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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft medizinische Geräte und insbesondere eine Vorrichtung
zum Auftrennen von Vollblut in Bestandteile zum Auffangen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Menschliches
Vollblut schließt überwiegend drei
Arten spezialisierter Zellen ein: rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen
und Blutplättchen.
Diese Zellen sind in einer komplexen wäßrigen Lösung von Proteinen und anderen
Chemikalien, genannt Plasma, suspendiert. Obwohl Bluttransfusionen
in der Vergangenheit Vollblut verwendet haben, geht die gegenwärtige Tendenz
dahin, nur diejenigen Blutbestandteile zu übertragen, die von einem bestimmten Patienten
benötigt
werden. Dieses Herangehen erhält
die verfügbare
Blutversorgung und ist in vielen Fällen besser für den Patienten,
da der Patient unnötigen
Blutbestandteilen nicht ausgesetzt wird.
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Die
für die
Transfusion benötigten
Blutbestandteile können
einem Spender durch ein Apherese genanntes Verfahren abgenommen
werden, bei dem der gewünschte
eine oder mehrere spezifische Bestandteile des Vollbluts durch eine
Blutverarbeitungsmaschine abgeschieden und gewonnen werden. Die
verbleibenden Bestandteile werden zum Spender zurückgeführt. (Wie
hierin verwendet, ist der Begriff „Spender" gleichbedeutend mit jeder Person, der
Blut zum Auffangen oder Verarbeiten abgenommen wird, und kann freiwillige
Spender, bezahlte Spender oder medizinische Patienten einschließen, zu
denen aufgefangene Blutbestandteile zurückgeführt werden.)
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Herkömmlicherweise
sind Blutbestandteile durch Schwerkraft gefiltert worden, um möglicherweise
schädliche
Verunreinigungen oder endogene Bestandteile, wie beispielsweise
weiße
Blutkörperchen oder „Leukozyten", zu entfernen. Obwohl
Leukozyten einem Wirt einen Schutz gegen bakterielle und virale Infektion
bereitstellen, kann ihr Einleiten in einen Transfusionsempfänger stark
nachteilige Reaktionen verursachen, die durch andere Bluterzeugnisse
nicht hervorgerufen werden. Zum Beispiel können transfundierte Leukozyten
ernste immunogene Abstoßungsreaktionen,
Virenerkrankungen und Organschäden
provozieren. Dementsprechend ist es wünschenswert, gewonnene Blutfraktionen,
wie beispielsweise Plasma, Blutplättchen oder rote Blutkörperchen,
zu filtern, um Leukozyten zu entfernen.
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Bei
einer typischen Anordnung befindet sich der Blutbestandteil innerhalb
eines Behälters,
in Fluidverbindung mit dem Einlaß zu einem Leukozytenfilter
und oberhalb desselben aufgehängt,
das austretende Filtrat wird in einem Behälter, unterhalb des Filters
und in Fluidverbindung mit dessen Auslaß, aufgefangen. Der vertikale
Abstand zwischen dem Blutbestandteil- und dem Auffangbehälter beträgt allgemein
50,8 bis 152 cm (20 bis 60 Zoll).
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Die
Strömungsgeschwindigkeit,
bei der das Filtrieren erfolgt, kann beträchtlich variieren, wenn der
Vorgang fortschreitet. Dies liegt hauptsächlich am allmählichen
Verstopfen des Filters, das den Strömungswiderstand steigert. Folglich
ist in vielen Fällen der
Durchfluß am
Beginn des Filtrierens doppelt so groß wie der am Abschluß zu beobachtende.
Die Filtriergeschwindigkeit kann ebenfalls im Ergebnis von Unterschieden
in den Bluteigenschaften zwischen Spendern variieren.
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Diese
Variation kann eine bedeutende Auswirkung auf die Filtratqualität haben,
weil die Filtrierwirksamkeit typischerweise von der Kontaktzeit
zwischen dem ungefilterten Blutbestandteil und dem Filtermaterial
abhängt.
Wenn zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit
zunimmt, nimmt die Kontaktzeit ab, und die Konzentration nicht entfernter
Leukozyten in dem Filtrat kann daher ansteigen. Zur gleichen Zeit
ist es wünschenswert,
unnötig
geringe Strömungsgeschwindigkeiten
zu vermeiden, welche die Dauer des Vorgangs über die zum Erreichen zufriedenstellender
Filtratreinheit notwendige hinaus steigern.
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Allgemein
haben Leukozytenfilter ein bedeutendes Innenvolumen, und Schwerkraftfiltration
ist schlecht geeignet zum Entfernen der Schlußmenge an Bluterzeugnis, die
in dem Filter verbleibt. Selbstverständlich kann ein Hilfsfluid
verwendet werden, um den Filter zu spülen und das Austreten und Auffangen
dieser verbleibenden Menge zu bewirken, aber die Ausrüstung und
die Verfahren, die zum Ausführen
dessen erforderlich sind, sind sowohl umständlich als auch arbeitsintensiv.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Europäische
Patentbeschreibung EP-A-349188 beschreibt ein Verfahren und eine
Auftrenneinheit zum Auftrennen von Blut in Blutbestandteile. Blut
wird durch Schwerkraft durch einen Filter in einen Auffangbeutel
geleitet. Der Beutel wird von dem Filter getrennt, und an dem abgetrennten
Beutel wird ein Zentrifugieren durchgeführt. WO-A-9 301 858 offenbart
ein Verfahren zum Verarbeiten von Vollblut, welches das Regeln einer
Pumpe zum Pumpen von Blut durch einen Filter auf der Grundlage von gemessenem
Druck in den Filter einschließt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Nach
der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung zum Verarbeiten
eines Blutbestandteils, wie in Anspruch 1 definiert, und ein Verfahren zum
Verarbeiten eines Blutbestandteils, wie in Anspruch 7 definiert,
bereitgestellt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung automatisieren den Filtriervorgang auf
eine Weise, die gleichbleibende Strömungs- oder Druckcharakteristika
durch den Filter sichert. Eine Rückkopplungsschaltung überwacht
den Druck in der Nähe
des Filtereinlasses. Die Rückkopplungsschaltung
regelt den Betrieb einer Fluidpumpe, die einen oder mehrere ungefilterte
Blutbestandteile in den Filter schickt. Unter Verwendung dieser
Anordnung kann eine Vielzahl von Parametern, welche die Filtrierwirksamkeit
betreffen, genau geregelt werden. Ein solcher Parameter ist die
Strömungsgeschwindigkeit;
falls das verdrängte
Volumen nicht unmittelbar durch die Pumpgeschwindigkeit bestimmt
wird, kann der Druck als Ersatz verwendet werden, um die Strömungsgeschwindigkeit
zu überwachen
und die Pumpe dementsprechend zu regeln.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Pumpe jedoch eine volumetrische Pumpe, so daß sich eine
gleichbleibende Strömung
unmittelbar aus einer gleichbleibenden Pumpgeschwindigkeit ergibt. Für solche
Systeme ist typischerweise der Filterdruck die Regelgröße. Es ist
wichtig, beim Erzwingen einer gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeit
ein Ausüben übermäßiger Drücke auf
den Filter zu vermeiden. Darüber
hinaus sind einige Filter für
den Druck empfindlicher als für
die Strömungsgeschwindigkeit.
Im ersteren Fall kann die Rückkopplungsschaltung
einen Alarm einschließen,
der einen Bediener warnt, wenn das Erzwingen der gleichbleibenden
Strömungsgeschwindigkeit
zu übermäßigen Drücken am
Filtereinlaß (entsprechend
dem Transfilterdruck, da bei einer gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeit
der Auslaßdruck
wesentlich gleichbleibend ist) führt.
Außerdem
kann die Rückkopplungsschaltung
konfiguriert sein, um den Durchfluß bei der Druckgrenze zu beenden.
In dem letzteren Fall betätigt
die Rückkopplungsschaltung
die Pumpe so, daß der
Druck am Filtereinlaß konstant
bleibt. Die Druckalarmgrenze kann der maximale sicher durch den
Filter tolerierte Druck sein, aber häufiger wird er ein Wert sein,
dessen Überschreiten
die Qualität
des Filtrats beeinträchtigt.
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Einige
Filter tolerieren zeitweise auftretende Druckspitzen, solange der
Durchschnittsdruck über ein
gegebenes Durchflußvolumen
nicht einen bestimmten Höchstwert überschreitet.
In diesem Fall integriert die Rückkopplungsschaltung
Druckablesungen über
ein vorher festgelegtes Durchflußvolumen und bewirkt ein Betätigen des
Alarms und/oder ein Beenden des Durchflusses, falls der Durchschnittsdruck
die Höchstgrenze überschreitet.
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Ausführungsformen
der Erfindung erleichtern das zweckmäßige Spülen des inneren Filterraums
anschließend
an den Abschluß des
Filtriervorgangs. Das System schließt eine selektiv angeschlossene
Quelle eines Hilfsfluids, wie beispielsweise einer Salzlösung oder
einer Konservierungslösung,
ein, das die Pumpe nach dem Ausschöpfen des ungefilterten Bluterzeugnisses
durch den Filter schickt. Es geht ausreichend Hilfsfluid durch den
Filter hindurch, um das meiste des verbleibenden Bluterzeugnisses
zu entfernen und, falls gewünscht, auch
den Filter zu spülen.
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Ausführungsformen
der Erfindung erleichtern das Filtrieren von mehreren Bluterzeugnissen durch
den gleichen Filter, wobei die unterschiedlichen Filtrate jeweils
in einem gesonderten Behälter aufgefangen
werden. Die Rückkopplungsschaltung paßt sich
den unterschiedlichen Strömungs-
und Druckcharakteristika an, die zum Filtrieren der verschiedenen
Bluterzeugnisse wünschenswert
sein mögen.
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Ausführungsformen
der Erfindung stellen ein vollständiges
Apheresesystem bereit, zum Abnehmen und Auftrennen von Blut, dem
das Filtrieren von Vollblut vorangeht und/oder das Filtrieren und
Auffangen von aufgetrennten Fraktionen folgt. Das System schließt eine
Phlebotomienadel zum Abnehmen von Blut von einem Spender, eine Zentrifuge
zum Auftrennen des Bluts in Bestandteile, einen Filter, eine Pumpe,
einen Regler und einen Drucksensor, der unter anderem als Rückkopplungsschaltung
arbeitet, und die verschiedenen Behälter, die Installation, mechanische
und elektronische Bauteile ein, die notwendig sind, um einen Apheresevorgang
nach gut etablierten Protokollen zu bewirken.
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Die
Erfindung schließt
dementsprechend eine zum Arbeiten nach den vorstehenden Prinzipien konfigurierte
Vorrichtung sowie Verfahren, welche dieselben umsetzen. ein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehende Erörterung
wird leichter zu verstehen sein aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der Erfindung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines Teils einer Apheresevorrichtung
ist, welche die vorliegende Erfindung umsetzt,
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist und
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3 ein
Statusdiagramm ist, das den Betrieb des Reglers illustriert, der
bei Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und
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4 ein
repräsentatives
Filterqualitätsprofil graphisch
abbildet, das verwendet werden kann, um den Betrieb der vorliegenden
Erfindung zu regeln.
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In
allen unterschiedlichen Abbildungen beziehen sich Bezugszahlen,
die sich in ihrer ersten Stelle unterscheiden, auf die gleichen
Bauteile.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zuerst
wird Bezug auf 1 genommen, welche die Grundelemente
einer Vorrichtung abbildet, die allgemein bei 100 angezeigt
wird. Die Vorrichtung 100 schließt einen ersten und einen zweiten Einlaß 115, 120 ein,
die durch ein Paar von Ventilen 115v bzw. 120v Fluid
in ein Paar von blutverträglichen
Schlauchzweigen einlassen. Die Schlauchzweige vereinen sich an einem
Y-Verbinder 122, dessen Auslaß in Fluidverbindung an einen
Einlaß eines zweiten
Y-Verbinders 124 gekuppelt ist. Der andere Einlaß des Y-Verbinders 124 ist über ein
Rückschlagventil 126v in
Fluidverbindung an einen Luftbehälter (nicht
gezeigt) oder eine Entlüftung
gekoppelt.
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Aus
dem Auslaß des
Y-Verbinders 124 kommt eine blutverträgliche Hauptschlauchleitung 130 heraus,
die eine regelbare, peristaltische Zweirichtungspumpe 132 wirksam
in Eingriff nimmt; die Pumpe 132 wiederum bestimmt die
Fluidrichtung und den Strömungsdruck
innerhalb des Schlauchs 130 und seiner Abzweigungen. Luft
innerhalb des Schlauchs 130 wird durch einen Luftdetektor 134 abgefühlt. Der
Schlauch 130 teilt sich an einem dritten Y-Verbinder 136,
dessen erster Auslaß in
Fluidverbindung an den Einlaß eines
Filters 140 gekuppelt ist. Aus dem Filter 140 austretendes
Material wird zu einem von zwei Auffangbeuteln 145, 150 geleitet,
wie es durch die Einstellungen eines Paars von Ventilen 145v, 150v bestimmt
wird. Die Funktion und die Struktur des Filters 140 hängen von
der Beschaffenheit des gerade gefilterten Materials ab, und es kann zum
Beispiel ein Leukozytenfilter (z.B. der durch die Pall Biomedical
Corp., East Hills, NY, vermarktete Filter BPF4 oder LRF6 oder der
von der Asahi Sepacell, Tokio, Japan, erhältliches Filter R200), ein
Virenfilter zum Inaktivieren oder Reduzieren von Viren (z.B. der von
der Hemasure Inc., Marlborough, MA, hergestellte Filter STERIPATH),
ein Bakterienfilter oder ein Blutplättchen-Entfernungsfilter sein.
Diese Bauteile sind herkömmlich
und leicht erhältlich.
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Der
andere Auslaß des
Y-Verbinders 136 führt
zu einem Drucksensor 153, der den Fluiddruck innerhalb
der Leitung 130 und ihrer offenen Abzweigungen bestimmt
und ein elektronisches Signal erzeugt, das denselben anzeigt. Der
Sensor 153 schließt
vorzugsweise einen hydrophoben Filter ein, um das sterile innere
Umfeld der Vorrichtung 100 gegenüber äußeren Pathogenen zu isolieren,
und die Fluidverbindung kann während
des Einbaus mit Hilfe einer Schlauchrutschklemme 154 von
dem System getrennt werden. Die Signalausgabe des Sensors 153 wird
einem Regler 155 zugeleitet, der über geeignete elektrische Verbindungen
und Regelungssignale den Zustand der Pumpe 132 bestimmt.
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Im
Betrieb wird das System zuerst von Luft entleert, durch Schließen der
Ventile 115v und 120v und Laufenlassen der Pumpe 132 in
umgekehrter Richtung, bis ein gewünschter Innendruck (z.B. 75 mm
Hg unter atmosphärischem
Druck), gemessen durch den Drucksensor 153, erreicht ist.
Die Luft im System wird durch das Rückschlagventil 126v ausgesperrt.
Danach wird das Ventil 115v geöffnet, was ermöglicht,
das ein oder mehrere Blutbestandteile (z.B. Vollblut, Plasma, an
Blutplättchen
reiches Plasma usw.) danach durch den Einlaß 115 in das System eintreten.
Die Pumpe 132 wird betätigt,
um Material durch den Einlaß 115 zu
ziehen und es durch den Filter 140 in einen der Auffangbeutel 145, 150 zu
drücken.
Wenn dieser Vorgang voranschreitet, steigert sich der Druck am Einlaß zum Filter 140 (gemessen durch
den Sensor 153), weil der Filter 140 allmählich verstopft.
Als Reaktion auf den gesteigerten Strömungswiderstand betätigt der
Regler 155 die Pumpe 132 auf eine Weise, die den
Fähigkeiten
der Erfindung und der Wahl des Bedieners entspricht. Im einzelnen
kann der Regler 155 einen gleichbleibenden Durchfluß aufrechterhalten,
aber das Pumpen beenden, falls ein maximaler Druck erreicht ist,
einen gleichbleibenden Innendruck durch Variieren des Durchflusses
aufrechterhalten oder eine Kombination aus einer Ziel-Strömungsgeschwindigkeit
und einem Ziel- oder Maximaldruck aufrechterhalten (z.B. kann der
Regler 155 eine gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit für ein gegebenes
Durchflußvolumen
oder einen Zeitraum oder innerhalb eines Druckbereichs erzwingen,
danach für
den Rest eines Zyklus' einen
gleichbleibenden Druck erzwingen). Wieder folgt die Strömungsgeschwindigkeit
dV/dt, weil die Pumpe 132 eine volumetrische Pumpe ist, unmittelbar
aus der Pumpen-Umdrehungs-(Pump-)geschwindigkeit. Der Sensor 153 und der
Regler 155 bilden eine Rückkopplungsschaltung, die ein
programmiertes Druck-/Strömungsgeschwindigkeitsregime
erzwingt. Im Ergebnis dessen kann eine optimale Filterleistung gesichert
werden.
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Der
Regler 155 kann ebenfalls mit einer Alarmfunktion versehen
sein, die den Systembediener (z.B. mit Hilfe eines Lichts, einer
Anzeigebotschaft oder eines hörbaren
Signals) warnt und/oder die Pumpe 132 abschaltet, falls
der gemessene Druck eine Maximalgrenze überschreitet. Zum Beispiel
können
Blutkörperchen
physisch beschädigt werden,
falls der Strömungsdruck über ein
maximales Toleranzniveau ansteigt. Dieses Niveau wird in den Regler 155 einprogrammiert
und als die Alarmgrenze verwendet. Der Regler 155 selbst
kann zum Beispiel unter Verwendung eines Ein-Chip-Mikrorechners
umgesetzt werden, der Analog-Digital-Umsetzer zum Umformen der Signale
vom Sensor 153 in digitale Signale einschließt, die
durch den Mikrorechner verarbeitet werden können. Alternativ dazu können die
Schaltungen in einem kundenspezifischen integrierten Schaltkreis
oder in diskreter Elektronik umgesetzt werden. Der Regler 155 kann
ebenfalls ein Tastenfeld oder ein anderes Eingabe-/Ausgabegerät zum Empfangen
von Daten von dem Systembediener einschließen.
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Repräsentative
Programmierungslogik für den
Regler 155 wird in 3 als Statusdiagramm
gezeigt. Der Regler 155 empfängt auf einer häufigen oder
ununterbrochenen Grundlage Daten, die den tatsächlichen Druck Pa am
Einlaß zum
Filter 140 (gemessen durch den Sensor 153) und
die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit
Fa von der Pumpe 132 (die gleichbleibend
ist, falls die Pumpe 132 eine volumetrische Pumpe ist,
die sonst aber aus Pa berechnet werden kann)
darstellen. Der Bediener versorgt den Regler 155 mit Werten,
die einen oder mehrere der Parameter Maximaldruck Pmax,
Zieldruck Ptarg, Drucktoleranz Ptol (d.h., eine zu erwartende Abweichung, die
sich zum Beispiel aus kleinen Druckschwankungen, die mit den Pumpenwalzen
verbunden sind, oder einem Meßfehler
ergeben, wobei der Parameter Ptol als Schwelle
funktioniert, um unangemessen feine Pumpeneinstellungen zu verhindern),
Zielströmungsgeschwindigkeit
Ftarg und Minimalströmungsgeschwindigkeit Fmin darstellen. Die illustrierte Logik nimmt
das Bereitstellen von Werten für
alle diese Parameter an.
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Der
Regler analysiert in Übereinstimmung mit
der illustrierten Logik ununterbrochen die Daten, die er empfängt (die
sich verändern
können)
und die durch den Bediener bereitgestellten Daten (die während eines
Zyklus' konstant
bleiben), um den Zustand des Systems zu bestimmen. Beim Anfahren
bewirkt der Regler 155, daß das System in den Zustand 305 eintritt,
was einem Steigern der Geschwindigkeit der Pumpe 132 entspricht,
bis Pa ≥ Ptarg oder Fa ≥ Ftarg, wobei das System an diesem Punkt in
den Zustand 310 eintritt, in dem die Pumpengeschwindigkeit gleichbleibend
gehalten wird. Falls jedoch Pa an irgendeinem
Punkt Pmax überschreitet, tritt das System in
den Alarmzustand 315 ein, in dem die Pumpe 132 angehalten
und/oder ein Alarm ausgelöst
wird.
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Der
Zustand 310 wird aufrechterhalten, bis eine beliebige von
drei Bedingungen erfaßt
wird: (1) Pa < Ptarg – Ptol und Fa < Ftarg,
wobei der Regler 155 in diesem Fall bewirkt, daß das System
wieder in den Zustand 305 eintritt, oder (2) Pa > Ptarg +
Ptol und Fa > Fmin,
wobei der Regler 155 in diesem Fall bewirkt, daß das System
in den Zustand 320 eintritt, was dem Verringern der Geschwindigkeit
der Pumpe 132 entspricht, oder wiederum Pa > Pmax,
woraufhin das System in den Alarmzustand 315 eintritt.
Der Regler 155 bewirkt, daß das System den Zustand 315 verläßt, auf
das Erfassen einer beliebigen von drei Bedingungen: (1) Pa < Ptarg und Fa ≤ Ftarg, (2) Fa ≤ Fmin oder (3) Pa > Pmax.
Die Bedingungen (1) oder (2) bewirken, daß das System zum Zustand 310 zurückkehrt,
während
die Bedingung (3) zum Eintreten des Alarmzustands 315 führt.
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Aus
dem Alarmzustand 315 kann das System (im Zustand 305)
auf ein Bediener-Rücksetzen neu
gestartet werden.
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Die
Alarmgrenze kann komplexer sein als ein Ein-Wert-Druckniveau. Zum
Beispiel kann, wie in 4 gezeigt, der tolerierbare
Filterdruck eine Funktion des kumulativen gefilterten Volumens sein,
so daß kleine
Druck-„Spitzen" annehmbar sind,
solange der Durchschnittsdruck über
ein gegebenes Volumen innerhalb einer gewissen Grenze LH bleibt.
In der Tat kann eine optimale Filtrierwirksamkeit ebenfalls einen
Mindestdruck LL erfordern, so daß ein Qualitätsfiltrat
nur gesichert ist, wenn der Druck während des Betriebs innerhalb
der Grenzen von LH und LL bleibt. Übermäßig hohe
oder niedrige Drücke
können
ebenfalls eine grundlegende Störung
oder einen Defekt anzeigen, zum Beispiel kann ein unzureichender Strömungswiderstand
eine Filterumgehung oder ein Leck anzeigen, während sich übermäßiger Widerstand aus Fehlansaugen
oder einem nicht betriebsbereiten Filter ergeben kann. Jede Bedingung
weist auf die Notwendigkeit hin, das Endprodukt auf Qualität zu prüfen. Umgekehrt
gewährleistet
der richtige Betrieb innerhalb des annehmbaren Bereichs einen gewissen
Grad an Qualitätssicherung.
Falls gewünscht,
kann ebenfalls eine normalerweise geschlossene Umgehungsschleife
um den Filter 140 bereitgestellt werden, so daß, falls
die Alarmgrenze erreicht wird, die Bahn durch den Filter 140 geschlossen
werden kann und (der) ungefilterte Blutbestandteil(e) zu einem Auffangbehälter umgeleitet
werden kann/können,
um einen Verlust oder eine Verunreinigung im Ergebnis eines Kontakts
mit einem fehlerhaft funktionierenden Filter zu vermeiden.
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Der
Einlaß 120 kann
verwendet werden, um während
des Verlaufs des Filtrierens und Auffangens verschiedene Hilfsfluids
für unterschiedliche
Zwecke einzulassen. Zum Beispiel kann vor dem Eintritt eines/von
Blutbestandteils/-teilen durch den Einlaß 115 eine Salzlösung eingeleitet
werden, um den Systemschlauch und/oder den Filter 140 ansaugen
zu lassen. Außerdem
kann, nachdem das Einleiten eines Blutbestandteils durch den Einlaß 115 abgeschlossen
ist, ein Fluid durch den Einlaß 120 zugeführt werden,
um im Filter 140, der einen Innenraum in der Größenordnung
von 30 ml haben kann, verbleibendes Material in einen Auffangbeutel
zu verdrängen.
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Für die in 1 gezeigte
Anordnung sind verschiedene Veränderungen
durchführbar.
Zum Beispiel kann die Pumpe 132 stromabwärts vom
Filter 140 (d.h., zwischen dem Filter 140 und
dem Y-Verbinder,
der zu den Ventilen 145v und 150v führt) angeordnet
sein, wobei sie Blut durch den Filter 140 zieht, statt
es hindurchzudrücken.
Eine Luftbeseitigungsentlüftung
mit einem Rückschlagventil
(wie unten beschrieben), um das Entleeren von Luft zu erleichtern,
kann ebenfalls stromabwärts
vom Filter 140 hinzugefügt
werden, wie auch ein Probenbeutel zum Auffangen einer kleinen Menge
an Filtrat vor dem Abschließen
eines Zyklus'.
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Bei
typischer Anwendung wird die Quelle eines/von Blutbestandteils/-teilen
eine Apheresevorrichtung sein, die Blut von einem Spender auffängt und
es in Fraktionen, wie beispielsweise Plasma, Buffy Coat, Blutplättchen und
rote Blutkörperchen („RBK"), oder eine Kombination
derselben, aufgetrennt. 2 illustriert eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die als eigenständige Apheresevorrichtung zum
Auffangen roter Blutkörperchen arbeitet.
Die Vorrichtung 200 benutzt eine herkömmliche Zentrifugenschale 210 (zum
Beispiel nach dem US-Patent Nr. 4 983 158), die ein inneres Fluidfassungsvermögen vorzugsweise
in der Größenordnung
von 250 ml, Mittel (nicht gezeigt) zum Drehen der Schale, eine Einlaßöffnung PT1
und eine Auslaßöffnung PT2
hat. Die Auslaßöffnung PT2
der Zentrifugenschale 210 steht in Fluidverbindung mit
der Einlaßöffnung eines
Behälters 212 zum
Auffangen von Plasma und Luft während
des Verlaufs des Vorgangs, der Behälter 212 ist, wie
illustriert, vertikal ausgerichtet, so daß in Abzugsmodi aufgefangene Flüssigkeit
und nicht Luft aus dem Behälter 212 abgezogen
wird. Die Fluidbahn von der Auslaßöffnung PT2 schließt ebenfalls
einen Drucksensor 214 zum Überwachen des Drucks innerhalb
des Systems ein. Die Fluidbahn von der Auslaßöffnung des Behälters 212 kehrt, über ein
Ventil 218v, zu den peristaltischen Hauptpumpen 232a, 232b,
welche die meisten Systemfunktionen umsetzen, und danach, über ein
Paar von Ventilen 220v, 222v, zu der Einlaßöffnung des Filters 240 zurück. Die
Fluidbahn von der Auslaßöffnung des
Filters 240 schließt
eine hydrophobe Entlüftung 225 ein
und führt, über Ventile 245v, 250v,
zu einem ersten und einem zweiten Auffangbeutel 245, 250.
Diese werden verwendet, um von einem Spender gewonnene rote Blutkörperchen
aufzubewahren.
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Ebenfalls
mit der Rückführungsbahn
von der Auslaßöffnung des
Behälters 212 verbunden
ist ein Paar von Behältern 260 (für Salzlösung) und 262 (für ein Konservierungsmittel),
die über
ein Paar von Ventilen 260v, 262v an die Fluidbahn
gekuppelt sind. Das Konservierungsmittel ist ein Zusatzstoff, um
die Haltbarkeit von RBK zu verlängern,
wobei geeignete Beispiele desselben SAGM, ADSOL, NUTRICELL, PAGGsM,
MAP und Glycerin einschließen.
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Die
Einlaßöffnung PT1
der Zentrifuge 210 ist, über die Ventile 220v 222v und
einen Y-Verbinder 268, selektiv an eine durch eine Rutschklemme 269 mit
dem System verbundene Phlebotomienadel 266 gekuppelt. Die
Phlebotomienadel 266 steht ebenfalls in Fluidverbindung
mit einem Behälter 270 für ein Antikoagulans.
Eine Antikoagulanspumpe 272 zieht Antikoagulanslösung aus
dem Behälter 270; über den Y-Verbinder 268 tritt
die Lösung
in das System ein und vermischt sich mit dem abgenommenen Blut. Alle
Behälter
sind typischerweise aus einem blutverträglichen Material hergestellte
Beutel. Die abgebildete Fluidströmungsbahn
wird durch geeignete Längen
aus blutverträglichem
Schlauch (die gemeinsam durch die Bezugszahl 230 bezeichnet
werden) hergestellt.
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Eine
Reihe von Detektoren D1, D2, D3, D4 erfaßt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von
Fluid an verschiedenen Punkten im Fluidkreislauf. Ein Grobfilter 275 (der
typischerweise eine Porengröße von 170 μm hat) entfernt
mögliche
Mikroaggregate aus dem zum Spender zurückgeführten Blut. Ein Paar von Bakterienfiltern 277, 280 entfernt
Bakterien aus den aus den Behältern 260, 262 und 270 abgezogenen
Lösungen.
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Im
Betrieb bewirkt der Regler 255 zuerst, daß der Schlauch 230 durch Öffnen des
Ventils 260v, Schließen
der Ventile 220v, 222v und 262v und Betätigen der
Pumpen 232a und 232b mit Konservierungslösung aus
dem Behälter 260 angesaugt
wird (obwohl der Regler 255 nur wirksam mit den peristaltischen
Pumpen verbunden gezeigt wird, dient dies nur der zweckmäßigen Darstellung,
tatsächlich
regelt der Regler 255, wie hierin beschrieben, den Betrieb aller
Systemelemente). Die Pumpen 232a und 232b ziehen
Konservierungslösung
ab, bis sie den Luftdetektor D2 erreicht, der dem Regler 255 signalisiert, sobald
das Vorhandensein der Flüssigkeit
abgefühlt wird;
daraufhin beendet der Regler 255 durch Schließen des
Ventils 260v den Konservierungslösungsansaugvorgang. Während des
Ansaugens werden die Ventile 245v und 250v offengehalten,
und entleerte Luft wird zum Auffangen in den Behältern 245, 250 zum
Filter 240 geschickt.
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Danach
wird das vorstehende Verfahren wiederholt, um den Schlauch 230 mit
Salzlösung
aus dem Behälter 262 ansaugen
zu lassen. Während
dieses Vorgangs ist das Ventil 262v offen, und die Ventile 220v, 222v und 260v sind
geschlossen. Wieder hört
das Ansaugen auf, wenn die Flüssigkeit
durch den Detektor D2 abgefühlt
wird, und entleerte Luft wird zum Filter 240 geschickt.
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Als
nächstes
betätigt
der Regler 255 die Pumpe 272, um den Schlauch 230 und
die Nadel 266 mit Antikoagulanslösung aus dem Behälter 270 ansaugen
zu lassen. Das Antikoagulans geht durch den Schlauch 230 hindurch
und erreicht den Detektor D4, der dem Regler 255 signalisiert,
sobald das Vorhandensein des Koagulans' abgefühlt wird; daraufhin beendet
der Regler den Antikoagulansansaugvorgang.
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Wenn
das Ansaugenlassen abgeschlossen ist, betätigt der Regler 255 die
Pumpe 232b in umgekehrter Richtung, um Luft in dem Filter 240 und
den Behältern 245, 250 in
die Schale 210 und den Behälter 212 abzulassen.
Um dies zu erreichen, sind die Ventile 220v, 245v und 250v offen,
und die Ventile 218v, 222v, 260v und 262v sind
geschlossen. Das Pumpen setzt sich fort, bis durch den Sensor 253 ein Druck
von 75 mm unter atmosphärischem
Druck erfaßt
wird.
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Danach
wird die Phlebotomienadel 266 in den Spender eingesetzt,
und der Regler 255 bewirkt, daß durch Betätigen der Pumpen 232a und 272 Vollblut
abgenommen und mit Antikoagulans gemischt wird, wobei die Pumpe 272 Koagulans
aus dem Behälter 270 mit
dem abgenommenen Vollblut so vermischt, daß ein Zielverhältnis (allgemein
1:16) von Antikoagulans zu Vollblut aufrechterhalten wird. Das Ventil 222v ist
offen und das Ventil 220v geschlossen, was das antikoagulierte
Blut durch die Einlaßöffnung PT1
in die Schale 210 drückt.
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Danach
beginnt der Regler 255 das Drehen der Schale 210,
und Zentrifugalkräfte
trennen die Bestandteile höherer
Dichte (hauptsächlich
RBK) von den Bestandteilen niedrigerer Dichte (weiße Blutkörperchen,
Blutplättchen
und Plasma). Im einzelnen konzentriert das Drehen der Zentrifugenschale
die RBK an der äußeren Schalenwand.
Bei fortgesetzten Eintreten von Blut bildet das auf der Oberfläche Schwimmende,
das leichtere Blutbestandteile, Antikoagulans und Trümmer umfaßt, konzentrische
Lagen, die sich dem Kern der Schale annähern und zur Auslaßöffnung PT2
austreten. Das Plasma geht durch einen Leitungssensor 282 und
wird in dem Plasmabehälter 212 aufgefangen,
der ungefähr
400 bis 600 ml Plasma aufnimmt. Wenn nahezu das gesamte abgetrennte
Plasma zum Behälter 212 geschickt
worden ist (wie es zum Beispiel durch eine zunehmende Trübheit angezeigt
wird, die durch den Leitungssensor 282 erfaßt wird,
dessen Ausgang mit dem Regler 255 verbunden ist), wird
der Auftrennvorgang durch Anhalten des Drehens der Zentrifuge beendet.
Danach bewirkt der Regler 255 durch Öffnen der Ventile 218v und 262v und
Schließen
des Ventils 260v die Rückführung des
Plasmas im Behälter 212 (wieder
verhindert die vertikale Ausrichtung das Infundieren jeglicher Streuluft),
in einem vorher festgelegten Verhältnis vermischt mit Salzlösung; während dieses
Vorgangs drehen sich die Pumpen 232a, 232b mit
identischen Geschwindigkeiten, und das Plasma geht durch einen Y-Verbinder 290 hindurch, ohne
zu PT1 hindurchzugehen. Die Bestandteile werden vorzugsweise mit
einer schnellen Geschwindigkeit, z.B. 120 ml/min, zu dem Spender
zurückgeführt. Bei
dieser Rückführungsgeschwindigkeit
wird die Salzlösung
durch die Pumpe 232a mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 60 ml/min
eingeleitet. (Die Zugabe von Salzlösung verringert die durch den Spender
erlebte Zitratwirkung und gleicht das extrahierte Volumen aus.)
Tatsächlich
ist es durch Öffnen der
Ventile 218v und 222v, Schließen des Ventils 220v und
Laufenlassen der Pumpe 232a mit einer geringfügig schnelleren
Geschwindigkeit als die Pumpe 232b möglich, vor dem Abschluß des Zyklus' (d.h., sogar, während die
Schale 210 in Betrieb ist) Plasma zu dem Spender zurückzuführen. Auf
diese Weise wird etwas von dem aus dem Behälter 212 abgezogenen
Plasma zu dem Spender zurückgeführt und
der Rest über
den Y-Verbinder 290 zur Schale 210 zurückgeführt, um
den Auftrennvorgang fortzusetzen. Das Verhältnis von zurückgeführtem und
wieder umgewälztem
Plasma wird durch die relativen Geschwindigkeiten der Pumpen 232a, 232b bestimmt.
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In
der Schale 210 verbleibende Blutbestandteile werden über die Öffnung PT1
durch die Pumpe 232b mit geschlossenem Ventil 222v und
offenem Ventil 220v durch den Filter 240 entleert.
Anfangs, um den Filter 240 ansaugen zu lassen, werden die Ventile 245v und 250v geschlossen
gehalten, und die Pumpe 232a wird betätigt, um Konservierungslösung mit
dem Inhalt der Schale 210 zu vermischen; das Ventil 260v ist
offen und das Ventil 262v geschlossen. Die jeweiligen Drehgeschwindigkeiten
der Pumpen 232a, 232b werden so gewählt, daß die Konservierungslösung in
einer gewünschten
Konzentration (üblicherweise
1/3, so daß sich
die Pumpe 232a mit 1/3 der Geschwindigkeit der Pumpe 232b dreht)
beigemischt wird. Während
dieses Vorgangs, der vorzugsweise mit einer gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeit
durchgeführt
wird, wird Luft aus dem Filter 240 durch die hydrophobe
Entlüftung 225 abgelassen.
Wenn der durch den Sensor 253 gemessene Druck eine vorher
festgelegte Grenze (z.B. 150 mm Hg) erreicht, wird der Ansaugvorgang
durch Öffnen eines
der Ventile 245v, 250v beendet. Danach wird der
verbleibende Inhalt der Schale 210 durch den Filter 240 entleert,
bis durch den Detektor D2 das Nichtvorhandensein von Flüssigkeit
abgefühlt
wird oder ein vorher festgelegtes Volumen verarbeitet worden ist.
Vorzugsweise öffnet
der Regler 255 während
dieses Vorgangs eines der Ventile 245v, 250v wobei
das andere Ventil geschlossen ist, um das gefilterte Erzeugnis in
die Behälter 245, 250 zu
verteilen.
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Wenn
die Schale entleert worden oder das vorher festgelegte Volumen des
Erzeugnisses verarbeitet worden ist, beginnt die Vorrichtung 200 einen zweiten,
mit dem oben beschriebenen identischen, Abnahmezyklus. Wieder wird
Vollblut von dem Spender gewonnen und mit Antikoagulans gemischt,
RBK sammeln sich in der Schale 210, und Plasma wird zu dem
Spender zurückgeführt. Der
zweite Zyklus wird (wieder durch vom Leitungssensor 282 bereitgestellte
Signale) beendet und die Phlebotomienadel aus dem Spender entfernt.
Dieses Mal wird jedoch der Filteransaugvorgang nicht durchgeführt, der
Regler 255 betätigt
nur die Pumpen 232a, 232b mit dem feststehenden
Verhältnis
der Drehgeschwindigkeiten, um die Zielmischung von Konservierungslösung und
Bluterzeugnis zu erreichen, wonach die Behälter 245, 250 gefüllt werden.
Wenn die Schale 210 leer ist, ist der Innenraum des Filters 240 noch
mit der Mischung aus dem Bluterzeugnis und der Konservierungslösung gefüllt. Um
dieses Volumen in die Behälter 245, 250 zu
verdrängen,
betätigt
der Regler 255 die Pumpe 232a, um zusätzliche
Konservierungslösung
aus dem Behälter 260 in
den Filter 240 weiterzuleiten. Falls gewünscht, kann
dieser Vorgang über das
zum Verdrängen
Notwendige hinaus ausgedehnt werde, wobei noch weitere Konservierungslösung durch
den Filter 240 geschickt wird, um den Filter zu spülen. In
diesem Fall ist das Mischungsverhältnis von Bluterzeugnis zu
Konservierungslösung
so gewählt
worden, daß es
das auf das Verdrängen
folgende Einleiten dieses anschließenden Volumens ermöglicht.
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Während des
Verlaufs des Filtrierens betätigt der
Regler 255 die Pumpe 232b in Übereinstimmung mit den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage des durch den Sensor 253 erfaßten Drucks.
Im einzelnen kann der Regler 255 in Abhängigkeit von den Charakteristika
des Filters 240 eine gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit
oder einen gleichbleibenden Druck sichern, kann als Reaktion auf
einen übermäßigen oder
unzureichenden Druck (momentan oder gemittelt über ein kumulatives Volumen)
einen Alarm auslösen
und/oder kann den Durchfluß (durch
Abschalten der Pumpe 232b und/oder Schließen des
Ventils 220v) als Reaktion auf einen übermäßigen oder unzureichenden Druck beenden.
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Die
Vorrichtung 200 kann alternativ dazu konfiguriert und betrieben
werden, um mehrere Blutbestandteile aufzufangen. Zum Beispiel kann
die in 2 gezeigte Anordnung wie folgt verwendet werden,
um eine Plasmafraktion und eine RBK-Fraktion aufzufangen. Anschließend an
das Auffangen und Auftrennen wird Plasma aus dem Behälter 212,
statt zurück
zu der Phlebotomienadel 266, durch Schließen des
Ventils 222v und Offenhalten des Ventils 220v durch
den Filter 240 geschickt. Wieder reagiert der Regler 255 auf
den Sensor 253 und betätigt
die Pumpe 232b in Übereinstimmung
mit der Erfindung, und nur eines der Ventile 245v, 250v wird
offengehalten, um das Plasma in einem einzigen Auffangbehälter aufzubewahren.
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Wenn
die Übertragung
des Plasmas vom Behälter 212 abgeschlossen
ist (wie angezeigt durch Lufterfassung bei D2 oder das gemessene
Gewicht des Behälters 212),
wird das Ventil 218v geschlossen. Das gegenwärtig offene
der Ventile 245v, 250v wird geschlossen und das
andere geöffnet.
Danach werden die Pumpen 232a, 232b betätigt, um
RBK aus der Schale 210 und dem Behälter 260 in einem feststehenden
Verhältnis
abzuziehen und diese (wieder in Übereinstimmung
mit der Erfindung) durch den Filter 240 und in den ungefüllten der
Behälter 245, 250 zu
drücken.
Da der Regler 255 programmierbar ist, kann dessen Betrieb
Unterschiede bei den Filterhandhabungserfordernissen für die unterschiedlichen
Bluterzeugnisse berücksichtigen,
zum Beispiel kann der maximale Filterdruck für Plasma ein anderer sein als
der Maximaldruck für
RBK. Es kann ebenfalls wünschenswert
sein, den Filter 240 vor dem Abziehen von Material aus
der Schale 210 mit einer kleinen, aus einem der Behälter 260, 262 abgezogenen, Menge
an Salzlösung
oder Konservierungsmittel zu spülen.
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Wieder
sind verschiedene Veränderungen an
der vorstehenden Auslegung möglich.
Zum Beispiel wird durch Verbinden der Leitung, die vom Behälter 212 durch
das Ventil 218v führt,
mit der zu PT1 führenden
Leitung, statt mit der zur Pumpe 232a führenden Leitung, die Notwendigkeit
beseitigt, beide Pumpen 232a, 232b (die sich mit
identischen Geschwindigkeiten drehen) zu verwenden, um Plasma zu
dem Spender zurückzuführen. Statt
dessen handhabt die Pumpe 232b allein die Plasmarückführung. Ein
Vorteil dieser Auslegungsänderung
ist die Fähigkeit,
den Bakterienfilter 280 stromabwärts von der Pumpe 232a (z.B.
zwischen der Pumpe 232a und dem Y-Verbinder 290)
anzuordnen, so daß der
Filter die Wirksamkeit der Pumpe 232a nicht beeinträchtigt.
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Es
ist ebenfalls möglich,
die Entlüftung 225 zu
beseitigen, durch das Hinzufügen
einer Tasche, die normalerweise (z.B. mit Hilfe einer Schlauchrutschklemme)
gegenüber
dem System abgedichtet ist, aber verwendet wird, um anschließend an
den Abschluß des
Verfahrens angesammelte Luft aus den Behältern 245, 250 aufzufangen,
jenseits des Filters 240 und parallel mit den Behältern 245, 250. Dies
kann durch Aufhängen
der Behälter 245, 250 in einer
vertikalen Ausrichtung und manuelles Drücken der Luft in die Tasche
erreicht werden. Obwohl diese Auslegung, anders als die oben beschriebene
Konfiguration, manuelles Eingreifen erfordert, ermöglicht sie
ein Ablassen von Luft, die sonst jenseits der Entlüftung 225 liegen
und dadurch für
das Ablassen unerreichbar sein würde.
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Es
wird daher zu sehen sein, daß das
Vorstehende eine zweckmäßige, sichere
und wirksame Herangehensweise an die Blutapherese darstellt. Die hierin
eingesetzten Begriffe und Ausdrücke
werden als beschreibende und nicht als begrenzende Begriffe verwendet,
und es besteht bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke keine
Absicht, etwaige Äquivalente
zu den gezeigten und beschriebenen Merkmalen oder Teilen derselben
auszuschließen, sondern
es ist anzuerkennen, daß innerhalb
des Rahmens der beanspruchten Erfindung verschiedene Modifikationen
möglich
sind.