DE69117940T2

DE69117940T2 - Vorrichtung und verfahren zum entfernen von verunreinigungen aus flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69117940T2
Application number: DE69117940T
Authority: DE
Inventors: Daniel Bischof; William Bratten; John Foley; Ludwig Wolf
Original assignee: Baxter International Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: EP0516836A4; CA2075704A1; JPH05505129A; EP0516836B1; DE69117940D1; JP3051997B2; WO1992011058A1; AU9165191A; AU646127B2; US5300019A; EP0516836A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein die Beseitigung von Verunreinigungen unter Anwendung der photodynamischen Therapie. Die Erfindung betrifft außerdem allgemein die Verarbeitung von Vollblut und seinen Bestandteilen zur Lagerung und Transfusion. Spezieller betrifft die Erfindung die extrakorporale Behandlung von gesammeltem Vollblut und seinen Bestandteilen mit photoaktiven Materialien, um Viren und andere pathogene Verunreinigungen zu vernichten.

Hintergrund der Erfindung

Seit dem Aufkommen der Therapie von Blutbestandteilen wird heute das meiste gesammelte Vollblut in seine klinisch nachgewiesenen Bestandteile getrennt, um gesammelt und verwaltet zu werden. Die klinisch gesicherten Bestandteile von Vollblut umfassen Erythrozyten, die zur Behandlung chronischer Anämie eingesetzt werden; plättchenarmes Plasma, aus dem ein Kryopräzipitat, das reich an Gerinnungsfaktor VIII ist, zur Behandlung der Hämophilie gewonnen werden kann; sowie Konzentrationen von Blutplättchen bzw. Thrombozyten, die eingesetzt werden, um Thrombozytopenie-Blutungen unter Kontrolle zu halten.
Es ist wohlbekannt, daß Blut Infektionserreger, wie das Hepatitis-B-Virus; das AIDS-Virus; das Herpes-Virus; und das Grippevirus tragen kann. Um die Übertragung dieser Infektionserreger bei Bluttransfusionen zu vermeiden, werden Blutspender routinemäßig einem Screening und auch serologischen Tests unterzogen, um die Anwesenheit dieser Erreger nachzuweisen. Es ist aber trotzdem schwierig, immer sicherzustellen, daß diese Infektionserreger auch tatsächlich nachgewiesen werden.
Die Anwendung der photodynamischen Therapie wurde als Möglichkeit vorgeschlagen, Infektionserreger aus gesammeltem Blut und seinen Bestandteilen vor der Lagerung und Transfusion zu vernichten. Siehe Matthews et al., "Photodynamic Therapy of Viral Contaminants With Potential for Blood Bank Applications", Transfusion, 28(1), S. 81-83 (1988). Verschiedene extrakorporale Systeme sind vorgeschlagen worden, die die photodynamische Therapie anwenden, um Blut vor der Lagerung und Transfusion zu behandeln. Siehe beispielsweise EP-A-0 381 528; US-PS'en 4 613 322 und 4 684 521 von Edelson; US-PS 4 708 715 von Troutner et al.; US-PS 4 727 027 von Wiesehahn et al.; US-PS'en 4 775 625 und 4 915 683 von Sieber; und US-PS 4 878 891 von Judy et al..
In der EP-A-0 381 528 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Zentrifugenkammer hat, in der Blut zentrifugiert wird. Eine Verunreinigung wird von dem Blut getrennt und photodynamisch behandelt.
Bis heute ist es im allgemeinen erfolglos gewesen, die Vorteile der photodynamischen Therapie auf wirtschaftliche Weise an die Bedürfnisse der Blutbank-Industrie anzupassen. Die bisher vorgeschlagenen extrakorporalen Systeme können keine annehmbaren Vernichtungswerte bei den relativ hohen Durchflußraten erzielen, die erforderlich sind, um therapeutische Einheiten von Blutbestandteilen auf kostengünstige Weise zu behandeln.
Aus diesen und anderen Gründen sind die Aussichten der photodynamischen Therapie bei der Behandlung des in Blutbanken vorhandenen nationalen Blutvorrats bisher weitgehend unerfüllt geblieben.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16 bereitgestellt, wobei relativ hohe Verarbeitungs-Durchflußraten möglich sind, während gleichzeitig eine annehmbar hohe Rate der Vernichtung von Verunreinigungen durch photodynamische Therapie erzielt wird.
Die oberbegriffe der Ansprüche 1 und 16 basieren auf der EP-A-0 381 528, und die charakteristischen Merkmale der Erfindung sind in den Kennzeichenteilen der Ansprüche 1 und 16 aufgeführt.
Die Erfindung gibt verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Bestrahlen eines Verunreinigungen tragenden Fluids in einer Behandlungskammer an. Gemäß der Erfindung wird das Fluid innerhalb der Kammer auf bestimmte Weise umgewälzt, um die Verunreinigungen der Strahlung unmittelbar auszusetzen.
Eine Vorrichtung, die die Merkmale der Erfindung verkörpert, weist eine Außenwand auf, die einen Innenbereich bildet. Die Außenwand ist für Strahlung innerhalb einer vorgeschriebenen Wellenlänge im wesentlichen durchlässig, so daß sie die Strahlung in den Innenbereich durchläßt. Eine Behandlungskammer ist in dem Innenbereich ausgebildet, um das zu behandelnde Fluid aufzunehmen. Das Fluid trägt eine oder mehrere Verunreinigungen, an die ein photoaktives Material gebunden ist. Die Behandlungskammer hat eine Außenzone, die an die Außenwand angrenzt, und eine Innenzone, die von der Außenwand beabstandet ist. Gemäß der Erfindung wälzt die Vorrichtung die Verunreinigungen innerhalb der Behandlungskammer in einer Bahn um, die sie von der Innenzone weg und zu der Außenzone der Kammer transportiert. Auf diese Weise werden die Verunreinigungen ständig in Richtung zu der durchlässigen Außenwand gespült, wo sie ganz unmittelbar der Strahlung ausgesetzt werden können, die das photoaktive Material aktiviert.
Ein bevorzugtes System, das die Merkmale der Erfindung verkörpert, umfaßt ein Gehäuse mit einem inneren Rotor. Der Zwischenraum für Fluid ist zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand des Rotors vorhanden. Das System fördert das Fluid, das eine oder mehrere Verunreinigungen trägt, an die ein photoaktives Material gebunden ist, durch den Zwischenraum. Das System läßt außerdem Strahlung in den Zwischenraum durch, um das an die Verunreinigungen gebundene photoaktive Material zu aktivieren. Gleichzeitig dreht das System den Rotor im Inneren des Gehäuses. Die Drehbewegung erzeugt Wirbel in dem durch den Zwischenraum strömenden Fluid. Die Wirbel nehmen die Verunreinigungen entlang einer wendelförmigen Bahn innerhalb des Durchflußzwischenraums mit, wobei sie sie ständig in dem Strahlungsweg zirkulierend halten. Diese Vermischungswirkung gewährleistet, daß die Verunreinigungen der Strahlung unmittelbar und gleichmäßig ausgesetzt werden, während sie durch den Zwischenraum gehen.
Die Vorrichtungen und Verfahren, die die Merkmale der Erfindung verkörpern, sind in Umgebungen anwendbar, in denen während der Verarbeitung die Keimfreiheit und die Integrität eines biologisch geschlossenen Systems aufrechtzuerhalten sind. Die Systeme und Verfahren sind daher ohne weiteres zur Anwendung bei der Blutverarbeitung geeignet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, der nachstehenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, wobei Teile weggebrochen und geschnitten sind, und zeigt ein System zum Behandeln von Fluiden unter Anwendung der photodynamischen Therapie, das die Merkmale der Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht des Systems von Fig. 1, allgemein entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht von oben des in Fig. 1 gezeigten Systems, allgemein entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Behandlungskammer von oben, die dem in Fig. 1 gezeigten System zugeordnet ist, allgemein entlang der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5 ist eine vergrößerte seitliche Schnittansicht der dem System von Fig. 1 zugeordneten Behandlungskammer, allgemein entlang der Linie 5-5 in Fig. 4;
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht eines anderen Systems zum Behandeln von Fluiden unter Anwendung der photodynamischen Therapie, das die Merkmale der Erfindung verkörpert;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht von oben des in Fig. 6 gezeigten Systems, allgemein entlang der Linie 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8 ist eine seitliche Schnittansicht des Systems von Fig. 6, allgemein entlang der Linie 8-8 von Fig. 7;
Fig. 9 ist eine Ansicht eines Bereichs des Systems von Fig. 6, allgemein entlang der Linie 9-9 in Fig. 8;
Fig. 10 ist eine Perspektivansicht eines anderen Systems zum Behandeln von Fluiden unter Anwendung der photodynamischen Therapie, das die Merkmale der Erfindung verkörpert;
Fig. 11 ist eine seitliche Schnittansicht des Systems von Fig. 10, allgemein entlang der Linie 11-11 von Fig. 10;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht von oben des in Fig. 10 gezeigten Systems, allgemein entlang der Linie 12-12 in Fig. 11;
Fig. 13 ist eine Ansicht eines Bereichs des Systems von Fig. 10, allgemein entlang der Linie 13-13 in Fig. 12; und
Fig. 14 ist eine Perspektivansicht der Behandlungskammer und ihrer zugehörigen Komponenten, die die in den Fig. 1 bis 13 gezeigten Systeme enthalten, wobei die Komponenten vereinzelt sind, wie das vor dem Gebrauch der Fall wäre.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der Konstruktion und der Anordnung von Teilen beschränkt, wie sie in der nachstehenden Beschreibung angegeben oder in den Zeichnungen gezeigt sind. Die Erfindung kann in anderen Ausführungsformen und auf verschiedene sonstige Weise praktisch angewandt werden. Die Terminologie und Ausdrucksweise dienen lediglich der Beschreibung und sind nicht als einschränkend anzusehen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt ein System 10 zum Behandeln eines eine Verunreinigung tragenden Fluids, wobei dieses System die Merkmale der Erfindung verkörpert. Das System umfaßt eine Behandlungsvorrichtung 12, die das Fluid von einem Vorratsbehälter 14 erhält und das Fluid nach der Behandlung zu einem Sammelbehälter 16 transportiert.
Das zu behandelnde Fluid kann unterschiedlich sein. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Fluid einen Bestandteil von menschlichem Vollblut auf, der zum Zweck der Transfusion gelagert werden soll. Insbesondere besteht das Fluid aus Erythrozyten, die in Plasma suspendiert sind. Typischerweise ist zusammen mit den Erythrozyten auch eine Menge an Leukozyten vorhanden. Das Fluid kann außerdem ein Antikoagulans und fakultativ ein Lagerungsmittel für den Blutbestandteil aufweisen. Alternativ kann das Fluid aus in Plasma suspendierten Blutplättchen bestehen.
Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Verunreinigung ein pathogenes Virus auf, das charakteristisch im Blut mitgeführt wird. Beispielsweise kann die Verunreinigung das Hepatitis-B-Virus, das AIDS-Virus, das Herpes-Virus oder das Grippevirus sein.
Das Fluid in dem Vorratsbehälter 14 umfaßt ein photoaktives Material, das eine Affinität zu der von dem Fluid getragenen biologischen Verunreinigung hat. Das photoaktive Material wird dem in dem Vorratsbehälter 14 enthaltenen Blut hinzugefügt, nachdem das Blut von einem Spender gesammelt wurde. Der Schritt der Zugabe des photoaktiven Materials wird noch im einzelnen erläutert.
Wegen seiner Affinität zu der Verunreinigung wird das photoaktive Material an die Verunreinigung in dem Vorratsbehälter 14 gebunden. Das photoaktive Material ist von einem Typ, der durch Belichten mit Strahlung innerhalb eines vorgeschriebenen Wellenlängenbereichs aktiv wird. Bei Aktivierung durch Strahlung vernichtet das Material die Verunreinigung.
Es können verschiedene Typen von photoaktiven Materialien eingesetzt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die photoaktive Verbindung eine Familie von durch Licht aktivierbaren Arzneistoffen auf, die von Benzporphyrin abgeleitet sind. Diese Derivate werden allgemein als BPD bezeichnet. BPD sind von Quadra Logic Technologies, Inc., Vancouver B.C., Canada, im Handel zu beziehen.
BPD haben ebenso wie andere Arten von Hämatoporphyrin-Materialien eine Affinität zu den Zellwänden von vielen Virusorganismen, die im Blut getragen werden. Sie binden sich daher an die biologische Zellwand dieser Organismen oder lagern sich dort an. Wenn sie Strahlung ausgesetzt werden, unterliegen BPD einem Energieübertragungsprozeß mit Sauerstoff unter Bildung eines Singulett-Sauerstoffs. Wenn der Singulett-Sauerstoff oxidiert, tötet er die biologischen Zellen, an die er sich angelagert hat. BPD sind im Detail in der US-PS 4 878 891 von Judy et al. beschrieben.
Gemäß der Erfindung bewegt die Behandlungsvorrichtung das Fluid zielgerichtet, während die Verunreinigung gleichzeitig der Strahlung ausgesetzt wird.
Wie die Fig. 1 und 2 am besten zeigen, umfaßt die Behandlungsvorrichtung 12 ein Gehäuse 18, das eine Behandlungskammer 20 bildet. Das Gehäuse 18 hat eine rohrförmige Außenwand 22.
Das Gehäuse 18 enthält außerdem eine Innenwand 24. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die Innenwand 24 die Form eines im allgemeinen zylindrischen Rotors oder einer Schleuder 24. Ein relativ schmaler bogenförmiger Zwischenraum 26 existiert zwischen der Rotorwand 24 und dem Inneren der Gehäusewand 22. Der bogenförmige Zwischenraum 26 bildet die Begrenzung der Behandlungskammer 20.
Bei dieser Anordnung (wie die Fig. 4 und 5 am besten zeigen) hat die Behandlungskammer 20 eine Innenzone 25, die entlang der Rotorwand 24 liegt, und eine Außenzone 23, die entlang der Gehäuseaußenwand 22 liegt.
Die Gehäusewand 22 besteht aus einem Material, das für die Strahlung im wesentlichen durchlässig ist, so daß die Strahlung in den bogenförmigen Zwischenraum 26 durchgelassen wird. (Das ist durch den mit bezeichneten Pfeil in den Fig. 4 und 5 gezeigt.) Die Strahlung geht zuerst in die Außenzone 23 und dann weiter in die Innenzone 25, wenn sie nicht durch in dem Zwischenraum 26 vorhandene Stoffe anderweitig absorbiert oder reflektiert wird. Typischerweise nimmt die Intensität der Strahlung bei ihrem Durchgang von der Außenzone 23 in Richtung zu der Innenzone 25 ab.
Das zu behandelnde Fluid durchquert den Zwischenraum 26 zwischen einem Einlaß 30 und einem Auslaß 32. Der Einlaß 30 führt von dem Vorratsbehälter 14 durch einen Einlaßschlauch 34. Der Auslaß 32 führt durch einen Auslaßschlauch 34 zu dem Sammelbehälter 6. Eine Pumpe 38 fördert Fluid durch den Einlaßschlauch 34.
Lager 40 tragen den Rotor 24, so daß er in dem Gehäuse 18 um eine Achse 42 drehbar ist, die zu der Richtung des Fluiddurchflusses in dem Zwischenraum 26 im wesentlichen parallel ist (siehe Fig. 2). Ein mit dem Rotor 24 magnetisch gekoppelter Antrieb 44 dreht den Rotor 24 mit einer geregelten Oberflächengeschwindigkeit.
Wenn der Rotor 24 gedreht wird, während Fluid den Zwischenraum 26 durchströmt, werden die Strömungsmuster im Inneren des Zwischenraums 26 signifikant verindert. Der sich drehende Rotor 24 erzeugt sekundäre Fluidströmungsmuster, die als Wirbel 46 bezeichnet werden, innerhalb des Zwischenraums 26 (siehe Fig. 5). Die Wirbel 46 verlaufen wendelförmig in einer schraubenförmigen Bahn entlang der Drehachse 42. Diese Wirbel 46 werden in der technischen Literatur auch als "Taylorsche Wirbel" bezeichnet (siehe Taylor, "Stability of a Viscous Liquid Contained Between Two Rotating Cylinders", Proc. of the Royal Society, V151 (1935), S. 289-343).
Wie Fig. 5 zeigt, spülen die Wirbel 46 das von dem Fluid getragene Material einschließlich der Verunreinigungen, an die das photoaktive Material gebunden ist (in Fig. 5 allgemein mit 48 bezeichnet), kontinuierlich aus der Innenzone 25 der Behandlungskammer 20 zu der Außenzone 23. Dadurch folgen die Verunreinigungen 48 nicht nur einer axialen Bahn zwischen dem Einlaß 30 und dem Auslaß 32 des Zwischenraums 26, sondem die Verunreinigungen 48 folgen außerdem einer radialen, wendelförmigen Bahn durch den Zwischenraum 26. Die Wirbel 46 halten die Verunreinigungen 48 nahe der äußeren Gehäusewand 22, wo die Strahlung in den Zwischenraum 26 eintritt, ständig in Zirkulation. Diese Vermischungsmuster, die von den Wirbeln 46 ausgebildet werden, gewährleisten, daß sämtliche von dem Fluid mitgeführten Verunreinigungen 48 ständig zu der Außenzone 23 verbracht werden, wo die Strahlung zuerst in die Behandlungskammer 20 (d. h. den Zwischenraum 26) eintritt.
Es versteht sich, daß die in Fig. 5 gezeigten Wirbel 46 auf verschiedene Weise erzeugt werden können. Beispielsweise könnte des Gehäuse 18 selber um den Rotor 24 gedreht werden, der seinerseits ortsfest bleiben würde. Diese relative Drehbewegung zwischen dem Gehäuse 18 und dem Rotor 24 erzeugt die gleiche Art von Wirbeln 46 und führt zu der gleichen erwünschten Vermischungswirkung.
Die konstruktions- und betriebsmäßigen Relationen, die die Ausbildung der in Fig. 5 gezeigten Vermischungswirbel 46 bestimmen, sind allgemein bekannt. Der Axialwert (der als axiale Reynoldssche Zahl bekannt ist) ist durch die Gleichung definiert:
R = Vd/ ,
wobei V = mittlere axiale Geschwindigkeit des Rotors 24;
d = Breite des Zwischenraums 26; und
= Viskosität des behandelten Fluids.
Der Wert (als Taylorsche Zahl bekannt) ist durch die folgende Gleichung definiert:
T² = Ω²rd³/ ²
wobei Ω = Winkelgeschwindigkeit des Rotors 24;
r = Radius des Rotors 24; und
d und wie vorstehend definiert sind.
Wenn Null ist, funktioniert eine in Fig. 5 gezeigte Konfiguration in vier Betriebszuständen:
(1) Bei niedrigen T-Werten ist die Strömung von einem laminaren Couette-Typ.
(2) Bei einem ersten Schwellenwert von (typischerweise ca. 41,3) entwickeln sich die Wirbel 46, ohne daß sie eine Turbulenz verursachen. Mit zunehmendem Wert von über diesen ersten Schwellenwert nimmt die Stärke der Wirbel zu, bis ein zweiter Schwellenwert von (typischerweise ca. 400) erreicht ist.
(3) Oberhalb des zweiten Schwellenwerts von bleiben die Wirbel 46 bestehen, aber es bildet sich Turbulenz aus. Die Turbulenz nimmt zu, bis ein dritter Schwellenwert von (typischerweise ca. 1715) erreicht ist.
(4) Oberhalb des dritten Schwellenwerts von verschwinden die Wirbel 46, und die Strömung wird rein turbulent.
Das System 10 löst die Aufgaben der Erfindung unter den Strömungsbedingungen (2) und (3). Die am meisten bevorzugte Bedingung ist (2).
Innerhalb der durch diese Beziehungen gegebenen Grenzen können die Größe des Zwischenraums 26 und die Oberflächengeschwindigkeit des Rotors 24 nach Maßgabe der Art des Fluids, das zu behandeln ist, und der Durchflußbedingungen des Behandlungsverfahrens geändert werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform, bei der das behandelte Fluid Blutmaterialien enthält, hat der Zwischenraum 26 eine Breite von ca. 0,508 mm (0,02 inch) und eine Länge von ca. 76,2 mm (3,0 inch). Der Rotor wird mit ca. 3600 U/min gedreht.
Die Behandlungsvorrichtung 12 weist eine Strahlungskammer 50 auf, die Strahlung in die Behandlungskammer 20 (d. h. in den Zwischenraum 26) richtet. Die Strahlungskammer 50 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Die Zeichnungen zeigen drei alternative Konstruktionen.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform weist die Strahlungskammer 50 eine einzige Strahlungsquelle 52 und einen Reflektor 54 auf, der sowohl die Strahlungsquelle 52 als auch die Behandlungsvorrichtung 12 umschließt.
Bei dieser Ausführungsform (Fig. 2 zeigt das am besten) umfaßt die Strahlungsquelle 52 eine röhrenförmige Glühlampe 56, die einen langgestreckten Glühfaden 58 hat. Eine Stromquelle (nicht gezeigt) liefert Elektrizität an den Glühfaden 58, so daß der Glühfaden 58 Strahlung abgibt. Das Glühfadenmaterial ist so gewählt, daß es nach Maßgabe des zu behandelnden Fluids Strahlung einer vorgeschriebenen Wellenlänge oder eines vorgeschriebenen Wellenlängenbereichs abgibt.
Bei der gezeigten Ausführungsform besteht der Glühfaden 58 aus Wolfram, wenn das behandelte Fluid Erythrozyten enthält. Dieses Material gibt ein rotes Strahlungsband einer Wellenlänge von ca. 690 nm ab. Beim Betrieb mit einer Spannung von ca. 250 V (Wechselspannung) hat die von dem Glühfaden 58 abgegebene Strahlung eine Intensität von ca. 1,7 mw/c².
Erythrozyten sind für Strahlung dieser Wellenlänge im wesentlichen durchlässig. Die BPD sind dies jedoch nicht. Die BPD absorbieren Strahlung dieser Wellenlänge und werden dadurch aktiviert.
Wenn dagegen das zu behandelnde Fluid Blutplättchen enthält, würde man den Glühfaden so wählen, daß er eine blaue Wellenlänge und eine Peak-Wellenlänge von ca. 425 nm hat. Blutplättchen sind für Strahlung dieser Wellenlänge im wesentlichen durchlässig, die BPD jedoch nicht.
Die Wärmequelle 52, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, weist eine erste und eine zweite Kammer 60 und 62 auf, die die Lampe 56 konzentrisch umgeben. Fluide werden durch diese Kammern 60 und 62 umgewälzt, um die Strahlungsquelle zu kühlen.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung zirkuliert Druckluft aus einem Einlaß 64 durch die erste Kammer 60. Die Luft wird durch einen Abzug 66 am Oberende der ersten Kammer 60 abgeführt. Eine Sekundär-Kühlflüssigkeit, wie etwa Wasser, zirkuliert ausgehend von einem Einlaß 68 am Oberende der zweiten Kammer 62. Die Kühlflüssigkeit tritt aus der zweiten Kammer 62 durch einen unteren Auslaß 70 aus.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform hat der Reflektor 54 im allgemeinen elliptische Gestalt (wie Fig. 3 am besten zeigt). Der elliptische Reflektor 54 hat zwei diametral beabstandete Brennpunkte, die bei 72 und 74 entlang seiner großen Achse 76 positioniert sind. Der Glühfaden 58 der Strahlungsquelle 52 liegt an dem einen Brennpunkt 72. Die Rotationsachse 42 des Rotors 24 innerhalb der Behandlungskammer 20 liegt an dem anderen Brennpunkt 74.
Bei dieser Anordnung ist die gesamte Innenfläche des Reflektors 54 mit einem Material belegt, das die von der Quelle 52 abgegebene Strahlung reflektiert. Gold oder ein ähnlich hochreflexionsfähiges Material kann verwendet werden, um die oben beschriebenen Strahlungswellenlängen zu reflektieren.
Wie Fig. 3 zeigt, richtet der elliptische Reflektor 54 von der Quelle abgegebene Strahlung gleichmäßig um das Äußere des rohrförmigen Gehäuses 18 herum, das die Behandlungskammer 20 umgibt. Die Strahlung füllt den Zwischenraum 26 der Behandlungskammer 20 gleichmäßig aus, während der Rotor 24 sich dreht, um das Fluid auf seinem Weg durch den Zwischenraum 26 ständig zu vermischen (wie die Fig. 4 und 5 zeigen).
Bei der zweiten alternativen Ausführungsform (die in den Fig. 6 bis 9 gezeigt ist) weist die Strahlungskammer 50 eine Vielzahl von Strahlungsquellen auf (die allgemein mit 78 bezeichnet sind). Die dieser Ausführungsform zugeordnete Behandlungsvorrichtung 12 ist die gleiche wie diejenige der Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist (deren Inneres im Betrieb auch in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist).
Bei der gezeigten Ausführungsform (siehe die Fig. 6 und 9) ist jede Strahlungsquelle 78 "diskret", was bedeutet, daß jede Quelle 78 ein eigenständiger Strahlungsemitter ist, der seine eigene Strahlungszone ausbildet. Da sie diskret sind, ist jede Quelle 78 außerdem zu einem Betrieb imstande, bei dem sie unabhängig von der Abgabe von Strahlung durch die übrigen Quellen 78 eine Strahlung abgibt.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist jede Strahlungsquelle 78 als Photodiode ausgebildet. Ebenso wie bei der einzigen Strahlungsquelle 52 können verschiedene Arten von Photodioden ausgewählt werden, was von dem zu behandelnden Fluid und den Charakteristiken des eingesetzten photoaktiven Materials abhängig ist. Bei der gezeigten Ausführungsform, bei der das behandelte Fluid Erythrozyten enthält, verwenden sämtliche Photodioden Aluminium-Gallium-Arsenid-Material mit transparentem Substrat (TS AlGaAs). Photodioden dieses Typs sind von Hewlett-Packard Co. erhältlich (Produktbezeichnung "HLMP-8150 15 Candella").
Diese Photodioden geben ein Strahlungsband mit einem relativ kleinen Sichtwinkel von ca. 4º ab. Das vorgeschriebene Strahlungsband hat eine relativ präzise rote Wellenlänge mit einer Peak-Wellenlänge von ca. 690 nm. Wenn, wie bereits erläutert, das zu behandelnde Fluid Blutplättchen enthält, würde man die Photodiode so wählen, daß sie eine blaue Wellenlänge mit einer Peak-Wellenlänge von ca. 425 nm hat.
Bei der gezeigten Ausführungsform hat jede diskrete Photodioden-Strahlungsquelle 78 eine Mindestintensität von ca. 8,0 cd (bei 20 mA), eine maximale Intensität von ca. 36,0 cd (bei 20 mA) und eine typische Intensität von ca. 15,0 cd (bei 20 mA). Jede Photodiodenquelle 78 wird mit einer niedrigen maximalen Durchlaßspannung von ca. 2,4 V betrieben.
Bei der in den Fig. 6 bis 9 gezeigten Ausführungsform sind die diskreten Strahlungsquellen 78 in einem Feld 80 angeordnet (wie Fig. 9 am besten zeigt). Das Feld 80 weist die Vielzahl von diskreten Quellen 78 in Reihen von jeweils ca. Quellen (in Fig. 6 horizontal gezeigt) auf. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt das Feld 80 ungefähr 195 diskrete Strahlungsquellen 78. Ein Steuerelement (nicht gezeigt) betätigt die diskreten Strahlungsquellen 78.
Bei dieser Anordnung weist die Strahlungskammer 50 ebenfalls einen Reflektor 82 auf, der die Behandlungskammer 20 umgibt. Wie Fig. 7 am besten zeigt, ist der Reflektor 82 im allgemeinen an die Gestalt einer Ellipse angepaßt, die entlang ihrer kleineren Achse 83 abgeschnitten ist und daher nur einen einzigen Brennpunkt 84 hat. Das Feld bzw. die Matrix 80 von Strahlungsquellen liegt über dem offenen Ende 86 des abgeschnittenen Reflektors 82. Die Drehachse 42 der Behandlungskammer 20 liegt an dem geschlossenen Ende 88 entlang dem Brennpunkt 84.
Wie bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist die gesamte Innenfläche des Reflektors 82 mit einem Material, wie Gold belegt, das die von der Quelle abgegebene Strahlung reflektiert. Wie Fig. 7 zeigt, richtet der Reflektor 82 von dem Feld 80 abgegebene Strahlung gleichmäßig um das Äußere des rohrförmigen Gehäuses 18 der Behandlungskammer 20 herum. Strahlung füllt den Zwischenraum 26 der Behandlungskammer 20 gleichmäßig aus, während der Rotor 24 sich dreht, um das den Zwischenraum 26 durchfließende Fluid zu vermischen.
Bei der dritten alternativen Ausführungsform (die in den Fig. 10 bis 13 gezeigt ist) weist die Strahlungskammer 50 ebenso wie bei der in den Fig. 6 bis 9 gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Strahlungsquellen in Form von Photodioden auf (die ebenfalls allgemein mit dem gleichen Bezugszeichen 78 versehen sind). Ebenso wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 9 sind die diskreten Strahlungsquelle 78 in einzelnen Feldern oder Matrixanordnungen 90 angeordnet. Anders als bei der Anordnung gemäß den Fig. 6 bis 9 umfaßt jedoch die Behandlungskammer 20 keinen Reflektor. Stattdessen umgeben die Felder 90 der Strahlungsquellen selbst die Behandlungskammer 20 vollständig.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind zwanzig (20) Felder 90 umfangsmäßig um einen Mittelpunkt 92 herum angeordnet. Die Rotationsachse 42 der Behandlungskammer 20 liegt allgemein entlang diesem Mittelpunkt 92. Jedes Feld 90 weist vierundzwanzig (24) diskrete Lichtquellen 78 auf. Die Behandlungskammer 20 ist somit etwa 480 diskreten Strahlungsquellen 78 ausgesetzt. Ein Steuerelement (nicht gezeigt) betätigt die diskreten Strahlungsquellen 78.
Ebenso wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen richten die umhüllenden Felder 90 der Strahlungsquellen 78 Strahlung gleichmäßig um das Äußere des rohrförmigen Gehäuses 18 der Behandlungskammer 20 herum. Strahlung füllt den Zwischenraum 26 der Behandlungskammer 20 gleichmäßig aus, während der Rotor 24 gedreht wird, um das durch den Zwischenraum 26 strömende Fluid zu vermischen.
Da jede in der zweiten und der dritten alternativen Ausführungsform gezeigte Strahlungsquelle 78 diskret ist, kann das Steuerelement so ausgebildet sein, daß es zwei oder mehr der Strahlungsquellen mit einer unterschiedlichen Wellenlänge betreibt. Alternativ kann das Steuerelement so ausgebildet sein, daß es zwei oder mehr der diskreten Strahlungsquellen 78 im wesentlichen mit derselben Wellenlänge betreibt.
Ferner kann die von jeder diskreten Quelle 78 austretende Strahlungszone ebenso wie die Strahlungsintensität jeder Quelle 78 veränderlich sein.
Der Vorratsbehälter 14 und der Sammelbehälter 16, die mit sämtlichen gezeigten Ausführungsformen der Erfindung zu verbinden sind, haben jeweils die Form eines Beutels (94 bzw. 96) aus einem biegsamen inerten Kunststoff, wie etwa weichgestelltem Polyvinylchlorid medizinischer Güte.
Bei der gezeigten Ausführungsform (siehe Fig. 14) weist der Einlaß 30 zu der Behandlungsvorrichtung 12 ein Stück aus dem biegsamen inerten Kunststoffschlauch 34 auf. Der Schlauch 34 endet in einer ersten Verbindungseinrichtung 98. Der Schlauch 34 weist außerdem einen herkömmlichen Inline-Filter 100 auf, um die Leukozyten aus dem Fluid vor dessen Eintritt in die Behandlungsvorrichtung 12 abzutrennen. Das verwendete Filtrationsmittel (nicht gezeigt) kann Watte, Celluloseacetat oder eine andere Kunstfaser, wie Polyester, aufweisen.
Ein Stück flexibler inerter Kunststoffschlauch 102 verbindet auch den Vorratsbehälter 14. Dieser Schlauch 102 weist eine zweite Verbindungseinrichtung 104 auf, die mit der ersten Verbindungseinrichtung 98 zusammenpaßt, um den Vorratsbehälter 14 mit dem Einlaß 30 der Behandlungsvorrichtung 12 zu verbinden (wie Fig. 1 zeigt).
Es können zwar verschiedene bekannte Verbindungseinrichtungen bei der gezeigten Ausführungsform verwendet werden, die Einrichtungen 98 und 104 sind jedoch bevorzugt sterile Verbindungseinrichtungen wie diejenigen, die in den US-PS'en 4 157 723 und 4 265 280 von Granzow et al. gezeigt sind, die hier summarisch eingeführt werden.
Der Auslaß 32 der Behandlungsvorrichtung 12 weist ferner den bereits beschriebenen Schlauch 36 auf. Das Ende des Schlauchs 36 ist an den Sammelbehälter 16 angeschlossen. Bei einer alternativen Anordnung (nicht gezeigt) könnte der Schlauch 36 normalerweise in zwei Abschnitte wie die Schläuche 34 und 102 unterteilt sein, die jeweils eine sterile Verbindungseinrichtung haben, um den Sammelbehälter 16 vor dem Gebrauch mit dem Auslaß 32 der Behandlungsvorrichtung 12 zu verbinden.
Bei der gezeigten Ausführungsform (siehe Fig. 14) trägt ein Zusatzbehälter 106 eine Lösung, die das photoaktive Material enthält. Der Zusatzbehälter 106 hat außerdem ein Stück Schlauch 108, das eine dritte (bevorzugt sterile) Verbindungseinrichtung 110 trägt. Bei dieser Anordnung weist der Vorratsbehälter 14 außerdem ein weiteres Stück Schlauch 112 auf, das eine vierte (bevorzugt sterile) Verbindungseinrichtung 114 trägt. Durch Verbinden der dritten und der vierten sterilen Verbindungseinrichtungen 110 und 114 miteinander kann das photoaktive Material aus dem Zusatzbehälter 106 in den Vorratsbehälter 14 gefördert werden, um mit dem zu behandelnden Fluid vermischt zu werden. Die miteinander verbundenen Schläuche 108 und 112 bilden eine geschlossene, intern sterile Leitung zum Einleiten des photoaktiven Materials in den Vorratsbehälter 14. Nachdem das photoaktive Material überführt worden ist, kann der Schlauch 108 an der Abstromseite der vereinigten Verbindungseinrichtungen 110 und 114 durch Thermoschweißen verschlossen werden (wie Fig. 1 zeigt), und der Zusatzbehälter 106 kann entfernt werden.
Durch Verwendung der sterilen Verbindungseinrichtungen 98, 104, 110 und 114 weisen die gebildeten Durchflußbahnen eine geschlossene, intern sterile Leitung zum Transport von Fluid aus dem Vorratsbehälter durch die Behandlungskammer 20 und in den Sammelbehälter 16 auf.
Nach der Behandlung kann der Schlauch durch Thermoschweißen verschlossen und der Sammelbehälter 16 zur Lagerung entfernt werden.

Claims

1. Vorrichtung (12) zum Behandeln eines Fluids, das eine Verunreinigung enthält, an die ein photoaktives Material gebunden ist, wobei das Material durch Belichten mit Strahlung innerhalb eines vorgeschriebenen Wellenlängenbereichs aktiviert wird, um die Verunreinigung vernichten, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

eine Außenwand (22), die einen Innenbereich bildet, eine Innenwand (24), die in dem Innenbereich von der Außenwand beabstandet liegt, um zwischen der Außenwand und der Innenwand eine Behandlungskammer (20) zur Aufnahme des zu behandelnden Fluids zu bilden, wobei die Behandlungskammer eine Außenzone (23) angrenzend an die Außenwand und eine Innenzone (25) angrenzend an die Innenwand hat und mit Strahlung innerhalb der vorgeschriebenen Wellenlänge belichtbar ist,

gekennzeichnet durch eine Zirkulationseinrichtung (44) zum Drehen der Innen- und der Außenwand relativ zueinander, so daß die Verunreinigung in der Behandlungskammer (20) von der Innenzone (25) in Richtung zu der Außenzone (23) umgewälzt wird, wobei die Außenwand (22) für die Strahlung im wesentlichen durchlässig ist, um die Strahlung in den Innenbereich durchzulassen, um die Verunreinigung mit der Strahlung zu belichten, die durch die Außenwand zu der Außenzone (23) geht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Innenwand einen Rotor (24) bildet und wobei die Zirkulationseinrichtung (44) eine Einrichtung zum Drehen des Rotors (24) in dem Innenbereich aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Außenwand (22) ein im allgemeinen rohrförmiges Gehäuse (18) bildet, das den Innenbereich in Umfangsrichtung bildet,

wobei die Innenwand (24) ein im allgemeinen zylindrisches Element bildet, das in dem Gehäuse liegt, wobei der Raum zwischen der Innenwand und der Außenwand einen ringförmigen Zwischenraum (26) bildet, der die Behandlungskammer (20) aufweist, und

wobei die Zirkulationseinrichtung (44) eine Einrichtung zum Drehen des zylindrischen Elements (24) und der Außenwand (22) relativ zueinander aufweist, um Wirbel in dem ringförmigen Zwischenraum (26) zu erzeugen, um die Verunreinigung in Richtung zu der Außenzone (23) des ringförmigen Zwischenraums zirkulieren zu lassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der ringförmige Zwischenraum (26) einen Einlaß (30) zur Aufnahme von Fluid und einen Auslaß (32) zur Abgabe von Fluid aufweist, wobei der Einlaß und der Auslaß relativ zu der Drehachse (42) beabstandet sind.

5. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einer Einrichtung (50) zur Abgabe von Strahlung innerhalb des vorgeschriebenen Wellenlängenbereichs durch die Außenwand (22) und in die Behandlungskammer (20) hinein, um im Betrieb das photoaktive Material, das an die Verunreinigung gebunden ist, zu aktivieren.

6. Kombination nach Anspruch 5, wobei die Strahlungsabgabeeinrichtung (50) von der Vorrichtung (12) beabstandet ist und Mittel (54, 82) zum Fokussieren der abgegebenen Strahlung durch die Außenwand (22) aufweist.

7. Kombination nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Strahlungsabgabeeinrichtung eine einzige Strahlungsquelle (52) aufweist.

8. Kombination nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Strahlungsemissionseinrichtung Vielfachstrahlungsquellen (78) aufweist.

9. Kombination nach Anspruch 8, wobei jede der Vielfachstrahlungsquellen (78) diskret ist.

10. Kombination nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Strahlungsemissionseinrichtung eine Photodiode aufweist.

11. Kombination nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Strahlungsemissionseinrichtung eine Strahlungsquelle (52, 78) und eine Reflexionsfläche (54, 82) aufweist, die wenigstens einen Bereich der Vorrichtung (12) umgibt.

12. Kombination nach Anspruch 11, wobei die Reflexionsfläche (54) elliptische Gestalt hat.

13. Kombination nach Anspruch 12,

wobei die elliptische Reflexionsfläche (54) einen ersten und einen zweiten Brennpunkt (72, 74) aufweist, die diametral beabstandet sind,

wobei die Strahlungsquelle (52) an dem einen (72) der Brennpunkte liegt und

wobei die Vorrichtung (12) an dem anderen Brennpunkt liegt.

14. Kombination nach Anspruch 12,

wobei die elliptische Reflexionsfläche (82) ein offenes Ende (86), das sich entlang ihrer kleineren Achse (83) erstreckt, und ein geschlossenes Ende (88) aufweist, das von dem offenen Ende beabstandet ist und einen Brennpunkt (84) enthält,

wobei die Strahlungsquelle (78) an dem offenen Ende (86) der Ellipse liegt und in die Richtung des geschlossenen Endes (88) weist und

wobei die Vorrichtung (12) in dem geschlossenen Ende (88) an dem Brennpunkt (84) liegt.

15. Kombination nach Anspruch 8 oder 9, wobei Vielfachstrahlungsquellen (78) die Vorrichtung (12) in Umfangsrichtung umgeben.

16. Verfahren zum Behandeln eines Fluids, das eine Verunreinigung enthält, an die ein photoaktives Material gebunden ist, wobei das Material durch Belichten mit Strahlung innerhalb eines vorgeschriebenen Wellenlängenbereiches aktiviert wird, um die Verunreinigung zu vernichten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Transportieren des Fluids in eine Behandlungskammer (20) einer Vorrichtung (12), die eine Außenwand (22), welche einen Innenbereich bildet, und eine Innenwand (24) hat, die in dem Bereich von der Außenwand (22) beabstandet liegt, um die Behandlungskammer zwischen der Innen- und der Außenwand (22, 24) zu bilden, und Belichten der Kammer (20) mit einer Quelle (52, 78) für Strahlung innerhalb des vorgeschriebenen Wellenlängenbereiches,

gekennzeichnet durch Drehen der Innenwand und der Außenwand (22, 24) relativ zueinander, um die Verunreinigung in der Behandlungskammer in Richtung zu der Außenwand zirkulieren zu lassen, während gleichzeitig die Außenwand (22) der Strahlungsquelle ausgesetzt wird, wobei die Außenwand (22) für die Strahlung innerhalb des vorgeschriebenen Wellenlängenbereiches im wesentlichen durchlässig ist, um die Strahlung zu der zirkulierenden Verunreinigung zu leiten.

17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner den Schritt des Transportierens des Fluids durch die Behandlungskammer (20) aufweist, während man gleichzeitig die Verunreinigung in Richtung zu der Außenwand (22) zirkulieren läßt, um sie der Strahlung auszusetzen.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei während des Schritts der Beaufschlagung mit Strahlung die Innenwand (24) in dem Innenbereich gedreht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, das vor dem Beaufschlagen der Außenwand (22) mit Strahlung den folgenden Schritt aufweist: Zugeben eines photoaktiven Materials zu dem Fluid, wobei sich das Material an die Verunreinigung bindet, wobei das Material durch Beaufschlagen mit Strahlung innerhalb des vorgeschriebenen Wellenlängenbereichs aktiviert wird, um die Verunreinigung zu vernichten.