DE69513312T2

DE69513312T2 - Automatisches System zur Plasmaabscheidung

Info

Publication number: DE69513312T2
Application number: DE69513312T
Authority: DE
Inventors: G. Delbert Antwiler
Original assignee: Cobe Laboratories Inc
Current assignee: Cobe Cardiovascular Inc
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2015-01-19
Also published as: AU675746B2; US5505685A; CA2139284A1; JPH07206691A; AU1003695A; US5437598A; EP0664160B1; CA2139284C; ATE186657T1; EP0664160A1; JP3027795B2; DE69513312D1

Description

AUTOMATISCHES SYSTEM ZUR PLASMAABSCHEIDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zur Verarbeitung von Fluiden, insbesondere Vollblut. Genauer betrifft die Erfindung ein automatisiertes oder teilautomatisiertes Blutplasmaabscheidungssystem und ein Verfahren zum Trennen von Vollblut in verwertbare Bestandteile.

Hintergrund der Erfindung

Einige Ärzte glauben, dass die Abtrennung von plättchenreichem Plasma aus dem Vollblut eines Patienten unmittelbar vor der Operation und seine Aufbewahrung solange bis die Operation vorüber ist Verletzungen der Plättchen vermeidet und damit therapeutische Vorteile aufweist. Obwohl diese Vorteile nicht klar verständlich sind, glauben einige Fürsprecher der Plasmaabscheidung, dass sie die Möglichkeit der Plättchenaktivierung und/oder von den damit einhergehenden schädlichen Wirkungen minimiert. Die Plasmaabscheidung ist besonders bei kardiovaskulären Prozeduren nützlich, die sauerstoffangereichertes Blut beinhalten und dadurch die Möglichkeit der Beschädigung der Plättchen und Gerinnungsfaktoren minimieren. Bei der Plasmaabscheidung wird vom Patientenkörper abgeleitetes Vollblut verarbeitet, indem das Plasma durch Zentrifugieren vom Vollblut abgetrennt und für die spätere Rückführung zum Patienten gesammelt wird. Auf diese Weise wird der Patient nach der Operation mit autologem Plasma (Eigenplasma) versorgt. Einige Fürsprecher der Plasmaabscheidung glauben auch, dass diese Prozedur den Blutverlust nach der Operation verringern hilft und/oder die Geschwindigkeit, mit der die Wunde verheilt, erhöht, indem eine Quelle von postoperativen Plättchen zur Verfügung gestellt wird.
Zusätzlich zu diesen potenziellen therapeutischen Vorteilen kann die Plasmaabscheidung auch den Bedarf an Fremdblut verringern oder vermeiden. Prozeduren, die den Bedarf an Fremdblut reduzieren, sind derzeit von besonderem Interesse und zwar wegen der wachsenden Aufmerksamkeit auf die Möglichkeit der Krankheitsübertragung durch Transfusion von Fremdblutprodukten. Die Anwendung von Eigenblutprodukten vermeidet das Risiko, dass transfusionsübertragene Krankheiten entstehen und verringert das Risiko von fibrilen/allergischen Transfusionsreaktionen. Die Verwendung von Eigenblutprodukten schränkt auch die Notwendigkeit von Verträglichkeitstests ein.
Bekannte Verfahren der Plasmaabscheidung weisen gewöhnlich folgende Schritte auf:
1. wird Vollblut von dem Patienten gesammelt und an der Gerinnung gehindert;
2. wird das Blut zur Trennung von Plasma und roten Blutkörperchen verarbeitet;
3. werden die roten Blutkörperchen unmittelbar nach der Verarbeitung zu dem Patienten zurückgeführt; und
4. wird das Plasma während oder unmittelbar nach der Operation zurückgeführt.
Der Blutsammelschritt kann während der Operation erfolgen (intraoperativ) oder bevor die Operation beginnt (perioperativ). Im Trennschritt wird das Blut in eine rotierende Zentrifugenschale gepumpt. Die roten Blutkörperchen, die den dichtesten Bestandteil bilden, werden innerhalb der Zentrifugenschale im radial äußersten Rand angesammelt, wohingegen das Plasma eine Schicht bildet, die bezogen auf die abgeschiedene rote Blutkörperchenlage radial weiter innen liegt. Obwohl sich die Plättchen insgesamt in der Plasmaschicht und der Schicht der roten Blutkörperchen verteilt finden, neigen sie dazu, sich in einer relativ dünnen weißlichen Lage, die Ledermantel (engl.: buffy coat) genannt wird, zu konzentrieren und die an der Grenze zwischen der Plasmaschicht und der Schicht der roten Blutkörperchen liegt. Die Geschwindigkeit, mit der Blut in die Zentrifugenschale gepumpt wird, die Zentrifugengeschwindigkeit, die Gestaltung der Zentrifugenschale und die Beeinträchtigungen der roten Blutkörperchen, wenn Plättchen durch sie hindurchwandern, beeinflussen insgesamt die Trennung der Blutbestandteile.
Verschiedene automatisierte oder teilautomatisierte Blutverarbeitungssysteme sind zur Optimierung der Wirksamkeit bei der Trennung der Blutbestandteile bei gleichzeitig geringerem Einsatz von Bedienpersonen vorgeschlagen worden. Die meisten dieser Systeme sind für die Trennung der Blutbestandteile im allgemeinen gestaltet und nicht besonders für die Plasmaabscheidung. Viele dieser Systeme verwenden eine optische Fühlereinrichtung, um die Trennung der Bestandteile teilweise oder vollständig zu automatisieren. Das US-Patent Nr. 4 151 844 (Cullis et al.) beispielsweise beschreibt ein Zentrifugier-Pheresesystem, das eine optische Fühlereinrichtung aufweist, die die Auslassröhre für den Ledermantel überwacht. Die optische Fühlereinrichtung überwacht die Zusammensetzung oder die optische Dichte des die Trennkammer verlassenden Ledermantels; eine geringe Dichte gibt eine Verdünnung mit Plasma und eine hohe Dichte eine Verunreinigung mit roten Körperchen an. Wenn die Dichte des Ledermantels über einen vorbestimmten Bereich, der eine gewünschte Zusammensetzung des Ledermantels definiert, hinaus anwächst oder darunter absinkt, gleicht die Steuerschaltung die Raten beim Abzug der roten Blutkörperchen und des Plasmas aus der Zentrifugenschale entsprechend ab.
Von T. Simon et al. (1992) wird unter dem Titel "Speicherung und Transfusion von Plättchen, die durch eine automatisierte zweistufige Apheresesprozedur gesammelt wurden" in Transfusion 32: Seiten 624-628 ein automatisiertes Plasmapheresesystem beschrieben, bei dem ein Detektor die optischen Eigenschaften des Plasmas in der Auslassröhre überwacht. Die Steuerschaltung gleicht dann die Rate der Plasmaströmung und die Zentrifugengeschwindigkeit ab, um die Plättchenkonzentration (höhere optische Dichte) bei minimaler Verunreinigung mit roten Blutkörperchen zu erhöhen. Wenn die Verunreinigung mit roten Blutkörperchen vorbestimmte Niveaus überschreitet, führt das System dieses Plasmas zur Zentrifuge zurück, um dieses wiederholt zu verarbeiten. Die Blutverarbeitung wird so lange fortgesetzt, bis das gewünschte Gewicht an Plasma erzeugt worden ist.
Das US-Patent Nr. 4 608 178 (Johansson et al.) und C. F. Högmann (1988) "The Bottom and Top System: A New Technique for Blood Component Preparation and Storage", Vox Sang 55 : 211-217 beschreibt eine "Top/Bottom"-Tasche, in der das obere Plasma und die unteren roten Blutkörperchenanteile gleichzeitig aus der Tasche abgeführt werden können, ohne dass die dazwischenliegende Ledermantellage entfernt wird. Die "Top/Bottom"-Tasche enthält einen Sensor, der die Position der Lage des Ledermantels überwacht, während das Plasma an der Oberseite der Tasche und die roten Blutkörperchen am Boden der Tasche abgezogen werden.
Andere automatische oder teilautomatische Pheresesysteme, die optische Überwachungseinrichtungen verwenden, sind in den US-Patenten Nr. 5 102 407 (Carmen et al.); Nr. 5 154 716 (Bauman et al.); Nr. 4 498, 983 (Bilstad et al.); in der WO88/05691 (Brown et al.); und von Strauss et al. (1987) in "Comparision of Autosurge versus Surge Protocols for Discontinuous-Flow Centrifugation Plateletpheresis", Transfusion 27: Seite 499-501 beschrieben worden. Die US-Patente Nr. 5 102 407 und 5 154 716 beschreiben Blutfraktioniersysteme, die sich mit Sensoren teilautomatisieren lassen, die sich innerhalb der Fluidauslassöffnungen befinden, um das Abziehen der getrennten Bestandteile zu überwachen und zu steuern. Das US-Patent Nr. 4 498 983 beschreibt ein automatisiertes Blutverarbeitungssystem, das einen innerhalb der Trennkammer gelegenen optischen Fühler aufweist. Der Fühler überwacht das Niveau von gepackten roten Blutkörperchen und initiiert die Rückführung des verarbeiteten Bluts, wenn das Niveau der gepackten roten Blutkörperchen innerhalb der Kammer ein vorbestimmtes Niveau erreicht. WO88/05691 beschreibt ein Pheresesystem, das einen Grenzstellenfühler zur Überwachung der Lage der Grenze zwischen dem separierten Plasma und den gepackten roten Blutkörperchen während der Zentrifugierverarbeitung überwacht. Strauss et al. (1987) beschreibt ein Plättchenpheresesystem, das optische Sensoren verwendet, die nach dessen Aussage "sämtliche Aspekte des Sammelzyklus überwachen und die automatisch die Einstellungen der Maschine und die Geschwindigkeit der Plasmarückführung abgleichen". AuBuchon et al. beschreibt in "Optimalization of Parameters for Maximization of Plateletpheresis and Lymphocytapheresis Yields on the Haemonetics Model V50" (1986) in J. Clean. Apheresis 3. 103-108) ein automatisiertes Apheresesystem, bei dem die Einstellung des Volumenversatzes zur Kompensation des Hämatokritwerts des Spenders abgeglichen wird.
Blutverarbeitungssysteme, die zur Automatisierung (oder Teilautomatisierung) auf anderen Merkmalen beruhen als auf optischen Fühlervorrichtungen, enthalten das US- Patent Nr. 4 417 884 (Schöndorfer et al.); das US-Patent Nr. 4 402 680 (Schöndorfer), das US-Patent Nr. 4 968 295 (Neumann) und die WO90/01970 (Ford). Das US-Patent Nr. 4 417 884 beschreibt ein Zentrifugenblutverarbeitungssystem, das durch einen Zeitgebermechanismus gesteuert wird, der von der Zentrifugengeschwindigkeit und der Dauer der Zentrifugalkraft abhängt. Das US-Patent Nr. 4 402 680 beschreibt ein System zur Trennung von Blutbestandteilen, das eine Ventileinrichtung, wie z. B. eine Stopperkugel, verwendet, das die Auslassöffnung aufgrund der spezifischen Schwerkraftdifferenz zwischen den Blutbestandteilen abdichtet. Das US-Patent Nr. 4 968 295 beschreibt ein Blutfraktioniersystem, in dem die Zentrifugengeschwindigkeit auf die Eingabe "Blutströmungsrate" anspricht und dadurch konstante Volumenverhältnisse des Vollbluts und der Blutbestandteile aufrecht erhält.
WO90/01970 beschreibt ein automatisches Plasmapheresystem, bei dem die Sammel- und Rückführungszyklen von den Volumina der gesammelten Bestandteile abhängen.
Genauer wird der Sammelzyklus beendet und der Rückinfusionszyklus beginnt, wenn ein vorbestimmtes Volumen gepackter Blutkörperchen in einem Reservoir gespeichert worden sind. Sobald das Reservoir für die roten Blutkörperchen geleert ist, wechselt das System zwischen Sammel- und Rückinfusionszyklen bis ein vorbestimmtes Plasmavolumen angesammelt worden ist, wobei zu dieser Zeit das System stoppt.
Obwohl viele der vorhandenen automatisierten Blutverarbeitungssysteme behaupten, eine verbesserte Trennwirkung zu besitzen und mehr Gleichförmigkeit zu erzeugen, wie z. B. die US-A-4 468 295, stellen sie keinerlei Mittel zur Verfügung, die den Prozess kundenspezifisch so gestalten würden, dass eine gewünschte Produktzusammensetzung erzielbar ist. Genauer erlaubt keines dieser Trennsysteme eine kundenspezifische Trennung, so dass ein spezifische Produktzusammensetzung bei gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Systemparameter erzeugbar ist. Die meisten vorhandenen Systeme halten nämlich den Prozess an einem vorbestimmten Punkt an, z. B. wenn das Plasma in der Zentrifugenauslassröhre eine vorbestimmte optitche Dichte überschreitet oder eine bestimmte Farbe annimmt (siehe US-A-4 151 844). Tatsächlich ist das letztere Verfahren das einzige Mittel, um eine Vollständigkeit des Füllzyklus bei vorhandenen Plasmaabscheidungssystemen sicherzustellen, was zur Zeit noch nicht automatisiert ist. Die Überwachung der Auslassröhre, um festzustellen, ob der Füllzyklus anzuhalten ist, ergibt jedoch einen ungewissen Endpunkt und ein unsicheres Produkt. Deshalb besteht Bedarf an einem Blutverarbeitungssystem und besonders an einem Plasmaabscheidungssystem, das eine kundenspezifische Trennung gestattet und automatisch ermitteln kann, wann der Füllzyklus anzuhalten und der Entleerzyklus zu starten ist.

Kurzfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt stellt diese Erfindung ein System zur Plasmaabscheidung von roten Blutkörperchen in Vollblut in einer Zentrifuge zur Erzeugung eines separierten Plasmas zur Verfügung, das aufweist:
Mittel zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl der Zentrifuge;
Mittel zur Einspeisung eines kontrollierten Stroms von Vollblut in die Zentrifuge;
Mittel zum Sammeln des separierten Plasmas; und
Mittel, die die separierten roten Blutkörperchen abführen und sammeln;
dadurch gekennzeichnet, dass
das System zur Anwendung bei der Erzeugung eines separierten Plasmas, welches einen gewünschten kumulativen Hämatokritwert oder einen gewünschten kumulativen Plättchenertrag hat und zur Verwendung bei einer Sequenz eines Füllzyklus', während dem Vollblut der Zentrifuge eingespeist, das Plasma von den roten Blutkörperchen so abgetrennt wird, dass sich eine Packung aus roten Blutkörperchen in der Zentrifuge bildet und das separierte Plasma gesammelt wird, und eines Entleerzyklus während dem die in der Zentrifuge verbliebenen roten Blutkörperchen daraus entfernt und gesammelt werden, dient, und dass das System weiterhin aufweist
Mittel zur Überwachung des Volumens des der Zentrifuge zugeführten Vollbluts;
Mittel, die das Volumen Vm des der Zentrifuge zugeführten Vollbluts bestimmen, um ein vorbestimmtes festgelegtes Volumen der Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge zu erzeugen;
Steuermittel zur Beendigung des Füllzyklus' und darauffolgend der Einleitung des Entleerzyklus' der betätigt wird, wenn das überwachte Volumen des der Zentrifuge eingespeisten Vollbluts gleich einem berechneten maximalen Füllvolumen Vf ist; und
automatisierte Mittel zur Berechnung des maximalen Füllvolumens Vf, die operativ den Steuermitteln, den Volumenüberwachungsmitteln und den Mitteln, die Vm bestimmen, zugeordnet sind und die eine empirisch vorher bestimmte Gleichung, in der Vm mit Vf in Beziehung steht, verwenden, wobei diese Gleichung in Versuchsplasmaabscheidungen ermittelt wird, wo Vf als Zentrifugenfüllvolumen gewählt wird, das sich in separiertem Plasma ergibt, welches einen gewünschten kumulativen Hämatokritwert oder einen gewünschten Plättchenertrag hat.
Übereinstimmend mit einem weiteren Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung eines Fluids in Anteilen unterschiedlicher Dichte in einer Zentrifuge zur Verfügung, das folgende Schritte aufweist:
Einleitung eines Füllzyklus', der einen kontrollierten Strom des Fluids in die Zentrifuge leitet; und
Sammlung eines ersten, leichteren Anteils des Fluids während des Füllzyklus;
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte:
kontinuierliche Überwachung des Volumens des in die Zentrifuge geleiteten Fluids;
Ermittlung des der Zentrifuge eingespeisten Fluidvolumens Vm zur Erzeugung eines vorbestimmten, festgelegten Volumens eines verbleibenden Fluidanteils in der Zentrifuge;
Berechnen des Füllvolumens Vf des Fluids, welches im ersten Anteil einen gewünschten Gehalt des zweiten Anteils ergibt, basierend auf dem ermittelten Fluidvolumen Vm und einer empirisch vorbestimmten Gleichung, die Vm in Beziehung zu Vf setzt, und
Beenden des Füllzyklus', wenn das der Zentrifuge eingespeiste überwachte Fluidvolumen gleich Vf ist.
Bevorzugt ist das Fluid Vollblut und der erste Anteil Blutplasma, der zweite Anteil Hämatokrit oder Plättchen, und der restliche Fluidanteil ist eine Packung roter Blutkörperchen, und das Verfahren dient zur Plasmaabscheidung aus dem Vollblut in einer Zentrifuge, um das Produktplasma mit dem gewünschten Hämatokritwert oder dem gewünschten Plättchengehalt zu erzeugen, wobei dieses Verfahren für einen Betrieb mit sequentiellen Füll- und Entleerzyklen eingerichtet ist, bei denen während des Füllzyklus das Vollblut der Zentrifuge eingespeist, das Produktplasma von roten Blutkörperchen derart abgeschieden wird, dass die Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge gebildet und das Produktplasma gesammelt wird und während des Entleerzyklus' die in der Zentrifuge verbliebenen roten Blutkörperchen entfernt und gesammelt werden.
Die Erfindung gestattet das Sammeln eines Plasmaprodukts (gesammeltes Plasma oder Plasmaanteil), das einen gewählten kumulativen Hämatokritwert oder einen gewählten Prozentsatz von Plättchenertrag (d. h. Plättchengehalt) hat. Der Hämatokritwert oder der Plättchengehalt des gesammelten Produktplasmas kann gewählt werden, z. B. um das Produkt an irgendwelche gewünschten therapeutischen Anwendungen anzupassen. Die Plasmaabscheidung wird in einer Zentrifuge ausgeführt, die für einen Betrieb in sequentiellen Füll- und Entleerzyklen eingerichtet ist. Während eines Füllzyklus' wird der Zentrifuge Vollblut zugeführt, Plasma (das Plättchen enthält) von den roten Blutkörperchen in der rotierenden Zentrifuge getrennt, und das Produktplasma (das Plättchen enthält) tritt aus der Zentrifuge aus und wird gesammelt. Während eines Entleerzyklus' wird die Zentrifuge angehalten und die abgetrennte Packung roter Blutkörperchen, die in der Zentrifuge verbleibt, wird entfernt und gesammelt, typischerweise in einer Wiederinfusionstasche, um sie dem Patienten wieder zuzuführen. Da sich die Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge als Funktion des Volumens des verarbeiteten Vollbluts aufbaut, wird der Füllzyklus angehalten, um ein unerwünschtes Überlaufen roter Blutkörperchen in das gesammelte Produktplasma zu vermeiden. Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte automatische oder teilautomatische Steuerung oder Regelung der Beendigung des Füllzyklus' und des Beginns des Entleerzyklus'. Genauer vermeidet diese Erfindung Ungewissheiten, wie sie in bekannten Prozessen zur automatischen Berechnung des maximalen Füllvolumens Vf, das für eine Vollblutquelle benötigt wurde, um die gewünschte Plasmaproduktzusammensetzung zu erzielen. Diese Berechnung wird für individuelle Vollblutproben ausgeführt und berücksichtigt auch Unterschiede im Hämatokritwert der Blutquelle, ohne dass unabhängige Messungen des Hämatokritwerts der Quelle notwendig sind.
Das zum Erreichen des gewünschten Produkts notwendige Füllvolumen Vf wird aufgrund einer empirisch ermittelten Beziehung von Vf zu einem Markierungsvolumen Vm berechnet. Vm ist das Volumen des Vollbluts einer gegebenen Quelle, das der Zentrifuge zugeführt werden muss, um ein vorbestimmtes festes Volumen der Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge zu erzeugen. Vm wird für jeden Füllzyklus durch die Überwachung des radial nach innen zur Zentrifugenachse gerichteten Fortschreitens der Innenkante der Packung roter Blutkörperchen bestimmt. Vm ist das Vollblutvolumen, welches der Zentrifuge zugeführt werden muss, damit die Innenkante der Packung roter Blutkörperchen einen vorbestimmten festgelegten Punkt am Radius der Zentrifuge erreicht (der ein vorbestimmtes Volumen der Packung der roten Blutkörperchen angibt). Die Beziehung (d. h. eine mathematische Gleichung), in der Vm von Vf abhängt, wird als beste Näherung der in Versuchsplasmaabscheidungen erzeugten Daten abgeleitet, wo Vf als das Vollblutvolumen gewählt ist, das der Zentrifuge zugeführt werden muss, um einen gewünschten Plasmaproduktgehalt zu ergeben, d. h. einen gewünschten Produkthämatokritwert oder Plättchengehalt. In einem teilautomatisierten Ausführungsbeispiel wird Vm ermittelt, wenn die Bedienperson des Systems dem Systemcontroller signalisiert, dass das vorbestimmte festgelegte Volumen der Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge angesammelt worden ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist an oder oberhalb der Oberseite der Zentrifugenschale eine Markierung enthalten, die eine visuelle Überwachung des Wachsens der Packung roter Blutkörperchen nach innen erlaubt. Der Systemcontroller kann kontinuierlich das der Zentrifuge zugeführte Blutvolumen während des Füllzyklus' überwachen. Der Bediener gibt dem Controller Signal, sobald die Kante der Packung der roten Blutkörperchen die Markierung erreicht. Der Systemcontroller setzt Vm gleich dem Blutvolumen, das der Zentrifuge bis zu dem Zeitpunkt zugeleitet wurde, wo der Bediener das Signal gab. Der Systemcontroller berechnet Vf, und wenn das überwachte Volumen des zugeleiteten Bluts gleich dem berechneten Volumen Vf geworden ist, wird der Füllzyklus beendet.
In einer vollautomatischen Ausführung wird Vm bestimmt, wenn eine geeignete Fühlereinrichtung statt des Systembedieners dem Systemcontroller das Signal gibt, dass die innere Kante der Packung roter Blutkörperchen eine vorbestimmte eingestellte Position längs eines Radius der Zentrifugenschale erreicht hat. Vf wird dann basierend auf Vm wie in der oben beschriebenen teilautomatischen Ausführung berechnet. In einer bevorzugten vollautomatischen Ausführung, ist eine optische Fühlereinrichtung in dem System so positioniert, dass sie die sich annähernde Innenkante der Packung der roten Blutkörperchen an die vorbestimmte radiale Stelle überwachen kann. Z. B. ist ein Detektor für rote Blutkörperchendetektor vorhanden, wie er herkömmlicherweise in handelsüblichen Blutrückgewinnungssystemen vorgesehen ist.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung verringert die Erzeugung von Schaum, wenn sich die Packung roter Blutkörperchen der Ablenkplatte der Zentrifuge nähert. Als Mittel zur Verringerung der Schaumbildung hat sich eine Drehzahlverringung der Zentrifuge an oder vor dem Punkt, wo die Kante der Packung der roten Blutkörperchen die Ablenkplatte erreicht herausgestellt. Genauer wird bei typischen Betriebssituationen bei einer anfänglichen Zentrifugendrehzahl von 4400 Umdrehungen pro Minute das Schäumen verringert, wenn die Zentrifugendrehzahl auf 2400 Umdrehungen pro Minute an dem oder um den Zeitpunkt verringert wird, wenn die Kante der roten Blutkörperchenpackung die Ablenkplatte erreicht. Verringerung des Aufschäumens kann Bluttraumata verhindern, wie sie durch Aufschäumen entstehen und einen Schutz gegen Aerosolbildung erzielen, die sonst auftreten würde, wenn Schaum in den Stator eintritt und die rotierenden Dichtungen zwischen der rotierenden Schale und dem Stator erreicht.
Die genaue Art dieser Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachstehenden Lektüre der Beschreibung und dem Studium der Zeichnung leicht verständlich. Die Fachleute werden erkennen, dass die hier beschriebene Erfindung viele Modifikationen und Veränderungen erlaubt, ohne von dem durch die beiliegenden Ansprüche definierten Bereich abzuweichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und zeigen im einzelnen:
Fig. 1 ein allgemeines Diagramm eines automatisierten Plasmaabscheidungssystems in einer Ausführungsform dieser Erfindung;
die Fig. 2 und 3 schematische Ansichten der Strömungen in dem Plasmaabscheidungssystem jeweils während des Füll- und Leerzyklus';
Fig. 4 eine seitliche Querschnittsansicht eines Zentrifugengerätes in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 5 ein Beispiel der Beziehung zwischen der Plättchenzahl und dem Hämatokrit als Funktion des gesammelten Plasmavolumens;
Fig. 6 ein allgemeines Diagramm eines teilautomatisierten Plasmaabscheidungssystems in einer Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht von oben eines Zentrifugengeräts des Systems von Fig. 1;
Fig. 8 ein Flussdiagramm des Steuersystems, das in der Ausführungsform von Fig. 1 eingesetzt ist;
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Plättchenzahl (offene Quadrate) und des Hämatokritwertes (Rauten) in aufeinanderfolgend gesammelten Proben von separiertem Plasma, wie es im Beispiel 2 weiter unten beschrieben wird. Die Datenpunkte stellen gemessene Plättchenzahl und Hämatokritwert in Sammelröhrchen 1 - 11 dar, wie sie in der nachstehenden Tabelle 1 aufgelistet sind; und
Fig. 10 eine graphische Darstellung einer kumulativen Plättchenzahl als Prozentsatz der gewonnenen Plättchen (offene Quadrate) und des Hämatokrits (Rauten) in gesammelten separiertem Plasma als Funktion des gesammelten Plasmavolumens.

Detaillierte Beschreibung

Die Bezeichnungen "gesammeltes Plasma" und "Produktplasma", wie sie in dieser Beschreibung verwendet werden, beziehen sich auf durch Zentrifugieren von roten Blutkörperchen separierten Plasmaabscheidungsprodukten. Produktplasma enthält Plasma typischerweise als Hauptbestandteil, Plättchen und andere nichtrote Blutkörperchen des Vollbluts. Produktplasma enthält typischerweise auch ein gewisses Niveau roter Blutkörperchen. Generell ist es erwünscht, den Plättchengehalt von Produktplasma mit einer minimalen Verunreinigung mit roten Blutkörperchen des Plasmaprodukts zu maximieren. Diese Erfindung gestattet das Sammeln von Produktplasma mit einem gewünschten kumulativen Hämatokritwert oder Plättchengehalt (welcher als Prozentsatz der gewonnenen Plättchen angegeben werden kann). Produktplasma, Hämatokritwert oder Plättchengehalt lässt sich wählen, um das Produkt an jede gewünschte therapeutische Anwendung anzupassen.
Das erfindungsgemäße Plasmaabscheidungssystem arbeitet mit sequentiellen Füll- und Entleerzyklen. Füll- und Entleerzyklen können aufeinanderfolgend wiederholt werden, bis eine gewünschte Menge separierten Plasmas gesammelt wurde. Ein Füllzyklus kann in mehr als einen Plasmasammelzyklus unterteilt sein, was die Ansammlung von verschiedenen Plasmafraktionen gestattet. Z. B. können Plasmafraktionen mit unterschiedlichem Plättchengehalt getrennt mit einem einzigen Füllzyklus gesammelt werden. Genauer können plättchenarme und plättchenreiche Plasmafraktionen separat mit einem Füllzyklus gesammelt werden.
Während des Füllzyklus' bildet sich in der Zentrifugenschale eine Packung roter Blutkörperchen. Aufgrund ihrer relativ hohen Dichte bildet sich die Packung roter Blutkörperchen zum radial äußeren Abschnitt der Zentrifugenschale hin. Sowie Vollblut in die Zentrifugenschale eingeleitet wird, tritt zu sammelndes, separiertes Plasma in der Nähe des Schalenzentrums auf und die separierten roten Blutkörperchen bleiben in der Zentrifugenschale. Das Volumen der Packung der roten Blutkörperchen wächst mit Zunahme des Volumens des in das System gelangenden Vollbluts. Ein Füllzyklus wird gestoppt, bevor die Lage der Packung der roten Blutkörperchen dick genug ist (d. h. bevor das Volumen der gepackten roten Blutkörperchen groß genug ist), eine beträchtliche Menge unerwünschter roter Blutkörperchen in das gesammelte Plasma überlaufen zu lassen.
Das erfindungsgemäße System hat eine Steuereinrichtung oder Steuermittel zur Beendigung des Füllzyklus und zur darauffolgenden Initiierung des Leerzyklus' verbessert, d. h. die Umschaltung vom Füllzyklus zum Leerzyklus. Diese Systemsteuereinrichtung aktiviert die Umschaltung vom Füll- zum Leerzyklus, wenn das der Zentrifuge eingespeiste Volumen des Vollbluts gleich einem berechneten Füllvolumen Vf ist. Das System weist Mittel auf, die das der Zentrifuge eingespeiste Volumen des Vollbluts während des Füllzyklus' überwachen und Mittel die das Volumen des Vollbluts Vm bestimmen, welches eingeleitet wurde, um ein vorbestimmtes festgelegtes Volumen der Packung der roten Blutkörperchen in der Zentrifuge zu erzeugen. Das System hat auch eine automatische Einrichtung, z. B. einen Mikroprozessor, um bei gegebenen Vm das Füllvolumen auf der Grundlage einer empirisch ermittelten Gleichung zu berechnen, die Vm in Beziehung zu Vf setzt. Diese empirische Beziehung zwischen Vm und Vf wird in Versuchsplasmaabscheidungen ermittelt, bei denen Vf als das eingespeiste Vollblutvolumen gewählt wird, welches ein separiertes Plasma ergibt, das einen gewählten Hämatokritwert oder einen gewählten Plättchenertrag aufweist.
Das erfindungsgemäße System hat auch Mittel, die die Zufuhr von Vollblut zur Zentrifuge steuern oder regeln sowie Mittel, die das separierte Plasma sammeln und die gesammelten separierten roten Blutkörperchen entfernen.
In einer spezifischen Ausführungsform hat das erfindungsgemäße System den Mitteln, die die roten Blutkörperchen sammeln und entfernen, funktionell zugeordnete Mittel, die den Leerzyklus beenden, wenn rote Blutkörperchen im wesentlichen aus der Zentrifugenschale abgeführt wurden. In einer spezifischeren Ausführungsform setzen diese Steuermittel eine Fühlereinrichtung in der Auslassleitung für die roten Blutkörperchen ein, die ein Signal auf die Erfassung von Luft in der Auslassleitung erzeugt, welche eine geleerte Zentrifugenschale angibt. Dieses Signal stößt die Steuermittel an, um den Leerzyklus zu beenden. Zusätzlich kann dieses Signal dazu dienen, einen Füllzyklus zu initiieren, wenn dieser gewünscht wird.
In einer anderen spezifischen Ausführungsform hat das erfindungsgemäße System Mittel zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl der Zentrifuge. Diese Geschwindigkeitssteuerung oder -regelung kann zwischen verschiedenen Geschwindigkeiten oder einem vollständigen Anhalten der Drehung der Zentrifuge wählen. Die Steuereinrichtung ist dafür eingerichtet, die Drehzahl der Zentrifuge zu ändern, wenn das Vollblutvolumen, welches der Zentrifuge eingespeist wurde, gleich einem berechneten Geschwindigkeitsreduktionsvolumen Vs geworden ist. Durch Verringerung der Drehzahl der Zentrifuge etwa an dem Punkt, wenn oder bevor die Packung roter Blutkörperchen die Ablenkplatte (deflector) der Zentrifuge erreicht, wird das Aufschäumen verringert. Bevorzugt wird die Drehzahl der Zentrifuge an dem Punkt verringert, wenn die Packung roter Blutkörperchen die Ablenkplatte erreicht. Das Geschwindigkeitsreduktionsvolumen wird von dem Systemcontroller automatisch auf der Grundlage von Vm berechnet. Das System ist mit einer Einrichtung versehen, die Vs unter Verwendung empirisch vorbestimmter Gleichungen berechnen, die Vm in Beziehung zu Vs setzen, wobei Vs als das Ganzblutvolumen gewählt wird, das eine Packung roter Blutkörperchen erzeugt, deren radial nach innen gehende Kante sich bis zu einem vorgewählten Punkt erstreckt, bevor diese Kante die Ablenkplatte erreicht. Bevorzugt wird Vs als dasjenige Volumen gewählt, das notwendig ist, um eine Packung roter Blutkörperchen zu erzeugen, die sich etwa bis zur Ablenkplatte erstreckt.
In besonderen Ausführungsformen weisen die Mittel, die einen gesteuerten oder geregelten Vollblutstrom zur Zentrifuge führen, die Mittel, die die abgetrennten roten Blutkörperchen sammeln und abführen und die Mittel, die das separierte Plasma sammeln, auf: Ein System flexibler Röhren einschließlich einer Zufuhrleitung zum Einführen von Vollblut aus einer Vollblutquelle in die Zentrifuge, eine Auslassleitung für rote Blutkörperchen aus der Zentrifuge in eine primäre Rückinfusionstasche; und eine Plasmaauslassleitung von der Zentrifuge in eine Plasmasammeltasche. Alle diese Leitungen haben ein Ventil, das die Leitung von der Quelle oder der Sammeltasche trennt. Diese Ventile sind automatisiert. Die Zufuhrleitung und die Auslassleitung für die roten Blutkörperchen haben Fluidpumpen, und die Zufuhrleitung hat ebenso einen Strömungscontroller. Die automatisierten Ventile werden gemeinsam mit der Zufuhrleitungspumpe angewendet, um die Strömungen im System vom Füllzyklus in den Entleerzyklus umzuschalten.
Nun wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen gleiche Ziffern, gleiche Merkmale und gleiche in mehr als einer Figur auftauchende Ziffern dieselben Bauteile bezeichnen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Plasmaabscheidungssystem. Ein wie beschrieben flexibler Röhrensatz wie auch Ausrüstung diesen zu montieren und zu verwenden, wird von Cobe Cardiovaskular, eine Tochter des vorliegenden Patentinhabers Cobe Laboratories Inc., mit der Handelsbezeichnung BRAT 2TM hergestellt. Der Röhrensatz 12 enthält einen Krümmer 14, der mit einer Blutsammelreservoirleitung 22 und einer Blutrückinfusionstaschenleitung 26 in Verbindung steht. Der Röhrensatz enthält auch eine mit der Leitung 26 verbundene Rückinfusionstasche 44 für rote Blutkörperchen, die aus der Zentrifuge entfernte separierte rote Blutkörperchen sammelt. Der Krümmer 14 ist durch eine Zentrifugenverbindungsleitung 28 mit einem Zentrifugeneinlass 122 verbunden. Ventile 30 und 34, die wahlweise die Röhren 22 und 26 öffnen und schließen, sind jeweils einer Steuer- oder Regeleinrichtung 30' und 34' zugeordnet, um die Ventile 30 und 34 jeweils zu öffnen und zu schließen. Die Steuerung oder Regelung der Ventile 30 und 34 erlaubt die Wahl der Strömungsrichtung der jeweiligen Fluide. Die Ventilglieder 30 und 34 werden von der oben erwähnten kooperierenden Ausrüstung getragen, an der im Gebrauch der Röhrensatz 12 montiert ist. In einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführung ist eine Blutsammelreservoirleitung 22 unter Anwendung herkömmlicher Blutentnahmemittel direkt mit dem Patienten verbunden.
Der Röhrensatz 12 enthält auch wenigstens eine Plasmasammeltasche 36, die durch einen Auslass 128 einer Zentrifugenschale 140 und eine Plasmasammelleitung 52 versorgt wird und die im Gebrauch an der oben erwähnten Ausrüstung aufgehängt ist. Diese Ausrüstung enthält auch den Drehantrieb für die Zentrifugenschale 140. Ein Plasmasammelventil 50 ist eine Gleitklemme und ist auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt.
Das System enthält außerdem eine richtungsreversible Peristaltikpumpe 40, die mit der Leitung 28 kooperiert, um wahlweise Blut in jeder Richtung hindurchzupumpen. Der richtungsreversiblen Peristaltikpumpe 40 ist eine Steuer/Regeleinrichtung 40' zugeordnet zur Steuerung der Strömungsrichtung und der Strömungsrate des Bluts und der separierten roten Blutkörperchen. Die Steuer/Regeleinrichtung 40' überwacht auch die Anzahl der Pumpenumdrehungen während eines Füllzyklus und überträgt diese Daten zur Verarbeitung an ein auf einem Mikroprozessor beruhendes Steuersystem 1, dessen Zweck nachstehend beschrieben ist. In einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführung ist außerdem eine Antikoagulantienpumpe vorgesehen, die ein Antikoagulanzmittel in das Vollblut pumpt sowie dieses in den Röhrensatz durch die Blutsammelreservoirleitung 22 einströmt. Genau wie der richtungsreversiblen Peristaltikpumpe 40 ist der Antikoagulantienpumpe eine Steuer/Regeleinrichtung zugeordnet, die die Strömungsrate des Antikoagulanzmittels einstellt oder abgleicht.
In Fig. 1 ist der Zentrifugenseparator 110 lediglich schematisch dargestellt, weil das Plasmaabscheidesystem mit jedwedem Zentrifugenseparator betreibbar ist, der während des Zentrifugenbetriebs für den Zustrom von Vollblut und den Ausfluss von Plasma eingerichtet ist. In dem in Fig. 1 beispielhaft dargestellten automatisierten Plasmaabscheidesystem ist dem Zentrifugenseparator 110 auch eine Steuer/Regeleinrichtung 2 zur Einstellung der Drehzahl der Zentrifugenschale und ein photoelektrischer Detektor 3 zur Erfassung roter Blutkörperchen zugeordnet, die beide nachstehend beschrieben werden.
Um die Plasmaabscheidung unter Einsatz des beispielhaft erwähnten Systems BRAT 2TM durchzuführen, wird dem Patienten Blut abgezapft, durch bekannte Verfahren an der Gerinnung gehindert und in einem Blutsammelreservoir 38 gesammelt, das in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Tasche oder ein Beutel ist. Alternativ kann Blut direkt dem Patienten entnommen und durch bekannte Methoden an der Gerinnung gehemmt werden. Das in der Gerinnung gehemmte Vollblut wird dann von dem Blutsammelreservoir 38 (oder alternativ direkt vom Patienten) durch ein Ventil 30, die Leitung 22, den Krümmer 14, die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 und die Leitung 28 in die Zentrifugenschale 140 geleitet. Das Ventil 30 und die Pumpe 40 steuern oder regeln zusammen mit den ihnen jeweils zugeordneten Steuereinrichtungen 30' und 40' und dem Krümmer 14 den Blutstrom in die Zentrifuge. Ein Prozessfluiddetector 4 erfasst Luft in der Rohrleitung 28, um die Leerung der Zentrifuge zu erfassen, wie nachstehend beschrieben wird.
Während des Füllzyklus' tritt, wie die Fig. 2 zeigt, das gerinnungsgehemmte Vollblut in die sich drehende Zentrifugenschale 140 durch den Zentrifugeneinlass 122 ein. Das Blutsammelreservoirventil 30 und das Plasmasammelventil 50 sind offen; das Rückinfusionstaschenventil 34 ist geschlossen. In einer bevorzugten Ausführung tritt das Blut in die Zentrifugenschale 140 mit einer Strömungsrate von etwa 100 ml pro Minute, während die Zentrifugenschale 140 mit einer anfänglichen Drehzahl von etwa 4400 Umdrehungen pro Minute rotiert. Der Einsatz einer hohen Zentrifugendrehzahl während des anfänglichen Füllzyklus ergibt eine gesteigerte Plättchenkonzentration innerhalb der Ledermantellage und somit eine verbesserte Plättchenrückgewinnung. Eine derartige Plättchenkonzentration erleichtert auch das Sammeln von Plasma in zwei unterschiedlichen Fraktionen. Das System kann zu Anfang eine plättchenarme Fraktion und dann eine plättchenreiche Fraktion sammeln und zwar, indem jeweils die vor und nach einem vorgewählten Punkt, wie z. B. dem Punkt (a) in Fig. 5 angesammelten Plasmafraktionen separiert werden.
Während der Verarbeitung bildet sich innerhalb der Zentrifugenschale 140 eine Packung roter Blutkörperchen, die im Vollblut den dichtesten Bestandteil bilden und zwar an der radial äußersten Stelle, wohingegen sich der plättchenreiche Ledermantel neben den roten Blutkörperchen nach innen konzentriert; das verbleibende Plasma ist relativ frei von Plättchen und roten Blutkörperchen. Mit fortschreitender Verarbeitung treten das plättchenarme Plasma und darauffolgend das plättchenreiche Plasma aus der Zentrifugenschale während des Füllzyklus aus. Solange Vollblut in die Zentrifuge gepumpt wird, tritt fortwährend Plasma aus der Zentrifuge aus. Nachdem ein berechnetes Volumen Vs von Vollblut der Zentrifugenschale eingespeist wurde, hält die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 an, die Zentrifuge verlangsamt sich auf 2400 Umdrehungen pro Minute und die Prozesspumpe startet erneut. Vs ist die Menge von Vollblut, die der Zentrifuge eingespeist werden muss, damit eine Packung roter Blutkörperchen erzeugt wird, die bis zu einem vorgewählten, annähernd an der Ablenkplatte in der Zentrifuge liegenden Punkt ragt. Vs wird während des Betriebs nicht direkt erfasst, statt dessen auf der Grundlage von Vm berechnet, welches während des Betriebs durch visuelle oder automatische Überwachung der Packung der roten Blutkörperchen bestimmt wird. Die Verarbeitung dauert mit dieser verringerten Zentrifugendrehzahl an, bis ein berechnetes Blutvolumen, d. h. das Füllvolumen (das hier definierte Volumen Vf) verarbeitet worden ist. Das System beendet dann automatisch den Füllzyklus und startet den Entleerzyklus. Da die Zentrifugenschale, bevor Plasma austreten kann, mit Blut gefüllt werden muss, ist, bevor die gewünschte Plasmazusammensetzung erreicht ist, das Füllvolumen (Vf) notwendigerweise größer als das Volumen der Schale.
Um den Entleerzyklus, wie in Fig. 3 gezeigt, zu initiieren, hält die Rotation der Zentrifugenschale 140 an, das Blutsammelreservoirventil 30 schließt und das Rückinfusionstaschenventil 34 öffnet. Die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 stoppt und startet dann neu in entgegengesetzter Richtung. Während des Entleerzyklus werden die roten Blutkörperchen in der Zentrifugenschale 140 von der Schale durch den Zentrifugeneinlass 122 durch die Leitung 28, die Peristaltikpumpe 40, den Krümmer 14, die Leitung 26 und das Ventil 34 in die primäre Rückinfusionstasche 44 gepumpt. Das Ventil 34 und die Pumpe 40 lenken zusammen mit ihren jeweiligen Steuereinrichtungen 34' und 40' sowie dem Krümmer 14 (nicht gezeigt) die Strömung roter Blutkörperchen in die primäre Rückinfusionstasche 44. Um eine Luftembolie zu vermeiden, werden die roten Blutkörperchen von dem primären Rückinfusionsbeutel 44 zu einem zweiten (nicht gezeigten) Rückinfusionsbeutel vor der Rückinfusion übertragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst, sobald die Zentrifugenschale 140 leer ist, ein Prozessfluiddetektor 4 Luft in der Rohrleitung 28. Sobald dieser Luft erfasst, stoppt die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40; die Bedienperson entscheidet dann, ob ein weiterer Verarbeitungszyklus folgt oder nicht.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Zentrifugengeräts in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das gerinnungsgehemmte Vollblut tritt in die rotierende Zentrifugenschale 140 durch den Zentrifugeneinlass 122. Während des Füllzyklus tritt Plasma aus der Zentrifugenschale 140 durch den Zentrifugenauslass 128 aus. Die äußere rotierende Schale 140 weist eine stationäre Ablenkplatte 144 auf, die an dem Schalenrohr 142 befestigt ist, um die Plasmaströmung in den oberen Kanal 143 abzulenken. Während des Entleerzyklus' werden rote Blutkörperchen von der Schale 140 durch den Zentrifugeneinlass 122 gepumpt. Die Zentrifuge 110 kann z. B. ein Zentrifugentyp sein, der von Feldman et al. (US-Patent 4 684 361, erteilt 4. August, 1987) beschrieben wird, und dieser Zentrifugentyp wird hier in Bezug genommen.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen den Plättchen und den roten Blutkörperchen während der Plasmaabscheidung. Die Linien stellen die Plättchenzahl und den Hämatokritwert des separierten Plasmas dar, sowie dieses durch die Plasmasammelleitung 52 in die Plasmasammeltasche 36 strömt (Fig. 1). Um die normale Verteilung von im Plasma gebildeten Elementen zu veranschaulichen, wurde der Füllzyklus über den für die Plasmaabscheidung normalen Haltepunkt hinaus fortgesetzt. In den meisten bekannten Systemen wird die Zentrifugenschale verlassendes Plasma visuell beobachtet. In diesen Systemen endet die Plasmaabscheidung, wenn das Plasma pinkfarbig wird was anzeigt, dass rote Blutkörperchen überlaufen und voraussichtlich anzeigen, dass der Ledermantel angesammelt wurde.
Wie Fig. 5 veranschaulicht, muss die Verarbeitung, um einen beträchtlichen Anteil von verfügbaren Plättchen und somit ein plättchenreiches Plasma zu erzeugen, über den Peak der Plättchenzahl fortgesetzt werden, der durch Punkt (b) angegeben ist. Die meisten bekannten Systeme beenden den Prozess an einem gewissen Punkt der Verunreinigung mit roten Blutkörperchen. Obwohl Überlauf einiger roter Blutkörperchen, um die Plättchenrückgewinnung zu maximieren, notwendig ist, resultiert eine Fortsetzung der Sammlung über einen bestimmten Punkt hinaus, d. h. über den Punkt (d) in einem mäßigen Plättchenertrag und einer erhöhten Verunreinigung mit roten Blutkörperchen. Wie Fig. 5 deutlich macht, verändern sich die Konzentrationen von Plättchen und roten Blutkörperchen extrem schnell, nachdem das Erscheinen der roten Blutkörperchen einsetzt. Deshalb mangelt es den bekannten Prozeduren, die auf der Beobachtung einer Bedienperson beruhen, an der Gewissheit der Endpunkte und bringen deshalb eine große Variation der Produktzusammensetzung mit sich. Nicht nur dass die beim Einsetzen der Verunreinigung mit roten Blutkörperchen einhergehende Farbänderung subjektiv beobachtet wird, es variieren auch die individuellen Reaktionszeiten. Diese unterschiedlichen Farberkennungen und Reaktionszeiten wirken sich deutlich auf die Plättchenkonzentration und den Hämatokritwert des resultierenden Plasmaprodukts aus.
Diese Erfindung löst die mit den bekannten Plasmaabscheidungssystemen einhergehenden Probleme, indem sie ein Volumensteuer- oder regelsystem einführt. Wenn ein berechnetes Blutvolumen verarbeitet wurde, schaltet das System vom Füll- zum Entleerzyklus um. Das System beginnt Plasma zu sammeln, sobald es zur Verfügung steht und, was wichtig ist, hält das Sammeln von Plasma bei einem berechneten Füllvolumen des Vollbluts an, welches noch zugeführt wurde, nachdem der Plättchenpeak erreicht worden ist. Der besondere Haltepunkt des Füllzyklus' wird abhängig von der gewünschten Zusammensetzung des gesammelten Plasmas, z. B. der gewünschten Plättchenkonzentration und des Hämatokritwerts gewählt.
In einem Aspekt der Erfindung ermittelt das mikroprozessorbasierte Steuersystem 1 (Fig. 1) das zu verarbeitende Blutvolumen, d. h. das Füllvolumen (Vf) als Funktion des Einlaufhämatokrits (HCti) nach folgender Gleichung:
(1) Vf = f&sub1;(HCti)
worin der Einlaufhämatokrit (HCti) experimentell durch bekannte Verfahren gemessen oder automatisch unter Verwendung der nachstehend definierten Gleichung (5) ermittelt wird. In jedem Fall ist die Beziehung zwischen dem benötigten Füllvolumen (Vf) und dem Einlaufhämatokrit (HCti) eine empirisch definierte Funktion, die von Systemparametern, wie z. B. der Füllgeschwindigkeit, der Zentrifugendrehzahl und der besonderen Zentrifugenschale und dem verwendeten Röhrensatz abhängt. Anders gesagt wird f&sub1; experimentell für die besondere Ausrüstung und die besonderen Prozessbedingungen ermittelt. Im allgemeinen können die Systemparameter, die f&sub1; definieren, von einem Prozess zum anderen innerhalb der Herstellungstoleranzen konstant gehalten werden.
Wie oben erwähnt, besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung in der Steigerung der Produktgleichförmigkeit. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung sagt das System die Beendigung des Füllzyklus unter Einsatz eines Volumensteuersystems voraus, das zum Teil auf dem Einlaufhämatokrit beruht, wie dies durch Gleichung (1) definiert worden ist. Wenn das berechnete Blutvolumen verarbeitet worden ist, schaltet das System automatisch vom Füll- zum Entleerzyklus um. Alternativ ermittelt die Bedienperson das Ende des Füllzyklus' wieder unter Verwendung der Gleichung (1) zu Beginn der Prozedur. In jedem Fall werden die roten Blutkörperchen zu einem Rückinfusionsbeutel übertragen und von dort zurück zum Patienten geleitet, während das Plasma für eine spätere Infusion gesammelt wird. Diese Erfindung vermeidet die Ungewissheit der bekannten Prozeduren, indem sie berechnet, wann vom Füll- zum Leerzyklus umzuschalten ist, und dadurch erhöht sie die Gleichmäßigkeit des Produkts.
Wie die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen werden, können die Gleichung (1) sowie auch die nachstehenden Gleichungen (2) bis (5) extrapoliert werden, um so Variationen in einem oder mehreren der Systemparameter zu begegnen. Z. B. könnte das System experimentell ausgewertet werden, indem sowohl der Einlaufhämatokrit als auch die Geschwindigkeit der Verarbeitungspumpe variiert werden. Dies würde einen Gleichungssatz ergeben, der sowohl Variationen des Einlaufhämatokrit als auch der Strömungsrate der Prozesspumpe wiedergibt. Man kann deshalb die Prozedur kundenspezifisch an mehrere Systemparameter anpassen, anstatt sie nur, wie hier exemplarisch beschrieben, an den Einlaufhämatokrit anzupassen.
In einem "teilautomatisierten" Ausführungsbeispiel, wie es Fig. 6 veranschaulicht, ist eine Markierung 5 für rote Blutkörperchen in einer festen Position innerhalb der Zentrifugenschale 140 angebracht. Das "teilautomatisierte" Ausführungsbeispiel kommt dem schematisch in Fig. 1 dargestellten Plasmaabscheidesystem gleich, mit der Ausnahme, dass die Markierung 5 für die roten Blutkörperchen den Detektor 3 für die roten Blutkörperchen ersetzt. Die Markierung für die roten Blutkörperchen kann an jeder geeigneten Stelle an oder über der eingesetzten Zentrifugenschale 140 liegen, jedoch so, dass die Stelle es gestattet, dass die Bedienperson die Annäherung der Packung der roten Blutkörperchen an die Markierung beobachten kann. In einem bevorzugten teilautomatisierten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist (die eine perspektivische Ansicht des Oberteils der Zentrifuge nach unten ist), liegt die Markierung 5 für die roten Blutkörperchen über oder an der Oberseite der Zentrifugenschale an einer radial von der Zentrifugenachse entfernten Stelle. Die Markierung liegt dort, wo aufgrund des durch den Spacer oder Füller verursachten Volumenversatzes Vergrößerungen des roten Blutkörperchenvolumens proportionale große Erhöhungen der radialen Migration entstehen. In Fig. 7 ist die Außenkante des Füllers 150 in der Zentrifugenschale angedeutet. Die Markierung liegt an einer radialen Position etwa zwischen der Außenkante der Füllerkante 150 und etwa der Außenkante der Ablenkplatte 144. Die Bedienperson verwendet die Markierung, um Vm zu ermitteln, welches das erforderliche Vollblutvolumen ist, damit die Packung der roten Blutkörperchen die Markierung erreicht. Sowohl Vm als auch Vf sind vom Hämatokrit des zu verarbeitenden Vollbluts abhängig. Die Beziehung zwischen Vm und dem Bluthämatokrit HCti ist eine Funktion (f&sub2;), die von Systemparametern wie der Füllgeschwindigkeit, der Zentrifugendrehzahl und der besonderen Zentrifugenschale und vom verwendeten Röhrensatz abhängt. Deshalb lässt sich das zum Erreichen der Markierung erforderliche Blutvolumen (Vm) wie folgt ausdrücken:
(2) Vm = f&sub2;(HCti) oder
(3) HCti = g&sub2; (Vm)
worin g&sub2; auch eine Funktion der Systemparameter ist. In Anbetracht der Gleichungen (1) und (3) lässt sich die Beziehung zwischen Vf und Vm wie folgt angeben:
(4) Vf = f&sub1;[g&sub2;(Vm)] oder
(5) Vf = f&sub3;(Vm)
worin f&sub3; eine andere Funktion der Systemparameter ist. Auf diese Weise lässt sich Vf aus Vm berechnen, wenn f&sub3; bekannt ist. Diese Funktion f&sub3; lässt sich experimentell für spezielle Ausrüstung und Prozessbedingungen ermitteln. Im allgemeinen lassen sich die Systemparameter, die f&sub2; und f&sub3; definieren, von einem Prozess zum anderen innerhalb von Fertigungstoleranzen konstant halten.
Übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung signalisiert die Bedienperson dem Steuersystem 1, wenn die vorrückende Packung roter Blutkörperchen die Markierung (die dem Blutvolumen Vm entspricht) erreicht. Wie zuvor erwähnt, verfolgt die Steuer/Regeleinrichtung 40' kontinuierlich die Anzahl der Pumpenumdrehungen pro Füllzyklus und überträgt diese Daten an das Steuersystem. Sobald die Bedienperson das Signal an das Steuersystem gibt, wird Vm gesetzt und das erforderliche Füllvolumen (Vf) übereinstimmend mit der oben erwähnten Gleichung (5) berechnet. Die Verarbeitung wird fortgesetzt, bis das erforderliche Füllvolumen (Vf) erreicht ist, zu welcher Zeit das System automatisch den Füllzyklus stoppt und den Entleerzyklus beginnt.
Die oben beschriebene "teilautomatisierte" Ausführungsform erzielt somit einen wesentlichen Vorteil über die Systeme des Standes der Technik, indem sie präzise und automatisch das Ende des Füllzyklus auf der Grundlage aktueller experimenteller Daten berechnet. Auf diese Weise verbessert die "teilautomatisierte" Ausführungsform die Präzision des Prozesses und steigert dadurch die Produktgleichförmigkeit, indem sie sich auf geringfügige Veränderungen der experimentellen Bedingungen und der Ausrüstung einstellt. Derartige experimentelle Parameter enthalten z. B. kleine Variationen der Schalenvolumina, wie sie kommerziell hergestellten Zentrifugenschalen eigen sind. Die "teilautomatisierte" Ausführungsform vereinigt auch die Vorteile der Automatisierung mit der Möglichkeit, dass die Bedienperson eingreift und erlaubt dadurch eine kundenspezifische Plasmaabscheidung und eine feinere Prozesssteuerung.
In der teilautomatisierten Ausführungsform dieser Erfindung lässt sich, wie nachstehend beschrieben, eine Zentrifugenabscheidung mit zwei Drehzahlen ausführen.
In einer vollautomatisierten Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, überwacht statt der Bedienperson ein Blutkörperchendetektor 3 die Packung roter Blutkörperchen und signalisiert dem Steuersystem 1, wenn die Packung roter Blutkörperchen eine vorbestimmte radiale Stelle außerhalb der Zentrifugenachse erreicht, die hier mit Pm bezeichnet ist. Bevorzugt liegt Pm zwischen der Kante des Spacers 150 und der Außenkante der Ablenkplatte 144, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Der Detektor 3 für die roten Blutkörperchen kann an jeder geeigneten Stelle außerhalb der Zentrifuge liegen, die eine Erfassung des Zeitpunkts gestattet, wenn die Packung der roten Blutkörperchen Pm trifft oder schneidet. Einfachheitshalber und aus ökonomischen Gründen kann der Detektor 3 zum Beispiel an derselben Stelle bezogen auf die Zentrifuge liegen, wie bei herkömmlichen Blutrückgewinnungsanwendungen. Beispielsweise kann der Detektor für die roten Blutkörperchen so liegen wie in dem Blutrückgewinnungssystem COBE BRATTM. Dieses Gerät ist im Handel erhältlich und in der von COBE Laboratories (Lakewood CO) veröffentlichten Gebrauchsanleitung für das COBE BRATTM System beschrieben, die hier in ihrer Gänze in Bezug genommen wird. Die besondere Art des jeweils verwendeten Detektors für die roten Blutkörperchen ist unkritisch und kann jedwede Sensorvorrichtung sein, z. B. kann der Detektor für die roten Blutkörperchen einer sein, wie er bei Blutrückgewinnungssystemen verwendet wird.
Übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung signalisiert die optische Fühlereinrichtung 3 dem Steuersystem 1, wenn die vorrückende Lage roter Blutkörperchen Pm erreicht. Dieser Punkt bestimmt seinerseits Vm. Wie oben beschrieben, zählt die Steuer/Regeleinrichtung 40' die Anzahl der Pumpenumdrehungen pro Füllzyklus und überträgt diese Daten an das Steuersystem. Wie bei der teilautomatisierten Ausführungsform wird, wenn die Fühlervorrichtung das Signal an das Steuersystem gibt, Vm gesetzt und Vf unter Verwendung einer experimentell abgeleiteten Gleichung berechnet, die Vm in Beziehung zu Vf setzt. Diese Gleichung wird durch eine beste Näherung ("best fit") der durch Versuchsplasmaabscheidungen erzeugten Daten abgeleitet, wobei diese Versuchsplasmaabscheidungen tatsächliche experimentelle Bedingungen und Parameter berücksichtigen, einschließlich der Pumpengeschwindigkeit, des Röhrensatzes und der Lage des Detektors für die roten Blutkörperchen. Die Verarbeitung wird fortgesetzt, bis das benötigte Füllvolumen (Vf) erreicht ist, woraufhin das System automatisch den Füllzyklus anhält und den Entleerzyklus beginnt.
Die derzeit bevorzugte Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, hat somit dieselben Vorteile wie die teilautomatisierte Ausführungsform, nämlich eine gesteigerte Produktgleichförmigkeit mit dem zusätzlichen Vorteil einer vollständigen Automatisierung. Das automatisierte Plasmaabscheidungssystem erzielt dadurch eine gesteigerte Gleichförmigkeit des Produkts und verringert das Engagement der Bedienperson.
Sowohl die vollautomatische als auch die teilautomatisierte Ausführungsform dieser Erfindung kann als ein Trennsystem mit zwei Drehzahlen arbeiten. Das in dem beispielhaft angeführten BRAT-2 System realisierte Plasmaabscheidungssystem, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann eine Steuer/Regeleinrichtung 2 aufweisen, mit der die Drehgeschwindigkeit der Zentrifugenschale 140 einstellbar ist. Die Steuer/Regeleinrichtung 2 verringert die Zentrifugendrehzahl bevorzugt von 4400 Umdrehungen pro Minute auf 2400 Umdrehungen pro Minute, wenn die Packung der roten Blutkörperchen in der Zentrifugenschale einen vorbestimmten Punkt erreicht. Am bevorzugtesten ist die Verringerung der Drehzahl unmittelbar vor oder an dem Punkt, wenn die roten Blutkörperchen die Deflektoren erreichen.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung berechnet das mikroprozessorbasierende Steuersystem 1 ein Drehzahlreduktionsvolumen Vs, das auf Vm beruht. Wie dies bei Vf und Vm der Fall war, sind Vs und Vm voneinander abhängig:
(6) Vs = f&sub4;(Vm)
Wie dies für Vf und Vm oben beschrieben wurde, kann f&sub4; auch durch eine beste Näherung der in Versuchsplasmaabscheidungen erzeugten Daten empirisch ermittelt werden. Bei gegebenem Vm berechnet die Systemsteuerung Vs auf der Grundlage der empirisch abgeleiteten Größe f&sub4;, und die Steuerung verringert die Drehzahl der Zentrifuge sobald das Volumen des der Zentrifuge zugeführten Vollbluts Vs erreicht.
Durch Verringerung der Drehzahl der Zentrifuge und damit der Zentrifugalkraft lässt sich ein Aufschäumen verringern, wenn die Packung roter Blutkörperchen in die Nähe der Deflektoren der Zentrifugenschale kommen. Obwohl die Drehzahl jederzeit während des Füllzyklus verringert werden kann, wird sie bevorzugt unmittelbar vor oder an dem Punkt verringert, wenn die roten Blutkörperchen den Deflektor 144 erreichen. Somit wird die empirisch abgeleitete Gleichung, die Vs zu Vm in Beziehung setzt, bevorzugt für Vs als das Volumen des Vollbluts gewählt, das der Zentrifuge zugeführt werden muss, damit sich die Packung roter Blutkörperchen etwa zur Außenkante des Deflektors erstreckt. Der anfängliche Betrieb der Abscheidung mit hoher Zentrifugendrehzahl kann das Sammeln von Plasma in zwei Fraktionen erleichtern, wobei anfänglich eine plättchenarme Fraktion gesammelt wird, der eine zweite plättchenreiche Fraktion folgt.
Im teilautomatisierten Betrieb ist die Markierung 5 bevorzugt so gelegt, dass ihre innere Kante so eng wie möglich mit der Außenkante des Deflektors 144 fluchtet. Bei einer derartigen Stellung ist Vm annähernd gleich Vs, so dass in einer bevorzugten teilautomatisierten Ausführungsform die Verringerung der Zentrifugendrehzahl aktiviert wird, wenn die Bedienperson dem System Signal gibt, dass die Packung roter Blutkörperchen die Innenkante der Markierung erreicht hat (d. h., Vm = Vs). Wenn die Sichtmarkierung wesentlich außerhalb des Deflektors gelegt ist, wird Vs von der Systemsteuerung unter Verwendung einer vorbestimmten Gleichung berechnet, wie sie oben für den vollautomatischen Betrieb beschrieben wurde und die Vm in Beziehung zu Vs setzt. Sobald die Bedienperson dem System das Signal gibt, wird Vm gesetzt und Vs berechnet. Sobald das Volumen des zugeführten Vollbluts gleich Vs ist, verringert die Systemsteuerung die Drehzahl der Zentrifuge.
Fig. 8 veranschaulicht die Steueroperation für die in Fig. 1 gezeigte vollautomatische Ausführungsform, und die Steueroperation wird von dem auf einem Mikroprozessor beruhenden Steuersystem 1 während des Füllzyklus' ausgeführt. Die Steueroperation in Fig. 8 kann von jedem geeigneten Steuermechanismus ausgeführt werden, jedoch sind programmierbare Steuervorrichtungen wie z. B. ein Mikroprozessor, hinsichtlich einer Optimierung und einer Anpassung an kundenspezifische Systemleistungsmerkmale vorteilhaft.
Nach Eintritt in das Plasmarückgewinnungsprogramm 200, richtet das Steuersystem 1 im Schritt 202 die Füllzyklusströmungen ein, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. Das Blutsammelreservoirventil 30 wird geöffnet (das Plasmasammelventil 50 wird typischerweise manuell geöffnet, kann aber auch automatisch geöffnet werden); das Rückinfusionsventil 34 wird geschlossen. In dem beispielhaft erwähnten BRAT-2 System wird die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 so eingestellt, dass sie eine Strömungsrate von etwa 100 ml/min Vollblut in die Zentrifuge pumpt; die Zentrifugenschale 140 beginnt mit einer Anfangsdrehzahl von annähernd 4400 Umdrehungen pro Minute zu drehen.
Während des Füllzyklus' überwacht die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 kontinuierlich die Zahl der Pumpenumdrehungen (ein Maß für das der Zentrifuge zugeführte Volumen) und überträgt diese Information an das Steuersystem 1, Schritt 204.
Während des Füllzyklus' prüft das Steuersystem 1 kontinuierlich im Schritt 205, ob ein Signal vom Detektor 3 für die roten Blutkörperchen vorliegt, welches angibt, dass die Packung roter Blutkörperchen einen vorbestimmten festen Punkt erreicht hat. Die Steuerung setzt zu diesem Zeitpunkt Vm gleich dem überwachten zugeführten Blutvolumen. Das Steuersystem 1 berechnet dann das Füllvolumen Vf und das Drehzahlverringerungsvolumen (Vs) unter Verwendung vorbestimmter empirischer Gleichungen, die in seinem Mikroprozessor 206 programmiert sind. Das Steuersystem 1 ermittelt dann im Schritt 207, ob das Drehzahlverringerungsvolumen (Vs) erreicht worden ist. Wenn dies der Fall ist, gibt das Steuersystem 1 der Zentrifugendrehzahl-Steuer/Regeleinrichtung 2 im Schritt 208 die Anweisung, die Zentrifugendrehzahl bevorzugt auf etwa 2400 Umdrehungen pro Minute zu verringern. Außerdem gibt im Schritt 208 das Steuersystem 1 der richtungsreversiblen Peristaltikpumpe 40 die Anweisung, anzuhalten. Wenn die Zentrifugenschale 140 die Drehzahl 2400 Umdrehungen pro Minute erreicht, beginnt die Pumpe 40 erneut zu arbeiten.
Danach ermittelt das Steuersystem 1 im Prüfschritt 209, ob das erforderliche Füllvolumen (Vf) erreicht worden ist. Wenn dies der Fall ist, gibt das Steuersystem 1 in den Schritten 210 und 221 die Anweisung, dass die Entleerzyklusströmungen eingerichtet werden, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die Zentrifugenschale 140 hört auf zu drehen, das Blutsammelreservoirventil 30 schließt und das Rückinfusionstaschenventil 34 öffnet. Die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 hält an und beginnt dann in entgegengesetzter Richtung erneut zu pumpen.
In einer bevorzugten Ausführungsform prüft das Steuersystem 1 während des Entleerzyklus kontinuierlich im Schritt 212, ob vom Prozessfluiddetektor 4 ein Signal vorliegt. Wenn das Signal kommt, gibt es an, dass die Röhrenleitung 28 Luft enthält und der Entleerzyklus abgeschlossen ist. Daraufhin gibt das Steuersystem 1 im Schritt 240 die Anweisung zum Abschalten, um die Maschine anzuhalten, es sei denn, dass die Bedienperson die Anweisung an das Steuersystem erteilt, einen weiteren Füllzyklus zu beginnen. Wenn keine Befehle gegeben werden, einen weiteren Zyklus zu beginnen, gibt das Steuersystem 1 im Schritt 214 an die richtungsreversible Peristaltikpumpe 40 die Anweisung, anzuhalten. Alternativ kann das Steuersystem so programmiert sein, dass es eine voreingestellte Anzahl Füll- und Entleerzyklen vor dem Abschalten ausführt.
Nun wird das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Plasmaabscheidung bezogen auf die folgenden Beispiele noch mehr im einzelnen beschrieben. Diese Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

BEISPIEL I

PLASMAABSCHEIDUNG UNTER VERWENDUNG VON RINDERBLUT

Das oben beschriebene und in Fig. 1 gezeigte vollautomatische Plasmaabscheidungssystem wurde zur Gewinnung von Plasma aus Rinderblut eingesetzt. Der eingesetzte Röhrensatz und die Maschinerie war das von COBE Cardiovascular, eine Tochter der vorliegenden Patentinhaberin, COBE Laboratories Inc. mit der Handelsmarke BRAT 2TM hergestellte Eigenbluttransfusionssystem. Der Detektor für die roten Blutkörperchen war der Blutrückgewinnungsdetektor, wie er im BRAT 2TM verwendet wird und an derselben Stelle positioniert wie bei der Blutrückgewinnungsanwendung. Die 250 ml Baylor Schale, die für das BRAT 2TM eingerichtet und von COBE Cardiovascular, Inc. hergestellt ist, wurde als Zentrifugenschale verwendet. Die Zentrifugendrehzahl während des Füllzyklus war 4400 Umdrehungen pro Minute; die reduzierte Zentrifugendrehzahl war 2400 Umdrehungen pro Minute, Die Pumpenfüllgeschwindigkeit war auf 100 ml/min eingestellt.
In diesem Fall wurden die Konstanten experimentell so gewählt, dass sich ein Plättchenertrag von annähernd 70% und ein Hämatokritwert im gesammelten Plasma von annähernd 3% ergaben. Die durch die Gleichungen (1) bis (6) definierten Prozessparameter waren wie folgt:
HCti = 87,1 - 0,182 (Vm/mL) + 0,000131 (Vm/mL)²
Vf = -4,15 mL + 1,506 Vm
Vs = 22,7 mL + 1,24 Vm

BEISPIEL 2

VERSUCHSPLASMAABSCHEIDUNG AUS MENSCHLICHEM BLUT

Das oben beschriebene und in Fig. 1 dargestellte vollautomatische Plasmaabscheidungssystem wurde zur Bereitung von Plasma aus frischem menschlichen Blut verwendet. Der Röhrensatz und die verwendete Maschinerie wurden in Beispiel 1 beschrieben. Die für das BRAT 2TM eingerichtete, von COBE Cardiovascular, Inc. hergestellte, 250 mL Baylor Schale wurde als Zentrifugenschale verwendet. Die Zentrifugendrehzahl während der anfänglichen Füllung war 4400 Umdrehungen pro Minute; die verringerte Zentrifugendrehzahl war 2400 Umdrehungen pro Minute. Die Pumpenfüllgeschwindigkeit wurde zu 100 mL/min eingestellt.
Bei dieser Versuchsplasmaabscheidung war der Hämatokritwert des einströmenden Bluts 44,8%, und die Plättchenzahl desselben war 253,5 THSN/CU mm. Das Füllvolumen der Zentrifugenschale und des Röhrensatzes zur Plasmasammeltasche war 311 mL. Vm = 339 mL.
Während des Füllzyklus' wurde das eingebrachte Plasma in einer Folge von 10-50 mL Teströhrchen gesammelt. Jede gesammelte Plasmaprobe wurde dann hinsichtlich Volumen, Hämatokritwert und Plättchenzahl gemessen. Tabelle 1 zeigt Einzelergebnisse und kumulative Ergebnisse. Die Plättchenzahl wurde unter Verwendung eines handelsüblichen Coulter Zählermodells S-Plus IV, von Coulter Electronics, Inc. Hialeah, Florida, gemessen. Tabelle 1
Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen die Verteilung der Plättchen und der roten Blutkörperchen als eine Funktion des durch die Leitung 52 abgezogenen Volumens unter Verwendung der Daten in Tabelle 1. Die Plättchenzahl und der Hämatokrit des abgetrennten Plasmas sind als Funktion des gesammelten Plasmavolumens aufgetragen. In Fig. 9 zeigt sich deutlich, dass sich nach dem Einsetzen des Überlaufs roter Blutkörperchen die Konzentration der Plättchen und der roten Blutkörperchen schnell ändert.

BEISPIEL 3

ABLEITUNG DER GLEICHUNGEN VON Vm UND Vf

Das oben beschriebene und in den Fig. 1 und 6 dargestellte vollautomatisierte und teilautomatisierte Plasmaabscheidungssystem wurde zur Bereitung von Plasma aus frischem menschlichem Blut verwendet. Die Plasmaabscheidung wurde so durchgeführt, wie in Beispiel 2 beschrieben. Die Daten wurden von einfließendem Blut erzeugt, dessen Hämatokritwert im Bereich von 20% bis 45% lag.
Der Plasmaertrag wurde in einer Folge von 10 - 50 mL Teströhrchen gesammelt. Für jede Probe mit gesammeltem Plasma wurde dann Volumen, Hämatokrit und Plättchenzahl gemessen. Unter Verwendung dieser Daten wurde ein Modell des Hämatokrits und der geernteten Plättchen in dem erzeugten plättchenreichen Plasma als Funktion des Volumens des PRP-Ertrags oder in Größen des Füllvolumens (Vf), des Blutvolumens, an dem der Füllzyklus anzuhalten und der Entleerzyklus zu beginnen ist, konstruiert.
In diesem Fall wurden die Konstanten experimentell so gewählt, dass sich ein Plättchenertrag von 70% oder im gesammelten Plasmaprodukt ein Hämatokritwert von 5% ergaben, je nachdem, welcher Wert zuerst erreicht wurde. (In allen Fällen ergab sich der 5% Hämatokritwert zuerst).
Das angewendete Plasmaabscheidungssystem war sowohl mit einer Markierung (5 in Fig. 7) als auch mit einem Detektor für rote Blutkörperchen ausgerüstet. Die Markierung wurde an der bevorzugten radialen Position angebracht, mit ihrer Innenkante so nahe wie möglich an der Außenkante des Deflektors. In dieser Stellung gibt die Marke sowohl Vs als auch Vm an (teilautomatisierter Betrieb). Somit wurde während dieser Experimente Vm (im automatischen Betrieb) gesetzt, wenn der Detektor für die roten Blutkörperchen ansprach, und Vs konnte durch visuelle Überwachung der Markierung ermittelt werden (es ist zu bemerken, dass der Punkt (hier Pm genannt), wenn der Detektor für die roten Blutkörperchen anspricht, radial außerhalb der Position der Markierung liegt). In dieser Konfiguration konnten experimentelle Daten gesammelt und die Gleichungen abgeleitet werden, die Vf in Beziehung zu Vm (automatisch) und Vs in Beziehung zu Vm (automatisch) im automatischen Betrieb setzen. Außerdem konnte Vm (teilautomatisch) für den teilautomatischen Betrieb gefunden werden (es ist zu bemerken, dass im teilautomatisierten Betrieb die angegebene Markierungsposition Vs = Vm ist).
Das Füllvolumen, an dem der Detektor für die roten Blutkörperchen ansprach (R) und das Füllvolumen Vs und Vm (teilautomatisierter Betrieb) zum Erreichen der Markierungen wurden aufgezeichnet. In allen Fällen wurde die Drehzahl der Zentrifuge von 4400 Umdrehungen pro Minute auf 2400 Umdrehungen pro Minute verringert, sobald die Packung der roten Blutkörperchen die Markierung erreichten. Lineare Regressionen erster und zweiter Ordnung wurden an die die obigen Kriterien erfüllenden Daten angepasst. Die Näherung zweiter Ordnung ergab nur eine geringfügige Erhöhung des Korrelationskoeffizienten und eine beträchtliche Verringerung im F-Verhältnis. Deshalb wurden die Gleichungen erster Ordnung gewählt. Sie sind wie folgt:
Erste Schale: automatischer Betrieb Vs = 1,4+1,230 (Vm)
automatischer Betrieb Vf = -96,3+1,743 (Vm))
teilautomatisiert Vf = -94,7+1,411 (Vm)
Zweite Schale: automatischer Betrieb Vs = -5,2+1,293 (Vm)
automatischer Betrieb Vf = -54,9+1,739 (Vm)
teilautomatisiert Vf = -47,1+1,343 (Vm)
worin alle Volumina in mL angegeben sind. Alle Korrelationskoeffizienten waren größer als 0,997. Wie die Fachleute auf diesem Gebiet verstehen, könnte jede dieser Gleichungen in Größen des Einlaufhämatokritwerts ausgedrückt werden.

BEISPIEL 4

PLASMAABSCHEIDUNG UNTER VERWENDUNG MENSCHLICHEN BLUTS

Das oben beschriebene und in den Fig. 1 und 6 dargestellte vollautomatisierte und teilautomatisierte Plasmaabscheidungssystem wurde jeweils zur Bereitung von Plasma aus frischem menschlichen Blut verwendet.
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde unter Verwendung der im Beispiel 3 abgeleiteten Gleichungen eine Plasmaabscheidung mit zwei unterschiedlichen Hämatokritwerten ausgeführt: 28% und 38% (es wurden drei Stapel jeder Probe verarbeitet). Der Sollhämatokrit im gesammelten Plasma war 5% mit einem Plättchenertrag von 60-80%.
Jede Kombination von Einlaufbluthämatokritwert (28% oder 38%) mit der Betriebsart (automatisch oder teilautomatisiert) wurde unter Verwendung dreier Wegwerfsätze getestet, aus einer Gesamtheit von zwölf Wegwerfsätzen. Für jeden Wegwerfsatz wurden Daten für eine erste und zweite Schale gesammelt.
Die nachstehenden Tabellen 2 und 3 zeigen den mittleren Hämatokritwert und den mittleren prozentualen Plättchenertrag für jede Betriebsart und jede Einlaufhämatokritbedingung. Die Standardabweichungen sind in Klammern angegeben. Tabelle 2, Mittlerer Hämatokritwert im Produktplasma Tabelle 3, Mittlerer prozentualer Plättchenertrag im Produktplasma
Diese Ergebnisse zeigen, dass die empirisch abgeleiteten Gleichungen des Beispiels 3 gültig sind, d. h., dass ein berechnetes Volumen Vf ein Produktplasma mit definiertem Hämatokritwert und definierter Plättchenzahl ergibt.
Die voranstehende Beschreibung macht deutlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne von dem Umfang des neuen Konzepts dieser Erfindung abzuweichen möglich sind. Es ist verständlich, dass diese Erfindung in anderen Umgebungen eingesetzt sein kann und dass keine Beschränkung bezüglich der dargestellten speziellen Apparaturen oder Blutquellen beabsichtigt oder ableitbar ist. Selbstverständlich sollen die beiliegenden Ansprüche alle diese Modifikationen umfassen.

Claims

1. System zur Plasmaabscheidung aus roten Blutkörperchen in Vollblut in einer Zentrifuge (110) zur Erzeugung eines separierten Plasmas, das aufweist:

Mittel (2) zur Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl der Zentrifuge (110);

Mittel (40) zur Einspeisung eines kontrollierten Stroms von Vollblut in die Zentrifuge (110);

Mittel (36) zum Sammeln des separierten Plasmas; und

Mittel (40, 44), die die separierten roten Blutkörperchen abführen und sammeln;

dadurch gekennzeichnet, dass

das System zur Anwendung bei der Erzeugung eines separierten Plasmas, welches einen gewünschten kumulativen Hämatokritwert oder einen gewünschten kumulativen Plättchenertrag hat und zur Verwendung bei einer Sequenz eines Füllzyklus', während dem Vollblut der Zentrifuge (110) eingespeist, das Plasma von den roten Blutkörperchen so abgetrennt wird, dass sich eine Packung aus roten Blutkörperchen in der Zentrifuge bildet und das separierte Plasma gesammelt wird, und eines Entleerzyklus während dem die in der Zentrifuge verbliebenen roten Blutkörperchen daraus entfernt und gesammelt werden, dient, und dass das System weiterhin aufweist

Mittel (40') zur Überwachung des Volumens des der Zentrifuge (110) zugeführten Vollbluts;

Mittel (3; 5), die das Volumen Vm des der Zentrifuge (110) zugeführten Vollbluts bestimmen, um ein vorbe stimmtes festgelegtes Volumen der Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge zu erzeugen;

Steuermittel (1) zur Beendigung des Füllzyklus' und darauffolgend der Einleitung des Entleerzyklus' der betätigt wird, wenn das überwachte Volumen des der Zentrifuge (110) eingespeisten Vollbluts gleich einem berechneten maximalen Füllvolumen Vf ist; und

automatisierte Mittel zur Berechnung des maximalen Füllvolumens Vf, die operativ den Steuermitteln (1), den Volumenüberwachungsmitteln (40') und den Mitteln (3; 5), die Vm bestimmen, zugeordnet sind und die eine empirisch vorher bestimmte Gleichung, in der Vm mit Vf in Beziehung steht, verwenden, wobei diese Gleichung in Versuchsplasmaabscheidungen ermittelt wird, wo Vf als Zentrifugenfüllvolumen gewählt wird, das sich in separiertem Plasma ergibt, welches einen gewünschten kumulativen Hämatokritwert oder einen gewünschten Plättchenertrag hat.

2. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die Vm bestimmen, eine Fühlereinrichtung (3) aufweisen, die in einer Position oberhalb oder auf der Schale (140) der Zentrifuge (110) ermittelt, wenn das Volumen der Packung der roten Blutkörperchen ein vorbestimmtes festes Volumen erreicht.

3. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinrichtung (3) ein photoelektrischer Detektor für rote Blutkörperchen ist.

4. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die Vm ermitteln, eine halbautomatische Einrichtung sind, die einen Markierer (5) für rote Blutkörperchen enthalten und auf der Zentrifuge (110) positioniert sind, um einer Bedienperson des Systems visuell anzuzeigen, wenn das Packungsvolumen der roten Blutkörperchen ein vorbestimmtes, festgelegtes Volumen erreicht, wie es die Packung roter Blutkörperchen angibt, die den auf der Zentrifuge (110) positionierten Markierer (5) für rote Blutkörperchen erreicht.

5. Plasmaabscheidungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorherbestimmte Gleichung bei Versuchsplasmaabscheidungen ermittelt wird, wobei Vf als Zentrifugenfüllvolumen gewählt ist, das ein gewünschtes Maximum des kumulativen Hämatokritwerts oder einen gewünschten minimalen Plättchenertrag ergibt.

6. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichung derart bestimmt ist, dass Vf ein separiertes Plasma ergibt, dessen maximaler kumulativer Hämatokritwert etwa 5% hat.

7. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichung derart bestimmt ist, dass Vf ein separiertes Plasma ergibt, dessen maximaler kumulativer Plättchenertrag etwa 70% hat.

8. Plasmaabscheidungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllzyklus mehr als einen Plasmasammelzyklus für die Sammlung von Plasmaanteilen mit unterschiedlichem Plättchengehalt aufweist und dass außerdem Steuermittel (1) zur aufeinanderfolgenden Beendigung und Einleitung von Plasmasammelzyklen innerhalb des Füllzyklus' vorgesehen sind.

9. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 8, welches zum Sammeln eines plättchenarmen Plasmaanteils und eines plättchenreichen Plasmaanteils eingerichtet ist.

10. Plasmaabscheidungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Berechnung von Vf einen Mikroprozessor verwenden.

11. Plasmaabscheidungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Gleichung durch eine beste Anpassung an erste Daten abgeleitet wird, die in den Versuchsplasmaabscheidungen gesammelt werden.

12. Plasmaabscheidungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem Steuer- oder Regelmittel (2) zur Änderung der Drehzahl der Zentrifuge (110) aufweist, die betätigt werden, wenn das der Zentrifuge zugeführte überwachte Vollblutvolumen gleich einem berechneten Drehzahlreduktionsvolumen Vs ist.

13. Plasmaabscheidungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem die Zentrifuge (110) aufweist.

14. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (110) einen Stator (142) mit einer Ablenkplatte (144) enthält, und dass das System weiterhin automatisierte Mittel (1) zur Berechnung des Drehzahlreduktionsvolumens Vs aufweist, die operativ den Zentrifugendrehzahlsteuer-/-regelmitteln (2), den Vollblutvolumenüberwachungsmitteln (40') und den Mitteln (3; 5), die Vm bestimmen, zugeordnet sind und die eine empirisch vorbestimmte Gleichung, die Vm in Beziehung zu Vs setzt, verwenden, welche in Versuchsplasmaabscheidungen ermittelt wird, wobei Vs als Zentrifugenfüllvolumen gewählt wird, das kleiner ist als ein Füllvolumen, bei dem Schäumen der Packung roter Blutkörperchen auftritt.

15. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlreduktionsvolumen Vs so eingestellt wird, dass es kleiner als das Vollblutvolumen ist, das der Zentrifuge (110) zugeführt werden muss, um ein Volumen einer Packung roter Blutkörperchen zu erzeugen, das bis zur Ablenkplatte (144) in der Zentrifuge (110) reicht.

16. Plasmaabscheidungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlreduktionsvolumen Vs gleich Vm gesetzt ist.

17. Plasmaabscheidungssystem nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Gleichung, die Vm in Beziehung zu Vs setzt, durch bestmögliche Anpassung an die bei den Versuchsplasmaabscheidungen gesammelten Daten abgeleitet wird.

18. Plasmaabscheidungssystem nach einem der Ansprüche 11 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die bestmögliche Anpassung eine lineare Regression erster Ordnung ist.

19. Plasmaabscheidungssystem nach einem der Ansprüche 14-17 oder Anspruch 18, soweit dieser von Anspruch 17 abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Berechnung von Vs ein Mikroprozessor sind.

20. Verfahren zur Abscheidung eines Fluids in Anteilen unterschiedlicher Dichten in einer Zentrifuge (110), das folgende Schritte aufweist:

Einleitung eines Füllzyklus', der einen kontrollierten Strom des Fluids in die Zentrifuge (110) leitet; und

Sammlung eines ersten, leichteren Anteils des Fluids während des Füllzyklus;

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte:

kontinuierliche Überwachung des Volumens des in die Zentrifuge (110) geleiteten Fluids;

Ermittlung des der Zentrifuge eingespeisten Fluidvolumens Vm zur Erzeugung eines vorbestimmten, festgelegten Volumens eines verbleibenden Fluidanteils in der Zentrifuge;

Berechnen des Füllvolumens Vf des Fluids, welches im ersten Anteil einen gewünschten Gehalt des zweiten Anteils ergibt, basierend auf dem ermittelten Fluidvolumen Vm und einer empirisch vorbestimmten Gleichung, die Vm in Beziehung zu Vf setzt, und

Beenden des Füllzyklus', wenn das der Zentrifuge (110) eingespeiste überwachte Fluidvolumen gleich Vf ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Fluid Vollblut ist und der erste Anteil Blutplasma, der zweite Anteil Hämatokrit oder Plättchen und der restliche Fluidanteil eine Packung roter Blutkörperchen ist, zur Plasmaabscheidung aus dem Vollblut in einer Zentrifuge, um das Produktplasma mit dem gewünschten Hämatokritwert oder Plättchengehalt zu erzeugen, wobei dieses Verfahren für einen Betrieb mit sequentiellen Füll- und Entleerzyklen eingerichtet ist, bei denen während des Füllzyklus' das Vollblut der Zentrifuge eingespeist, das Produktplasma aus roten Blutkörperchen derart abgeschieden wird, dass die Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge gebildet und das Produktplasma gesammelt wird, und während des Entleerzyklus' die in der Zentrifuge verbliebenen roten Blutkörperchen entfernt und gesammelt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, das außerdem die genannten Füll- und Leerungszyklen aufweist.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die empirische Gleichung, die Vf in Beziehung zu Vm setzt, durch ein Verfahren ermittelt wird, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

empirisches Ermitteln einer Gleichung, die Vf in Beziehung zum Hämatokritvolumen HCti von Vollblut setzt;

empirisches Ermitteln einer Gleichung, die den Volumenwert Hcti in Beziehung zu Vm setzt; und

Ableitung der Vf in Beziehung zu Vm setzenden Gleichung aus den empirischen Gleichungen die Hcti in Beziehung zu Vm und Hcti in Beziehung zu Vf setzen.

24. Verfahren zur Bestimmung des Hämatokritwerts Hcti von Vollblut, das einem Plasmaabscheidungsprozess nach dem Verfahren von Anspruch 23 unterworfen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Einleitung eines gesteuerten oder geregelten Stroms von Vollblut in die Zentrifuge (110) und kontinuierliche Überwachung des Volumens des der Zentrifuge zugeführten Vollbluts;

Ermitteln des Vollblutvolumens Vm, das der Zentrifuge (110) zugeführt wurde, um ein vorbestimmtes festgelegtes Volumen einer Packung roter Blutkörperchen in der Zentrifuge zu erzeugen; und

Berechnen des Hämatokritwerts des Vollbluts, basierend auf dem ermittelten Volumen Vm und der empirisch ermittelten Gleichung, die Vm in Beziehung zu Hcti setzt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-24, dadurch gekennzeichnet, dass der Vm ermittelnde Schritt mit Hilfe einer automatisierten Volumenüberwachungseinrichtung (3), die eine Fühlereinrichtung aufweist, die über oder auf der Schale (140) der Zentrifuge (110) positioniert ist, ermittelt, wenn das Packungsvolumen der roten Blutkörperchen ein vorbestimmtes festgelegtes Volumen erreicht hat.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlervorrichtung ein photoelektrischer Detektor für rote Blutkörperchen ist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-24, dadurch gekennzeichnet, dass der Vm bestimmende Schritt eine visuelle Erkennung durch die das System bedienende Person aufweist, sobald das Packungsvolumen der roten Blutkörperchen ein vorbestimmtes festgelegtes Volumen erreicht, und zwar dadurch, dass die Packung roter Blutkörperchen eine Rote-Blutkörperchen-Markierung (5) an der Zentrifuge (110) erreicht.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-27, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Gleichung in Versuchsplasmaabscheidungen ermittelt wird, wobei Vf als Zentrifugenfüllvolumen gewählt wird, das sich in separiertem Plasma ergibt, welches einen gewünschten maximalen kumulativen Hämatokritwert oder einen gewünschten minimalen Plättchenertrag hat.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Gleichung durch beste Anpassung der Gleichung an Daten abgeleitet wird, die in den Versuchsplasmaabscheidungen gewonnen werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die beste Anpassung eine lineare Regression erster Ordnung ist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, welches das System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Abscheidung von Plasma aus Vollblut einsetzt.