DE69702979T2

DE69702979T2 - Verfahren und vorrichtung zum reduzieren von turbulenzen in flüssigkeitsströmungen

Info

Publication number: DE69702979T2
Application number: DE69702979T
Authority: DE
Inventors: Dennis Hlavinka
Original assignee: Gambro Inc
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JP2000510045A; EP0907420A1; EP0907420B1; US5954626A; AU3005797A; CA2255835A1; DE69702979D1; WO1997043045A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren von Turbulenzen während der Zentrifugalabscheidung von Substanzen. Die Erfindung weist bei Verwendung in Verbindung mit der Abscheidung von Blutkomponenten unter Einsatz eines Zentrifugalabscheiderkanals besondere Vorteile auf.

Beschreibung des Stands der Technik

Das U. S. Patent Nr. 4,425,112 für Ito, das U. S. Patent Nr. 4,708,712 für Mulzet, die U. S. Patentanmeldungen Nr. 08/423,578 und 08/423,583, eingereicht am 18. April 1995, und die U. S. Patentanmeldung Seriennr. 08/634,167 (mit dem Titel Particles Separation Method and Apparatus), eingereicht am 18. April 1996, offenbaren eine in Verbindung mit einem rohrförmigen Blutabscheiderkanal verwendete Zentrifuge. Wenn der Kanal durch die Zentrifuge schnell rotiert wird, wird das durch den Kanal strömende Blut in Komponenten aufgefächert, und idealerweise wird dann jede Komponente durch einen einer Anzahl von Ablässen in dem Kanal gesondert aus dem Kanal entnommen.
Neben den Zentrifugalkräften können auch andere Mechanismen zur Abscheidung von Blutkomponenten in dem Kanal beitragen. Beispielsweise kann in dem Zentrifugenrotor eine Nut oder ein Durchfluss, welcher die Form des Kanals während der Drehung hält und bildet, mit Abschnitten unterschiedlicher Radien ausgebildet sein. Diese Änderungen der Radien regeln die Strömung von Partikeln mit unterschiedlichen Dichten. Komponenten mit höheren Dichten neigen zur Wanderung in Bereiche mit größerem Radius.
Ein weiterer Mechanismus, der zur Unterstützung der Abscheidung von Komponenten verwendet werden kann, ist ein Damm in dem Kanal. Wenn sich der Damm von einer Außenwand des Kanals in Richtung auf die Innenwand radial erstreckt, verhindert er ein Wandern von Partikeln mit höheren Dichten vorbei am Damm, während er gleichzeitig Partikel und Flüssigkeit niedrigerer Dichten zwischen einem Scheitel des Damms und der Innenwand des Kanals passieren lässt. Die gegenteilige Wirkung lässt sich durch Verlauf eines Damms von der Innenwand des Kanals in Richtung auf die Außenwand erreichen.
Dämme werden bevorzugt durch einen Vorsprung in der kanalaufnehmenden Nut eines Zentrifugenrotors ausgebildet. Wenn der rohrförmige Kanal in die Nut gesetzt wird, passt sich der Kanal der Form der Nut an, und etwaige Vorsprünge in der Nut verursachen einen entsprechenden Damm in dem Kanal.
Bei einer in Verbindung mit dem Abscheiden von Komponenten von Vollblut verwendeten Konfiguration kann der Damm entlang der gesamten Tiefe einer Außenwand des Kanals bemessen sein, um ein Strömen der roten Blutkörperchen und der weißen Blutkörperchen an dem Scheitel des Damms vorbei zu verhindern, während gleichzeitig ein Passieren von Blutplättchen und Plasma geringerer Dichte gestattet wird. In der Außenwand des Kanals stromabwärts des Damms kann ein Blutplättchenablass angeordnet werden, um die Blutplättchen zu entnehmen und von dem Plasma abzuscheiden. Diese Blutplättchenabscheidung findet statt, weil die Blutplättchen, die eine höhere Dichte als Plasma aufweisen, in dem sich drehenden Kanal gegenüber dem Plasma radial nach außen gepresst werden.
Eine Unzulänglichkeit bei einer solchen Anordnung besteht darin, dass das über den Scheitel des Damms strömende Fluid eine abrupte Änderung der radialen Position der Blutplättchen und des Plasmas bewirkt. Wenn das Plasma und die Blutplättchen auf den Damm treffen, wird ihre Strömung plötzlich in Richtung auf die Innenwand des Kanals umgelenkt. Nach dem Passieren des Kanals setzen sie sich nach außen ab. Derartige Strömungsbedingungen führen zu "Coriolis"-Beschleunigungen und - Verlangsamungen, welche wiederum das Auftreten eines recht aggressiven Mischens der Blutplättchen und des Plasmas bewirken. Dieses Mischen ist bei einem System, dessen Ziel das Abscheiden von Strömungskomponenten ist, kontraproduktiv, und daher mindert Mischen die Leistungsfähigkeit des Systems.
Durch Mischen der Blutplättchen und des Plasmas an dem Außenwanddamm verlängern die Coriolis-Wirkungen in dem Abscheiderkanal die Länge eines Blutkomponenten-Abscheidungsvorgangs unvorteilhaft. Die Verringerung der Blutkomponenten-Abscheidungszeit ist nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht höchst wünschenswert, sondern auch aus Sicht der Annehmlichkeit für die Spender, bei denen es sich typischerweise um freiwillige Spender handelt. Je länger die Dauer einer Blutplättchenentnahme, desto größer die Unannehmlichkeit für den Spender. Wenn eine sofortige Blutübertragung notwendig ist, ist zudem Zeit von ausschlaggebender Wichtigkeit.

ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren gerichtet, das im Wesentlichen eine oder mehrere der Einschränkungen und Nachteile des Stands der Technik überwindet. Zur Verwirklichung dieser und anderer Vorteile und gemäß den Zwecken der hier ausgebildeten und grob beschriebenen Erfindung umfasst die Erfindung eine Zentrifugalabscheidevorrichtung mit einem Rotor, der für die Verbindung mit einem Zentrifugenmotor zur Drehung um eine Drehachse konfiguriert ist. Ein Niederhalter an dem Rotor umfasst eine erste Barriere in einer Wand und eine zweite Barriere in einer der ersten Barriere gegenüberliegenden Wand. Die erste Barriere kann ein Vorsprung und die zweite Barriere eine Vertiefung sein. Wenn der Rotor während einer Primingphase gedreht wird, fängt die Vertiefung ein Primingfluid auf, wodurch gegenüber dem Vorsprung eine Fluidkuppel gebildet wird.
Bei Gebrauch wirkt die Kuppel mit der Vertiefung zusammen und bildet so effektiv eine sich selbst regulierende Strömungsgrenze, die zu einer im Wesentlichen coriolisfreien Strecke für das in einem Bereich des Kanals neben dem Vorsprung fließende Fluid führt.
Die Erfindung weist besondere Vorteile auf, wenn sie für die Abscheidung von Vollblutkomponenten eingesetzt wird. Bei einem derartigen Gebrauch wird ein Kanal in den Niederhalter gesetzt. In einer äußersten Wand des Kanals kann ein Damm ausgebildet werden und in der innersten Wand des Kanals kann eine Vertiefung ausgebildet werden. Der Damm dient der Unterbindung des Strömens weißen und roter Blutkörperchen hoher Dichte, die radial nach außen gepresst werden und für die es schwierig ist, über den Scheitel des Vorsprungs zu wandern. Plasma und Blutplättchen niedrigerer Dichte dagegen fächern sich radial innerseits der roten Blutkörperchen auf, was ihnen ein Passieren des Damms ermöglicht.
Die Fluidkuppel, die aus Kochsalzlösung gebildet werden kann, erzeugt eine coriolisfreie Strecke, die das erneute Mischen von Blutplättchen und Plasma, die sich aufgrund von Dichteunterschieden bereits voneinander abgeschieden haben, minimiert. In dem Kanal stromabwärts des Damms wird ein Blutplättchenbrunnen zum Sammeln der abgeschiedenen Blutplättchen ausgebildet.
Erfindungsgemäß können an jeder Wand des Niederhalters, abhängig von der Verwendung, der die Abscheidevorrichtung zugeführt werden soll, Vorsprünge und Vertiefungen verwendet werden.
Die Erfindung kann auch ein Verfahren zur Minimierung der Coriolis-Wirkungen in einem Zentrifugenabscheiderkanal umfassen. Das Verfahren umfasst die Schritte der Einleitung eines Primingfluids in den Abscheiderkanal, das Drehen des Abscheiderkanals zum Zurückhalten eines Teils des Primingfluids hinter der zweiten Barriere und dann das Verwenden des zurückgehaltenen Teils für die Bildung einer im Wesentlichen coriolisfreien Strömungsstrecke.
Nach einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung weist die Innenwand des Durchflusses einen im Wesentlichen konstanten Radius in einem Bereich neben der ersten Barriere auf. Bei Verwendung in Verbindung mit Blutabscheidung kann es vorteilhaft sein, diesen konstanten Innenradius von einer Stelle, an der rote Blutkörperchen in den Kanal eingeleitet werden, zu einer Stelle nach einem Punkt, an der Blutplättchen entnommen werden, aufrechtzuerhalten.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende eingehende Beschreibung lediglich beispielhaft sind und eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung bieten sollen. Die Begleitzeichnungen sind enthalten, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, und sind der Patentbeschreibung einverleibt und stellen einen Teil derselben dar. Die Zeichnungen zeigen Ausführungen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifugenvorrichtung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 abgebildete Zentrifugenvorrichtung;
Fig. 3 ist eine ausführliche Draufsicht auf einen Teil der Zentrifugenvorrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Schlauchsatzes zur Verwendung mit der Erfindung;
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 abgebildete Ausführung mit den erfindungsgemäßen Maßen;
Fig. 6 ist eine ausführliche Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Abwandlung von Fig. 3;
Fig. 7 ist eine schematische Querschnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Rotors;
Fig. 8 ist eine schematische Querschnittansicht eines Rotors gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung und
Fig. 9 ist eine Teildraufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Nun erfolgt eine eingehende Bezugnahme auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungen der Erfindung, die in den Begleitzeichnungen gezeigt werden. Zwar beschreibt die folgende Beschreibung die Erfindung in Verbindung mit dem Abscheiden von Blutkomponenten, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung in ihrem breitesten Sinne nicht derart beschränkt ist. Die Erfindung hat breite industrielle und medizinische Anwendungen.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter Verweis auf ihre Verwendung mit einer abdichtungslosen COBE® SPECTRATM Blutkomponenten- Zentrifuge mit zwei Abschnitten beschrieben, die vom Patentübertragungsnehmer der Erfindung hergestellt wird. Die COBE® SPECTRATM Zentrifuge umfasst eine abdichtungslose Ein-Omega/Zwei-Omega-Schlauchverbindung, wie sie in dem vorstehend erwähnten U. S. Patent Nr. 4,425,112 für Ito beschrieben wird. Die COBE® SPECTRATM Zentrifuge verwendet auch einen Blutkomponenten- Abscheiderkanal mit zwei Abschnitten, wie er im Wesentlichen in dem vorstehend erwähnten U. S. Patent Nr. 4,708,712 für Mulzet offenbart wird. Zwar wird die bevorzugte Ausführung der Erfindung in Verbindung mit der COBE® SPECTRATM Zentrifuge beschrieben, doch soll diese Beschreibung die Erfindung in keiner Weise einschränken.
Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl von Zentrifugenvorrichtungen, die zur Trennung von Blut in seine Komponenten gewöhnlich verwendet werden, vorteilhaft eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere mit einer beliebigen Zentrifugenvorrichtung verwendet werden, die eine Komponentenentnahmeleitung, beispielsweise eine Blutplättchenentnahmeleitung oder eine Leitung für blutplättchenreiches Plasma einsetzt, unabhängig davon, ob die Vorrichtung einen Kanal mit zwei Abschnitten oder eine abdichtungslose Ein-Omega/Zwei-Omega-Schlauchverbindung einsetzt.
Erfindungsgemäß wird eine Zentrifugenabscheidevorrichtung mit einem zur Verbindung mit einen Zentrifugenmotor konfigurierten Rotor zur Drehung um eine Drehachse vorgesehen. Wie hier ausgebildet und in Fig. 1 dargestellt umfasst eine Zentrifuge 10 eine scheibenförmige Füllplatte bzw. einen Rotor 12. Ein Motor 19 ist mit dem Rotor 12 zur Drehung des Rotors 12 um eine Drehachse 13 verbunden. Diese Verbindung wird direkt oder indirekt durch eine mit dem Rotor 12 verbundene Welle 18 verwirklicht. Alternativ kann die Welle 18 durch eine (nicht abgebildete) Getriebeübersetzung mit dem Motor 19 verbunden sein. Eine Verkleidung 20 ist an dem Rotor 12 zum Schutz des Motors 19 und der Welle 18 angebracht.
Der Rotor 12 kann auch einen Winkel 24 zum Aufrechterhalten einer Fluidkammer 22 an dem Rotor 12 umfassen, wobei ein Kammerauslass 32 im Allgemeinen näher zur Drehachse 13 als ein Kammereinlass 28 angeordnet ist. Verschiedene Ausführungen des Aufbaus und des Gebrauchs einer Fluidkammer 22 werden in den oben erwähnten U. S. Patentanmeldungen beschrieben. Ein Regler 40 kann zur Abänderung der Drehgeschwindigkeit des Zentrifugenrotors 12 durch Regeln der Frequenz, des Stroms bzw. der Spannung der an dem Motor 19 angelegten Elektrizität vorgesehen werden. Alternativ kann die Rotorgeschwindigkeit durch Umsetzen der Anordnung einer (nicht abgebildeten) Übersetzung, zum Beispiel durch Änderung des Getriebes, so dass eine Drehverbindung zwischen dem Motor 19 und dem Rotor 12 geändert wird, abgewandelt werden. Der Regler 40 kann von einem (nicht abgebildeten) Drehgeschwindigkeitsdetektor Eingangsdaten zur ständigen Überwachung der Drehgeschwindigkeit empfangen.
Erfindungsgemäß ist ein zum Rotor gehöriger und mit diesem drehbarer Niederhalter vorgesehen, wobei der Niederhalter eine von der Drehachse beabstandete innerste Wand und eine weiter von der Drehachse als die innerste Wand angeordnete äußerste Wand aufweist, wodurch die innerste Wand und die äußerste Wand dazwischen einen Durchfluss ausbilden. Wie in Fig. 1, 2 und 7 dargestellt, umfasst der Niederhalter eine ringförmige Nut bzw. Durchfluss 14 in dem Rotor 12. Der Durchfluss 14 kann im Querschnitt U-förmig sein und zur Aufnahme einer Leitung oder eines Kanals 44 eines Schlauchsatzes 70, beispielsweise des in Fig. 4 gezeigten halbstarren Kunststoffschlauchs, ausgelegt sein. Der Durchfluss 14 umgibt die Drehachse 13 des Rotors und ist durch eine radial innerste Wand 15 und eine radial äußerste Wand 16 begrenzt. Beide Wände 15 und 16 erstrecken sich durch eine Oberseite 17 des Rotors 12.
Während in den bevorzugten Ausführungen der Erfindung der Niederhalter eine in dem Rotor 12 ausgebildete Nut 14 ist, kann jede Konstruktion verwendet werden, die einen festen Durchfluss um die Drehachse 13 bildet. Der Durchfluss 14 kann beispielsweise und wie in Fig. 8 gezeigt, mit einem geschlossenem statt mit einem U- förmigen Querschnitt konfiguriert sein, um den Fluidstrom direkt aufzunehmen, statt mit der Leitung 44 ausgekleidet zu sein.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Durchfluss 14 in drei Abschnitte unterteilt sein, die jeweils der Entnahme verschiedener Blutkomponenten zugeordnet sind. Ein erster Abschnitt erstreckt sich von einer Nut 84 für einen T-förmigen Konnektor 71 zu einem nachstehend eingehender beschriebenen Steg 46. Dieser Bereich ist zur Entnahme der roten und weißen Blutkörperchen durch die Ablassleitung 74 konfiguriert. Der zweite Abschnitt erstreckt sich von dem Steg 46 bis knapp vor die Biegung 21. Dieser Bereich ist so konfiguriert, dass er einen im Wesentlichen konstanten Innenwandradius aufweist, der eine coriolisfreie Strecke zum Sammeln der Blutplättchen in dem Sammelbrunnen 54 ausbildet. Der dritte Abschnitt, der sich von der Biegung 21 bis kurz vor die Nut 84 erstreckt, ist so konfiguriert, dass durch eine in dem Spalt 82 aufgenommene Ablassleitung 72 Plasma entnommen werden kann. Der Radius des Durchlasses 14 wird vorzugsweise entlang der innersten Wand 15 in dem ersten Abschnitt kleiner, bleibt in dem zweiten Abstand im Wesentlichen konstant, wird in einem Teil des dritten Abschnitts von der Biegung 21 zu dem Plasmaentnahmespalt 82 kleiner und wird in einem Teil des dritten Abschnitts von Spalt 82 zu Nut 84 größer. Fig. 5 ist eine maßstabgetreue Zeichnung, die die Maße in Zoll (± 0,005) einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zu Verwendung in Verbindung mit der Blutkomponentenabscheidung enthält. Eine bevorzugte Stärke des in Fig. 5 abgebildeten Rotors beträgt 1,440 Zoll bei einer Kanaltiefe von 1,3 Zoll.
Bei Verwendung in Verbindung mit der Blutkomponentenabscheidung ist bevorzugt, dass der Blutplättchensammelbrunnen 54 sich (relativ zur Richtung des Plasmastroms) stromabwärts von einem durch den Steg 46 in dem Kanal 44 ausgebildeten Damm 50 befindet. In einem Teil des zweiten Abschnitts stromaufwärts der Biegung 21 neigt sich die äußerste Wand 16 des Durchflusses 14 steil in Richtung auf den Ablass des Brunnens 54 zur Verbesserung des Blutplättchensammelns.
Erfindungsgemäß ist ferner eine in einer der Durchflusswände ausgebildete erste Barriere vorgesehen, die sich in Richtung auf die andere der Durchflusswände erstreckt und von dieser beabstandet ist, wobei die erste Barriere so bemessen ist, dass sie im Wesentlichen das Passieren von Stoffen in einem ersten vorbestimmten Dichtebereich unterbindet und das Passieren von Stoffen außerhalb des ersten vorbestimmten Dichtebereichs im Wesentlichen zulässt. Wie hier ausgebildet und am besten in Fig. 3 dargestellt, bildet der Steg 48 einen an der äußersten Wand 16 des Durchflusses 14 angebrachten Vorsprung. Wenn der Kanal 44 des Schlauchsatzes 70 in dem Durchfluss 14 positioniert ist, verformt der Steg 48 einen Teils des Kanals 44, so dass er den Damm 50 in dem Kanal 44 bildet. Die Größe des Stegs 48 kann abhängig von der gewünschten Verwendung variieren. Bei Verwendung in Verbindung mit der Abscheidung von Blutkomponenten kann der Steg 48 wie in Fig. 3 gezeigt bemessen sein, um das Passieren von roten und weißen Blutkörperchen zu unterbinden und das Passieren von Blutplättchen und Plasma zu gestatten. Die Mechanismen, die ein derartiges selektives Passieren von Stoffen ermöglichen, werden später in Verbindung mit dem Verfahren für den Gebrauch der Erfindung eingehender beschrieben.
Erfindungsgemäß ist eine zweite in einer Wand des Niederhalters gegenüber der die erste Barriere enthaltenden Wand ausgebildete zweite Barriere vorgesehen, wobei die zweite Barriere so konfiguriert ist, dass sie das Passieren von Fluid in einem zweiten Dichtebereich unterbindet, um so eine im Wesentlichen coriolisfreie Strecke in einem Bereich des Durchflusses neben der ersten Barriere aufrechtzuerhalten. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt wird, umfasst die innerste Wand 15 des Durchflusses 14 eine darin angebrachte Vertiefung 51 gegenüber dem Steg 48. Bei Einsetzen des Kanals 44 des Schlauchsatzes 70 in den Durchfluss 14 erstreckt sich ein Teil des Kanals 44 in die Vertiefung 51 und formt so eine Tasche 52 in dem Kanal 44 gegenüber dem Damm 50. Wie später eingehender beschrieben wird, ist die Tasche 52 so bemessen, dass sie während eines Primingvorgangs ein Fluid geringer Dichte, beispielsweise Kochsalzlösung oder blutplättchenarmes Plasma, sammelt. Dieses Fluid geringer Dichte bildet eine Kuppel 59 in der Tasche 52 neben dem Damm 50. Die Kuppel, die während eines Abscheidevorgangs in der Tasche 52 bleibt, dient effektiv als selbst regulierende innerste Strömungsgrenze des Kanals 44 gegenüber dem Damm 50. Mit dieser selbst regulierenden Strömungsgrenze ist es möglich, eine im Wesentlichen coriolisfreie Strecke aufrechtzuerhalten, wenn Fluid über den Scheitel des Damms 50 strömt, wie später eingehender beschrieben wird.
An Stelle der Verwendung des Stegs 48 und der Vertiefung 51 in dem Durchfluss 14 des Rotors 12 können ein Damm 50 und eine Tasche 52 ständige in dem Strömungsweg des Kanals 44 angebrachte Konstruktionen sein. Zwar werden in den Figuren nur ein einziger Damm 50 und eine einzige Tasche 52 gezeigt, doch kann der Strömungsweg abhängig von der gewünschten Verwendung eine Vielzahl von Dämmen und Taschen aufweisen. Während die Figuren einen Damm in der äußersten Wand 16 und eine entsprechende Vertiefung in der innersten Wand 15 zeigen, kann die Position des Damms und der Tasche abhängig von der gewünschten Verwendung analog umgekehrt sein.
Zudem muss die zweite Barriere keine Vertiefung in der innersten Wand sein. Sie kann jede beliebige Art von Sperrkonstruktion sein. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann die zweite Barriere beispielsweise ein Vorsprung 63 sein, der sich von der innersten Wand erstreckt und hinter dem ein Fluid geringer Dichte gesammelt wird. Analog muss die erste Barriere kein Vorsprung sein, sondern kann wie die zweite Barriere jede beliebige Art von Sperrkonstruktion sein.
Ein Verfahren zur Minimierung der Coriolis-Kräfte in einem Zentrifugenabscheiderkanal wird nachstehend unter Bezugnahme auf die eingangs beschriebene Konstruktion beschrieben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schritt des Einbringens eines Primingfluids in den Abscheiderkanal vorgesehen, wobei der Kanal eine Fluidströmungsbahn ausbildet und eine sich in die Strömungsbahn erstreckende erste Barriere und eine zweite Barriere in einer Kanalwand gegenüber der ersten Barriere aufweist. Wie eingangs in Verbindung mit der Vorrichtung der Erfindung beschrieben wird der Abscheiderkanal 44 in den Durchfluss 14 des Rotors 12, wie in Fig. 1 gezeigt, gesetzt oder der Kanal 44 und der Durchfluss 14 können als einziges Element, wie im Querschnitt in Fig. 8 gezeigt, kombiniert werden. In einer bevorzugten Ausführung hält der Durchfluss 14 den Kanal 44 des Schlauchsatzes 70.
Wie am besten in Fig. 4 dargestellt, umfasst der Schlauchsatz 70 vorzugsweise eine in einem Kanal 44 mit einem im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt ausgebildete halbstarre Leitung. Der T-förmige Konnektor 71 verbindet die Enden des Kanals 44, so dass eine Ring- oder Schlaufenform gebildet wird, die in den Durchfluss 14 passt. Eine Zufuhrleitung 78 führt einem Einlass des halbstarren Kanals 44 Vollblut zu, während ein Schlauchsegment 42, Ablassleitungen 72, 74 und eine Steuerleitung 76 die Entnahme der Blutkomponenten während eines Zentrifugenbetriebs und eine Strömungssteuerung in dem Kanal 44 ermöglichen. Weitere Einzelheiten der allgemeinen Konfiguration und der Funktionsweise des Kanals 44, des Schlauchsegments 42 und der Leitungen 72, 74, 76 sowie 78 werden in dem U. S. Patent 4,708,712 für Mulzet beschrieben.
Eine Schutzhülle 80 umgibt die Leitungen 72, 74, 76, 78 und den Abflussschlauch 38. Wenn der Kanal 44 des Schlauchsatzes 70 in dem Durchfluss 14 herausnehmbar angebracht ist, erstrecken sich die Leitungen 72, 78, 74 und 76 durch die Spalte 82, 86 bzw. durch die Nut 84, die in der innersten Wand 15 ausgebildet sind. Der Ablassschlauch 42 ruht in einem in der äußersten Wand 16 (siehe Fig. 1 und 3) ausgebildeten Spalt 88. Eine umfassendere Beschreibung des Schlauchsatzes 70 findet sich in den oben erwähnten Parallelanmeldungen.
Kanal 44 wird durch Einbringen eines Primingfluids mit mindestens einer Komponente geringer Dichte, die durch die zweite Barriere gesammelt werden kann, in den Kanal 44 geprimed. Dieses Primingfluid ist vorzugsweise Kochsalzlösung, kann aber auch Blut sein. Das Primingfluid kann durch die Einlassleitung 78 eingebracht und durch eine oder mehrere der Ablassleitungen 42, 72, 74 und 76 entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist auch der Schritt des Drehens des Abscheiderkanals zum Zurückhalten eines Teils des Primingfluids hinter der zweiten Barriere vorgesehen. Wie hier ausgebildet umfasst der Schritt des Drehens das Drehen des Rotors 12 um die Achse 13. Dieses Drehen kann durch den Regler 40 erreicht werden, der den Betrieb des Motors 19 zum Drehen des Zentrifugenrotors 12 und der Fluidkammer 22 in Richtung des Pfeils "B" in Fig. 3 einleitet. In alternativen Ausführungen kann der Motor 19 den Rotor 12 und die Fluidkammer 22 in die entgegengesetzten Richtung drehen. Die Drehung ist natürlich bezüglich der Richtung des Blutplättchenstroms von dem Vollbluteinlass zu dem Blutplättchenauslass entsprechend vorgegeben. Die Drehung kann in jeder Richtung erfolgen und immer noch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung fallen. Während der Drehung wird ein Verdrehen der Fluidleitungen 72, 74, 76, 78 und des Abflussschlauches 38, die mit dem Zentrifugenrotor 12 und der Fluidkammer 22 verbunden sind, durch eine abdichtungslose Ein-Omega/Zwei-Omega-Schlauchverbindung, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist und in dem U. S. Patent Nr. 4,425,112 für Ito beschrieben wird, verhindert.
Während des Priming und der Drehung des Rotors 12 wird eine Tasche mit Fluid geringer Dichte, welches im Fall eines Blutabscheidevorgangs Kochsalzlösung oder aus Blut gewonnenes blutplättchenarmes Plasma sein kann, in der Tasche 52 des Kanals 44 zurückgehalten. Zu diesem Zurückhalten kommt es, da die Tasche 52 in Richtung auf die Drehachse 13 ausgenommen ist. Die Rotorgeschwindigkeit und die Dichte des Primingfluids sind derart, dass, wenn Blut das Primingfluid aus dem Durchfluss drückt, das Primingfluid in der Tasche 52 nicht entweichen kann. Daher bildet sich eine Kuppel 59 des Primingfluids gegenüber dem Damm 50 aus. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Vertiefung 51 und der Vorsprung 48 so bemessen, dass sich die Kuppel 59 von der innersten Wand 15 zur Oberseite des Damms 50 erstreckt und dabei den Scheitel des Damms 50 berührt. Alternativ kann sich die Fluidkuppel 59 bis knapp unterhalb oder oberhalb der Oberseite des Damms 50 erstrecken. Stromaufwärts des Damms 50 ist ein rote und weiße Blutkörperchen enthaltendes Bett 53 durch den Damm 50 ausgebildet. Ein Blutplättchenbrunnen 54 ist stromabwärts des Damms 50 ausgebildet. Die Kuppel erstreckt sich bevorzugt über mindestens einen Teil des Blutkörperchenbetts 53 und des Brunnens 54.
Erfindungsgemäß wird auch der Schritt des Einbringens eines Abscheidefluids in den Kanal vorgesehen. Bei Verwendung in Verbindung mit einem Blutkomponenten- Abscheidevorgang ist das Abscheidefluid (d. h. das Fluid, dessen Komponenten abzuscheiden sind) ein dem Kanal 44 durch die Zufuhrleitung 78 zugeführtes Vollblut. Alle Komponenten des Vollbluts haben Dichten über der Dichte der Kochsalzlösung. Wenn zur Bildung der Kuppel 59 Kochsalzlösung verwendet wird, werden daher alle Blutkomponenten bei Einströmen in den Kanal 44 von der Kuppel 59 zentrifugal radial nach außen geschleudert. Bei Verwendung von Blut als Primingfluid, bildet das blutplättchenarme Plasma, die Blutkomponente geringster Dichte, eine Kuppel 59. Der hier verwendete Begriff blutplättchenarmes Plasma kann Plasma mit einem beliebigen Gehalt von Null bis 700.000 Blutplättchen pro Kubikmillimeter Plasma umfassen. Das obere Ende dieses Bereichs hängt jedoch von der Blutplättchenkonzentration im Spenderblut ab. Niedrigere Blutplättchenkonzentrationen in der Kuppel sind bevorzugt.
Wie eingangs erwähnt, ist der Damm 50 so bemessen, dass er das Passieren von roten und weißen Blutkörperchen im Wesentlichen verhindert. Wie durch die Grenzlinie 55 in Fig. 3 dargestellt, bleiben somit die roten und weißen Blutkörperchen hinter dem Damm 50 zurückgehalten und stauen sich von dem Damm 50 bis ganz zu der Nut 84 (Fig. 2) auf, wo sie durch die Ablassleitung 74 (Fig. 2) entnommen werden. Die Blutplättchen und das Plasma, die niedrigere Dichten als die roten und weißen Blutkörperchen aufweisen, schichten sich über dem Bett 53 auf, wie durch die Grenzlinie 57 in Fig. 3 angezeigt, und strömen über den Scheitel des Damms 50. Sobald die Blutplättchen und das Plasma über den Damm 50 strömen, wandern die Blutplättchen höherer Dichte radial nach außen in den Blutplättchensammelbrunnen 54 zur Entnahme durch die Entnahmeleitung 56. Die Außenwand des Sammelbrunnens 54 weist eine signifikante Neigung auf, was bewirkt, dass die den Brunnen 54 passierenden Blutplättchen zurück in Richtung auf den Brunnen wandern. Zu Beginn des dritten Abschnitts nimmt der Radius der innersten Wand 15 des Durchflusses 14 drastisch ab, sobald sich der Durchfluss dem Spalt 82 nähert, wo durch die Ablassleitung 72 Plasma entnommen wird.
Erfindungsgemäß ist der Schritt des Veranlassens eines Strömens des Abscheidefluids an der ersten Barriere und an der zweiten Barriere vorbei vorgesehen, während der Teil des Primingfluids hinter der zweiten Barriere zurückgehalten bleibt, so dass der zurückgehaltene Teil mit der zweiten Barriere so zusammenwirkt, dass eine im Wesentlichen coriolisfreie Strecke für das Abscheidefluid gebildet wird. Wie hier ausgebildet, bildet ein äußerer Rand der Kuppel 59 eine innere Strömungsgrenze, wodurch eine konstante innere radiale Führung für das Plasma und die Blutplättchen gebildet wird, an der sie entlang fließen, bis sie den Damm 50 passieren. Fluid, das bezüglich des Drehmittelpunkts entlang einer Strecke mit konstanten Radius fließt, erfährt keine Coriolis-Beschleunigungen und Coriolis-Verlangsamungen. Durch das Vorsehen der konstanten inneren radialen Grenze wird dadurch eine coriolisfreie Strecke gebildet.
Die konstante innere radiale Grenze dient der Beschränkung des erneuten Mischens der Blutplättchen und des Plasmas, zu dem es andernfalls kommen würde, wenn sich die radiale Ausrichtung der Blutplättchen und des Plasmas bei Passieren des Dammes ändern würde. Ein erneutes Mischen wird beschränkt, da die Kuppel 59 effektiv als selbst regulierende "Wand" wirkt, die die radiale Bewegung der passierenden Blutplättchen und des passierenden Plasmas minimiert. Die Innenwand des zweiten Abschnitts, welche einen konstanten Radius aufweist, ist mit anderen Worten im Wesentlichen identisch zu dem Außenradius der Kuppel bemessen. Das Plasma und die Blutplättchen, die über den Damm 50 fließen, schieben gerade so viel der Kuppel 59 aus dem Weg, dass sie über den Damm 50 fließen können, während sie eine im Wesentlichen konstante radiale Ausrichtung bewahren. Unabhängig vom Volumen der Blutplättchen und des Plasmas, die über den Scheitel des Damms 50 fließen, passt sich somit die Kuppel 59 automatisch dem Fassen unterschiedlicher Volumen an, während eine im Wesentlichen coriolisfreie Strecke aufrecht erhalten wird.
Da die Kuppel 59 auch das effektive Durchflussvolumen in einem Bereich des Damms 50 verringert, löst die Kuppel 59 höhere Plasma- und Blutplättchengeschwindigkeiten in dem ersten Abschnitt aus. Diese höheren Geschwindigkeiten lösen sedimentierte Blutplättchen vom Blutkörperchenbett 53, was die Leistungsfähigkeit der Abscheidung weiter verbessert.
Falls noch höhere Geschwindigkeiten zur weiteren Verbesserung des Loslösens gewünscht sind, kann ein zusätzlicher Innenwanddamm 65 stromaufwärts des Damms 50 vorgesehen werden, wie in Fig. 6 dargestellt. Der Damm 65 verringert die für das Strömen von Plasma und Blutplättchen verfügbare Raummenge, wodurch ihre Strömungsgeschwindigkeiten stromaufwärts des Damms 50 erhöht werden.
Während eines Blutkomponenten-Abscheidevorgangs kann das die Kuppel 59 bildende Primingfluid schließlich durch andere Fluide, beispielsweise blutplättchenarmes Plasma geringer Dichte, das in dem Kanal 44 fließt, ersetzt werden. Auch im Falle dieses Ersatzes kann eine Fluidkuppel 59 immer noch über dem Damm 50 aufrecht erhalten werden.
Wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Verfahren in Verbindung mit einem Blutkomponenten-Abscheidevorgang beschrieben, und wie bei der Vorrichtung versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren in breitestem Sinn nicht auf die Blutkomponentenabscheidung begrenzt ist. Die Erfindung hat breit gefächerte industrielle und medizinische Anwendungen.
Zudem ist die Erfindung bei Blutverarbeitungsanwendungen mit einer Nadel wie auch mit zwei Nadeln anwendbar. Die Erfindung kann zum Beispiel mit dem SINGLE NEEDLE RECIRUCLATION SYSTEM FOR HARVESTING BLOOD COMPONENTS des U. S. Patents Nr. 5,437,624 ausgeübt werden.
Für den Fachmann ist offensichtlich, dass am Aufbau und am Verfahren der vorliegenden Erfindung verschiedene Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang oder vom Wesen der Erfindung abzuweichen. In Anbetracht des Vorstehenden soll die vorliegende Erfindung Abwandlungen und Abänderungen dieser Erfindung abdecken, wenn sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche und ihrer Entsprechung fallen.

Claims

1. Zentrifugalabscheidevorrichtung, welche Folgendes umfasst:

- einen zur Verbindung mit einem Zentrifugalmotor (19) konfigurierten Rotor (12) zur Drehung um eine Drehachse (13);

- einen zum Rotor gehörigen und mit diesem drehbaren Niederhalter, wobei der Niederhalter eine von der Drehachse (13) beabstandete innerste Wand (15) und eine weiter von der Drehachse (13) als die innerste Wand (15) angeordnete äußerste Wand (16) aufweist, wodurch die innerste Wand (15) und die äußerste Wand (16) dazwischen einen Durchfluss (14) ausbilden;

- eine in einer der Niederhalterwände ausgebildete erste Barriere (48), die sich in Richtung auf die andere der Niederhalterwände (15, 16) erstreckt und von dieser beabstandet ist, wobei die erste Barriere (48) so bemessen ist, dass sie im Wesentlichen das Passieren von Stoffen in einem ersten vorbestimmten Dichtebereich unterbindet und das Passieren von Stoffen außerhalb des ersten vorbestimmten Dichtebereichs im Wesentlichen zulässt;

- eine in einer Wand des Niederhalters gegenüber der die erste Barriere (48) enthaltenden Wand ausgebildete zweite Barriere (51), wobei die zweite Barriere (51) so konfiguriert ist, dass sie das Passieren von Stoffen in einem von dem ersten Dichtebereich abweichenden zweiten vorbestimmten Dichtebereich unterbindet, um gegenüber der ersten Barriere eine Fluidkuppel aufrechtzuerhalten, wenn der Niederhalter mit dem Rotor um die Drehachse dreht, und um das Passieren von Stoffen außerhalb des zweiten vorbestimmten Dichtebereichs im Wesentlichen zu ermöglichen, um so eine im Wesentlichen coriolisfreie Strecke in einem Bereich des Durchflusses neben der ersten Barriere (48) aufrechtzuerhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) eine scheibenförmige Füllplatte ist und der Niederhalter eine Nut (14) in der Füllplatte ist, die zum Halten eines halbstarren Kanals darin ausgelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Niederhalterwände (15, 16) ausgebildete Durchfluss (14) eine Nut (14) in dem Rotor (12) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) zum Halten eines halbstarren Kanals (44) darin konfiguriert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Barriere (48) zum Drücken eines Teils des halbstarren Kanals (44) in Richtung auf eine Mitte der Nut (14) konfiguriert ist, um so einen Damm (50) in dem Kanal (44) zu bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Barriere (51) eine zur Aufnahme eines Teils des halbstarren Kanals (44) darin konfigurierte Vertiefung (51) ist, so dass während der Drehung ein Teil der Fluidkuppel (59) gegenüber dem Damm (50) aufrechterhalten werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Barriere (51) so konfiguriert ist, dass während der Drehung die Fluidkuppel (59) gegenüber der ersten Barriere (48) in einem sich von einem Ort stromabwärts der ersten Barriere (48) zu einem Ort stromaufwärts der ersten Barriere (48) erstreckenden Bereich aufrechtgehalten wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Niederhalterwand mit der ersten Barriere (48) stromabwärts der ersten Barriere (48) ein Brunnen (54) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Barriere (48) ein sich von der äußersten Wand (16) erstreckender Vorsprung (48) und die zweite Barriere (51) eine in der innersten Wand (15) ausgebildete Vertiefung (51) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Barriere ein sich von der innersten Wand (15) erstreckender Vorsprung und die zweite Barriere eine in der äußersten Wand (16) ausgebildete Vertiefung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Barriere (48) an der äußersten Wand (16) angeordnet ist und die zweite Barriere (51) an der innersten Wand (15) angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (44) an gegenüberliegenden Seiten der ersten Barriere (48) ein Blutkörperchenbett (53) und ein Blutplättchenbrunnen (54) ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss (14) so konfiguriert ist, dass er eine Fluidströmung entlang einer im Wesentlichen konstanten inneren radialen Strecke in einem Bereich des die erste Barriere (48) enthaltenden Durchflusses bewirkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss (14) aus mehreren Abschnitten unterschiedlicher Innenradien besteht, und dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss (14) so konfiguriert ist, dass er eine Fluidströmung entlang einer im Wesentlichen konstanten radialen Strecke zwischen einer Bluteinlassöffnung und der ersten Barriere (48) bewirkt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) und der Niederhalter integral ausgebildet sind und der Durchfluss (14) so konfiguriert ist, dass Fluid in dem Durchfluss direkt die innerste Wand (1 S) und die äußerste Wand (16) berührt.

15. Verfahren zur Minimierung der Corioliswirkungen in einem Zentrifugalabscheiderkanal (44), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Einbringen eines Primingfluids in den Abscheiderkanal (44), wobei der Kanal eine Fluidströmungsbahn ausbildet und eine sich in die Strömungsbahn erstreckende erste Barriere (46, 50) und eine zweite Barriere (52) in einer Kanalwand gegenüber der ersten Barriere aufweist;

- Drehen des Abscheiderkanals (44) zum Zurückhalten eines Teils des Primingfluids hinter der zweiten Barriere (52);

- Einbringen eines Abscheidefluids in den Kanal (44);

- Veranlassen eines Strömens des Abscheidefluids an der ersten Barriere (46, 50) und an der zweiten Barriere (52) vorbei, während der Teil des Primingfluids hinter der zweiten Barriere (52) zurückgehalten bleibt, so dass der zurückgehaltene Teil mit der zweiten Barriere (52) so zusammenwirkt, dass eine im Wesentlichen coriolisfreie Strecke für das Abscheidefluid gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Primingfluid eine Kochsalzlösung ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Primingfluid blutplättchenarmes Plasma enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Primingfluid als auch das Abscheidefluid Blutbestandteile enthalten.

19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgehaltene Teil des Primingfluids eine Fluidkuppel (59) neben der ersten Barriere (46, 50) bildet, so dass ein Rand der Kuppel (59) die erste Barriere (46, 50) berührt.

20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Barriere (46, 50) ein sich in die Strömungsbahn erstreckender Damm (50) ist und die zweite Barriere (52) eine Vertiefung (52) in einer Kanalwand gegenüber dem Damm (50) ist.

21. Verfahren nach Anspruch 19, welches weiterhin den Schritt des Herbeiführens einer Anpassung des Rands der Kuppel (59) bezüglich der ersten Barriere (46, 50) umfasst, um verschiedene Strömungsvolumina an der ersten Barriere (46, 50) vorbei zu ermöglichen.

22. Verfahren nach Anspruch 15, welches weiterhin den Schritt des Unterbindens des Strömens von Stoffen, die eine von den Dichten sowohl des Primingfluids als auch des Abscheidefluids abweichende Dichte aufweisen, mittels der erste Barriere (46, 50) umfasst.

23. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Barriere (46, 50) von einer äußersten Kanalwand erstreckt und das Abscheidefluid Plasma und Blutplättchen enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) ein Blutkörperchenbett (53) an einer Seite der ersten Barriere (46, 50) und einen Blutplättchenbrunnen (54) an einer gegenüberliegenden Seite der ersten Barriere ausbildet.

25. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Primingfluid während der Drehung des Kanals (44) so mit der zweiten Barriere (52) zusammenwirkt, dass eine sich selbst regulierende innere Kanalwandbegrenzung von im Wesentlichen konstanten Radius gebildet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) zum Abscheiden von Blutbestandteilen verwendet wird und die innere Kanalwandbegrenzung von im Wesentlichen konstanten Radius sich von einem Ort in dem Kanal (44), wo die roten Blutkörperchen eingebracht werden, zu einem Ort jenseits eines Bereichs, wo die Blutplättchen entnommen werden, erstreckt.

27. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgehaltene Teil des Primingfluids während der Drehung des Kanals (44) durch ein anderes Fluid ersetzt wird.