DE3710217A1 - Einrichtung fuer eine zentrifuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere eine Einrichtung für einen Zentrifugal-Separator.

Es sind Zentrifugen oder Zentrifugal-Separatoren 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 Auslaß 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.

Aus der US-PS 40 94 461 (Kellogg et al.) ist beispielsweise 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 interessieren­ den 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-PS 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 Plasmaaus­ laß 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 Blutplätt­ chenbestandteilen am Übergangsteil zu halten, indem die Strömungsra­ ten oder Durchsätze durch eine Bedienungsperson fortlaufend überwacht und gesteuert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der obengenannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Betrieb vereinfacht und die Effektivität der Trennung verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichne­ te Erfindung gelöst.

Es wurde festgestellt, daß eine Zentrifuge (Zentrifugal-Separator) zum Trennen einer schweren Phase von einer leichten Phase dadurch verbessert werden kann, daß man einen Trennkanal vorsieht, der die Form einer kontinuierlichen Schleife oder eines kontinuier­ lichen Ringes hat und bei dem das Strömen der leichten Phase von einem Teil zu einem anderen durch einen Dammteil verhindert wird, welcher einen Innenwandradius aufweist, der größer ist als der der benachbarten Teile, so daß die schwere Phase den Kanal dort vollständig aufüllt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Separator ein zweistu­ figer Blutseparator zum Trennen roter Blutkörperchen, Blutplätt­ chen und Plasma, und ein Zwischenschichtpositionierungsauslaß ist an der Seite des Dammteiles vorgesehen, die einem Übergangsteil zwischen den Teilen, die die erste bzw. zweite Trennstufe bilden, entgegengesetzt ist; ferner kann ein Plasmaauslaß an einer am weitesten innen gelegenen Stelle des Kanals vorgesehen sein, wodurch Luft, die etwa im Kanal vorhanden ist, entfernt wird; der Radius der Außenwand und die Querschnittsfläche des die zweite Trennstufe bildenden Teiles des Kanales können vom Übergangs­ teil zu einem Plättchensammelauslaß hin zunehmen. Ein solcher Separator benötigt keine Einstellung beim Anfahren, und er regelt sich während des Betriebs selbst, so daß die Bedienungsper­ son nicht einzugreifen braucht, um die Grenzfläche zwischen den roten Blutkörperchen und dem Plasma einzustellen; außerdem liefert der Separator eine hohe Ausbeute an Blutplättchen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf eine Rotortrommel und einen auswechselbaren Trennkanal eines Zentrifugen-Separators gemäß der Erfindung.

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 kontinuierliche Schleife oder einen kontinuierlichen Ring und hat einen Gesamtblut­ einlaß (18), einen Blutplättchensammelauslaß (20), einen Plasmaaus­ laß (22) 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 Blutkörperchenauslaß (26) ist ein Röhrchen (25) bzw. (27) verbunden und diese Röhrchen sind an einer Verbindung (28) miteinander verbunden.

Der Kanal (14) enthält einen eine erste Trennstufe bildenden Teil (30) zwischen einem Dammteil (32) und einem Übergangsteil (34) sowie einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil (36) zwischen dem Übergangsteil (34) und dem Plasmaauslaß (22). Der Radius des die erste Trennstufe bildenden Teiles (30) nimmt vom Dammteil (32) zum Übergangsteil (34) etwas ab. Der Übergangs­ teil (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 eines Röhrchens (42) für die Blutplättchen befindet, welches den Blutplättchensammelauslaß (20) bildet. Die Querschnittsfläche und der Radius des Restes des die zweite Trennstufe bildenden Teiles (36) nehmen von der Plasmasammelausbuchtung (40) zum Plasmaauslaß (22) hin ab, der sich an der Stelle mit dem kleinsten Radius des ganzen Kanales (14) befindet.

Der Dammteil (32) hat eine Innenwand mit einem Radius, der größer ist als der Radius des Kanales 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 Dammbereich oder Dammteil (32) enthält einen Damm (44), der von der Innenwand des Dammteiles (32) abrupt radial nach außen vorspringt.

Die Röhrchen, die an den Einlaß (18), die Auslässe (20) und (22) sowie die Verbindung (28) angeschlossen sind, führen zu einer dichtungslosen Mehrkanal-Drehverbindungsanordnung (nicht dargestellt) wie sie beispielsweise aus der US-PS 41 46 172 be­ kannt ist.

ARBElTWEISE: Wenn die Zentrifuge für einen neuen Patienten in Benutzung genommen werden soll, wird ein neuer auswechselbarer Kanal (14) und die zugehörigen Röhrchen in die Rotor-Trommel (11) eingesetzt. Zur Vorbereitung wird durch den Einlaß (18) eine Salzlösung eingeführt, während die Zentrifugen-Trommel (10) mit einer relativ niedrigen Drehzahl läuft. Wenn die Salzlösung den Kanal (14) füllt, wird die Luft radial nach innen gedrückt und durch den Plasmaauslaß (22) entfernt. Es werden alle Luftblasen entfernt, da alle Teile des Kanals (14) radial weiter außen liegen als der Plasmaauslaß (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 Plasmaauslaß (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 Plasmaauslaß (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 Blutplättchenauslaß (20) etwa 2 oder 3 ml/min.; die Strömung durch die Verbindung (28) etwa 15 ml/min. (wovon etwa 2/3 vom Blutkörperchenauslaß (26) stammt), und der Rest strömt durch den Auslaß (22) ab. Das System bleibt während der ganzen verblei­ benden Verarbeitung automatisch stabil.

Im Gleichgewichtszustand tritt Gesamtblut 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 Trennstufenteil (30) eingeführt wird, ist niedriger als die mittlere Dichte 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 Dammteil (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 Übergangsteil (34) in den die zweite Trennstufe bildenden Teil (36). Der abnehmende Radius der äußeren Wand des Übergangsteiles (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 abgetennten 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 (36) bildenden Teil 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 Plasmasammelausbuchtung (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 (14) 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 Übergangsteil (34), und zwar um die folgenden beiden Ziele zu erreichen:

• 1) Diese Grenzschicht soll 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 und
• 2) die Grenzschicht soll 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 längs des Kanales bei der Stelle anordnen, wo die Grenzschicht zu steuern ist. Da jedoch durch den Grenz­ schichtpositionierungsauslaß sowohl Plasma als auch rote und weiße Blutkörperchen entfernt werden, wenn er in der Nähe des Übergangsteiles (34) angeordnet wäre, würde durch den Grenzschichtpositionierungsauslaß 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.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich selbstverständ­ lich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims (11)

1. Einrichtung für eine Zentrifuge zum Trennen einer schweren von einer leichten Phase in einer rotierenden Trommel, mit einem Kanal, der einen Einlaß (18) sowie mindestens einen ersten Auslaß (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) die Form eines kontinuierlichen Ringes hat und einen in seiner Längsrichtung im Abstand vom Einlaß (18) angeordneten Dammteil (44) aufweist, der einen größeren Innenradius hat als die benachbarten Teile, so daß sich ein Dammbereich (32) für die schwere Phase ergibt, der sich vollständig mit abgetrennter schwerer Phase 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 weiteren Auslaß (20), der sich an einer anderen radialen Position befindet als der erste Auslaß (26).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal 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), 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, enthält und 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 Kanal (14) zwischen dem die erste und dem die zweite Trennstu­ fe bildenden Teil (30, 36) einen Übergangsteil (34) aufweist, der eine Übergangswand enthält, die sich über einen Bereich von Radien einschließlich eines Radius an einer Phasengrenzfläche erstreckt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangswand eine Außenwand mit einem Radius ist, der 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 den die erste Trennstufe bildenden Teil (30) und den Dammbereich (32) umfaßt; daß der zur Entfernung der leichten Phase dienende zweite Auslaß (22) sich in dem die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) bei einem Radius, der kleiner ist als der des ersten Auslasses (26), befindet; daß ein dritter Auslaß (20) zur Entfernung der mittleren Phase in dem die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) vorgesehen ist und daß außerdem eine Grenzschichtvorrichtung (24) zur Steuerung der Grenzschicht zwischen der leichten Phase und der schweren Phase an einer Stelle längs des Kanals vorgesehen ist, die sich an der dem Übergangsteil (34) abgewandten Seite des Dammteiles (34) befindet, um die innere Grenze der schweren Phase innerhalb des genannten Radiusbereiches zu halten.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschichtvorrichtung einen Grenzschichtpositionierungsauslaß enthält, der sich bei einem Radius innerhalb des genannten Bereiches 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 ist, so daß Luft, die etwa im Kanal vorhanden ist, zu diesem Auslaß 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 Übergangsteil (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.