JP4970333B2 - 瞬間の成分収穫を求める血液収集システム - Google Patents
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Description
システム10は、耐久性のハードウェア要素の配列を含み、その作動は、処理制御装置18によって統御されている。ハードウェア要素は、中で全血(WB)がその種々の治療成分、例えば血小板、血漿及び赤血球(RBC)へと分離されるものである遠心機12を含む。ハードウェア要素はまた、典型的には蠕動式(P1乃至P4で示す)である種々のポンプ、及び種々のインライン・クランプ及び弁(V1乃至V3で示す)をも含む。勿論、ソレノイド、圧モニターその他の、図1が示していない図他のタイプのハードウェア要素が典型的には存在する。
制御装置18は、記述されているように、全体的プロセス制御及びシステム10のモニタリング機能を行う。
MPU44は、アプリケーション制御マネージャー46を含む。アプリケーション制御マネージャー46は、制御アプリケーション(A1乃至A3で示されている)のライブラリ48の活性化を管理する。各制御アプリケーションA1〜A3は、与えられた機能的タスクを、システムハードウェアを(例えば、遠心機12、ポンプP1〜P4、及び弁V1〜V3)を所定の方法で用いて実施するための手順を規定している。図解された好ましいこの具体例においては、アプリケーションA1〜A3は、プロセスソフトフェアとして、MPU44のEPROM内に駐在する。
図解されている具体例においては、MPU44はまた、対話型ユーザインタフェース58をも含む。このインターフェース58は、オペレータがシステム10の作動に関する情報を眺めて理解することを許容する。インターフェース58はまた、オペレータがアプリケーション制御マネージャー46中に駐在するアプリケーションを選択すること、並びに、システム10のある種の機能及び性能基準を変更することをも許容する。
図解されている具体例においては(図3が示すように)、システム最適化アプリケーションA2は、F1乃至F6で示した6つの特化した、しかも相互に関係したユーティリティー機能を含む。勿論、ユーティリティー機能の数及びタイプは変えることができる。
別のユーティリティー機能F3は、ユーティリティー機能F1によって求められた血小板収穫に基づいて、血小板のための最適の貯蔵パラメータを、貯蔵容器数及び使用すべきPPP貯蔵媒質の量として計算し推奨する。
これらのユーティリティー機能F1乃至F6の更なる詳細が、今やより詳細に記述されよう。
ユーティリティー機能F1(図4を参照)は、システム10の血小板分離効率(ηPlt) についての連続的計算を行う。ユーティリティー機能F1は、血小板分離効率ηPltを、全血中の利用可能な総血漿量に対する、供血者全血から分離された血漿量の比率と同じであるとして扱う。ユーティリティーF1は、それにより、供血者全血より分離された血漿量中の全ての血小板が収穫されるであろうと仮定する。
方程式(1)
ΔVolProcは、処理されつつある増分全血量であり、そして
ACDil は、増分全血量についての抗凝固剤希釈因子であり、次の通りに計算される:
方程式(2)
ACは、抗凝固剤量に対する全血量の、選ばれた比率(例えば10:1すなわち「10」)である。ACは、処理期間中、固定された値よりなるものであってよい。代わりとして、ACを、処理期間中、所定の基準に従って段階的に変化させてよい。
例えばACを、処理の最初の1分間は6:1に設定し、次いで次の2.5 乃至3分間は8:1まで増大させ、そして最終的に10:1の処理レベルまで引き上げてよい。
方程式(3)
Yld Old は、最後に計算されたYld Current であり、そして
方程式(4)
Plt Current は、供血者の循環血小板カウントについての現在の(瞬間の)推定である。
システム全体の効率ηPlt は、システムの個々の部分の効率の積であり、次の様に表される:
方程式(5)
η1stSepは、第1の分離段階におけるWBからのPRPの分離の効率である。
ユーティリティー機能F1(図4を参照)は、測定した及び経験的な値に基づいて、次の表現を用いて操作の進行の間η1stSepを連続的に求める:
方程式(6)
Qb は、測定された全血流速(単位:m・/分)である。
Qp は、測定されたPRP流速(単位:m・/分)である。
方程式(7)
Hrbc は、検知された作動状態及び第1段階分離チャンバーの物理的寸法に基づく、第1段階分離チャンバー内におけるRBCベッドの見かけのヘマトクリットである。Hb に関すると同様に、ユーティリティー機能F1は、Hrbc を決定するのに物理的センサを必要とせず、Hrbc は、次の表現に従ってこのユーティリティーによって求められる:
方程式(8)
qb は、入口血流速度(cm3 /秒)であり、これは、ml/分に換算したとき方程式(6)のQb に対応する既知の値である。
方程式(9)
方程式(10)
ユーティリティー機能F1(図4を参照)はまた、対数正規分布した血小板のどの部分が第2分離段階32内において収集されるかを、それらの寸法(平均血小板量、すなわちMPV)、流速(Qp )、分離段階32の面積(A)、及び遠心加速度(g、これは第2段階の回転半径×回転速度の二乗Ω2 である)の関数として、計算するコンピュータモデル化から求められたアルゴリズムに基づいて、操作の間η2ndSepも連続的に求める。
このアルゴリズムは、グラフとして図8に示された関数によって表現することができる。グラフは、1つの無次元のパラメータであるgASp /Qp によってη2ndSepをプロットする。
Sp は、1.8 ×10-9 MPV2/3 (秒)であり、そして
MPVは、平均血小板量(f・、すなわちμm立方)であり、これは、処理前に収集された供血者血液のサンプルから慣用の技術によって測定できる。MPVには、異なった計数器の使用による変動があり得る。ユーティリティー機能は、従って、使用したタイプの計数器に従って該機能によって使用するためMPVを標準化するための、ルックアップ表を含むことができる。代わりとして、MPVは、臨床的な血小板事前カウントPlt PRE データの統計学的評価から求められた関数に基づいて推定することができ、これをユーティリティー機能が使用することができる。本発明者は、そのような臨床データの推定に基づいて、MPV関数を次の通りに表すことができるものと信ずる:
MPV(fl)≒11.5−0.009 Plt PRE (k/μl)
ηAnc は、処理システムの他の部分の(血小板損失による)効率を考慮に入れている。ηAnc は、第1段階チャンバーから第2段階チャンバーへの(PRPの形での)血小板輸送の効率;血小板を(やはりPRPの形で)白血球除去フィルターを通して輸送する効率;処理の後の第2段階チャンバーからの血小板の(PCの形での)再懸濁及び輸送の効率;及び1針又は2針形態において先に処理された血液を再処理する効率を考慮に入れている。
これらの補助的処理ステップの効率は、臨床データに基づいて評価でき又はコンピュータモデル化に基づいて推定可能である。これらの考慮に基づいて、ηAnc について予測された値を当てはめることができ、これを方程式(5)が、与えられた操作の進行にわたって一定であるとして処理する。
ユーティリティー機能F1(図4を参照)は、処理中における供血者の現在の循環血小板カウントPlt Circを予測するため、動力学モデルに依存している。このモデルは、次の関係に従って、Plt Circを求めるために、供血者の血液量を推定し、次いで、処理中の希釈及び除去の影響を予測する:
方程式(11)
Plt pre は、処理開始前の供血者の循環血小板カウント(k/μl)であり、これは、処理前に供血者から採られた全血のサンプルから慣用の技術によって測定することができる。Plt Pre には、異なった計数器の使用による変動があり得る(例えば、Peoples et al., “A Multi-Site Study of Variables Affecting Platelet Counting for Blood Component Quality Control," Transfusion (Special Abstract Supplement, 47th Annual Meeting), V. 35, No.10S, October 1994, Supplementを参照のこと) 。ユーティリティー機能は、従って、使用した計数器に応じて該機能によって使用するための、全ての血小板カウント(例えば、後で記述するPlt Pre 及びPlt Post)を標準化するためのルックアップテーブルを含むことができる。
ユーティリティー機能F1は、次の表現に基づいて希釈因子を推定する:
方程式(12)
Prime は、システムのプライミング量(ml)である。
ACDは、(誘導が行われる時間に依存して現在の又は終点の)使用した抗凝固剤の量(ml)である。
方程式(13)
Wgtは、供血者体重(kg)である。
血小板の連続的な収集は、利用できる循環血小板プールを除去する。一次モデルは、次のように、供血者循環血液量(DonVol) で除した供血者血小板カウントが血小板収穫(Yld )(現在又は目標)によって減少すると予測する:
方程式(14)
Yldは、現在の瞬間の又は目標の血小板収穫(k/μl)である。方程式(14)において、Yldは、単位を揃えるために100,000 倍されている。
方程式(15)
方程式(16)
オペレータは、全ての供血者について操作の開始時に常に現在の血小板事前カウントPlt Pre を有する訳ではないであろう。ユーティリティー機能F1は、システムがデフォールト・パラメータの下に又は先の操作から得た値の下に稼動することを許容する。ユーティリティー機能F1は、実際の血小板事前カウントPlt Pre が後でオペレータによって処理中に入力されることを許容する。ユーティリティー機能F1は、新しく入力された値を反映させる一組の条件の下に、血小板収穫を再計算する。ユーティリティー機能F1は、有効浄化量を計算するのに現在の収穫を使用し、秘蔵動員の血小板事前カウントに依存する性質を保持しつつ、ついでその量を、新しい現在の収穫を計算するために使用する。
方程式(17)
ClrVolは、浄化された血漿量である。
DonVolは、方程式(13)に従って計算された供血者循環血液量である。
Yld current は、現在の処理状態に基づく、方程式(3)に従って計算された、現在の血小板収穫である。
Prime は、血液側のプライミング量(ml)である。
ACDは、使用した抗凝固剤量(ml)である。
PPPは、収集された血小板プア血漿の量(ml)である。
Pre old は、処理を開始する前の供血者血小板カウント(k/μl)である。
Spleenold は、Pre old に基づいて方程式(16)を用いて計算された脾臓動員因子である。
方程式(18)
Pre New は、処理の間に入力された、訂正された供血者血小板事前カウント(k/μl)である。
ユーティリティー機能F2(図5を参照)は、手順のための最適な作動条件を決定するに際してオペレータを補助するための他の情報値及びパラメータを求めるために第1のユーティリティー機能F1によるYld の計算に依存する。次の処理値は、ユーティリティー機能F2が提供することのできる誘導を例示する。
ユーティリティー機能F2は、現在の作動効率ηplt を反映させるよう補正を伴って、収集すべき残存収穫を、処理の残りを通じた予想される平均血小板カウントで除すことによって、所望の血小板収穫を達成するのに必要な追加の処理量Vbrem (m・)を計算する。ユーティリティー機能F2は、この値を次の表現を用いて求める:
方程式(19)
Yld Goalは、所望の血小板収穫(k/μl)であり、
ここに:
vbrem は、Yld Goalを達成するために必要な処理量(ml)である。
ユーティリティー機能F2はまた、残存収集時間(trem ) を(分で)次の通りに計算する:
方程式(20)
vbrem は、処理すべき残存量であり、方程式(19)を用いて現在の処理状態に基づいて計算される。
ユーティリティー機能F2は、血漿収集量(PPPGoal) を求めるために、次のように種々の血漿収集要求を加える:
方程式(21)
PPP PCは、PC製品のために選択された血小板プア血漿量であり、典型的なデフォールト値として250 mlを有するか、又は、後で記述されるように方程式(28)に従って最適値Plt Med として計算される。
ユーティリティー機能F2はまた、処理の間に使用されると予想される抗凝固剤の合計量(ACDEnd )をも、次の通りに計算する(ml):
方程式(23)
ACDCurrent は、使用した抗凝固剤の現在量(ml)である。
Qb は、全血流速であり、これはユーザによって設定されるか、又は、方程式(31)を用いて、現在の処理状態に基づいてQbOpt として計算される。
ユーティリティー機能F3(図6を参照)は、処理の間に収集された血小板のための最適の貯蔵条件を決定するに際してオペレータを補助するために、ユーティリティーF1によるYldの計算に依存する。
与えられた透過性を有する貯蔵容器中に貯蔵された血小板の酸素分圧pO2 (mmHg)は、容器が保持している総血小板量PltVol に関連して減少する。図9は、与えられた透過性を有する容器に対する貯蔵1日後に測定されたpO2 の関係を示すテストデータに基づくグラフである。図9のもととなっているこの貯蔵容器は、表面積54.458インチ2 及び容量1000m・を有する。この貯蔵容器は、O2 に対する透過性194 cc/100 インチ2 /日、及び、CO2 に対する透過性1282cc/100 インチ2 /日を有する。
方程式(25)
BAG≦1.0 のときPltBag =1であり、それ以外のときは、
PltBag =〔BAG+1〕であり、ここに〔BAG+1〕は、量BAG+1の整数部分である。
各日に用いられる重炭酸塩の量は、トロンボサイトクリットTct(%)の関数であり、次のように表される:
方程式(26)
方程式(27)
DonHCO3は、供血者血液中の測定された重炭酸レベル(Meq/l)であるか又は、代わりとして、典型的な供血者の重炭酸塩レベルであり、それは19.0Meq/l±1.3 であると信じられている。
方程式(28)
ユーティリティー機能F4及びF5は、プロセス制御変数を求めるのに、上記の物理学的及び生理学的関係のマトリックスに依存し、そしてプロセス制御変数をアプリケーション制御マネージャー46は、システムの性能を最適化するために使用する。次の制御変数は、ユーティリティー機能F4及びF5がこの目的のために提供することのできる誘導を例示する。
収集された血小板については高い平均血小板値MPVが望ましい。それが、第1の分離段階及びシステム全体の分離効率を表すからである。殆どの血小板は、Sysmex K-1000 マシンで測定したとき、平均8乃至10flである(赤血球のうち最小のものは約30flに始まる)。残りの少数の血小板集団は、物理的に一層大きな血小板を構成する。これらの大きな血小板は、典型的には、血小板一個当たり15×10-15 lを占め、いくらかは、30f・を超える。
方程式(29)
抗凝固剤中のクエン酸塩は、身体によって速やかに代謝され、従って、処理の間に戻されるPPPへのその連続的注入を許容する。しかしながら、あるレベルのクエン酸塩注入では、供血者はクエン酸塩毒性を経験する。これらの反応は、強さ及び性質において変動し、異なった供血者は異なった閾レベルを有する。名目上の無症状クエン酸塩注入速度(CIR)は、経験的データに基づいて、約1.25mg/kg/分であると信じられている。これは、実際上全ての供血者が抗凝固剤比率10:1の、45ml/分の抗凝固剤添加血流速度において楽にアフェレーシスに耐えることができること示す、経験的データに基づいている。
方程式(30)
CIRは、選ばれた名目上の無症状クエン酸塩注入速度、又は、1.25mg/kg/分である。
供血者に戻される残存血漿量は、利用可能な総量からまだ収集すべき量を減じたものに等しい。この比率は、供血者から抜き取ることのできる最大の、又は最適の、無症状血流速度(QbOpt )(ml/分)を決定するために、ユーティリティー機能F5(図5を参照)によって次の通りに使用される:
方程式(31)
Hb は、現在の処理状態に基づいて方程式(7)を用いて計算された、抗凝固剤添加ヘマトクリットである。
ユーティリティー機能F6(図7を参照)は、操作時間(t)(分)を推定し、これは、供血者を接続する前に収集時間を予測する。推定操作時間tを求めるために、ユーティリティー機能F6は、オペレータが望みの収穫YldGoal及び望みの血漿収集量PPPGoalを入力することを要求し、更に、供血者体重Wgt、血小板事前カウントPltPre 、並びにヘマトクリットHb またはそのデフォールト推定を要求する。もしも推奨血小板貯蔵パラメータをオペレータが望むならば、ユーティリティー機能はMPVを入力として要求する。
方程式(32)
方程式(33)
Heqは、次のような赤血球ヘマトクリットHRBC の線形化した表現であり:
方程式(36)
Hb は、実際の又はデフォールト推定の、供血者の抗凝固剤添加ヘマトクリットである。
EqQbCIR は、方程式(30)に従って計算された最大の無症状等価血流速度である。
そして
方程式(37)
Ωは、処理チャンバーの回転速度(rpm)である。
そしてここに:
PPP は、処理すべき望みの血漿量である(ml)。
PVは、部分的処理量であり、これは、全体的分離効率ηPlt が100 %の場合に処理する必要のある量であって、次の通りに求められる:
方程式(38)
ACDil は、抗凝固剤希釈因子(方程式(2))である。
CloVolは、浄化された量であり、次のように求められる:
方程式(39)
Yld は、望みの血小板収穫である。
Plt Pre は、処理前の供血者の血小板カウント、又はそのデフォールト推定である。
tは、方程式(32)より求められた推定操作時間である。
Hb は、実際の又はデフォールト推定の、供血者の抗凝固剤添加ヘマトクリットである。
EqQbCIR は、方程式(30)に従って計算された最大の無症状等価血流速度である。
PPP GOALは、望みの血漿収集量である。
WBRES は、処理の後にシステム内に残された全血の残存量であり、これは既知のシステム変数でありシステムのプライミング量に依存している。
本発明の種々の特徴が、次の請求の範囲に示される。
Claims (15)
- 抗凝固剤添加血液を血漿収穫と血小板収穫とに連続的に分離するための装置と、該分離装置へ連結されたコントローラを備えている血液処理システムの作動を制御する方法であって;
該分離装置による分離ステップが行われている少なくとも一部の間に、該血小板収穫を、
該分離ステップの間一連の増分期間の間に処理された増分血液量を決定し、
各増分期間の間の該分離装置の分離効率を推定し、
各増分期間の間供血者から採取可能な現在の血小板カウントを推定し、
各増分期間についての増分血小板収穫を求めるために、各増分期間についての該決定された増分血液量に、各増分期間についての該推定された現在の血小板カウントと、各増分期間についての該推定された分離効率とを掛け、そして
血小板収穫を求めるために、これら一連の増分期間にわたって該増分血小板収穫を連続的に合計すること
によって求めるステップ;
該求められた血小板収穫を少なくとも部分的に考慮に入れて出力を発生するステップ;および概出力を該血液処理システムの作動を制御するために概コントローラへ供給するステップ;を含む方法。 - 抗凝固剤添加血液を血漿収穫と血小板収穫とに連続的に分離するための装置と、該分離装置へ連結されたコントローラを備えている血液処理システムの作動を制御する方法であって;
該分離装置による分離ステップが行われている少なくとも一部の間に、該血小板収穫を、
該分離ステップの間一連の増分期間の間に全ての血小板がそこから収集されたものである血液の増分量を含む増分浄化量を決定し、
各増分期間の間供血者から採取できる現在の血小板カウントを推定し、
各増分期間についての増分血小板収穫を求めるために、各増分期間についての該決定された増分浄化量に、各増分期間についての該推定された現在の血小板カウントを掛け、そして
血小板収穫を求めるために、これら一連の増分期間にわたって該増分血小板収穫を連続的に合計すること
によって、少なくとも部分的に求めるステップ;
該求められた血小板収穫を少なくとも部分的に考慮に入れて出力を発生するステップ;および
概出力を該血液処理システムの作動を制御するために概コントローラへ供給するステップ;を含む方法。 - 該増分浄化量を決定する該ステップが、各増分期間について、該分離ステップについての効率因子(ηPlt)を考慮に入れて、各増分期間の間に処理される血液の増分量(ΔVOL
Proc)と、抗凝固剤希釈因子(ACDil)とを、次の式:
増分浄化量=ACDil ×η Plt ×ΔVOLProc
で含むものである、請求項2の方法。 - 現在の血小板カウント(Plt Circ)を推定する該ステップが、移送前の供血者の血小板カウントの測定値と、抗凝固剤の添加によって引き生じる希釈因子(Dilution)の推定値と、そして該分離ステップにより利用可能な血小板の除去によって生じる除去因子の(Depletion )の推定値とを、次の式、
Plt Circ=〔(Dilution) × PltPre〕−(Depletion)
に従って考慮に入れるものである、請求項1又は2の方法。 - DonVolが、
DonVol=1024+51Wgt (r2 =0.87)
として求められ、ここに、
Wgt が、供血者の体重(kg)である、
請求項6の方法。 - Spleenが、供血者の循環血小板のカウントの関数である、請求項8の方法。
- Spleenが次の式、
Spleen=a−b(Plt Pre )
として表され、ここに:
aは、該Spleen関数の曲線のy切片であり、
bは、該Spleen関数の曲線の勾配であり、
Plt Pre は、供血者の循環血小板のカウントである、
請求項9の方法。
- Spleenが次の式、
Spleen=〔2.25−0.004 Plt Pre〕≧1
として表され、ここにPlt Preは供血者の循環血小板のカウントである、
請求項9の方法。 - 出力を発生する該ステップが、望みの血小板収穫を達成するために処理することの必要な追加の血液量を表す値を、該求められた血小板収穫に少なくとも部分的に基づいて求めることを含む、請求項1又は2の方法。
- 出力を発生する該ステップが、残りの処理時間を表す値を、該求められた血小板収穫に少なくとも部分的に基づいて求めるこをと含む、請求項1又は2の方法。
- 該血漿収穫の少なくとも一部を収集するステップを更に含み、
出力を発生する該ステップが、該血漿の一部を収集する速度を表す値を、該求められた血小板収穫に少なくとも部分的に基づいて求めることを含むものである、
請求項1又は2の方法。 - 出力を発生する該ステップが、使用されると予測される抗凝固剤総量を表す値を、該求められた血小板収穫に少なくとも部分的に基づいて求めることを含む、請求項1又は2の方法。
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