DE2745041A1

DE2745041A1 - Plasmaphorese-vorrichtung

Info

Publication number: DE2745041A1
Application number: DE19772745041
Authority: DE
Inventors: Jun Allen Latham
Original assignee: Haemonetics Corp
Current assignee: Haemonetics Corp
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1978-04-13
Also published as: SE437331B; GB1541344A; SE7711140L; FR2392663A1; JPS5353194A; JPH0116505B2; IT1091423B; FR2392663B1; US4086924A; CA1074200A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Blutverarbeitung bzw. Blutbehandlung, und insbesondere die Plasmaphorese.

Das menschliche Gesamtblut enthält wenigstens drei Typen von spezialisierten Zellen. Dies sind die roten Blutkörperchen, die weißen Blutkörperchen und die Blutplättchen. Alle diese Zellen sind im Plasma suspendiert, einer komplexen, wässrigen Lösung von Proteinen und anderen Chemikalien.

Bisher sind Bluttransfusionen im allgemeinen unter Verwendung des Gesamtblutes durchgeführt worden. Erst in letzter Zeit ist in medizinischen Fachkreisen in zunehmendem Maße der Gedanke akzeptiert worden, nur die Blutbestandteile, die ein bestimmter Patient benötigt, für die Transfusion zu verwenden, und nicht die Transfusion mittels des Gesamtblutes durchzuführen. Eine Transfusion nur mit den notwendigen Blutbestandteilen schont den zur Verfügung stehenden Vorrat an Blut und ist in vielen Fällen besser für den Patienten. Bevor die Transfusion mit Hilfe von bestimmten Blutbestandteilen im weiten Umfang eingesetzt werden kann, müssen jedoch befriedigend arbeitende Techniken und Vorrichtungen zur Trennung des Blutes entwickelt werden.

Plasmaphorese ist die Trennung des Gesamtblutes in einen Plasma-Anteil und einen Nichtplasma-Anteil unter Bedingungen, bei denen der Plasmaftnteil zurückgehalten und der Nichtplasma-Anteil zu dem Ständer zurückgeführt wird. Zur Zeit erfolgt die Plasmaphorese im großen Maßstab unter Verwendung von sogenannten Satelliten-Beutel-Systemen, also Systemen mit satellitenartigen, beuteiförmigen Behältern.

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Eine Vielzahl solcher Satelliten-Beutel-Plasmaphorese-Systeme ist patentiert worden, und einige typische Beispiele für diese Systeme sind in den folgenden Patentschriften erläutert: US-PS 3 190 546 (Raccuglia et al); US-PS 3 211 368 (Shanley)> und US-PS 3 545 671 (Ross). Bei diesen Systemen wird das Gesamtblut von einem Spender abgenommen und fließt zu einem beutelartigen Behälter, der Antikoagulantien enthält. Der beutelartige Behälter wird dann von der Phlebotomie-Leitung des Spenders getrennt, zentrifugiert, und die oben schwimmende Plasma-Fraktion wird in einen damit verbundenen, beutelartigen Plasma-Behälter ausgedrückt. Der den Nichtplasma-Anteil enthaltende beutelartige Behälter wird dann wieder mit dem Phlebotomie-System verbunden, so daß der Nichtplasma-Anteil zu dem Spender zurückgebracht werden kann.

Es ist für Satelliten-Beutel-Systeme (satellite pouch systems) üblich, diesen Bewegungsablauf von Einzelschritten zweimal für jeden Spender durchzuführen. Dabei wird im allgemeinen eine Einheit oder ungefähr 500 ml Gesamtblut abgenommen, mit Antikoagulantien versetzt und getrennt. Dadurch wird näherungsweise 250 ml Plasma-Anteil erhalten, während der Nichtplasma-Anteil zu dem Spender zurückgeführt wird. Anschließend wird eine weitere Einheit Gesamtblut abgenommen und verarbeitet. Unter Verwendung dieser Techniken bei Satelliten-Beutel-Systemen sind ungefähr 85 min erforderlich, um 500 ml abgetrennten Plasma-Anteil zu erhalten und den Nichtplasma-Anteil zu dem Spender zurückzuführen. Weil der beuteiförmige Behälter für das Blut von dem Spender an dem Ende eines jeden Entnahmezyklus getrennt wird, besteht immer die Gefahr, daß zu einem Spender Blutanteile, die nicht von seinem eigenen Blut stammen, zurückgeführt werden. Die Satelliten-Beutel-Systeme erfordern auch höchste Aufmerksamkeit während jedes Verarbeitungszyklus, damit ständig qualitativ hochwertiges Plasma erzeugt werden kann.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue und einzigartige Plasma-Phoresevorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Zu diesem Zweck wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung das Gesamtblut von einem Spender unter Verwendung einer Phlebotomie-Nadel und einer Druckmanschette oder einer anderen, ähnlichen Einrichtung zur Entnahme des Gesamtblutes abgenommen. Eine Einrichtung zur Zuführung von Antikoagulantien zu dem abgenommenen Blut führen bestimmte Antikoagulantien in das Gesamtblut ein, wonach das mit Antikoagulantien versetzte, abgenommene Gesamtblut durch eine Blutpumpe oder durch eine andere, geeignete Transporteinrichtung zu einer Einrichtung gebracht wird, die das Blut in einen Plasma-Anteil und einen Nichtplasma-Anteil trennt. Eine bevorzugte Trenneinrichtung weist eine Plasmaphorese-Zentrifuge und insbesondere eine neue und einzigartige Phlasmaphorese-Zentrifuge auf, wie sie im folgenden beschrieben wird. Das abgetrennte Plasma wird in einem Plasma-Behälter gespeichert! dabei ist in der Vorrichtung eine Einrichtung vorgesehen, um festzustellen, wenn eine vorher bestimmte Menge des abgetrennten Piasmaanteils erhalten worden ist. Sobald diese vorher bestimmte Menge an Plasmaanteil vorliegt, schaltet eine Zyklussteuerung sofort in Abhängigkeit von einem Signal, das von der Feststelleinrichtung empfangen wird, von dem Entnahmezyklus auf den Rückführzyklus um. Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, die überwacht, wann der Nichtplasma-Anteil zu dem Spender zurückgebracht worden ist; eine bevorzugte überwachungseinrichtung weist einen flexiblen, dehnbaren, beutelartigen überwachungsbehälter auf. Die Zyklussteuerung schaltet auch sofort in Abhängigkeit von einem Signal, das von der überwachungseinrichtung empfangen wird und andeutet, daß die Rückführung

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beendet worden ist, von dem Rückführzyklus entweder auf einen Entnahmezyklus oder einen Bereitschaftszyklus um.

Die hier beschriebene Plasmaphorese-Vorrichtung verringert die Zeitspanne wesentlich, die zur Beendigung einer Plasmaphorese-Trennung erforderlich ist. Die Umkehrung der Strömung des Blutes oder des Blutanteils durch das System wird automatisch durchgeführt und geschieht so rasch, daß kein Tropfglas mit einer salzhaltigen Lösung erforderlich ist, um die freie, unblockierte Strömung des Blutes (patency) in der Blutbahn aufrecht zu erhalten. Da das System während der gesamten Plasmapherese mit dem Spender verbunden ist, besteht keine Gefahr, daß versehentlich Blutkomponenten, die von einer anderen Person als dem Spender abgenommen worden sind, wieder bei der Transfusion eingeführt werden. Weiterhin ist das System vollständig integriert und steril, wobei alle Leitungen und Strömungswege, die mit dem Blut des Spenders in Berührung kommen, nur für einen Spender verwendet werden. Weiterhin sind in die Vorrichtung verschiedene, wesentliche Sicherheitsmaßnahmen eingebaut, um die Wiederinfusion von Blutanteilen zu verhindern, in denen Gas mitgerissen wird. Mit der Plasmaphorese-Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich ständig qualitativ hochwertiges Plasma enthalten, so daß weder in dem PlasmaAnteil noch in dem Nichtplasma-Anteil feststellbare nachteilige Effekte auftreten.

Die Erfindung schafft also eine Plasmaphorese-Vorrichtung, die eine einzigartige Kombination von Blutentnahme, Bluttrennung und Blutrückführung zusammen in einer automatischen Zyklussteuerung aufweist. Diese Vorrichtung kann das Gesamtblut von einem Spender abnehmen, es in einen Plasma"und einen Nichtplasma-Anteil auftrennen und den Nichtplasma-Anteil zu dem Spender zurückführen, während der Spender während des gesamten Vorgangs mit der Vorrichtung verbunden

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bleibt. Die üblichen Mengen an abgetrenntem Plasma können in wesentlich kürzeren Zeitspannen erhalten werden, wobei keine Möglichkeit besteht, daß aus Versehen die falschen Blutkomponenten zu dem Spender zurückgeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Plasmaphorese-Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 die Strömung der Blutanteile in der Zentrifuge während des Entnahmezyklus;

Fig. 3 die Strömung der Blutanteile in der Zentrifuge während des Rückführzyklus;

Fig. 4 und 5 eine Querschnittsansieht von vorne bzw. von der Seite einer bestimmten Zentrifugenschüssel, die bei der hier beschriebenen Plasmaphorese-Vorrichtung eingesetzt werden kann;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 von Figur 4; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines beutelartigen Uberwachungsbehälters mit zugeordneten Elementen für die Feststellung des Gewichtes und des Drucks.

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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden.

Eine schematische Darstellung einer geeigneten Plasmaphorese-Vorrichtung 10 ist in Figur 1 zusammen mit einem Arm 12 eines Spenders gezeigt. Die Plasmaphorese-Vorrichtung 10 ist mit einem Schalter 14 versehen, der einen EIN und einen AUS Knopf enthält.

Bei dieser Vorrichtung wird eine übliche Phlebotomie-Nadel 16, also eine Nadel zum Anstechen einer Vene, verwendet. Bei der Phlebotomie-Nadel 16 kann es sich beispielsweise um eine dünnwandige Phlebotomie-Nadel mit einer Feinheitvcn 0,38 mn bzw. einem Kaliber von 15 Gauge des Typs handeln, mit dem ein Vorrat von Antikoagulantien, also gerinnungsheitunenden Substanzen verbunden ist, so daß dem frisch abgenommenen Blut sofort ein Gerinnungshemmer zugesetzt wird, sobald es die Nadel verläßt. Ein spezieller Typ einer geeigneten Phlebotomie-Nadel wird im einzelnen in der US-PS 3 916 892 (Latham) beschrieben.

Die Antikoagulantien werden der Phlebotomie-Nadel 16 durch ein Rohr 18 bzw. eine Leitung zugeführt, die durch ein Schautropfglas 20, also ein Tropfglas 20 mit sichtbarer Anzeige, mit einem sackförmigen Behälter 22 verbunden ist, der die Antikoagulantien enthält. Als Pumpe 24 für die Antikoagulantien wird eine Rollen- bzw. Walzenpumpe mit einer beweglichen Platte 26 verwendet, welche die Leitung 18 gegen die Rollen der Pumpe 24 klemmt, wenn sie sich im geschlossenen bzw. Sperrzustand befindet. Rollenpumpen dieses Typs werden im einzelnen in der US-PS 3 565 286 beschrieben.

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Vor der Venipunktur, also dem Einstich in die Vene, werden die Antikoagulantien durch öffnen der Platte 26 in die Phlebotomie-Nadel 16 angesaugt, das heißt, die Phlebotonie-Nadel 16 mit den Antikoagulantien versehen, so daß die Rollen der Pumpe 24 für die Antikoagulantien nicht die Leitung 18 mit ihren Pumpdruckimpulsen beaufschlagen. Wenn sich die Platte 26 in der Öffnungsstellung befindet, wird der Auslaß des sackartigen Behälters 22 für die Antikoagulantien ohne Beeinträchtigung der Sterilität des Systems geöffnet, indem üblicherweise eine kleine runde Kugel an seinem Hals nur unter Verwendung des Daumendrucks herausgestoßen wird. Nachdem eine kleine Menge Antikoagulantien in das Schautropfglas 20 geflossen ist, wird es von Hand so zusammengedrückt bzw. gequetscht, daß die Luft in den Behälter 22 für die Antikoagulantien herausgedrückt wird und anschließend ein kleiner Vorrat an Antikoagulantien in dem Schautropfglas 20 bleibt. Dieser kleine Vorrat an Antikoagulantien stellt sicher, daß das System vollständig angesaugt hat, sojÜaß mitgerissene Gasbläschen nicht durch das System zu der Phlebotomie-Nadel 16 strömen können. Die Bedienungspersonen können sich darüber hinaus visuell, also durch einen einfachen Blick, überzeugen, daß sich die Antikoagulantien mit dem gesamten, die Phlebotomie-Nadel 16 verlassenen Blut in einem vorher bestimmten Verhältnis mischen.

Anschließend wird dann die Stelle prepariert, an welcher der Einstich in die Vene erfolgen soll. Danach wird die Druckmanschette 27 an einer Stelle über dem Punkt, an dem die Phlebotomie-Nadel 16 eingeführt werden soll,rund um den Arm 12 des Spenders befestigt. Ein unter Druck stehendes Gas, wie beispielsweise der unter dem Warenzeichen Freon vertriebene Fluorkohlenwasserstoff, werden der Druckmanschette 27 von einem Gaskanister 28 zugeführt, wobei der exakte, ausgeübte Druck mittels eines Druckregulators 30 eingestellt

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wird. Weiterhin kann auch ein Absperrorgan, wie beispielsweise ein Ventil 32, vorgesehen sein, das eine offene, eine geschlossene und eine Sicherheits- bzw. Entlastungsbzw. Überdruck-Stellung hat; dieses Absperrorgan dient dazu, den Druck in der Manschette 27 aufzuheben. Im allgemeinen beträgt der Druck ungefähr 50 mmHg, da bei Ausübung eines solchen Drucks der Druck in den Venen des Spenders ausreichend ansteigt, um den Einstich in die Vene zu erleichtern und die Blutströmung aus den Venen des Spenders zu verstärken.

Nun wird die Plasmaphorese-Vorrichtung gestartet, indem der EIN-Knopf des Schalters 14 heruntergedrückt wird, so daß die elektrischen Systeme erregt werden, die Pumpenmotoren starten, die Detektoren betätigt werden, usw. Gleichzeitig wird auch eine Steuerlogik 34 zu dem ersten Entnahmezyklus vorwärtsbewegt, der automatisch das Absperrorgan 32 öffnet, so daß unter Druck stehendes Gas zu der Druckmanschette 27 strömt. Die Steuerlogik 34 dient zur Überwachung und Steuerung des Gesamtbetriebs der Plasmaphorese-Vorrichtung 10 und könnte beispielsweise ein Schrittschalter oder eine oder mehrere Festkörper-Einrichtungen sein.

Dann wird die Platte 26 der Pumpe für die Antikoagulantien geschlossen, wodurch die Leitung 18 in die Pumpe 24 für die Antikoagulantien geklemmt und die Pumpwirkung eingeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Venipunktur, indem die Phlebotomie-Nadel 16 an der vorher präparierten Stelle in eine der Venen des Spenders eingeführt wird.

Das frisch entnommene, mit Antikoagulantien versehene gesamte Blut fließt unter dem in den Venen herrschenden Druck von dem Spender durch eine Leitung 34 auf den Boden einer Bläschenfeststellungskammer 36. Der Bläschenfeststellungskammer 36 sind Schallwandler 38 und interne Filter 40 zuge-

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ordnet, die im einzelnen in Verbindung mit dem Rückführzyklus beschrieben werden. Es kann auch ein Absperrventil bzw. Rückschlagventil 42 vorgesehen sein, so daß das gesamte Blut bei dem Entnahmezyklus zu einem Sicherheits- oder Überlaufventil 40 gelangen kann.

Das abgenommene Blut fließt dann durch eine Leitung 44 in das untere Ende eines Überwachungsbehälters 46. Dem sackförmigen Uberwachungsbehälter 46 sind ein Gewichts-Detektor 48 und ein Druck-Detektor 50 zugeordnet. Der Gewichts-Detektor 48 dient dazu, das Gewicht des Blutes festzustellen, das sich zu jedem bestimmten Zeitpunkt in dem Überwachungsbehälter 46 befindet. Der dabei ermittelte Wert wird wiederum dazu verwendet, eine Blutpumpe 52 in Betrieb zu setzen und ihre Drehzahl zu steuern; bei dieser Blutpumpe 52 handelt es sich ebenfalls um eine Rollen- bzw. Walzenpumpe mit einer beweglichen Platte 54; diese Pumpe kann jedoch auch in umgekehrter Richtung betrieben werden. Die Funktion des Druck-Detektors 50 soll in Verbindung mit dem Rückführzyklus beschrieben werden.

Am Beginn eines Entnahmezyklus ist der Überwachungsbehälter selbstverständlich, soweit es Blutbestandteile betrifft, leer. Wenn das Blut in den Behälter 46 eindringt, erreicht sein Gewicht schließlich einen Schwellwert, der durch den Gewichts-Detektor 48 festgestellt wird. Bei diesem Gewicht wird ein entsprechendes Signal zu der Steuerlogik 34 übermittelt, die in Abhängigkeit von diesem Signal die Blutpumpe 52 so ansteuert, daß sie sich in Vorwärtsrichtung dreht. Die Blutpumpe 52 hat nach einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens zwei Drehzahlen; diese Drehzahlen werden durch Drehzahl-Steuerungen bzw. -Regelungen 56 bestimmt, die in Abhängigkeit von Signalen, die von dem Gewichtsdetektor 48 empfangen werden, arbeiten. Wenn die Blutströmung von der Phlebotomie-Nadel 16 größer ist als die Blutströmung zu der Pumpe 52,

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füllt sich der Überwachungsbehälter 46 dadurch, wird schwerer und bewirkt, daß der Gewichts-Detektor 48 Signale zu der Steuerlogik 34 und der Drehzahlsteuerung 56 übermittelt, so daß sich die Blutpumpe 52 zu einer Stellung mit höherer Drehzahl bewegt. Wenn andererseits die Blutströmung von der Phlebotomie-Nadel 16 kleiner ist als die zu der Pumpe 52, beginnt sich der Überwachungsbehälter 46 zu entleeren, wodurch er Gewicht verliert; dadurch werden wiederum Signale zu der Steuerlogik 34 und zu der Drehzahlsteuerung 56 übermittelt, um die Pumpe 52 zu ihrer Stellung für geringere Drehzahlen zurückzuführen. Wenn das in dem Überwachungsbehälter 46 gemessene Gewicht ständig weiter abnimmt, obwohl die Pumpe mit geringerer Pumpdrehzahl arbeitet, wird in entsprechender Weise ein Signal zu der Steuerlogik 34 übermittelt, die auf dieses Signal anspricht, indem die Blutpumpe 52 vollständig abgesperrt wird, bis sich der Überwachungsbehälter wieder füllt. Auf diese Weise wird Blut immer aus dem Überwachungsbehälter 46, jedoch nie von dem Spender gepumpt. Dieser Bewegungsablauf setzt sich durch den gesamten Entnahmezyklus fort.

Das mit den Antikoagulantien versehene Gesamtblut wird nun durch eine Leitung 58 zu einem zentralen Einlaß 60 einer Zentrifugenschüssel 62 gepumpt. Das Gesamtblut wird in der Zentrifugenschüssel 62 in zwei Komponenten aufgeteilt, und zwar in das Plasma und den Nichtplasma-Anteil. Im allgemeinen wird die Zentrifugenschüssel 62 durch einen Motor 64, beispielsweise mit einer Drehzahl von ungefähr 4800 Umdrehungen/Minute, gedreht. Die Plasma-Komponente tritt durch den Auslaß 66 aus und wird über eine Leitung 68 zu einem Plasmabehälter 70 transportiert. Ein Gewichts-Detektor 72 dient dazu, das Gewicht der Plasma-Komponente zu bestimmen, die sich in dem Behälter 70 angesammelt hat. Wenn eine vorher bestimmte Menge gesammelt worden ist, übermittelt der Gewichtsdetektor 72 ein Signal zu der

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Steuerlogik 34, wodurch die Vorrichtung zu dem Rückführzyklus weitergeschaltet wird. Ein typischer Entnahmezyklus könnte beispielsweise aus der Entnahme von ungefähr 500 ml Gesamtblut und seiner Trennung in näherungsweise 250 ml Plasma mit einer kleinen Menge Antikoagulantien bestehen. Der in der Zentrifugenschüssel 62 zurückbleibende Nichtplasma-Anteil würde im allgemeinen etwa aus ca. 84 % roten Blutkörperchen und ungefähr 16 % Plasma bestehen; er würde auch eine kleine Menge Antikoagulantien enthalten. Es ergibt sich also, daß der PlasmaAnteil im wesentlichen frei von anderen Komponenten ist, während der Nichtplasma-Anteil sehr reich an roten Blutkörperchen, usw. ist, jedoch auch eine geringe Menge Plasma als notwendiges Suspensionsmedium enthält.

Sobald die vorher bestimmte Plasmamenge gesammelt worden ist, schaltet die Steuerlogik 34 in Abhängigkeit von einem Signal des Gewichts-Detektors 72 sofort auf den Rückführzyklus um. Dies wird erreicht, indem die Zentrifugenschüssel 62 in die vollständige Haltestellung abgebremst, die Blutpumpe 52 durch den Vorlauf/Rücklauf-Schalter 74 auf Pumpen in Rücklaufrichtung umgeschaltet, der Druck in der Druckmanschette 27 aufgehoben, indem das Absperrorgan 32 in die Freigabestellung gedreht wird, und gleichzeitig die Pumpe 24 für die Antikoagulantien über eine Kupplung 7 6 außer Eingriff gebracht wird, die beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung sein könnte. Der unabhängige Betrieb der Blutpumpe 52 wird durch die Kupplung 76 nur dann ermöglicht, wenn sie sich in der Umkehr- bzw. Rücklaufstellung befindet. Beim Betrieb der Pumpe 52 in Vorlaufrichtung schließt die Kupplung 76 automatisch, um sicherzustellen, daß die Pumpe 24 für die Antikoagulantien dann jederzeit in Betrieb ist, wenn Blut von dem Spender abgenommen wird. Dadurch wird jede Möglichkeit verhindert, daß Blut zwar abgenommen, jedoch nicht gleichzeitig mit Antikoagulantien versetzt wird.

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Im Rückführzyklus sammeln sich die Nichtplasma-Komponenten am unteren Ende der abgebremsten Zentrifugenschüssel 62 und werden durch die umgekehrte Pumpwirkung der Blutpumpe 52 aus der zentralen Öffnung 60 herausgepumpt. Im allgemeinen wird der Rückführzyklus mit derEinstellung der Pumpe 52 auf geringere Drehzahl durchgeführt. Sterile Luft, die während des Entnahmezyklus ursprünglich von der Zentrifugenschüssel 62 zu dem Plasmabehälter 70 verdrängt worden ist, wird nun zu der Schüssel 62 zurückgeführt, wenn der Nichtplasma-Anteil aus der Schüssel gepumpt wird.

Bei dem Rückführzyklus füllt der Nichtplasma-Anteil den Uberwachungsbehälter 46. Der Druckdetektor 50 stellt einen unerwünschten Druckaufbau in dem System fest, der beispielsweise durch eine Begrenzung bzw. Verstopfung an der Spitze der Phlebotomie-Nadel 16 verursacht sein könnte. Wenn ein solcher Druck festgestellt wird, wird ein entsprechendes Signal zu der Steuerlogik 34 übermittelt, die wiederum bewirkt, daß sich die Drehzahl der Blutpumpe 52 entweder verringert oder die Blutpumpe sogar vollständig angehalten wird, bis sich der unerwünschte Druckaufbau abgebaut hat.

Der Nichtplasma-Anteil fließt dann zurück zu der Bläschenfeststellungskammer 36, die bei der Rückführung zwei Sicherungen vorsieht. Die erste Sicherung wird durch das Filter gebildet. Das Rückschlagventil 42 stellt sicher, daß die Strömung bei der Rückführung durch das Filter 40 verläuft, das unerwünschte, teilchenförmige Materialien, falls vorhanden, aus den Blutkomponenten entfernt, bevor sie zu dem Spender zurückgeführt werden. Als zweite Sicherung dienen Detektoren für Bläschen, wie beispielsweise Schallwandler 38, die in den Nichtplasma-Anteilen mitgerissene Gasbläschen feststellen. Wenn solche Bläschen vorhanden sind,wird ein Signal zu der Steuerlogik 34 übermittelt, die sofort die Blutpumpe 52 abschaltet. ZweckmäßLgärweise

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wird dann auch ein visueller oder Schallalarm ausgelöst, der die Techniker oder Bedienungspersonen informiert, daß Probleme in bezug auf mitgerissene Bläschen aufgetreten sind, so daß rasch entsprechende Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können.

Das Ende des Rückführzyklus wird durch den Uberwachungsbehälter 46 festgestellt, da sich dieses Ende nähert, wenn sich der Überwachungsbehälter 46 leert. Schließlich stellt der Gewichts-Detektor 48 fest, daß praktisch der gesamte Nichtplasma-Anteil aus der Zentrifugenschüssel 62 abgepumpt worden ist, und er übermittelt der Steuerlogik 34 ein entsprechendes Signal. Zu diesem Zeitpunkt wird das System sofort und automatisch in Abhängigkeit von der vorher ausgewählten Arbeitssequenz und davon, ob es sich bei dem Rückführzyklus um den ersten oder einen weiteren Rückführzyklus handelte, entweder auf einen weiteren Entnahmezyklus oder einen Bereitschaftszyklus umgeschaltet.

Bei der typischen Plasmaphorese werden zwei Entnahmezyklen und zwei Rückführzyklen verwendet, um aseptisch ungefähr 500 ml Plasma zu sammeln. An dem Ende dieses Verfahrens wird die Phlebotomie-Nadel 16 von dem Spender abgenommen und der Plasmabehälter 70 von der Leitung 68 getrennt, abgeklemmt und für den späteren Gebrauch in einen geeigneten Plasmaspeicherbereich gebracht.

Es gibt bestimmte zusätzliche oder äquivalente Elemente (nicht dargestellt), die bei der Plasmaphorese-Vorrichtung nach der Erfindung eingesetzt werden können. Es ist beispielsweise im allgemeinen zweckmäßig, einen manuellen, vorrangigen, also die anderen Schaltelemente übersteuernden Schalter vorzusehen, der es einer Bedienungsperson ermöglicht, die automatische Steuerung zu jedem Zeitpunkt zu "übersteuern". Ein weiteres, im allgemeinen vorgesehenes Merkmal ist ein Gebläse bzw. ein Ventilator, um die Raumluft im

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Umlauf durch das Gerät zu führen, so daß das zu verarbeitende Blut nicht überhitzt wird. In ähnlicher Weise kann statt der spezifischen, dargestellten Zentrifuge eine Zentrifuge verwendet werden, die ohne Drehdichtung arbeitet. Bei diesem Zubehör handelt es sich um zusätzliche oder äquivalente Bauteile, wie sie üblicherweise verwendet werden.

Die gesamte Plasmaphorese-Vorrichtung kann als integrierte Kombination aus permanenter Hardware, Wegwerf-Software und einer Antikoagulantien-Lösung gebildet werden. Die permanente Hardware kann die Zentrifuge, die Pumpen, die Gewichtsdetektoren für den Plasma- bzw. Überwachungsbehälter, den Druckfühler für den Überwachungsbehälter, die automatische Druckmanschette und die elektrische Steuerungen enthalten, die alle in einem tragbaren Schrank angebracht sind. Der Wegwerf-Software-Satz könnte eine miteinander verbundene Anordnung aus dem Behälter für die Antikoagulantien, der Phlebotomie-Nadel, der Pumpenrohrabschnitte für die Antikoagulantien und das mit Antikoagulantien versehene Gesamtblut, der Zentrifugenschüssel und dem Sammlungsbehälter für das Plasma sein.

Die verschiedenen Strömungen des Gesamtblutes und der getrennten Blutkomponenten in einer Zentrifugenschüssel sind in den Figuren 3 bzw. 4 für den Entnahmezyklus bzw. Rückführzyklus dargestellt.

Wie sich aus Figur 2 ergibt, fließt das gesamte, mit Antikoagulantien versetzte Blut zu der Zentrifuge 80. Das Gesamtblut tritt durch die zentrale Öffnung 82 ein und fließt durch die rohrförmige Zuführstange 84 nach unten.dieses Blut wird dann in der Nähe des Bodens der Zentrifuge 80 in der Mitte der Schüssel 86 ausgegeben, die sich mit einer Drehzahl dreht, die so festgelegt ist, daß das Plasma abgetrennt wird. Das Gesamtblut wird durch die Zentrifugal-

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kräfte nach außen gedrückt; wenn es bei dieser Bewegung nach oben fließt, beginnt die Bildung einer getrennten Plasmaphase ungefähr in der Hälfte der Höhe der Zentrifugenschüssel 86. Die ser Plasma-Anteil wird durch die hellere Schattierung angedeutet. An dem oberen Ende der Schüssel 86 verläuft der PlasmaAnteil durch mit Prallblechen versehene Kanäle und tritt durch eine Umfangsöffnung 88 aus.

Wenn eine vorher bestimmte Plasmamenge getrennt worden ist, wird die Zentrifugenschüssel 86 bis zum vollständigen Anhalten abgebremst, so daß der Nichtplasma-Blutanteil zu dem Boden der Sthüssel 86 fällt, wie in Figur 3 dargestellt ist. Wie oben beschrieben wurde, wird nun die Blutpumpe umgekehrt, wodurch der Nichtplasma-Anteil aus der Schüssel 86 über die zentrale öffnung 82 abgepumpt wird. Wie oben beschrieben wurde, wird die sterile, während des Entnahmezyklus aus der Zentrifugenschüssel verdrängte Luft nun der Schüssel wieder von dem Plasmabehälter zugeführt.

Eine spezifische Ausführungsform einer neuen und bevorzugten Plasmaphorese-Zentrifuge ist in den Figuren 4 bis 6 im Detail dargestellt.

Diese Zentrifuge weist eine zentrale öffnung 90 auf, die in einem Winkel von 90 gebogen ist und zu einer rohrförmigen Zuführstange 92 führt, die entweder einstückig mit der zentralen Öffnung 90 oder abnehmbar mit ihr ausgebildet sein kann. Eine Umfangsöffnung 94 dient dazu, das Ausströmen des abgetrennten Plasma-Anteils aus der Zentrifuge zu ermöglichen. Ein zu einer Umfangsöffnung 94 führender Kanal bzw. eine Rinne ist zwischen einem oberen Rand bzw. einer oberen Einfassung 96 und einem unteren Rand bzw. einer unteren Einfassung 98 ausgebildet, die sich von einem Punkt nach außen erstrecken, der näherungsweise dort liegt, wo die zentrale öffnu 90 sich an die rohrförmige Zuführstange 92 anschließt.

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Der untere Rand 98 bildet also einen Teil des Auslaßkanals; außerdem dient er als Spritzschutz, so daß die Gefahr einer Vermischung der in den unteren Bereichen der Zentrifuge enthaltenen Blutkomponenten mit abgetrennten,in diesem Abschnitt der Zentrifuge enthaltenen Plasma-Komponenten aufgrund der großen dynamischen Kräfte äußerst gering ist, die auf das System ausgeübt werden, wenn die Schüssel schnell gedreht oder abgebremst wird. Der zwischen den oberen und unteren Rändern 96 bzw. 98 ausgebildete Auslaßkanal setzt sich als ringförmiger Kanal rund um den Umfang der mittleren öffnung 90 fort, bis er sich an die Umfangsöffnung 94 anschließt. Die mittlere öffnung 90, die rohrförmige Zuführstange 92, die Umfangsöffnung 94 und die Ränder 96 und 98 können in geeigneter Weise durch Gießen bzw. Spritzen oder Extrusionstechniken aus blutverträglichen Kunststoffen, wie beispielsweise Styrol, ABS, Polykarbonat, Polyäthylen, Polyurethan usw. hergestellt sein. Die öffnungen, Ränder, Drehdichtungen usw. sind Teil einer Untergruppe, die stationär bleibt, während sich die Zentrifugenschüssel dreht.

Die Zentrifugenschüssel wird aus einer integral gegossenen bzw. gespritzten Reihe von äußeren Wandteilen gebildet, die funktionell beschrieben werden können, indem diese in vier Grundzonen aufgeteilt werden. Dabei ergibt sich ein geneigtes, oberes Wandteil 100, ein im wesentlichen vertikales, zentrales Wandteil 102, ein unteres, steil geneigtes Wandteil 1O4 und ein ausgespartes Bodenwandteil 106.

Das obere Wandteil 100 dient dazu, das obere Ende des zentralen Wandteils 102 mit den nicht drehenden Teilen der Zentrifuge, wie beispielsweise der äußeren Wand der Umfangsöf fnung 94, zu verbinden. Es berührt die äußere Wand der Umfangsöffnung 94 an einem Punkt über der Stelle der Ränder 96 und 98 und eine Drehdichtung, die weiter unten beschrieben werden soll. Es läßt sich erkennen, daß das obere Wandteil

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in der Praxis aus einer Reihe von kurzen Wandteilen gebildet ist, die in verschiedenen Winkeln verbunden sind, so daß ein entsprechendes äußere Gehäuse für die Teile am oberen Ende der Zentrifuge entsteht.

Der zentrale Wandteil 102 definiert die äußere Grenze eines ringförmigen Sedimentations- bzw. Ablagerungsraums. Näherungsweise in seiner Mitte befindet sich eine erhabene bzw. erhöhte Stoßstelle 1O8, an der die beiden Hälften der Schüssel, die getrennt spritzgegossen worden sind, miteinander verbunden sind. In der Praxis werden Schuhe rund um die Zentrifugenschüssel positioniert und gehalten; diese Schuhe dienen dazu, die Wände der Schüssel zu haltern.

Die Form des unteren, geneigten Bereichs 104 ist ein wesentliches Merkmal der Zentrifugenschüssel, weil sie eine wesentliche Rolle bei der Bestrebung spielt, am Ende des Rückführzyklus das Zurückhalten bzw. die Retention des Nichtplasma-Anteils eines Spenders in der Schüssel möglichst gering zu halten. Wie sich aus den Figuren 4 und 5 ergibt, ist der untere, geneigte Bereich 104, quer betrachtet, asymmetrisch. Bei der in Figur 4 gezeigten Querschnittsansicht hat der untere Bereich 104 drei einstückig miteinander verbundene, geneigte kurze Wandteile, nämlich die Wandteile 110, 112 und 114. Der geneigte Wandteil 110 ist relativ kurz und mit dem Wandteil 112 verbunden, der sehr steil geneigt ist, beispielsweise in einem Winkel von 45 . Der Wandteil 114 ist etwas weniger steil, jedoch immer noch relativ stark geneigt, beispielsweise in einem Winkel von 30°; diese Winkel werden gegen die Horizontale gemessen. Die Querschnittsansicht nach Figur 5 ist quer zu der Ansicht nach Figur 4 genommen; wie sie erkennen läßt, hat der untere, geneigte Bereich 104 nach Figur 5 zwei geneigte Wandteile, nämlich die Wandteile 116 und 118, die durch einen kurzen, vertikalen Wandteil 119 verbunden sind.

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Die für den unteren, geneigten Bereich 104 dargestellte geometrische Anordnung bietet mehrere Vorteile. Wegen der extrem steilen Neigung, die immer wenigstens 30 betragen sollte, fließt der in der Zentrifuge am Ende der Trennung zurückgehaltene Nichtplasma-Anteil sehr gut zu dem Bodenbereich 106 ab, wodurch sichergestellt wird, daß alle Blutanteile mit Ausnahme des abgetrennten und gespeicherten Plasmas zu dem Spender zurückgeführt werden. Die asymmetrische Konstruktion bildet auch verschiedene, echte Durchgänge mit einer Breite von wenigstens ca. 4,76 mm für die Strömung von dem Bodenbereich 106 zu dem Sedimentationsbereich, der sich hinter dem mittleren Bereich 102 befindet. Wie man in Figur 4 erkennen kann, befindet sich der minimale Durchgang zwischen dem geneigten Wandteil 112 und dem Zentrifugenkern 120; dies ist der Punkt, der einen minimalen Spiel- bzw. Zwischenraum von ungefähr 4,76 mm haben muß. Die asymmetrische Konstruktion bietet auch eine Fläche für die Halterung des Kerns 120, die in Figur 5 als die Fläche zu erkennen ist, wo der Kern 120 auf dem geneigten Wandteil 118 aufliegt. Die Geometrie der Schüssel an ihrem Boden ermöglicht auch, daß die Schüssel hohe Strömungsgeschwindigkeiten ohne Verschütten von Zellen bzw. Zellabfall aufnehmen kann.

Der Zentrifugenkern 120 kann zweckmäßigerweise in einem Stück durch Spritzgießen aus geschäumten Polyäthylen oder anderen Materialien hergestellt werden. Eine Draufsicht auf das obere Ende des Kerns 120 ist in Figur 6 dargestellt, wobei die Flügel bzw. Platten 122 zu erkennen sind. Diese haben Stufen 124 an ihren äußersten Enden, die dazu dienen, den Kern 120 genau zu positionieren, indem ein Teil des oberen Gehäusebereiches 100 an ihnen anliegt. Wenn dies der Fall ist, dienen die Flügel 122 auch zur Bildung eines schmalen Strömungskanals von dem Sedimentationsbereich der Zentrifuge, der zu dem zwischen

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den Rändern 96 und 98 ausgebildeten Auslaßkanal führt. Dieser schmale Strömungskanal trägt in Verbindung mit der relativ hohen Anordnung des Randes 98 über dem Sedimentationsraum dazu bei zu verhindern, daß Material aus dem Sedimentationsbereich in die Auslaßkanäle verspritzt bzw. verschüttet wird, wenn die Schüssel abbremst und anhält.

In der Praxis dreht sich die Zentrifugenschüssel rasch, während die anderen Teile der Zentrifuge stationär bleiben. Eine Drehdichtung wird aus einem Kohlenstoffring 126 und einem elastomeren Balg 128 gebildet. Der Balg 128 dient als lecksichere Dichtung und bietet auch einen Torsionswiderstand, um eine Drehung des Kohlenstoffrings 126 zu verhindern. Die untere Oberfläche des Kohlenstoffrings 126 kann ebenso wie die obere Oberfläche des Randes 96 geläppt bzw. feingeschliffen sein, um einen guten Dichtungskontakt zu erreichen. Der Rand 96 kann aus einem Material, wie beispielsweise hartem, eloxiertem Aluminium hergestellt sein. Geeignete Drehdichtungen dieses Typs werden im einzelnen in den amerikanischen Patentschriften Nr. 3 409 213 und 3 565 330 (Latham) beschrieben.

Figur 7 zeigt eine weggeschnittene Ansicht einer geeigneten Vorrichtung, die sowohl als Gewichts- als auch als Druck-Detektor für einen Uberwachungsbehälter eingesetzt werden kann. In dieser Figur ist der sackförmige Uberwachungsbehälter 130 im expandierten Zustand gezeigt, also in dem Zustand, den er dann einnimmt, wenn er gefüllt ist; bei diesem Uberwachungsbehälter 130 kann es sich um einen dünnwandigen, ausdehnbaren, sackförmigen Kunststoffbehälter mit Leitungen am unteren und oberen Ende handeln. Die Wände des sack- bzw. beuteiförmigen Behälters 130 sind etwas schlaff bzw. spannungslos gefertigt; dadurch verringert sich die Möglichkeit, daß sich die Wände des beuteiförmigen Behälters eng schließen, wodurch eine Einschnürung bzw. Verengung in der Strömungsbahn des Systems entstehen kann. Der

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beuteiförmige Behälter 130 ist mit einem Gehäuse 132 mit einer angelenkten Tür 134 angebracht. An der Rückseite einer flexiblen Membran 136 ist eine steife Metallplatte 138 befestigt; die flexible Membran 136 ist in dem Gehäuse 132 in Anlage an der Seite des beuteiförmigen Behälters gegenüber der angelenkten Tür 134 angebracht. Die Abmessungen sollten so ausgelegt sein, daß der beutelförmige Behälter 130 sich bei einer Füllung unter Druck weit über den zwischen der Tür 134 und der Membran 136 zur Verfugung stehenden Raum hinaus ausdehnen kann, so daß er die Membran 136 nach außen drückt. Dadurch kommt die Metallplatte in Kontakt mit einem oder beiden Umschaltern bzw. zwei Wiegeumschaltern 140 und 142, die als Mikroschalter ausgebildet sind. Wenn die Platte 138 die Mikroschalter 140 und 142 berührt, wird ein elektrischer Stromkreis geschlossen, so daß ein Signal, das den Druck in dem beuteiförmigen Behälter 130 darstellt, zu der Steuerlogik 34 übermittelt wird. An der Mitte der Metallplatte 138 ist ein Federelement 144 angebracht, das zur Einstellung des Druckes dient, der für das Schließen der Mikroschalter erforderlich ist. Wie sich erkennen läßt,ist der Mikroschalter 140 relativ nahe bei der Mitte der Platte 138 angebracht, während der Mikroschalter 142 sich mehr zu einem Ende hin befindet.

Das Gehäuse 132 ist an einem Ausgleicharm 146 befestigt, der schwenkbar durch einen Stift 148 an einer Tragstruktur befestigt ist. Zwei Quecksilberschalter 150 und 152 sind so an dem Arm 146 befestigt, daß sie in etwas verschiedenen Winkeln geneigt sind. Diese dienen dazu, das Gewicht des Blutes oder des Nichtplasma-Anteils in dem beuteiförmigen Uberwachungsbehälter 130 festzustellen. Als Alternative hierzu können auch magnetische Reed-Schalter verwendet werden, um das Gewicht des beutelförmigen Behälters 130 zu ermitteln.

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Die hier beschriebene! spezifischen Ausführungsformen können in vielen Punkten abgewandelt werden. Beispielsweise könnte statt einer Zentrifuge ein Membranfilter verwendet werden, um das Gesamtblut in Plasma und Nichtplasma-Anteil aufzutrennen. Auch weitere Ausgestaltungen sind möglich.

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Claims

MÜLLEH-llOUE · DEUFKL · SCHON · HEItTEL

PAT E NTANWALTE

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927 - 1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR ALFREU SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL-PHYS.

f '

Hl/Ma - H 1365

HAEMONETICS CORPORATION

8 Erie Drive

Natrick, Massachusetts 01760
USA

Plasmaphorese-Vorrichtung

Patentansprüche

Plasmaphorese-Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16, 27) für die Entnahme des Gesamtblutes von einem Spender (12), durch eine Einrichtung (20, 22, 24, 26) für die Zuführung von Antikoagulantien zu dem abgenommenen Gesamtblut, durch eine Einrichtung (62) zur Auftrennung des mit Antikoagulantien versehenen Gesamtblutes in einen Plasma und einen Nichtplasma-Anteil, durch

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eine Einrichtung (34, 44, 52, 54, 58) für den Transport des mit Antikoagulantien versehenen, abgenommenen Gesamtblutes zu der Trenneinrichtung (62), durch einen Plasmabehälter (17) für die Aufnahme des Plasmas von der Trenneinrichtung (62), durch eine Einrichtung, die feststellt, wenn eine vorher bestimmte Menge des abgetrennten Plasmaanteils in den Plasmabehälter (17) eingeführt worden ist, durch eine Einrichtung für die Rückführung des Nichtplasma-Anteils aus der Trenneinrichtung (62) zu dem Spender (12), durch eine Einrichtung zur überwachung, wenn der Nichtplasma-Anteil zu dem Spender (12) zurückgebracht worden ist, und durch eine Zyklussteuerung (34) , um in Abhängigkeit von der Feststelleinrichtung sofort von dem Entnahmezyklus auf den Rückführzyklus und in Abhängigkeit von der Überwachungseinrichtung sofort von einem Rückführzyklus zu einem Entnahme- oder Bereitschaftszyklus umzuschalten.
2. Plasmaphorese-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Trennung des Gesamtblutes eine Zentrifuge (62) aufweist.
3. Plasmaphorese-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung einen sackförmigen Überwachungsbehälter (46), der aus einem flexiblen Material hergestellt ist, das sich bei einem geringen positiven Druck ausdehnen kann, und einen zugeordneten Gewichtsfühler zur Bestimmung des Gewichtes des Inhaltes des beuteiförmigen Uberwachungsbehälters (46) aufweist.
4. Plasmaphorese-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeeinrichtung eine Phlebotomie-Nadel (16) und eine Druckmanschette (27) aufweist.

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5. Plasmaphorese-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung der Antikoagulantien einen Antikoagulantienvorrat (22), eine Antikoagulantien-Purape (24) und zugehörige Leitungen (18) aufweist, welche den Vorrat (22) mit der Pumpe (24) und die Pumpe (24) mit der Phlebotomie-Nadel (16) verbinden.
6. Plasmaphorese-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für den Transport und die Einrichtung für die Rückführung eine Blutpumpe (52) aufweisen, die sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung betrieben werden kann, wobei die Einlaßseite der Blutpumpe (52) durch geeignete Leitungen mit dem beuteiförmigen Uberwachungsbehälter (46) und die Auslaßseite der Blutpumpe (52) durch geeignete Leitungen mit der Zentrifuge (62) verbunden sind.
7. Plasmaphorese-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Feststellung von mitgerissenen Gasbläschen in den Blutanteilen, die zu dem Spender (12) zurückgeführt werden.
8. Plasmaphorese-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Feststellung der Bläschen ein Blutfilter (40) enthält, das umgangen werden kann, wenn die Plasmaphorese-Vorrichtung im Entnahmezyklus arbeitet.
9. Plasmaphorese-Vorrichtung zur Auftrennung des Gesamtblutes in einen PlasmaAnteil und einen Nichtplasma-Anteil, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine drehbare Zentrifugenschüssel (80), die aus vier

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einstückig verbundenen Wandteilen gebildet ist, die aus einem oberen geneigten Wandteil, einem im wesentlichen vertikalen, zentralen Wandteil, einem steil geneigten unteren Wandteil und einem Dodenwandtei1 bestehen, durch einen zentralen Kern (120), der zwischen dem zentralen Kern und dem zentralen Wandteil der Zentrifugenschüssel eine Sedimentationsfläche bildet, durch eine Einlaßöffnung für die Zuführung des Gesamtblutes zu der Zentrifugenschüssel, durch eine Auslaßöffnung für die Entnahme des abgetrennten Plasma-Anteils aus der Zentrifuge, und durch eine Drehdichtung, um die drehbare Zentrifugenschüssel gegen die stationären Teile der Zentrifuge abzudichten.

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