Многоэлементный процессор обработки крови с последовательно центрируемыми камерами

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство содержит ротор центрифуги, приспособленный для вращения вокруг оси вращения, разделительную ячейку на роторе, которая приспособлена для приема разделительного мешка, содержащего объем крови. Разделительный мешок имеет соединение с комплектом мешков. Комплект содержит мешок для компонентов и вспомогательный мешок. Разделительная ячейка расположена радиально снаружи от оси вращения в области с большой центробежной силой. Полость на роторе для помещения мешка для компонентов расположена радиально снаружи от оси вращения и радиально внутри от разделительной ячейки в области с промежуточной центробежной силой. Множество клапанов приспособлено для взаимодействия с трубками, соединяющими мешки. Углубление на роторе для вспомогательного мешка расположено радиально снаружи от оси вращения и радиально внутри относительно полости в области с низкой центробежной силой относительно положения полости. Раскрыт способ использования устройства. Изобретения обеспечивают возможность обработки множества проб крови. 2 н. и 13 з.п.ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу разделения по меньшей мере двух дискретных объемов крови на по меньшей мере два компонента каждый.

Предпосылки к созданию изобретения

Устройство и способ согласно изобретению особенно пригодны для разделения биологических жидкостей (текучих сред), содержащих водный компонент и один или более клеточных компонентов. Потенциальные области использования изобретения включают в себя: извлечение плазменного компонента и клеточного компонента (включая тромбоциты, белые кровяные тельца и красные кровяные тельца) из общего объема крови. Такие компоненты, как отмытые красные кровяные тельца, могут быть также отфильтрованы таким образом, чтобы удалить из красных кровяных клеток остаточные прионы, белые кровяные тельца или тромбоциты.

Устройство для обработки компонентов крови, которое может обрабатывать одновременно по меньшей мере два дискретных объема композитной жидкости, в частности два неравных объема, в которых содержание различных компонентов композитной жидкости может варьироваться от одного дискретного объема до другого, известно из патента США № 7674221. В нем описан способ разделения по меньшей мере двух дискретных объемов композитной жидкости на по меньшей мере первый компонент и второй компонент. Способ содержит по меньшей мере два разделительных мешка, содержащих два дискретных объема композитной жидкости в разделительных ячейках, установленных на роторе; содержание в по меньшей мере одном контейнере на роторе по меньшей мере двух мешков с первым компонентом, соединенных с по меньшей мере двумя разделительными мешками соответственно; разделение по меньшей мере первого и второго компонентов в каждом разделительном мешке; передачу по меньшей мере одной фракции первого отделенного компонента в мешок с компонентом; определение характеристик компонента при размещении в каждом разделительном мешке; и прекращение передачи фракции первого компонента после определения характеристик компонента первого компонента при первом определенном размещении.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение содержит усовершенствования центробежного устройства разделения крови, способного обрабатывать одновременно множество проб крови. Усовершенствования включают в себя по меньшей мере три камеры для размещения мешков из комплекта мешков и труб, причем камеры последовательно центрируются вокруг оси вращения центрифуги, так что первая камера наиболее удалена от оси, вторая камера находится в промежуточном положении относительно оси и третья камера расположена ближе всего к оси вращения. Третья камера может быть углублением на роторе центрифуги возле оси вращения, предназначенным для приема относительно редкого компонента крови, такого как мезенхимальные стволовые клетки (МСК), или другого компонента, или для приема текучей среды, которая может быть использована много раз, такой как промывочный раствор. Углубление расположено так, что мешок для обработки помещается в области с относительно большой силой в поле центробежных сил, создаваемых вращением ротора, в то время как мешки с компонентами помещаются в области с меньшей силой, а малый мешок, помещенный в углублении, должен находиться в области с наименьшей силой. По причине размещения мешка в областях поля центробежных сил с высокой, промежуточной и низкой силой будет наблюдаться тенденция к скапливанию воздуха в малом мешке в углублении. Кроме того, более короткая линия или труба может использоваться для соединения малого мешка со всем комплектом мешков. Три зоны размещения способствуют упрощению комплекта мешков и облегчают процесс загрузки комплекта мешков в ротор.

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство для разделения по меньшей мере двух дискретных объемов композитной жидкости на по меньшей мере первый компонент и второй компонент, причем устройство содержит центрифугу, имеющую ротор с осью вращения, по меньшей мере две разделительные ячейки, установленные на роторе, причем каждая ячейка приспособлена для приема разделительного мешка, содержащего объем композитной жидкости, такой как кровь; и по меньшей мере один датчик, связанный с каждой разделительной ячейкой для выдачи информации, относящейся к характеристикам компонента, отделенного в разделительном мешке внутри разделительной ячейки; и блок управления, запрограммированный на прием информации, выдаваемой по меньшей мере одним датчиком, связанным с каждой разделительной ячейкой; и на контроль скорости вращения исходя из информации, выдаваемой одним из по меньшей мере одного датчика, связанного с каждой из по меньшей мере двух разделительных ячеек. Устройство приспособлено для применения одноразового комплекта соединенных трубками мешков. Одноразовый комплект предпочтительно содержит первичный мешок, первоначально содержащий всю кровь, соединенный по текучей среде с по меньшей мере одним мешком для компонента (предпочтительно двумя мешками), предназначенным для приема компонентов крови, таких как плазма или тромбоциты. Возможно применение также мешка для отходов. Одноразовый комплект может также содержать мешок для сбора красных кровяных телец, соединенный по текучей среде с первичным мешком через фильтр.

Устройство содержит множество клапанов, связанных с каждой разделительной ячейкой. Клапаны содержат по меньшей мере один клапан, приспособленный для контроля потока текучей среды в по меньшей мере один мешок для компонентов, более предпочтительно два клапана, где предусмотрены два мешка для компонентов, причем каждый клапан для компонентов связан с мешком для компонентов. Клапаны могут также содержать сбрасывающий клапан для контроля сброса использованного промывочного раствора в мешок для сброса промывочного раствора. Клапаны согласно изобретению содержат вращающуюся головку, установленную на валу, которая занимает положение «загрузки», которое позволяет быстро и надежно вставить трубку из одноразового комплекта в нужное место ротора. Головка поворачивается в «открытое» положение, которое сохраняет трубку в нужном месте, но при котором в трубке сохраняется открытый просвет, так что кровь или компонент крови может протекать через трубку. Головка может также время от времени переводиться в «закрытое» положение. Когда головка находится в закрытом положении, кровь или компоненты крови не могут протекать через трубку. Головка может также передавать в трубку высокочастотную энергию для того, чтобы герметизировать и отделять трубку. Клапанное устройство содержит средство для сохранения постоянного давления в трубе и контакта с трубкой, поскольку трубка расплавлена и герметизирована. Средство постоянного давления может содержать предварительно нагруженную пружину или сходную структуру, такую как предварительно нагруженный пневматический исполнительный механизм. Клапан может механическим или электрическим путем отсоединять вал и головку от шагового двигателя во время высокочастотного плавления (RF), герметизирующего трубку.

Одноразовый комплект содержит асимметричное соединение, соединяющее множество трубок комплекта мешков. Асимметричное соединение может быть установлено на роторе (который несет на себе клапаны) только с одной ориентацией. Такое действие помещает трубки одноразового комплекта рядом с подходящими клапанами. Комплект мешков может быть быстро и четко установлен на устройстве с меньшей вероятностью ошибки оператора.

Далее в центральной части ротора, рядом с клапанами может быть предусмотрено углубление. Углубление предназначено для приема мешка с компонентом крови или с отработанным продуктом. Мешок, будучи помещен рядом с осью вращения ротора устройства, может быть опорожнен в другие мешки комплекта один или более раз. Например, промывочная жидкость может быть использована много раз для уменьшения присутствия нежелательных видов клеток или других частиц в собранном компоненте крови.

Углубление может быть расположено так, что мешок для обработки помещается в области с относительно большой силой в поле центробежных сил, создаваемых вращением ротора, в то время как мешки с компонентами помещаются в области с меньшей силой, а малый мешок, помещенный в углубление, должен находиться в области с наименьшей силой или в области с низкой силой. Воздух будет стремиться скапливаться в малом мешке в углублении, и более короткая линия или трубка может быть использована для соединения малого мешка со всем комплектом мешков. Три зоны размещения способствуют упрощению комплекта мешков и облегчают процесс загрузки комплекта мешков в ротор.

Другие признаки устройства включают в себя блок управления, запрограммированный на приведение ротора во вращение при скорости осаждения для разделения по меньшей мере двух компонентов в по меньшей мере двух первичных или разделительных мешках, содержащихся в по меньшей мере двух разделительных ячейках соответственно; создание по меньшей мере одного клапана, связанного с каждой разделительной ячейкой для того, чтобы допустить протекание текучей среды между каждым разделительным мешком и мешком для компонентов, соединенным с ним; создание средства передачи компонентов, предназначенное для передачи по меньшей мере части отделенного компонента из каждого из по меньшей мере двух разделительных мешков в мешок для компонентов, соединенный с ним; и обеспечение по меньшей мере одного клапана, связанного с каждой разделительной ячейкой для блокирования протекания текучей среды между разделительным мешком, находящимся в разделительной ячейке, и мешком для компонентов, соединенным с ним, когда датчик, связанный с разделительной ячейкой, определяет характеристики отделенного компонента. Блок управления может также замедлить ротор, вызывая отвод гидравлической текучей среды от полостей, прилегающих к первичным мешкам, и открытые промывочные клапаны допускают таким образом протекание промывочного раствора в первичный мешок. Затем блок управления вызывает отвод от полостей дополнительной гидравлической текучей среды, так что в первичном мешке создается свободная поверхность текучей среды. Блок управления может вызвать колебание ротора, взбалтывая таким образом остаточный компонент крови и промывочный раствор в первичном мешке, и затем заставляет ротор вращаться со скоростью осаждения для разделения остаточного компонента крови и промывочного раствора. Блок управления вызывает открывание клапана слива промывочного раствора, позволяя использованному промывочному раствору вытекать в мешок для слива промывочного раствора. Остаточный компонент крови может быть промыт множество раз, снижая таким образом уровень клеточного компонента или других компонентов, таких как прионы, до приемлемого по медицинским показателям уровня.

Другие признаки и преимущества изобретения будут выявлены из следующего описания и прилагаемых чертежей, которые должны рассматривается как приведенные только в качестве примера.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан схематичный вид первого комплекта мешков, предназначенных для взаимодействия с разделительным устройством;

на фиг.2 показан схематичный вид, частично в поперечном разрезе вдоль диаметральной плоскости, первого варианта реализации разделительного устройства;

на фиг.3 показан вид сверху в плане разделительного устройства на фиг.2, демонстрирующий по меньшей мере часть комплекта мешков, установленных на нем, показывающий асимметричный трубопровод;

на фиг.4 показан перспективный вид остова и комплекта мешков согласно фиг.3;

на фиг.5 показан перспективный вид клапана;

на фиг.6 показан перспективный вид клапана с фиг.5 со снятым кожухом;

на фиг.7 показан вид клапана с фиг.5 в разрезе, выполненном по линии 7-7;

на фиг.8 показан вид в плане клапана с фиг.5.

Описание варианта реализации

Для ясности изобретение будет описано относительно конкретного использования, а именно: разделения всей крови по меньшей мере на два компонента, в частности на компонент плазмы и компонент красных кровяных телец, или на компонент плазмы, компонент тромбоцитов и компонент красных кровяных телец. Дискретный объем, упомянутый далее, будет обычно объемом крови, полученной у донора. Объем полученной крови может варьироваться от одного донора до другого (например, в Соединенных Штатах 500 мл плюс или минус 10%). Известно также, что доля компонентов крови обычно варьируется от одного донора до другого. В частности, гематокрит донора, который является отношением объема красных кровяных телец к объему всего изучаемого образца крови, варьируется от одного лица до другого. Иными словами, плотность крови может несколько варьироваться от одного донора до другого. Следует понимать, однако, что эта конкретная область применения служит только примером.

На фиг.1 показан пример комплекта из 10 мешков, приспособленного для использования для разделения композитной жидкости (например, цельной крови) на по меньшей мере один компонент (например, плазму, тромбоциты или и то, и другое) и второй компонент (например, красные кровяные тельца). Этот комплект мешков содержит гибкий первичный разделительный мешок 12 и два соединенных с ним гибких мешка 14, 16 для компонентов.

Когда композитной жидкостью является цельная кровь, разделительный мешок 12 имеет два назначения и последовательно используется как накопительный мешок и как разделительный мешок. Он предназначен для первоначального приема определенного объема цельной крови от донора (обычно около 500 мл) и последующего использования в качестве разделительной камеры в разделительном устройстве. Разделительный мешок 12 является плоским и в общем прямоугольным. Он выполнен из двух листов пластика, сваренных между собой так, чтобы ограничивать внутреннее пространство, имеющее главную прямоугольную часть, соединенную с треугольной ближней частью. Первая трубка 18 соединяется с ближним концом треугольной части, и вторая трубка 20 и третья трубка 22 соединяются с противоположных сторон относительно первой трубки 18. Ближние концы трех трубок 18, 20, 22 вставлены между двух листов пластика параллельно друг другу. Разделительный мешок 12 содержит также отверстие 24 в каждом из его ближних углов, которые прилегают к трем трубам 18, 20, 22. Отверстия 24 могут быть использованы для крепления разделительного мешка к разделительной ячейке на центробежном устройстве разделения крови.

Разделительный мешок первоначально содержит объем антикоагулирующего раствора (обычно около 63 мл раствора цитрат фосфат декстрозы для порции крови объемом около 450 мл). Первая и третья трубки 18, 22 снабжены на их ближних концах соответственно ломкими ограничителями 26, 28, блокирующими прохождение через них жидкости. Ломкий ограничитель иногда называют «хрупким». Вторая трубка 20 является накопительной трубкой, имеющей иглу 30, соединенную с ее дальним концом. В начале отбора крови иглу 30 вводят в вену донора, и кровь поступает в разделительный мешок 12. После сбора в разделительном мешке 12 нужного объема накопительную трубку 20 герметизируют и обрезают, отделяя иглу от комплекта мешков 10. С другой стороны, ранее собранная кровь может быть передана в разделительный мешок 12 через накопительную трубку 20 с использованием иглы 30 или без нее.

Первый мешок для компонентов 14 предназначен для приема плазменного компонента. Мешок 14 является плоским и, по существу, прямоугольным. Он соединяется через трубку сбора плазмы 32 и симметричный трубопровод 34 с первой трубкой 18. Второй мешок для компонентов 16 предназначен для приема компонента тромбоцитов. Второй мешок для компонентов 16 также является плоским и, по существу, прямоугольным. Он соединяется через тромбоцитную трубку 38, предназначен для приема компонента красных кровяных телец (который может быть промыт) из первичного мешка 12. Красные кровяные тельца могут быть слиты через трубку 22, которая может включать в себя фильтр 40, в мешок 38 для компонентов. Ломкий ограничитель 42 или «хрупкий» в трубке 22 предотвращают преждевременное поступление красных кровяных телец в третий мешок 38 для компонентов.

Мешок для промывочного раствора 44 в случае его использования может первоначально содержать промывочный раствор, такой как физиологический раствор или накопительный раствор, такой как SAGM. Промывочный раствор может передаваться через трубку 46 для промывочного раствора и асимметричный трубопровод 34 по первой трубке 18 в первичный мешок 12 в то время, когда первичный мешок 12 кровяные тельца с высоким гематокритом. «Высокий гематокрит» означает содержание в процентах красных кровяных телец относительно общего объема крови на уровне по меньшей мере 80 процентов, более предпочтительно 90 процентов и еще более предпочтительно 95 процентов. После смешивания промывочного раствора с красными кровяными тельцами с высоким гематокритом и последующего разделения использованный промывочный раствор может быть отведен через первую трубку 18, асимметричный трубопровод 34 и сливную трубку 46 в мешок 44 для слива промывочного раствора. Мешок 44 для слива может быть также использован для сбора относительно редких компонентов крови, например мезенхимальных стволовых клеток или части белых телец с тем, чтобы уменьшить нагрузку на фильтр.

На фиг.2 показан первый вариант реализации устройства 60, предназначенного для одновременного разделения путем центрифугирования четырех дискретных объемов композитной жидкости. Устройство содержит центрифугу 62, приспособленную для приема четырех комплектов 10, показанных на фиг.1, с четырьмя дискретными объемами композитной жидкости, содержащимися в четырех первичных разделительных мешках 12; передача компонентов означает передачу по меньшей мере одного отделенного компонента из каждого разделительного мешка в соединенный с ним мешок для компонентов. Устройство 60 может также содержать средство для промывки компонента остаточных красных кровяных телец с высоким гематокритом.

Центрифуга 62 содержит ротор 64, который опирается на подшипниковый узел 67, позволяющий ротору 64 вращаться вокруг оси вращения 68. Ротор содержит цилиндрический роторный вал 70, с которым соединен шкив 72; накопительное средство, содержащее центральный цилиндрический контейнер 74 для размещения мешков для компонентов, которое соединяется с роторным валом 70 на его верхнем конце так, что продольная ось роторного вала 70 и продольная ось контейнера 74 совпадают с осью вращения 68. Четыре одинаковых разделительных ячейки 78 соединяются с центральным контейнером 74 так, чтобы образовать симметричную компоновку относительно оси вращения 68. Центрифуга содержит также мотор 80, связанный с ротором ремнем 82, находящимся в зацеплении с пазом шкива 72 так, чтобы приводить во вращение ротор вокруг оси вращения 68.

Каждая разделительная ячейка 78 содержит контейнер 84, имеющий, в общем, форму прямоугольного параллелепипеда. Разделительные ячейки 78 установлены на центральном контейнере 74 так, что их соответствующие срединные продольные оси 86 пересекают ось вращения 68, так что они помещаются, по существу, на одинаковом расстоянии от оси вращения 68, и так, что углы между их срединными продольными осями 86 являются, по существу, одинаковыми (т.е. 90 градусов). Срединные оси 86 разделительных ячеек 78 наклонены вниз относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения 68.

Каждый контейнер 84 содержит полость 88, форма и размеры которой выбраны так, чтобы свободно вмещать разделительный мешок 12, полный жидкости, типа, показанного на фиг.1. Полость 88 (которая может упоминаться далее как «разделительная камера») ограничивается донной стенкой, наиболее удаленной от оси вращения 68, нижней стенкой, наиболее близкой к контейнеру 74, верхней стенкой, противоположной нижней стенке, и двумя боковыми стенками. Полость 88 содержит главную часть, отходящую от донной стенки, которая имеет, по существу, форму прямоугольного параллелепипеда с закругленными краями и кромками, и верхнюю, или ближнюю часть, которая имеет, по существу, форму призмы, имеющей сходящиеся треугольные основания. Другими словами, верхняя часть полости 88 ограничена двумя группами из двух противоположных стенок, сходящихся в направлении центральной срединной оси 86 контейнера 84. Одна интересная особенность этой конструкции заключается в том, что она вызывает радиальное расширение тонкого слоя неосновного компонента композитной жидкости (например, тромбоцитов в цельной крови) после отделения центрифугированием и делает этот слой более легко обнаруживаемым в верхней части разделительного мешка. Это уменьшает также смешивание слоев компонентов путем получения постепенного, воронкообразного перемещения в трубку. Две пары противоположных стенок в верхней части разделительной ячейки 78 сходятся в направлении трех цилиндрических параллельных каналов (не показаны), открываясь на вершине контейнера 84, через которые после установки разделительного мешка 12 в контейнере 84 проходят три трубки 18, 20, 22.

Контейнер 84 содержит также шарнирную боковую крышку 96, которая находится на верхней части наружной стенки контейнера 84. Крышка 96 имеет размеры, позволяющие после ее открывания легко загружать разделительный мешок 12, полный жидкости, в разделительную ячейку 78. Контейнер 84 содержит запорное средство (не показано), которым крышка 96 может быть зафиксирована на остальной части контейнера 84. Контейнер 84 содержит также фиксирующее или локализующее средство, предназначенное для фиксации или локализации разделительного мешка 12 внутри разделительной ячейки 78. Средство фиксации или локализации содержит два штифта (не показаны), выступающие из внутренней поверхности крышки 96, рядом с вершиной разделительной ячейки 78, и две соответствующие выемки в верхней части контейнера 84. Два штифта разделены между собой таким промежутком и имеют такие размеры, чтобы входить в два отверстия 24 в верхних углах разделительного мешка 12.

Разделительное устройство содержит также средство передачи компонента, предназначенное для передачи по меньшей мере одного отделенного компонента от каждого разделительного мешка в мешок для компонентов, соединенный с ним. Средство передачи компонентов содержит сжимающую систему для сжатия разделительных мешков 12 внутри разделительных камер 88, вызывающую передачу отделенных компонентов в мешки 14, 16 для компонентов. Сжимающая система содержит гибкую диафрагму 98, которая прикреплена к каждому контейнеру 84 так, чтобы ограничивать в его полости расширяемую камеру 100. В частности, диафрагма 98 имеет такие размеры, чтобы разместить на одной линии донную стенку полости 88 и большую часть нижней стенки полости 88. Сжимающая система содержит также периферийный круговой трубопровод 102, который образует кольцо. Каждая расширительная камера 100 соединяется с трубопроводом 102 питающим каналом 104, который проходит сквозь стенку соответствующего контейнера 84, рядом с его дном. Сжимающая система содержит также гидравлическую насосную станцию 106 для накачивания и откачивания гидравлической жидкости из расширяемых камер 100 с разделительными ячейками 78. Гидравлическую жидкость выбирают так, чтобы она имела плотность, несколько превышающую плотность наиболее плотных компонентов в композитной жидкости, предназначенной для разделения (например, красных кровяных телец в то время, когда композитной жидкостью является кровь). В результате во время центрифугирования гидравлическая жидкость внутри расширяемых камер 100 вне зависимости от их объема будет обычно оставаться в самой внешней части разделительных ячеек 78. Насосная станция 106 соединяется с расширяемыми камерами через вращающееся уплотнение 108 каналом 110, который проходит через роторный вал 70, через донную и боковую стенку центрального контейнера 74 и радиально снаружи, где он соединяется с трубопроводом 102. Насосная станция 106 содержит поршневой насос, имеющий поршень 112, перемещающийся в гидравлическом цилиндре 114, соединенном по текучей среде через вращающееся уплотнение или жидкостное соединение 108 с роторным каналом 110. Поршень 112 приводится в действие бесщеточным мотором постоянного тока 116, который перемещает ходовой винт 118, соединенный со штоком поршня. Гидравлический цилиндр 114 соединен также с резервуаром гидравлической жидкости 120 с доступом, контролируемым двумя клапанами 122а, 122b, предназначенными для избирательного ввода или отвода гидравлической жидкости в возвратно-поступательный гидравлический контур, включающий в себя гидравлический цилиндр 114, роторный канал 110 и расширяемые гидравлические камеры 100. Датчик давления 124 соединен с гидравлическим контуром для измерения в нем гидравлического давления.

Разделительное устройство содержит также четыре комплекта из трех запорных клапанов 128, 130, 132, которые установлены на роторе вокруг отверстия центрального контейнера 74. Каждый комплект запорных клапанов 128, 130, 132 обращен к одной разделительной ячейке 78, с которой он связан. Запорные клапаны 128, 130, 132 сконструированы для избирательного блокирования или пропуска потока жидкости через гибкую пластиковую трубку, и избирательной герметизации и обрезания пластиковой трубки. Каждый запорный клапан 128, 130, 132 содержит удлиненное цилиндрическое тело 134 и головку 136, имеющую зажим 138, образующий зазор, ограниченный стационарной нижней пластиной или пятой 140, и зажим 138 может перемещаться между положением «загрузки», «открытым» положением и «закрытым» положением. Зазор имеет такие размеры, что одна из трубок 18, 32, 36, 46 комплектов мешков, показанная на фиг.1, может быть аккуратно помещена в нем в то время, когда зажим находится в открытом положении. Удлиненное тело содержит механизм для перемещения зажима и соединяется с генератором высоких частот, который выдает энергию, необходимую для герметизации и отрезания пластиковой трубки. Запорные клапаны 128, 130, 132 установлены внутри центрального контейнера 74 рядом с его внутренней поверхностью, так что их продольные оси параллельны оси вращения 68, и их головки выступают над ободом контейнера 74. Положение комплекта запорных клапанов 128, 130, 132 относительно разделительного мешка 12 и трубок 32, 36, 46, соединенных с ним в то время, как разделительный мешок 12 помещается в разделительной ячейке 78, связанной с этим комплектом запорных клапанов 128, 130, 132, показано пунктиром на фиг.1. Электроэнергию подают на запорные клапаны 128, 130, 132 через систему контактного кольца 66, установленного вокруг нижней части роторного вала.

Загрузка многоэлементного сепаратора крови множеством комплектов 10 мешков может потребовать затрат времени и быть повторяющейся процедурой. Быстрое размещение трубок, таких как трубки 18, 32, 36 и 46, облегчается способностью зажимов клапанов в положении «загрузки» раскрывать полностью канал или паз, приспособленные для вмещения трубки. Точное размещение трубок облегчается использованием асимметричного трубопровода 34. Трубопровод состоит из относительно жесткого пластика и образует соединение для по меньшей мере трех, предпочтительно четырех, гибких трубок. Соединения для трубок асимметрично размещены вокруг трубопровода. Как показано на фиг.1, 3 и 4, вариант реализации симметричного трубопровода 34 имеет Е-образную конфигурацию. Е-образная конфигурация содержит центральную жесткую трубку 166 с тремя короткими стойками 168, 171 и 173, соединенными с трубками 32, 18 и 36 соответственно. Диаметрально против трех коротких стоек четвертая короткая стойка 175 соединяется с трубкой 46 и, следовательно, со вспомогательным мешком 44. Четвертая стойка 175 асимметрично размещается вдоль трубки 166. Из-за асимметричной формы трубопровода трубопровод может быть установлен в профильной выемке на центральном сердечнике 150 только в одном направлении. Каждая из трубок 18, 32, 36 и 46 комплекта 10 мешков будет надежно установлена на должном клапане 128, 130, 132 или датчике 158 (описанном ниже).

Разделительное устройство содержит также контроллер 157, включающий в себя блок управления (например, микропроцессор) и блок памяти для снабжения микропроцессора информацией и программными инструкциями относительно различных протоколов разделения (например, протокола разделения компонента плазмы и компонента кровяных телец, или протокола для разделения протокола плазмы, протокола тромбоцитов и компонента красных кровяных телец) и работы устройства в соответствии с такими протоколами разделения. В частности, микропроцессор запрограммирован на получение информации относительно скорости (скоростей) центрифугирования, с которой ротор должен вращаться на различных этапах процесса разделения (например, на этапе отделения компонента, этапе выдачи компонента плазмы, этапа взвеси тромбоцитов во фракции плазмы, этапе выдачи компонента тромбоцитов и т.д.) и информации относительно различных скоростей потока переноса, при которых отделенные компоненты должны переправляться из разделительного мешка 12 в мешки 14, 16 для компонентов. Информация относительно различных скоростей потока переноса может быть выражена, например, как скорости потока гидравлической жидкости в гидравлическом контуре, или как скорости вращения бесщеточного мотора постоянного тока 116 или гидравлической насосной установки 106. Микропроцессор дополнительно запрограммирован на получение непосредственно или через память информации от датчика давления 124 и от четырех пар фотоэлементов (описанных ниже) и для управления мотором центрифуги 80, бесщеточным мотором постоянного тока 116 насосной установки 106 и четырех комплектов запорных клапанов 128, 130, 132 так, чтобы вызвать работу разделительного устройства согласно выбранному протоколу разделения.

Первое уравновешивающее средство сначала уравновешивает ротор в случае, если вес четырех разделительных мешков 12, содержащихся в разделительных ячейках 78, различается. Первое уравновешивающее средство, по существу, содержит такие же конструкционные элементы, как и элементы средства передачи компонентов, описанного выше, а именно: четыре расширяемые гидравлические камеры 100, соединенные между собой периферийным круговым трубопроводом 102, и гидравлическую насосную установку 106, предназначенную для накачивания гидравлической жидкости в гидравлические камеры 100 через роторный канал 110, который соединяется с круговым трубопроводом 102. Под воздействием центробежных сил гидравлическая жидкость будет равномерно распределяться в четырех разделительных ячейках 78 в зависимости от разницы в весе разделительных мешков 12 и уравновешивать ротор.

На фиг.3 показан вид сверху в плане ротора 64. Четыре симметрично размещенных разделительных ячейки 78 (каждая с крышкой 96) показаны окружающими центральный сердечник 150, который содержит четыре комплекта клапанов 128, 130, 132 и который поддерживает асимметричные трубопроводы 34 и трубы комплектов мешков 10. Сердечник 150 опирается на центр ротора через посредство крестообразной опоры, состоящей из четырех радиальных опорных ветвей 152. Ветви 152 ограничивают полости 154 между разделительной ячейкой 78 и прилегающим комплектом клапанов 128, 130, 132 на центральном сердечнике 150. Мешки 14 и 16 для компонентов (для плазмы и тромбоцитов соответственно) и мешок 38 для компонента красных кровяных телец с присоединенным фильтром 40 помещаются в полость 154 в то время, когда комплект 10 мешков загружают в ротор 64. Накопительный и разделительный мешок 12, который первоначально содержит собранную пробу цельной крови, помещают в прилегающую разделительную ячейку 78. Вспомогательный мешок 44, который может использоваться для временного хранения текучей среды, сбора отработанной текучей среды или сбора редкого или имеющего небольшой объем компонента крови, помещают в углубление 156 рядом с осью вращения 68 (см. фиг.2) ротора. Углубление 156 находится ближе к оси вращения, чем по меньшей мере некоторые из клапанов, связанных с одним комплектом 10 мешков. Углубление 156 может быть цилиндрическим или прямоугольным для вмещения прямоугольного мешка 44, как показано на фиг.1. Углубление помещается так, чтобы процессорный или первичный разделительный мешок 12 помещался в области с относительно большой силой поля центробежных сил, созданного вращением ротора, в то время как мешки 14, 16 для компонентов помещаются в области с более низкой силой. Благодаря размещению мешка в областях с большой, промежуточной и низкой силой поля центробежных сил воздух будет стремиться к скапливанию в промывочном мешке 44 в углублении 156. Кроме того, более короткая линия или трубка может быть использована для соединения малого мешка со всем блоком мешков. Три зоны размещения способствуют упрощению блока мешков и облегчают процесс загрузки блока мешков в ротор.

На фиг.3 показан асимметричный трубопровод 34, имеющий Е-образную конфигурацию, которая будет более подробно объяснена ниже. Для каждого комплекта клапанов два наружных клапана 128, 132 показаны в положении загрузки, то есть зажим клапана не располагается над соседней трубкой, позволяя таким образом установить трубопровод 34 и трубки в должной конфигурации на центральном сердечнике 150. Для каждого комплекта клапанов внутренний или центральный клапан 130 показан в положении, которое может быть или «открытым», или «закрытым», в зависимости от вертикального положения головки и зажима, так что поток через прилегающую трубку соответственно или допускается, или прекращается.

Трубный датчик 158 может обнаруживать присутствие или отсутствие жидкости в трубке 18, а также обнаруживать кровяные тельца в жидкости. Каждый датчик 158 может содержать фотоэлемент, включая инфракрасный светодиод и фотодетектор. Электроэнергия подается в датчики 158 через систему контактного кольца, установленного вокруг нижней части роторного вала 70. В процессе разделения крови на компоненты жидкие компоненты, такие как плазма или тромбоциты, выпускаются из разделительного мешка 12 в разделительной ячейке 78 в мешки 14, 16 для компонентов в полостях 154. Датчик 158 может обнаружить присутствие тромбоцитов или красных кровяных телец. Реагируя на это, контроллер 157 может прервать или изменить обработку определенного комплекта мешков, где были обнаружены новые условия. Поскольку процесс разделения крови происходит с разными скоростями для различных проб крови, объемы и вес жидкостей в различных мешках и местах на роторе будут различаться. Второе уравновешивающее средство 160 уравновешивает ротор, когда веса компонентов, перенесенных в мешки 14, 16 для компонентов в полостях 154, различаются. Например, в случае, когда пробы крови имеют одинаковый гематокрит и различные объемы, объемы плазмы, извлеченной из каждой пробы, различаются, и то же самое справедливо в случае, когда две пробы крови имеют одинаковый объем и различный гематокрит. Второе уравновешивающее средство содержит балансировочный узел или кольцо 160, более подробно описанное в патентной заявке США 11/751748, поданной 22 мая 2007 г. и включенной сюда в качестве ссылки. Уравновешивающее средство разделительного устройства содержит один или два балансировочных узла, каждый из которых включает в себя последовательность тяжеловесных сателлитов или шаров, которые могут свободно двигаться по определенной круговой орбите с центром и перпендикулярно оси вращения ротора. Кожух содержит контейнер для сферических тяжелых сателлитов (шаров) 162, которые помещаются на цилиндрической наружной дорожке, с которой шары легко взаимодействуют и по которой они катятся при вращении ротора. Уравновешивающее средство 160 содержит несколько шаров. Когда шары соприкасаются друг с другом, они занимают сектор кольца размером приблизительно 180 градусов. Уравновешивающее средство 160 содержит также демпфер или демпфирующую текучую среду для создания сопротивления движению шаров.

Клапанный узел 170 для клапанов 128, 130 и 132 показан на фиг.5, 6, 7 и 8. Клапанный узел 170 содержит кожух клапана 172, который прикреплен к шаговому двигателю 174 снизу, и не проводящую крышку клапана 176 на вершине. Головка клапана 136 и зажим 138 выступают через крышку клапана 176 или в открытом, или в закрытом положении, и в случае выполнения сварки зажим 138 центрируют над сварочным упором 178. Датчик положения 180 со стороны кожуха клапана 172 воспринимает смещения по вертикали узла вала 182 внутри кожуха и передает информацию об этом положении контроллеру 157. Узел вала 182 содержит вал 184, который взаимодействует с подпружиненным сцеплением 186 на дальнем конце вала 184, и головку клапана 136 на ближнем конце вала. Комбинированный кулачок с опорой 188 возле ближнего конца узла имеет направляющую прорезь 190, которая взаимодействует с неподвижным штифтом 192. Спиральный участок 194 прорези вызывают поворот головки 136 и зажима 138 на 90 градусов при смещении вала 184 ступенчатым двигателем 174. Прямой участок 196 прорези вызывает перемещение головки 136 и зажима 138 вверх или вниз без вращения. В качестве опоры комбинированный кулачок с опорой 188 поддерживает вал 184, позволяя валу перемещаться вверх и вниз и вращаться. Уплотнительное кольцо 198 не допускает попадания жидкостей в клапанный узел 170.

Подпружиненное сцепление 186 содержит кожух 200 с сенсорной поверхностью 202, находящейся в магнитном контакте с датчиком положения 180, и продольную прорезь 204, которая взаимодействует со штифтом 206, так что сцепление 186 может двигаться вверх и вниз внутри кожуха клапана 172 без вращения. Пружина 208, находящаяся внутри кожуха 200 и окружающая вал 184, нажимает на верхний конец 210 кожуха 200 и на шайбу 212 на нижнем конце вала 184. Подшипник 213 под шайбой допускает вращение вала 184. Плунжер 214 и соединение 216 скрепляют ступенчатый двигатель со сцеплением 186 и передают движение ступенчатого двигателя на сцепление 186. При опускании сцепления вал 184 тянет головку 136, и комбинированные кулачок с опорой 188 поворачивают вал 184, сначала поворачивая зажим 138 при его опускании и затем опуская зажим без вращения до контакта зажима с трубкой, причем положение зажима называют «открытым» положением. Дальнейшее опускание сцепления 186 под воздействием ступенчатого двигателя ведет к сжатию зажимом трубки до тех пор, пока трубка не будет перекрыта и поток текучей среды прекращен. Это действие сжимает пружину 208. В случае, если затем через зажим 138 и заземленный сварочный упор 178 будет пропущена высокочастотная энергия, трубка расплавится и будет герметизирована. Пружина 208 расширяется во время этого процесса, опуская зажим 138 в направлении упора 178 при относительно постоянном давлении, сохраняя контакт зажима с плавящейся трубкой.

Полагают, что ячейка на роторе возле оси вращения, как описано выше, может быть предназначена для приема относительно редкого компонента крови, такого как мезенхимальные стволовые клетки (MSC), или для приема жидкости, которая может быть использована несколько раз, такой как промывочный раствор.

Специалисту в данной области должна быть очевидна возможность внесения различных модификаций в устройство и способ, описанные здесь. Так, должно быть понятно, что изобретение не ограничивается предметом, рассмотренным в его описании. Скорее настоящее изобретение должно охватывать его модификации и варианты.

1. Устройство для разделения по меньшей мере двух дискретных объемов крови на по меньшей мере первый компонент и второй компонент, при этом устройство содержит:
ротор (64) центрифуги, приспособленный для вращения вокруг оси вращения (68),
по меньшей мере одну разделительную ячейку (78) на роторе, которая приспособлена для приема разделительного мешка (12), содержащего объем крови, причем указанный разделительный мешок (12) имеет соединение по текучей среде с комплектом (10) мешков (14, 16, 38, 44), где указанный комплект (10) содержит по меньшей мере один мешок (14, 16, 38) для компонентов и по меньшей мере один вспомогательный мешок (44), и указанная разделительная ячейка (78) расположена радиально снаружи от указанной оси вращения (68) в области с большой центробежной силой,
по меньшей мере одну полость (154) на роторе для помещения указанного по меньшей мере одного мешка (14, 16, 38) для компонентов, причем указанная полость (154) расположена радиально снаружи от указанной оси вращения (68) и радиально внутри от указанной разделительной ячейки (78) в области с промежуточной центробежной силой,
множество клапанов (128, 130, 132), помещенных радиально внутри относительно указанной полости (154) и приспособленных для взаимодействия с трубками (18, 32, 36, 46), соединяющими указанные мешки (14, 16, 38, 44), и
углубление (156) на роторе для помещения указанного вспомогательного мешка (44), причем указанное углубление (156) расположено радиально снаружи от указанной оси вращения (68) и радиально внутри относительно указанной полости (154) в области с низкой центробежной силой относительно положения указанной полости (154).

2. Устройство по п. 1, в котором указанное углубление (156) расположено ближе к указанной оси вращения (68), чем по меньшей мере некоторые из указанных клапанов.

3. Устройство по п. 1, в котором указанное углубление (156) является прямоугольным.

4. Устройство по п. 1, в котором указанное углубление (156) является цилиндрическим.

5. Устройство по п. 1, в котором предусмотрено множество разделительных ячеек (12), множество полостей (154) и множество углублений (156), где разделительная ячейка (12), по меньшей мере одна полость (154) и углубление (156) связаны между собой для помещения комплекта (10) соединенных трубками мешков (14, 16, 38, 44).

6. Устройство по п. 5, в котором связанные между собой разделительная ячейка (12), по меньшей мере одна полость (154) и углубление (156) симметрично размещены вокруг указанной оси вращения (68).

7. Устройство по п. 6, в котором указанный ротор (64) содержит сердечник, опирающийся на радиально отходящие опорные ветви, причем указанные опорные ветви определяют указанные полости (154) между разделительной ячейкой (12) и прилегающим комплектом клапанов.

8. Устройство по п. 7, в котором указанные углубления (156) расположены в указанном сердечнике.

9. Способ использования устройства, содержащего ротор (64), имеющий ось вращения (68), для разделения по меньшей мере двух дискретных объемов крови на по меньшей мере первый компонент и второй компонент, при этом способ содержит:
прием в разделительную ячейку (78) указанного устройства разделительного мешка (12), содержащего объем крови, причем указанный разделительный мешок (12) имеет соединение по текучей среде с комплектом (10) мешков (14, 16, 38, 44), где указанный комплект (10) содержит по меньшей мере один мешок (14, 16, 38) для компонентов и по меньшей мере один вспомогательный мешок (44), и указанная разделительная ячейка (78) расположена радиально снаружи от указанной оси вращения (68) в области с большой центробежной силой;
помещение в по меньшей мере одну полость (154) мешка (14, 16, 38) для компонентов, причем указанная полость (154) расположена радиально снаружи от указанной оси вращения (68) и радиально внутри от указанной разделительной ячейки (78) в области с промежуточной центробежной силой;
взаимодействие трубок (18, 32, 36, 46), соединяющих указанные мешки (14, 16, 38, 44), с множеством клапанов (128, 130, 132), помещенных радиально внутри относительно указанной полости (154); и
помещение в углубление (156) вспомогательного мешка (44), причем указанное углубление (156) расположено радиально снаружи от указанной оси вращения (68) и радиально внутри относительно указанной полости (154) в области с низкой центробежной силой относительно положения указанной полости (154).

10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий вращение ротора так, чтобы подвергать указанный разделительный мешок (12) воздействию большой центробежной силы, указанный мешок (14, 16, 38) для компонентов - воздействию промежуточной центробежной силы и указанный вспомогательный мешок (44) - воздействию низкой центробежной силы.

11. Способ по п. 9, в котором указанное углубление (156) располагают ближе к указанной оси вращения (68), чем по меньшей мере некоторые из указанных клапанов.

12. Способ по п. 9, в котором указанное углубление (156) выполняют прямоугольным или цилиндрическим.

13. Способ по п. 9, в котором обеспечивают множество разделительных ячеек (12), множество полостей (154) и множество углублений (156), где разделительная ячейка (12), по меньшей мере одна полость (154) и углубление (156) связаны между собой для помещения комплекта (10) соединенных трубками мешков.

14. Устройство по п. 13, в котором указанный ротор (64) содержит сердечник, опирающийся на радиально отходящие опорные ветви, причем указанные опорные ветви определяют указанные полости (154) между разделительной ячейкой (12) и прилегающим комплектом клапанов.

15. Устройство по п. 14, в котором указанные углубления (156) располагают в указанном сердечнике.