluidkammer 30 einströmen, während von dem gesättigten Bett
freigesetztes Plasma und freigesetzte Blutplättchen aus der Kammer 30 austreten
können.
Dieses Auffüllen
und Freisetzen von Blutplättchen
wird als Selbstwähleigenschaft
des Betts bezeichnet. Im Wesentlichen sammeln sich alle diese filtrierten
weißen Blutkörperchen
in der Fluidkammer 30 zwischen dem gesättigten Blutplättchen-Fließbett und
dem Einlauf 34.
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Die
Partikeltrennung oder -filtrierung des gesättigten Partikelfließbetts beseitigt
eine Reihe von Einschränkungen,
die mit der vorbekannten Elutriation einhergehen. Zum Beispiel können Partikel
nach Art eines kontinuierlichen Gleichgewichtszustands ohne Batch-Verfahren
getrennt oder filtriert werden. Ferner ist kein zusätzliches
elutriasierendes Fluidmedium erforderlich. Weiterhin können nach
Herstellen des gesättigten
Partikelfließbetts
die Strömgeschwindigkeiten
in einem Bereich verändert werden,
ohne die Größe der aus
der Fluidkammer 30 austretenden Partikel zu ändern. Im
Gegensatz zur Elutriation des Stands der Technik bietet die vorliegende
Erfindung ein gesättigtes
Partikelbett, das aus numerisch überwiegenden
Partikeln besteht. Dieses Bett gibt die überwiegenden Partikel automatisch
weiter, während es
größere Partikel
zurückweist.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung trennen im Wesentlichen
alle weißen
Blutkörperchen
von den Blutplättchen
und dem Plasma, die durch die Fluidkammer 30 strömen. Die
Sperre gegenüber
weißen
Blutkörperchen
wird zumindest teilweise erzeugt, weil weiße Blutkörperchen eine Größe und Sedimentiergeschwindigkeit
aufweisen, die größer als
die der Blutplättchen
ist, die das gesättigte Partikelfließbett bilden.
Daher werden Partikel ähnlicher
Dichte nach verschiedenen Größen oder
Sedimentiergeschwindigkeiten getrennt.
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Da
die anfängliche
Trennung an der Trennwand 62 und das gesättigte Fließbett eine
Mehrheit der roten Blutkörperchen
und einiger weißer
Blutkörperchen
entfernen, besteht das aus der Fluidkammer 30 austretende
Fluid hauptsächlich
aus Plasma und Blutplättchen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen
porösen
Filtern, bei denen die filtrierten weißen Blutkörperchen im Filter zurückgehalten
werden, erlaubt die vorliegende Erfindung das Rückgewinnen und Rückführen eines
erheblichen Anteils weißer
Blutkörperchen
zum Spender.
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Wenn
die Blutkomponenten zunächst
mit dem Abscheidegefäß 28 getrennt
werden, kann eine erhebliche Anzahl an Blutplättchen etwas aktiviert werden.
Das gesättigte
Blutplättchenfließbett lässt trotz
dieser leichten Aktivierung das Herausfiltrieren von weißen Blutkörperchen
aus dem Plasma und den Blutplättchen
zu. Dadurch erfordert die vorliegende Erfindung keine Wartezeit
für das
Filtrieren weißer Blutkörperchen,
nachdem die Blutkomponenten in einem Abscheidegefäß 28 einer
ersten Trennung unterzogen wurden. Dies steht im Gegensatz zu den Verfahren,
welche herkömmliche
Filter einsetzen.
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Nach
der Trennung werden Blutplättchen und
Plasma, die aus der Fluidkammer 30 austreten, in geeigneten
Behältern
gesammelt und für
eine spätere
Verwendung gelagert. Die aus dem Gefäß 28 entnommenen roten
Blutkörperchen
und das Plasma können
für die
Spenderreinfusion oder für
Lagerung kombiniert werden. Alternativ können diese Komponenten weiter
durch die Vorrichtung 10 getrennt werden.
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Wenn
eine Verdünnung
der Blutplättchenkonzentration
erwünscht
ist, kann das in 7 gezeigte Abscheidegefäß 28b verwendet
werden, um mittels der dritten Auslassöffnung 60a entnommenes Plasma
mit den Blutplättchen
und dem Plasma zu kombinieren, die aus dem Fluidkammerauslass 32 strömen. Dies
ermöglicht
ein schnelles Eintreten von Verdünnung
ohne wesentliches Eingreifen des Bedieners.
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Bei
Beendigung des Abscheidevorgangs werden Blutplättchen in dem gesättigten
Fließbett geerntet,
um eine wesentliche Anzahl an Blutplättchen aus der Fluidkammer 30 zurückzugewinnen. Während der
Betternte erhöht
das Steuergerät 89 die Strömgeschwindigkeit
und/oder senkt die Drehzahl des Rotors 12, um Blutplättchen aus
dem Bett freizusetzen. Dies spült
die meisten der Blutplättchen,
die das gesättigte
Fließbett
bildeten, aus der Fluidkammer 30, so dass die Blutplättchenausbeute
erheblich größer wird.
Das Ernten wird fortgesetzt, bis im Wesentlichen alle Blutplättchen entfernt
sind, und kurz bevor eine unzulässige
Anzahl weißer
Blutkörperchen
aus der Fluidkammer 30 zu strömen beginnt.
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Der
Rest des Inhalts der Fluidkammer 30, die eine hohe Konzentration
an weißen
Blutkörperchen hat,
kann zur späteren
Verwendung separat gesammelt oder mit den aus dem Gefäß 28 entnommenen Blutkomponenten
zur Rückgabe
an einen Spender wieder kombiniert werden.
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Zwar
wurden die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
bezüglich der
Entnahme von weißen
Blutkörperchen
und dem Sammeln von Blutplättchen
beschrieben, doch ist diese Beschreibung nicht als Einschränkung des Schutzumfangs
der Erfindung auszulegen. Die Erfindung kann verwendet werden, um
eine der Blutpartikelkomponenten von anderen zu trennen. Das gesättigte Fließbett kann
zum Beispiel aus roten Blutkörperchen
gebildet werden, um das Strömen
von weißen
Blutkörperchen
durch die Fluidkammer 22 zu verhindern, solange die roten
Blutkörperchen
kein Rouleau bilden (klumpen). Alternativ kann die Flüssigkeit
für das
Transportieren der Partikel eine physiologische Kochsalzlösung oder
ein anderer Ersatz für
Plasma sein. Zusätzlich
kann die Erfindung praktiziert werden, um weiße Blutkörperchen oder andere Komponenten
aus einer Knochenmarkentnahme oder aus einer Nabelschnurzellentnahme
nach Geburt zu entfernen. Weiterhin könnte man die Erfindung durch
Filtrieren oder Trennen von Partikeln von Fluiden verwenden, die
weder mit Blut noch mit biologisch damit verwandten Substanzen verwandt
sind.
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Es
versteht sich für
den Fachmann, dass verschiedene Abwandlungen und Veränderungen
an der Struktur und Methodologie der vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden können,
ohne vom Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum
Beispiel kann die Fluidkammer 30 der Erfindung in einem
Abscheideprozess verwendet werden, der Elutriation oder ein anderes
Partikelabscheidemittel einsetzt, ohne vom Schutzumfang der Erfindung
abzuweichen. Gewisse Aspekte der Erfindung könnten auch ohne die Fluidkammer
praktiziert werden. Die Erfindung kann in ihrem breitesten Sinn auch
zum Trennen vieler verschiedener Arten von Partikeln und/oder Komponenten
voneinander verwendet werden. Ferner können die vorstehend erwähnten Abscheidegefäße 28, 28a und 28b im
Allgemeinen riemenförmig
sein und den Einlaufbereich und Auslassbereich in separaten Enden
aufweisen, die voneinander beabstandet sind, ohne dass der Einlaufbereich
direkt mit dem Auslassbereich verbunden ist, um eine im Allgemeinen
ringförmige
Form zu bilden. Somit versteht sich, dass die Erfindung nicht auf
die in dieser Beschreibung erläuterten
Beispiele beschränkt
ist. Vielmehr soll die Erfindung Abwandlungen und Änderungen
umfassen, sofern sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen.