DE3710217C2 - Einrichtung für eine Zentrifuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Zentrifugen zum Trennen der Bestandteile von Blut bekannt, welche einen auswechselbaren Kunststoff-Kanal enthalten, der in eine motorgetriebene Trommel einsetzbar ist. Diese Kanäle haben typischerweise am Anfang einen Einlaß zum Zuführen von Gesamtblut und am Ende getrennte Auslässe zur Entnahme der meisten getrennten Komponenten, wobei der Anfang und das Ende des Kanals nahe beieinander angeordnet, voneinander jedoch durch eine Kunststoffwand getrennt sind, die eine Mischung der zugeführten Flüssigkeit mit den Flüssigkeiten am Ende des Kanals verhindert. Beispielsweise ist aus der US 40 94 461 (DE 28 21 057 A1) ein Einstufen-Bluttrennkanal bekannt, der einen im wesentlichen konstanten Radius und am Anfang einen Gesamtblut-Einlaß hat, während alle getrennten Komponenten von einer Sammelkammer am Ende des Kanals abgezogen werden. Der Anfang und das Ende des Kanals sind durch eine Wand getrennt. In der Sammelkammer ist ein Damm hinter einem Auslaß für weiße Blutkörperchen und Blutblättchen angeordnet, der das Weiterfließen der interessierenden weißen Blutkörperchen und Blutplättchen verhindert, die schwereren roten Blutkörperchen und das leichtere Plasma jedoch weiterströmen läßt. An der anderen Seite des Dammes ist ein Grenzschichtpositionierungsauslaß vorgesehen, um die Position der Grenzschicht zwischen den roten Blutkörperchen und dem Plasma einzustellen und die Position der dünnen Schicht aus weißen Blutkörperchen und Blutplättchen am Auslaß für diese Bestandteile zu steuern, so daß eine effiziente Abtrennung der weißen Blutkörperchen und Blutplättchen gewährleistet ist.

Aus der US 43 86 730 ist ein Zweistufentrennkanal bekannt, der einen ersten Trennstufenteil mit konstantem Radius hat, in dem die abgetrennten roten Blutkörperchen längs der Außenwand zu einem Auslaß in der Nähe des Anfanges des Kanales zurückfließen und die Plättchen sowie das Plasma über den Erststufenteil hinaus durch einen Übergangsteil mit einer Außenwand, deren Radius abnimmt, in einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil mit zunehmendem Radius fließen, an dessen Ende sich ein Plasmaauslaß und ein Blutplättchenauslaß befinden. Auch hier sind wieder der Anfang und das Ende des Kanals voneinander durch eine Wand getrennt. Im Betrieb ist es erforderlich, die Grenzfläche zwischen den roten Blutkörperchen und den abgetrennten Plasma- und Blutplättchenbestandteilen am Übergangsteil zu halten, indem die Strömungsraten oder Durchsätze durch eine Bedienungsperson fortlaufend überwacht und gesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei einfachem Betrieb die Trennung verbessert, d. h. möglichst vollständige und unvermischte Entnahme der jeweils gewünschten Phasen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichne­ te Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Einrichtung eignet sich insbesondere zum Trennen der Bestandteile von Blut. Die Einrichtung kann zum Trennen roter Blutkörperchen, Blutplättchen und Plasma dienen, wobei sie keiner Einstellung beim Anfahren bedarf und sich während des Betriebes selbst regelt, so daß die Bedienungsperson nicht einzugreifen braucht, um die Grenzfläche zwischen den roten Blutkörperchen und dem Plasma einzustellen. Insbesondere wird eine hohe Ausbeute an Blutplättchen ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf eine Rotortrommel und einen auswechselbaren Trennkanal der Einrichtung.

Die dargestellte Zentrifuge 10 enthält eine Trommel 11, die um eine Achse 12 drehbar gelagert ist, und einen in einer Ausnehmung oder Nut 16 der Trommel 11 angeordneten Kanal 14 aus Kunststoff. Der Kanal 14 bildet eine kontinuierlich durchgehende Schleife und hat einen Einlaß 18 für das zu trennende Blut, einen Auslaß 20 für die Blutplättchen, einen Auslaß 22 für Blutplasma und einen Auslaß 26 für die roten und die weißen Blutkörperchen. Die roten und die weißen Blutkörperchen bilden zusammen eine schwere Phase, das leichtere Plasma bildet eine leichte Phase und die Blutplättchen, die eine mittlere Dichte haben, bilden eine mittlere Phase. Mit dem Grenzschichtpositionie­ rungsauslaß 24 und dem Auslaß 26 ist eine Röhre 25 bzw. 27 verbunden und diese Röhren sind an einer Verbindung 28 miteinander verbunden.

Der Kanal 14 enthält einen eine erste Trennstufe bildenden Teil 30 zwischen einem Kanalbereich 32 und einem Übergangsbereich 34 sowie einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil 36 zwischen dem Übergangsbereich 34 und dem Auslaß 22. Der Radius des die erste Trennstufe bildenden Teiles 30 nimmt vom Kanalbereich 32 zum Übergangsbereich 34 etwas ab. Der Übergangsbereich 34 hat einen scharf abnehmenden Radius und der Radiusbe­ reich seiner Außenwand enthält einen Radius, der die gleiche Größe wie der des Grenzschichtpositionierungsauslasses 24 hat.

Der die zweite Trennstufe bildende Teil 36 umfaßt einen Teil 38, der einen zunehmenden Querschnitt, eine Innenwand mit im wesentlilchen konstantem Radius sowie eine Außenwand mit zunehmendem Radius hat, welche an einer Plättchensammelausbuchtung 40 endet, in der sich das Ende einer Röhre 42 für die Blutplättchen befindet, welches den Auslaß 20 für die Blutplättchen bildet. Die Querschnittsfläche und der Radius des Restes des die zweite Trennstufe bildenden Teiles 36 nehmen von der Blättchensammelausbuchtung 40 zum Auslaß 22 für Blutplasma hin ab, der sich an der Stelle mit dem kleinsten Radius des ganzen Kanales 14 befindet.

Der Kanalbereich 32 hat eine Innenwand mit einem Radius, der größer ist als der Radius des Kanales 14 auf seinen beiden Seiten.

Hierdurch wird ein Bereich gebildet, der sich vollständig mit abgetrennter schwerer Phase füllen kann, bei dem vorliegenden Beispiel mit roten und weißen Blutkörperchen, wodurch verhindert wird, daß die leichtere Phase, hier eine Kombination aus Plasma und Blutplättchen auf der linken Seite und Plasma auf der rechten Seite, vorbeifließen können. Der Kanalbereich 32 enthält einen Dammteil 44, der von der Innenwand des Kanalbereiches 32 abrupt radial nach außen vorspringt.

Die Röhren, die an den Einlaß 18, die Auslässe 20 und 22 sowie die Verbindung 28 angeschlossen sind, führen zu einer dichtungslosen Mehrkanal-Drehverbindungsanordnung.

Wenn die Zentrifuge 10 für einen neuen Patienten in Benutzung genommen werden soll, werden ein neuer auswechselbarer Kanal 14 und die zugehörigen Röhren in die Trommel 11 eingesetzt. Zur Vorbereitung wird durch den Einlaß 18 eine Salzlösung eingeführt, während die Zentrifuge 10 mit einer relativ niedrigen Drehzahl läuft. Wenn die Salzlösung den Kanal 14 füllt, wird die Luft radial nach innen gedrückt und durch den Auslaß 22 für das Plasma entfernt. Es werden alle Luftblasen entfernt, da alle Teile des Kanals 14 radial weiter außen liegen als der Auslaß 22.

Nachdem die ganze Luft entfernt worden ist, wird die Trommeldreh­ zahl auf die Betriebsdrehzahl erhöht und Blut wird durch den Einlaß 18 in den Kanal 14 eingeführt. Anfänglich wird der ganze Ausfluß über den Auslaß 22 entnommen, so daß die Salzlösung entfernt und verworfen werden kann. Nach der Verarbeitung eines bestimmten Volumens an Blut wird die ganze Salzlösung entfernt sein, und die Ausströmungsrate des Plasmas durch den Auslaß 22 wird dann verringert. Diese Strömung wird aufrechterhalten, um zu gewährleisten, daß etwaige Luft oder Flüssigkeit niedriger Dichte, die in den Kanal 14 gelangt, sofort entfernt wird. Die Strömung in den Einlaß 18 kann beispielsweise etwa 30 ml/min. betragen, die Strömung durch den Auslaß 20 für die Blutplättchen etwa 2 oder 3 ml/min.; die Strömung durch die Verbindung 28 etwa 15 ml/min. wovon etwa 2/3 vom Auslaß 26 für die Blutkörperchen stammt, und der Rest strömt durch den Auslaß 22 ab. Das System bleibt während der ganzen verblei­ benden Verarbeitung automatisch stabil.

Im Gleichgewichtszustand tritt Blut über den Einlaß 18 ein; die Blutplättchen werden über den Auslaß 20 entnommen; das Plasma über den Auslaß 22 und die roten sowie die weißen Blutkörperchen über den Auslaß 26; rote und weiße Blutkörperchen sowie Plasma strömen alternierend durch den Auslaß 24 ab, um die radiale Position der Grenzfläche zwischen den roten und den weißen Blutkörperchen einerseits und dem Plasma andererseits zu stabilisieren.

Die Dichte des Blutes, das durch den Einlaß 18 in den ersten Teil 30 eingeführt wird, ist niedriger als die mittlere Dichte der Blutbestandteile im Bereich des Einlasses 18, so daß das ankommen­ de Blut im Uhrzeigersinne in Richtung des kleineren Radius strömt. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft setzen sich die roten Blutkörperchen und die weißen Blutkörperchen infolge ihrer größeren Dichte radial nach außen ab. Während sie dies tun, nimmt die mittlere Dichte zu, so daß die Strömung in Uhrzeiger­ richtung dieser Fraktion abnimmt und schließlich zum Stillstand kommt. Die gepackten roten und weißen Blutkörperchen fließen dann im Gegenuhrzeigersinne längs der äußeren Wand des Teiles 30 zum Kanalbereich 32, wo sie durch den Auslaß 26 entnommen werden. Die Blutbestandteile, die im Teil 30 nach dem Abtrennen der roten und der weißen Blutkörperchen verbleiben, sind die Blutplättchen und das Blutplasma. Diese Mischung fließt im Uhrzeigersinne weiter und über den Übergangsbereich 34 in den die zweite Trennstufe bildenden Teil 36. Der abnehmende Radius der äußeren Wand des Übergangsbereich 34 wirkt als Damm, der es nur der Mischung aus Plasma und Blutplättchen gestattet, in den die zweite Trennstufe bildenden Teil 36 zu strömen. Die Grenzfläche zwischen den gepackten roten und weißen Blutkör­ perchen und der abgetrennten Mischung aus Blutplättchen und Blutplasma wird durch den Grenzschichtpositionierungsauslaß 24 bei einem Radius innerhalb des Radiusbereiches der Außenwand des Übergangsteiles 34 gehalten.

In dem die zweite Trennstufe bildenden Teil 36 wird die Mischung aus Blutplättchen und Blutplasma für längere Zeit einer hohen Zentrifugalkraft ausgesetzt, so daß sich die Blutplätt­ chen radial nach außen absetzen und schließlich die Außenwand erreichen. Die Blutplättchen, die beim Eintritt in den die zweite Trennstufe bildenden Teil 36 in der Nähe der Außenwand anfangen, bewegen sich im Uhrzeigersinne längs der Außenwand in die Plättchensammelausbuchtung 40. Diejenigen, die sich näher bei der Innenwand befinden, setzen sich in dem Bereich abnehmenden Querschnittes des Teiles 36 fortlaufend radial nach außen ab, bis sie die Außenwand der Kammer erreichen und dann ihre Strömungsrichtung umkehren und im Gegenuhrzeigersinne entlang der Außenwand nach unten zur Plättchensammelausbuchtung 40 gleiten, um von dort entfernt zu werden. Das verbleibende Plasma, in dem die Blutplättchenkonzentration sehr gering ist, fließt im Uhrzeigersinne weiter. Ein Teil des Plasmas wird durch den Auslaß 22 entfernt und das restliche Plasma strömt durch den Grenzschichtpositionierungsauslaß 24 ab.

Die Grenzschicht, die gesteuert werden muß, ist die Grenzschicht zwischen den gepackten roten und weißen Blutkörperchen und der Mischung aus den Blutplättchen und dem Plasma im Übergangsbereich 34, und zwar um die folgenden beiden Ziele zu erreichen:

Erstens soll diese Grenzschicht sich nicht zu weit radial nach innen bewegen, da sonst die gepackten roten und weißen Blutkörperchen überlaufen und sich in der Blutplättchensammelausbuchtung 40 ansammeln würden, zweitens soll die Grenzschicht sich nicht zu weit radial nach außen bewegen, da die Plättchen sonst vom zugeführten Blut in dem die erste Trennstufe bildenden Teil 30 abgetrennt würden und nicht in den die zweite Trennstufe bildenden Teil 36 zur Sammlung in der Ausbuchtung 40 gelangen könnten. Im Idealfalle sollte man den Grenzschichtpositionie­ rungsauslaß 24 längs des Kanales 14 bei der Stelle anordnen, wo die Grenzschicht zu steuern ist. Da jedoch durch den Grenz­ schichtpositionierungsauslaß 24 sowohl Plasma als auch rote und weiße Blutkörperchen entfernt werden, wenn er in der Nähe des Übergangsbereiches 34 angeordnet wäre, würde durch den Grenzschichtpositionierungsauslaß 24 Plasma abströmen, das reich an Blutplättchen ist, wodurch die Effizienz der Einrichtung leiden würde. Dadurch, daß der Grenzschichtpositio­ nierungsauslaß 24 an einem Punkt angeordnet wird, der beträchtlich von der zu steuernden Grenzschicht beim Übergangsbe­ reich 34 entfernt ist, kann Plasma, in dem die Konzentra­ tion an Blutplättchen sehr niedrig ist, zur Regelung der Grenzfläche verwendet werden. Der relativ große Abstand des Grenzschichtpositionierungsauslasses 24 vom Übergangsbe­ reich (34) hat zwar eine nicht ganz so exakte Positionierung der zu steuernden Grenzschicht zur Folge, es hat sich jedoch gezeigt, daß die radiale Position, die die Grenzfläche einnimmt, in einen Bereich fällt, der ein gutes Arbeiten ohne wesentlichen Verlust an Blutplättchen gewährleistet.

Claims (11)

1. Einrichtung für eine Zentrifuge zum Trennen einer schweren Phase von einer leichten Phase in einer rotierenden Trommel, mit einem Kanal (14), einem Einlaß (18), mindestens einem ersten Auslaß (26) und einem in Längsrichtung des Kanals (14) vom Einlaß (18) beabstandeten Dammteil (44), der ein Hindernis für eine der Phasen bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) eine kontinuierlich durchgehende Schleife bildet, um in dem Kanal (14) einen Flüssigkeitsstrom in beiden Richtungen zu erlauben, daß in einer ersten Richtung bezüglich des Einlaß (18) ein Übergangsbereich (34) mit einem mit zunehmender Entfernung vom Einlaß (18) abnehmenden Radius vorgesehen ist, und daß der Dammteil (44) in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung bezüglich des Einlasses (18) vorgesehen ist und einen größeren Radius hat als der zwischen dem Übergangsbereich (34) und dem Dammteil (44) liegende Bereich, so daß sich ein Kanalbereich (32) für eine schwere Phase ergibt, der sich vollständig mit abgetrennter schwerer Phases füllen kann und dann die abgetrennte leichte Phase am Vorbeifließen hindert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 zum zusätzlichen Abtrennen einer mittleren Phase, gekennzeichnet durch einen Auslaß (20), für diese Phase, der sich an einer anderen radialen Position befindet als der erste Auslaß (26).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) einen eine erste Trennstufe bildenden Teil (30) zum Abtrennen einer der genannten Phasen von den anderen beiden Phasen sowie einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil (36) enthält, der an einem Ende mit einem Ende des die erste Trennstufe bildenden Teiles (30) in Verbindung steht und zum Trennen der anderen beiden Phasen dient, daß sich der Dammteil (44) zwischen dem anderen Ende des die erste Trennstufe bildenden Teiles (30) und dem anderen Ende des die zweite Trennstufe bildenden Teiles (36) befindet, und daß sich der Einlaß (18) des Kanales (14) zwischen den Enden des die erste Trennstufe bildenden Teiles (30) befindet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (34) des Kanals (14) sich zwischen den die erste und die zweite Trennstufe bildenden Teilen (30, 36) befindet und seine Außenwand an einer Stelle den Radius einer Phasengrenzfläche hat.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenwandradius des Übergangsbereiches (34) von dem die erste Trennstufe bildenden Teil (30) zu dem die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) abnimmt; daß sich der zur Entnahme der schweren Phase dienende erste Auslaß (26) in einem Bereich befindet, der zu dem die erste Trennstufe bildenden Teil (30) und den Dammbereich (44) enthält; daß ein zur Entfernung der leichten Phase dienender zweiter Auslaß (22) sich in dem die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) bei einem Radius befindet, der kleiner ist als der des ersten Auslasses (26); daß ein dritter Auslaß (20) zur Entfernung der mittleren Phase in dem die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) vorgesehen ist; und daß eine Grenzschichtsteuervorrichtung zur Steuerung der Grenzschicht zwischen der leichten Phase und der schweren Phase an einer Stelle längs des Kanals (14) vorgesehen ist, die sich an der dem Übergangsteil (34) abgewandten Seite des Dammteiles (44) befindet, um die innere Grenze der schweren Phase innerhalb des Außenwandradiusbereiches des Übergangsbereiches (34) zu halten.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschichtsteuervorrichtung einen Grenzschichtpositionierungsauslaß (24) enthält, der sich an einem Radius innerhalb des Außengwandradiusbereiches des Übergangsbereiches (34) befindet und so geformt ist, daß sich für die leichte Phase eine andere Strömungsrate ergibt als für die schwere Phase.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des zweiten Auslasses (22) der kürzeste Radius des Kanales (14) ist, so daß Luft, die etwa im Kanal (14) vorhanden ist, zu diesem Auslaß (22) wandert und durch ihn entfernt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die zweite Trennstufe bildende Teil (36) eine Außenwand hat, deren Radius von dem Übergangsbereich (34) zum dritten Auslaß (20) hin zunimmt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des die zweite Trennstufe bildenden Teiles (36) vom Übergangsteil (34) zum dritten Auslaß (20) hin zunimmt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des die zweite Trennstufe bildenden Teils (36) an der anderen Seite des dritten Auslasses (20) abnimmt.

11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Grenzschichtpositionierungsauslaß (24) eine Röhre (25) verbunden ist, daß mit dem ersten Auslaß (26) eine Röhre (27) verbunden ist, und daß diese beiden Röhren (25, 27) miteinander verbunden sind.