(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体成分を分離するための密度遠心分離機（１８）血液処理システム（１０）の分離チャンバ（２０）用の光学セル（１８０）であって、前記光学セルは前記血液処理システムのロータ（２４）に搭載されるように適合され、前記ロータは回転軸を有し、前記分離チャンバが前記ロータに搭載された際、前記回転軸から外方へ延在する径方向寸法を有する前記光学セルは、
入射光ビームの少なくとも一部分を透過させるように適合された抽出チャンバ（１６０）と、
前記ロータの回転軸（２２）に対して径方向外側に前記光学セル内に延在し、前記入射光ビームの少なくとも一部分を透過させるように適合された、流体成分を通す孔及びオリフィスを有する第１の抽出ポート（１８２）と、
前記光学セルを通って流動する流体に対して前記第１の抽出ポートよりも下流にあり、前記第１の抽出ポートの前記オリフィスを越えて径方向外側に前記光学セル内に延在するオリフィス（２０６）を有する赤血球抽出ポート（１８６）と、
前記第１の抽出ポートと前記赤血球抽出ポートとの間にあり、前記光学セルを流れる流体に略垂直であり、上側縁部及び前記上側縁部から径方向外側にある下側縁部を有するダム（１９２）と、
前記ダムの前記下側縁部に設けられた傾斜部（１９０）と、
を備え、
前記傾斜部は、前記ダムの前記下側縁部から上流に前記第１の抽出ポートを越えて延在し、
前記第１の抽出ポートの前記オリフィス及び前記赤血球抽出ポートの前記オリフィスは、径方向において前記ダムの前記上側縁部の径方向位置と前記下側縁部の径方向位置との間となるように、前記抽出チャンバ内に延在することを特徴とする光学セル。
【請求項２】
請求項１記載の光学セルにおいて、前記ダムから径方向外側に流体通路をさらに備えることを特徴とする光学セル。
【請求項３】
請求項１記載の光学セルにおいて、前記傾斜部は、前記傾斜部と前記ダムとの間の接合部から外側に延在することを特徴とする光学セル。
【請求項４】
請求項３記載の光学セルにおいて、前記傾斜部は略平面であることを特徴とする光学セル。
【請求項５】
請求項１記載の光学セルにおいて、前記傾斜部から径方向外側に流体通路をさらに備えることを特徴とする光学セル。
【請求項６】
請求項１記載の光学セルにおいて、前記第１の抽出ポートの前記オリフィスに隣接したプレート（２００）をさらに備え、前記プレートは前記第１の抽出ポートの前記オリフィスから離間し、且つ前記傾斜部から離間していることを特徴とする光学セル。
【請求項７】
請求項１記載の光学セルにおいて、前記ダムは、前記光学セルの壁（１９６）に隣接する上流位置から前記第１の抽出ポートに隣接する下流位置まで傾斜することを特徴とする光学セル。
【請求項８】
請求項１記載の光学セルにおいて、前記第１の抽出ポートはさらに、
前記第１の抽出ポートの前記オリフィスと流体連通し、第１の直径を有する孔（２１６）と、
前記孔と流体連通し、内腔を有するチューブ（２１２）であって、前記内腔は前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、チューブ（２１２）と、
前記孔を前記内腔に連結する円錐台形の通路（２１４）と
を備え、
前記円錐台形の通路の一端は前記第１の直径に一致し、他端は前記第２の直径に一致することを特徴とする光学セル。
【請求項９】
流体成分を分離するための密度遠心分離機血液処理システム用の配管セット（４０）であって、
前記配管セットは、
前記血液処理システムのロータに搭載されるように適合された分離チャンバ（２０）と、
前記分離チャンバと流体連通した、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学セルと
を備えることを特徴とする配管セット。
【請求項１０】
血液を血液成分に分離するために遠心力を与えるように適合されたロータと、
前記ロータの観察領域（２８）を選択的に照明するように適合された光源（１２）と、
前記光源からの光を検出するように適合された光学センサ（１６）と、
前記ロータ、前記光源、及び前記光学センサと電気的に連通し、前記ロータ、前記光源、及び前記センサを制御するように適合された制御システム（３４）と、
前記ロータに搭載された分離容器であって、そこにおいて血液が血液成分に分離される、分離容器（２０）と、
前記分離容器と流体連通した、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学セルと
を備えることを特徴とする遠心分離血液分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、参照により本明細書の開示に含まれる米国特許第７，６０５，３８８号明細書に関するものである。本願は、２００９年１２月１１日出願の現在係属中の米国仮出願第６１／２８５，５９７号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
血液の採取及び処理は、世界中の健康管理システムにおいて重要な役割を果たしている。従来の大規模な血液採取では、血液はドナー又は患者から取り出され、遠心分離、濾過、又はエルトリエーション（ｅｌｕｔｒｉａｔｉｏｎ）によって様々な血液成分に分離され、治療の用途で後々患者に注入するために無菌容器に貯蔵される。分離された血液成分は、典型的には、赤血球、白血球、血小板、及び血漿を含む分画を含む。血液のその成分への分離は、採取中に連続して実施することができるか、又は、特に全血サンプルの処理に関しては、採取後数回に分けて実施することができる。高度無菌条件下で血液をその様々な成分に分離することは、多くの治療用途にとって極めて重要である。
【０００３】
近年、多くの大規模採血センタでは、選択した血液成分を採取し、採取中に残りの血液をドナーに戻すアフェレーシス採血技法が採用されている。アフェレーシスでは、血液は、ドナーから取り出されるとすぐにオンライン血液処理法によって成分に分離される。典型的には、オンライン血液処理は、密度遠心法、濾過、又は拡散に基づく分離法によって行われる。分離された血液成分のうちの１つ又は複数が、採取され、無菌容器内に貯蔵され、残りの血液成分は、直接ドナーに再循環される。この方法の利点は、選択された血液成分しか採取且つ精製されないので、１人のドナーから頻回な供血が可能になることである。例えば、血小板が採取され非血小板血液成分がドナーに戻される血小板フェレーシスを受けているドナーは、１４日毎に供血することができる。
【０００４】
アフェレーシス血液処理は、多数の治療手技においても重要な役割を果たす。これらの方法では、治療を受けている患者から血液が抜き出され、分離され、選択した分画が採取され、残りはその患者に戻される。例えば、患者は、放射線療法の前に白血球フェレーシスを受けることができる。白血球フェレーシスでは、放射線への曝露を回避するために患者の血液の白血球成分が分離、採取、及び貯蔵される。
【０００５】
従来の採血システムもアフェレーシス・システムも、典型的には、血液をその様々な血液成分に分離するために分画遠心分離法を用いている。分画遠心分離では、血液は、中心回転軸を中心に高速回転速度で回転する無菌分離チャンバを通して循環させられる。分離チャンバの回転により、遠心分離機の中心回転軸に垂直に向いた回転分離軸に沿った方向に向く遠心力が生じる。回転時に生じる遠心力により、血液サンプル中に懸濁した粒子が密度の異なる個別の分画に分離する。具体的には、血液サンプルは、赤血球を含む高密度分画及び血漿を含む低密度分画に対応する個別の相に分離する。さらに、血小板及び白血球を含む中密度分画が、赤血球と血漿との間に境界層を形成する。血液遠心分離デバイスは、米国特許第５，６５３，８８７号明細書及び米国特許第７，０３３，５１２号明細書に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
処理量の高い連続した血液分離を実現するために、大部分の分離チャンバに抽出ポート又は採取ポートが設けられる。抽出ポートは、調節可能な流量で分離チャンバから物質を抜き出すことができ、典型的には、分離軸に沿って個別の血液成分に対応する選択した位置に配設される。しかしながら、選択した抽出ポートから流出する抽出流体を略単一相に限定するためには、分離した血液成分間の相の境界を、抽出ポートが単一相に接触するように分離軸に沿って配置しなければならない。例えば、白血球を含有する分画が多血小板血漿に対応する抽出ポートに近すぎると、分離チャンバから流出する多血小板血漿に白血球が進入し、それにより血液処理中に実現される分離の程度が低下する可能性がある。密度遠心法による従来の血液処理により個別の血液成分の効率的な分離を実施できるが、この方法を用いて得られる個別の成分の純度は、多くの治療用途において使用するのに最適でないことが多い。
【０００７】
遠心分離法単独の使用では最適な純度レベルを実現できないことから、血液成分を治療薬として使用するために必要な最適純度を実現するために、濾過、エルトリエーション、及び親和性に基づく技法に基づいたいくつかの相補的な分離技法が開発されてきた。しかし、これらの技法は、実現される総収量を減少させることが多く、採取した血液成分の治療効力を低下させる場合がある。濾過、エルトリエーション、及び親和性に基づく方法による血液処理の例示的な方法及びデバイスは、米国特許第６，３３４，８４２号明細書に記載されている。
【０００８】
遠心分離血液成分分離装置は、例えば、同一出願人による米国特許第７，６０５，３８８号明細書に記載されている。米国特許第７，６０５，３８８号明細書に記載されるように、光学セルの構成は、白血球を第１の抽出ポートを通して抽出でき、血漿及び／又は血小板を第２の抽出ポートを通して抽出でき、赤血球を第３の抽出ポートを通して抽出できるようにしてもよい。（図示しないが）米国特許第７，６０５，３８８号明細書でも言及するように、分離チャンバの光学セルは、１つ又は複数のダム（ｄａｍ）を含むことができ、そのダムは、隣接する成分から生じる不純物を減少させた分離血液成分の選択的抽出を容易にするために、抽出ポートに近接して配置される。密度遠心法による血液処理におけるダムの使用は、当技術分野で知られており、米国特許第６，０５３，８５６号明細書、第６，３３４，８４２号明細書、及び第６，５１４，１８９号明細書に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、血液、血液成分、及び血液由来の流体などの流体成分を含む流体の処理を改善するための方法、デバイス、及びデバイス構成要素を提供する。本発明の方法、デバイス、及びデバイス構成要素は、血液の各成分への分離及び分離後の選択した成分の採取を監視及び制御することができる。
【００１０】
光学的に制御された血液分離装置において、ある過渡的な条件により特定の血液成分、特に白血球の損失が起こることが分かっている。血液成分が分離チャンバから抽出される光学チャンバを改良すると白血球採取の効率が改善されることが分かっている。
【００１１】
本明細書で説明する遠心分離血液処理システムの一機能は、白血球の採取とすることができる。白血球の採取は流動条件の変化に非常に影響を受け易いことが分かっている。流体の流れを制御するポンプが停止すると、赤血球とバフィ・コートとの間の境界面は、一般に、少なくとも一時的に、赤血球抽出ポートのレベルまで下がる。こうした環境では、赤血球層の上部で採取した白血球の層は、しばしば、赤血球抽出ポート内に運ばれ、患者又はドナーに返還される。こうした白血球が患者／ドナーの全血液量と混じり合うので、患者の血液の有効な再処理をしない限りもはや採取のために利用可能にならない。こうした損失により白血球採取の効率が大幅に低下する恐れがある。
【００１２】
本発明によれば、分離容器の光学セルは、少なくともバフィ・コート抽出ポート及び赤血球抽出ポートを備える。白血球はバフィ・コート抽出ポートにおいて採取される。傾斜部（ｒａｍｐ）、ダム、及びシールドにより、白血球がバフィ・コート抽出ポートに方向付けられる。シールドにより、バフィ・コート抽出ポートに隣接した小さい隙間が形成される。赤血球抽出ポートは、分離軸に沿って回転軸から径方向に測定して、オリフィスがシールドの上部と傾斜部との間に位置するように、回転軸から十分な径方向距離だけ分離軸に沿って光学セル内に延在する。
【００１３】
こうした構成により、流動層濾過チャンバ内でさらに分離するために、光学セルからバフィ・コート抽出ポートを通して白血球を含有するバフィ・コートを抜き出すことが可能になる。例えば１つ又は複数のポンプを停止することによって流動条件が中断した場合は、ＲＢＣレベルはＲＢＣ抽出ポートのオリフィスのレベルまで低下する。しかし、ダム及び傾斜部により、バフィ・コート層及び白血球が下流に第３の抽出ポートに流れることが防止され、したがって、安定した状態の流動条件が再設定されるときに採取するために白血球が保持される。
【００１４】
光学セルの他の特徴において、採取可能な白血球の損失を招く可能性がある条件である、第１の抽出ポート内の赤血球の誤検出が低減される。抽出ポートは階段状の内腔を備えていた。その内腔は、径方向外側大口径部と径方向内側小口径部とを有する。フラックス監視領域内の条件の光学的検出のために十分に大きい面積を可能にするために大口径部が必要である。白血球チューブを通る高い流速を促進するために、内腔の直径が小さいことが必要である。採取される白血球の体積は、システム中を通って処理される赤血球又は血漿の体積と比べるとかなり小さい。白血球チューブの内腔が狭いと、白血球ライン内の停滞の可能性が低減される。それにもかかわらず、従来技術の設計の内腔を通る流体の渦流によって、一時的に白血球が捕捉されることがあると考えられる。白血球は、臨界の体積が取り除かれ内腔の小径領域を通るまで、へり部の近傍に蓄積し続けることがある。フラックス監視領域の近くに白血球が蓄積すると、フラックス監視領域を通る光の透過が妨げられる。これらの領域が暗いことは、赤血球と誤って解釈される場合がある。このような条件を軽減するためには、第１の抽出ポートの内腔又は孔は、円錐台形のテーパ部を有する。
【００１５】
本装置の一形態は、流体成分を分離するための密度遠心分離血液処理システムの分離チャンバ用の光学セルであって、前記血液処理システムのロータに搭載されるように適合された該光学セルは、入射光学ビームの少なくとも一部分を透過させるように適合された抽出チャンバと、前記ロータの回転軸に対して径方向外側に前記光学セル内に延在し、前記入射光学ビームの少なくとも一部分を透過させるように適合された、流体成分を通す孔及びオリフィスを有する第１の抽出ポートと、前記光学セルを通って流動する流体に対して前記第１の抽出ポートよりも下流にあり、前記第１の抽出ポートの前記オリフィスを越えて径方向外側に前記光学セル内に延在するオリフィスを有する赤血球抽出ポートと、前記第１の抽出ポートと前記赤血球抽出ポートとの間にあり、前記光学セルを流れる流体に略垂直であり、上側縁部及び前記上側縁部から径方向外側にある下側縁部を有するダムとを備え、前記第１の抽出ポートの前記オリフィス及び前記赤血球抽出ポートの前記オリフィスは、径方向において前記ダムの前記上側縁部と前記下側縁部との間にある、光学セルである。
【００１６】
本発明の他の目的は、ダムから径方向外側に配置された流体通路を有する光学セルを提供することでもよい。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、ダムの下側縁部に傾斜部を有する光学セルを提供することであってよく、前記傾斜部は、前記ダムから上流に第１の抽出ポートを越えて延在する。前記傾斜部は、前記傾斜部と前記ダムとの間の接合部から外側に延在してもよい。前記傾斜部は、略平面としてもよい。
【００１８】
本発明の別の目的又は形態は、第１の抽出ポートのオリフィスに隣接するプレートを有する光学セルでもよく、前記プレートは前記オリフィスから離間している。
【００１９】
本装置の別の態様では、光学セルはダムを有してもよく、該ダムは、前記光学セルの壁に隣接する上流位置から第１の抽出ポートに隣接する下流位置まで傾斜する。
【００２０】
本装置の別の態様は、抽出ポートを有し、該抽出ポートは、該抽出ポートのオリフィスと流体連通し且つ第１の直径を有する孔と、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する内腔と、前記孔を前記内腔に連結する円錐台形の通路とを有する。
【００２１】
本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、以下の説明、図面、及び請求項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、光学的監視制御システムを有する遠心分離血液分離装置の概略図である。
【図２】図２は、血液成分分離容器及び配管セットの平面図である。
【図３】図３は、分離チャンバの光学セルの断面図である。
【図４】図４は、図３の光学セルの斜視図である。
【図５】図５は、図３の光学セルの一部を示す観察エリアの図である。
【図６】図６は、血液処理を制御できる例示的な制御システムの略図を示す。
【図７】図７は、外壁を取り外した、本発明の光学セルの斜視図である。
【図８】図８は、図７の光学セルの平面図である。
【図９】図９は、図８の線９−９に沿った光学セルの断面図である。外壁を断面で示す。
【図１０】図１０は、図８の線１０−１０に沿った光学セルの断面図である。
【図１１】図１１は、図８の線１１−１１に沿った光学セルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面を参照すると、同様の数字は同様の要素を指し、２つ以上の図面に現れる同一の番号は同一の要素を指す。さらに、本明細書では以下に、下記の定義を適用する。
【００２４】
用語「光（ｌｉｇｈｔ）」と「電磁放射線（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」は互いに同義語として用いられる。本発明に有用な光には、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、電波、又はこれらの任意の組み合わせが含まれる。
【００２５】
「分離軸（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｘｉｓ）」は、密度の異なる血液成分が密度遠心分離機内でそれに沿って分離する軸を指す。分離チャンバが密度遠心分離機内で中心回転軸を中心に回転するときに、遠心力は分離軸に沿った方向に向く。したがって、複数の軸が密度遠心分離機の中心回転軸を中心に回転する。
【００２６】
図１に、血液成分分離デバイス１０の例示的な実施形態を概略的に例示する。その血液成分分離デバイス１０は、分離チャンバ上の観察領域から発生する光パターンに対応する光の強度を測定できる光学的監視システムを有する。例示の分離デバイス１０は光源１２、集光要素１４、及び２次元検出器１６を備える。光源１２は、密度遠心分離機１８と光学的に連通しており、その密度遠心分離機１８は、中心回転軸２２を中心に回転する分離チャンバ２０を備える。中心回転軸２２を中心にした回転により、中心回転軸２２に直交するように向けられた複数の回転分離軸に沿って、分離チャンバ内で血液サンプルが個別の血液成分に分離する。好ましい実施形態では、分離チャンバ２０は、分離チャンバ２０が配置及び固定されているロータ２４の内部にある円形の溝に保持される。密度遠心分離機の動作中には、ロータは、ロータ及び分離チャンバの両方が中心回転軸２２を中心に回転するように回転手段に動作可能に接続されている。図１に示す略図では、血液サンプルは、赤血球成分に対応する外側の高密度相と、白血球及び血小板を含有する成分（例えば、バフィ・コート）に対応する中密度相と、多血小板血漿成分に対応する内側の低密度相とに分離される。
【００２７】
光源１２は、分離チャンバ２０上の観察領域２８を照明する入射光ビーム２６を供給する。一実施形態では、光源１２は入射光ビームを生成することができ、その入射光ビームの一部は、分離チャンバ２０内で分離されている少なくとも１つの血液成分を通して透過する。観察領域２８からの散乱光又は透過光２８の少なくとも一部分は、集光要素１４によって集光される。集光要素１４は、集めた光２８の少なくとも一部を、２次元検出器１６上、例えばデジタル・カメラ上に方向付けることができる。２次元検出器１６は、観察領域からの散乱光及び／又は透過光２８のパターンを検出する。例示的な実施形態では、光の強度の２次元分布は、観察領域２８から生じる光のパターンに対応する画像から構成される。一実施形態では、本発明の画像は、モノクロ画像であり、これは、分離軸に沿って分離した血液成分の輝度の測定値を示す。あるいは、本発明の画像は、カラー画像であり、これは、分離軸に沿って分離した血液成分の色測定値を示す。
【００２８】
観察領域２８は、密度遠心分離機１８の一部分、好ましくは、分離チャンバ２０上に配置される。図１に例示する例示的な実施形態では、分離した血液成分、及び光学的に識別可能な血液成分間の相の境界は、観察領域２８において視認可能である。一実施形態では、観察領域は、処理を受けている血液サンプルを通して入射ビームを透過させる窓を有する分離チャンバの光学セル上に配置される。好ましい他の実施形態では、１つ又は複数の抽出ポート（図１に示していない）は、観察領域２８において視認可能である。別の実施形態では、観察領域２８は、血液サンプルの漏出及び／又は分離チャンバもしくは充填材の不適切な位置合わせを視認可能になるように、分離チャンバ２０の上部に配置される。さらに別の実施形態では、観察領域２８は、分離した血液成分の組成を直接監視できるように、分離チャンバの一部分の上に配置される。例えば、本発明の監視システムは、採取した細胞性成分のタイプを特徴付け、分離チャンバから抽出した細胞の数を時間の関数として計数する方法を提供する。あるいは、その監視システムは、血漿タンパク質などの非細胞性血液成分の濃度を直接測定するように構成される。一実施形態では、観察領域２８は、散乱光及び／又は透過光の強度の２次元分布を測定する度に複数の測定値が得られるように構成される。
【００２９】
任意選択で、観察領域２８を、光源３０によって照明することもでき、その光源３０は、分離チャンバに対して集光要素及び２次元検出器と同じ側に配置される。光源３０は、血液サンプル及び／又は遠心分離機によって散乱される入射ビーム３２を生成するように配置される。分離チャンバによって散乱した光源３０からの光の一部分が、集光要素１４によって集光され、検出器１６によって検出される。検出器１６は、光の強度又は画像に対応する出力信号を生成することもできる。図１に示す例示的な実施形態では、２次元検出器１６は、出力信号を受信できる遠心分離デバイス・コントローラ３４に動作可能に接続されている。デバイス・コントローラ３４は、測定した強度分布を表示し、測定した強度分布を格納し、測定した強度分布をリアル・タイムで加工し、監視システム及び遠心分離機の様々な光学的構成要素及び機械的構成要素又はこれらの任意の組み合わせに制御信号を送信する。デバイス・コントローラ３４は、遠心分離機１８に動作可能に接続されており、分離チャンバから出る細胞性成分及び非細胞性成分の流量、分離軸に沿った１つ又は複数の相境界の位置、中心回転軸２２を中心にした分離チャンバの回転速度、血液サンプルへの抗凝固剤もしくは他の血液処理剤の注入、又はこれらの任意の組み合わせなど、遠心分離機の選択される動作条件を調節することができる。
【００３０】
図１に示すように、コントローラ３４を、光源１２又は落射照明光源３０に動作可能に接続することもできる。この実施形態では、デバイス・コントローラ３４及び／又は検出器１６は、照明条件を制御する出力信号を生成することができる。例えば、検出器からの出力信号を用いて、照明パルスのタイミング、照明強度、照明波長の分布、又は光源１２もしくは落射照明光源３０の位置を制御することができる。やはり図１に例示する実施形態に示すように、遠心分離デバイス・コントローラ及び２次元検出器は互いに双方向通信している。この実施形態では、デバイス・コントローラは、検出器の露光時間、検出器ゲインを選択的に調節し、モノクロ撮像とカラー撮像とを切り替えるように、検出器１６に制御信号を送信する。
【００３１】
分離チャンバ２０及び関連の血液成分バッグ・配管セット４０を図２に例示する。バッグ・配管セット４０は一度使用したら捨てることが意図されており、すなわち、分離チャンバ配管セットは、１人のドナーに対して使用した後に使い捨てる。予め接続された体外配管セット４０は、カセット・アセンブリ４２、ならびにそれと相互接続したいくつかの配管／採取アセンブリ４４、４６、４８、５０、５２、５４を含んでもよい。好ましくは、血液取り出し／返還配管アセンブリ４４により、ドナーと残りの配管セット４０との間に単一針のインターフェースが設けられる（針２本の構成も使用できるが、図示しない）。ドナーから血液を取り出しドナーに成分を戻すためのアセンブリ４４に、少なくとも２つのライン５６、５８が設けられる。この実施形態はカセット・アセンブリ４２を含み、該カセット・アセンブリ４２は、ドナーをカセット・アセンブリ４２に接続する配管アセンブリ４４と、血液入口／血液成分出口配管ライン・サブアセンブリ４６との間に相互接続される。該サブアセンブリ４６は、カセット・アセンブリ４２と血液処理分離容器２０との間にインターフェースを構成する。処理容器１２との間で血液及び成分を搬送するための４つの配管ライン６０、６２、６４、６６を図２に示す。抗凝固剤配管アセンブリ４８、ベント・バッグ配管ライン・サブアセンブリ５０、赤血球採取アセンブリ５２、白血球アセンブリ５４も、この実施形態ではカセット・アセンブリ４２と相互接続されている。理解されるように、外部の配管回路又はセット４０及び血液処理容器２０は、好ましくは、一度きりの使用で使い捨てる予め殺菌して密封したアセンブリを作製するように予め相互接続されている。
【００３２】
血液入口／血液成分配管アセンブリ４６のＲＢＣ出口配管ライン６２が容器２０から始まり、分離したＲＢＣをドナー又は採取のために戻すためにカセット５４アセンブリ４２の通路を通してＲＢＣ返還配管ループ６８と相互接続されている。返還の場合は、ＲＢＣ返還配管ループ６８は、好ましくは、カセット・アセンブリ４２の血液返還リザーバ７０の上部に相互接続される。採取の場合は、ＲＢＣ採取配管アセンブリ５２が設けられる。ＲＢＣ採取アセンブリ５２は、好ましくは、ＲＢＣ採取配管ライン７１を含み、該ライン７１は、１つ又は複数のＲＢＣ採取リザーバ又はバッグ７２、及び空気除去バッグ７４と連通している。白血球など、残りの血液成分を除去するために血液フィルタ７６を設けてもよい。
【００３３】
カセット・アセンブリ４２の一部分において、血液入口／血液成分配管アセンブリ４６の血漿配管６４は、ポンプ係合型血漿配管ループ７８及び血漿返還配管ループ８０と相互接続する。血漿の採取を行う場合は、血漿採取バッグ（図示せず）を設けることもできる。血漿返還配管ループ８０により血漿をドナー／患者に返還する。こうした目的のために、血漿返還配管ループ８０は、カセット・アセンブリ４２の血液返還リザーバ７０の上部に相互接続される。まとめて返還血液成分と呼ばれる１つ又は複数のタイプの未採取の血液成分、例えば、赤血球、血漿又は血小板は、使用中に、循環してリザーバ７０に蓄積し、リザーバ７０から取り出される。
【００３４】
血漿又は赤血球、白血球など、他の分離した血液成分のように、本構成において採取された主な血液成分は、光学セル９０を通して分離チャンバ２０から流出する。これを以下により詳細に説明する。白血球は、濾過チャンバ８２内に蓄積され、周期的に白血球チューブ６６に移送される。白血球は、適切な間隔で、ポンプ・ループ８４及び配管ライン８６を通して白血球採取バッグ８８にポンプ輸送される。あるいは、血液返還リザーバ７０に連結したループ９２を通してドナーに過剰な血液成分を返還することもできる。
【００３５】
図２の実施形態のカセット・アセンブリ４２は、使用において、血液成分分離デバイス１０のポンプ／バルブ／センサ・アセンブリ上に搭載し、該アセンブリと連動させることができる。血液成分分離デバイス１０に対する使い捨てのアセンブリ４０の装着及び相互作用を含むアフェレーシス・システムの構成のさらなる詳細は、特に、米国特許第５，６５３，８８７号明細書、第５，６７６，６４４号明細書、第５，７０２，３５７号明細書、第５，７２０，７１６号明細書、第５，７２２，９４６号明細書、第５，７３８，６４４号明細書、第５，７５０，０２５号明細書、第５，７９５，３１７号明細書、第５，８３７，１５０号明細書、第５，９１９，１５４号明細書、第５，９２１，９５０号明細書、第５，９４１，８４２号明細書、及び第６，１２９，６５６号明細書に見出すことができ、ここでは網羅的に繰り返さない。
【００３６】
図３は、米国特許第７，６０５，３８８号明細書に記載されているような分離チャンバの従来技術の光学セル９０の上面図である。図１のデバイス１０は、光学セルが集光要素１４の下を通るときに、光学セル９０の画像を捕捉する観察エリア１００を生み出すように機能する。観察エリア１００において、光学セルの縁部１０２を備える第１の較正マーカと、厚さ１ｍｍの一連のバーを備え既知の吸収特性及び散乱特性を有する第２の較正マーカ１０４が視認可能である。第１及び第２の較正マーカは、集光要素の集束を最適化するための基準、また相境界の監視領域の一部分の位置及び物理的寸法を示すための基準、さらに赤血球含有成分と、バフィ層と、血漿成分との間の相境界の位置を測定するための基準となる。
【００３７】
図４に、米国特許第７，６０５，３８８号明細書に記載されるような密度遠心法による血液処理を監視する光学セル９０の斜視図を示す。本発明は、こうした光学セルの改良を含む。例示の従来技術の光学セル９０は、血液成分抽出チャンバ１６０、第１の抽出ポート１６２、第２の抽出ポート１６４、及び第３の抽出ポート１６６を備える。抽出チャンバ１６０は第１の側壁１６８及び第２の側壁１７０を備え、それらの側壁は血液分離領域１７２を画定し、血液成分は、密度遠心法によって遠心力場が形成されると、密度に基づいて分離軸１７４に沿って分離する。図４に示す実施形態では、抽出チャンバ１６０、第１の抽出ポート１６２、及び第２の抽出ポート１６４はそれぞれ、血液分離領域１７２、第１の抽出ポート１６２、又は第２の抽出ポート１６４の血液又は血液成分によって散乱した光の少なくとも一部分を通すことができる。第１の抽出ポート１６２、第２の抽出ポート１６４、及び第３の抽出ポート１６６が血液処理中に血液分離領域１７２の異なる領域と流体連通しているので、密度の異なる血液成分は異なる抽出ポートを通して抽出される。
【００３８】
米国特許第７，６０５，３８８号明細書で記載されるように、光学セル９０の構成は、白血球を第１の抽出ポート１６２を通して抽出でき、血漿及び／又は血小板を第２の抽出ポート１６４を通して抽出でき、赤血球を第３の抽出ポート１６６を通して抽出できるようになっている。米国特許第７，６０５，３８８号明細書にも記載されるように、分離チャンバの光学セルは、１つ又は複数のダムを含むことができ、そのダムは、隣接する成分から生じる不純物が減少された分離血液成分の選択的抽出を容易にするように、抽出ポートに近接して配置される。上記で言及したように、密度遠心法による血液処理の際のダムの使用が当技術分野で知られており、米国特許第６，０５３，８５６号明細書、第６，３３４，８４２号明細書、及び第６，５１４，１８９号明細書に記載されている。
【００３９】
図５は、分離チャンバ２０の光学セル９０の観察領域１００を示す。図５の画像は、光学セルの相境界監視領域１０６と、白血球抽出ポート監視領域１０８とを含む。相境界監視領域１０６において、赤血球含有成分１１０、血漿成分１１２、及び白血球及び血小板の両方を有する混合相のバフィ・コート層１１４が視認可能である。光学セルの縁部１０２は、光学的に識別可能な血液成分間の相境界の絶対位置を判定するための第１の較正マーカを備える。第２の較正マーカ１０４は、集光要素の集束を最適化し、相境界領域１０６及び白血球抽出ポート監視領域１０８の位置及び物理的寸法を示すのに有用である。白血球抽出ポート監視領域１０８は、光学セルの白血球抽出ポート１１９上に配置された、第１のフラックス監視領域１１６及び第２のフラックス監視領域１１８を含む。米国特許第７，６０５，３０８号明細書によるこの例では、抽出ポート１１９は、ヒトの血液サンプル内の白血球を採取するように構成されたオリフィス１２１を有し、回転する分離チャンバのバフィ・コート層に近接して終端するように分離軸に沿ってある距離だけ延在する。
【００４０】
第１のフラックス監視領域１１６及び第２のフラックス監視領域１１８を透過する光の強度は、分離チャンバを出る細胞性物質の濃度、空間分布、及び細胞タイプに応じて変わる。第１のフラックス監視領域１１６及び第２のフラックス監視領域１１８を透過する光の強度は、時間関数として得られ、分離チャンバから出る細胞性物質の組成及びフラックスの特性を調べるために分析される。白血球及び赤血球などの細胞性物質が光源からの光を吸収及び散乱するので、細胞性物質が抽出ポートを通ることにより、観察される透過光の強度が低下することが観察された。
【００４１】
図６は、血液処理デバイス１０のプロセス制御システムの略図を示す。図６に例示する例示的な制御システム１２０は、データ取得分析システム１２４と双方向通信しているマスタ・プロシージャ制御システム１２２を備える。マスタ・プロシージャ制御システム１２２は、選択した血液処理プロシージャ、サンプルが受ける処理、又は患者が受ける治療に対応する入力信号を受信することができる。これらの入力信号に基づいて、プロシージャ制御システム１２２は、プロシージャ・リクエスト及びプロシージャ・コマンド１２６を生成し、それらをスマート・スレーブ・データ取得分析システム１２４に送信する。マスタ・プロシージャ制御システム１２２は、一連のテスト・コマンド１２８も生成し、それらをスマート・スレーブ・データ取得分析システム１２４に送信する。データ取得分析システム１２４は、テスト・コマンド１２８を受信し、テスト応答信号１３０を生成することができ、テスト応答信号１３０によって、制御システム１２０が十分に機能し、データ取得分析システム１２４によって特定した患者又は血液サンプルが、選択した血液処理プロシージャ又は療法と正確に関連付けられていることが検証される。
【００４２】
データ取得分析システム１２４は、第２のコンピュータ・プロセッサ１３４と双方向通信する第１のコンピュータ・プロセッサ１３２を備える。第１のコンピュータ・プロセッサ１３２は、マスタ・プロシージャ制御システム１２２からプロシージャ・リクエスト及びプロシージャ・コマンド１２６を受信し、処理コマンド１３６を第２のコンピュータ・プロセッサ１３４に送信するように構成される。第２のコンピュータ・プロセッサ１３４は、処理コマンド１３６を分析し、カメラ設定コマンド１３８をＣＣＤカメラ及び集光要素１６に送信する。そのカメラ設定コマンド１３８は、適切な露光時間、カメラ及び集光要素の位置、視野、カラー撮像又はモノクロ撮像、ならびに血液処理デバイスの高品質の画像を取得するのに必要な他のパラメータの設定に関連する情報を提供する。第１のコンピュータ・プロセッサ１３２はさらに、照明制御／トリガ・コマンド１４０を光源及びカメラ・トリガ・ハードウェア１４２に送信するように構成される。遠心分離機の位置に関するエンコーダ・データを用いて、トリガハードウェア１４２は、電子トリガ信号を光源ドライバ回路１４４及びカメラ・トリガ１４６に送信する。カメラ１６は、血液処理デバイスの観察領域１００の画像から構成された光の強度を測定する。生画像データは、画像のフォーマット及びリアル・タイムの画像処理のために第２のコンピュータ・プロセッサ１３４に送信される。密度遠心法では、分離チャンバが２回転する毎に１枚の画像が取得される。回転速度が１分当たり３０００回転の場合には、これは、４０ミリ秒毎に１枚の画像の取得に相当する。
【００４３】
フォーマット処理された画像データは、画像処理アルゴリズムを１つ又は複数用いて第２のコンピュータ・プロセッサ１３４によって操作される。その第２のコンピュータ・プロセッサ１３４は、画像データから測定値を抽出し、処理を受ける血液成分の物理的及び化学的な特徴及び血液処理デバイス自体の動作についての情報を判定する。
【００４４】
新規の画像データ対象物を作製した直後に、その画像データ対象物は、画像データ・リスト１４８に指定された画像データ対象物のリンク・リストに置かれる。このリストは、時間を遡って画像データ情報を格納する。取得速度が１秒当たり２５フレームの場合は、２５個の画像データ対象物が画像データ・リストに１秒毎に挿入される。画像データ・リストは、リストの先頭に新規に取得した画像の日付けを挿入しながら最も古い画像データをリストの末尾から削除することによって、管理されたサーキュラ・バッファとして働く。
【００４５】
画像データ・リスト内の画像データ対象物は、第１のコンピュータ・プロセッサ１３２によって周期的に検査され、血液処理を監視及び制御するための重要なデータ・セットを与える。画像データ分析アルゴリズムの動作により生成される測定値は、マスタ・プロシージャ制御システム１２２に送られる画像情報出力信号１５０の基礎を設定し、分析から得られた画像の質を最適化するように、カメラ１６、光源、及びカメラ・トリガ・ハードウェア１４２に送られる出力信号の基礎としても機能する。
【００４６】
遠心分離デバイス・コントローラは、分離軸に沿った１つ又は複数の相境界の位置を選択的に調節することができる。例えば、遠心分離デバイス・コントローラは、１つ又は複数の選択した血液成分が分離チャンバから出る流量を変更することによって相境界の位置を調節する。これは、配管中の移動を実現するために蠕動ポンプなどのポンプを用いて実現することができる。物質を分離チャンバから追い出すことが可能な入口ポンプを設けることができる。遠心分離デバイス・コントローラは、分離チャンバからの血液成分の漏出、分離チャンバの位置ずれ、抽出ポートの血餅、又は同様の状況を示す信号を受信すると遠心分離を停止することができる。遠心分離機コントローラは、処理を受けている血液サンプルへの、抗凝固剤など、血液用の薬剤の注入を調整することができる。あるいは、遠心分離デバイス・コントローラは、抽出ポートの血餅を吹き飛ばすことができるように、分離チャンバから出る物質のポンプ輸送速度を制御する手段を備える。例えば、血漿抽出ポートに血小板による血餅があることを示す画像を受信した際には、遠心分離デバイス・コントローラは、血漿のポンプ輸送速度を低下させて赤血球のレベルを低くし、次いで、血漿のポンプ輸送速度を急激に上昇させて抽出ポートから血餅を押し出すことによって自動的に血餅を除去することができる。あるいは、遠心分離機コントローラは、遠心分離機の回転速度を選択的に調節することができる。
【００４７】
改良型の光学セル
遠心分離コントローラ及び光学システムは、上記で説明したように、遠心分離血液処理システムの動作を制御するのに効果的であるが、ある過渡的な条件により特定の血液成分、特に白血球の損失が起こることが分かっている。上述の光学セル９０を改良すると、白血球採取の効率が改善されることが分かっている。
【００４８】
本明細書で説明する遠心分離血液処理システムの一機能は、白血球の採取とすることができる。例えば、癌のための化学療法を受けている患者の白血球を採取し、化学療法後に患者自身の白血球を患者に再注入できるようにすることが望ましい場合がある。白血球の全血に占める割合は比較的小さく、白血球の密度は血漿と赤血球との中間である。光学的に制御された血液処理システムは、濾過チャンバ８２内でさらに処理するためにバフィ・コートを第１の抽出ポート１６２を通して分離容器２０から除去できるように、血漿と、（白血球及び血小板を含有する）バフィ・コートと、血漿との間の境界面の位置を制御することによって白血球を採取する。従来技術では、第３の（赤血球）抽出ポート１６６の開口部は、赤血球層内で深い所に、一般に、光学チャンバの外壁の近くに置かれていた。こうした構成は、赤血球の採取には非常に効果的である。しかし、白血球の採取は流動条件の変化に非常に影響を受け易いことが分かっている。すなわち、プロシージャ制御システム１２２が、流体の流れを制御するポンプを停止する場合（ポンプを停止させる例示的な理由については上記を参照）は、赤血球とバフィ・コートとの間の境界面が、一般には、少なくとも一時的に赤血球抽出ポートのレベルにまで下がることが分かっている。こうした状況において、赤血球層上部で採取した白血球の層は、多くの場合、赤血球抽出ポート内に運ばれ、患者又はドナーに返還される。こうした白血球は患者／ドナーの全血液量と混じり合うので、患者の血液の大幅な再処理をしない限りもはや採取のために利用可能にならない。こうした損失により白血球採取の効率が大幅に低下する恐れがある。
【００４９】
白血球の抽出を改善した光学セル１８０を図７から図１１に例示する。光学セル１８０は、第１の抽出ポート又はバフィ・コート抽出ポート１８２、第２の抽出ポート又は血漿抽出ポート１８４、及び第３の抽出ポート又は赤血球抽出ポート１８６を備える。抽出ポートは、遠心分離血液分離デバイスのロータに搭載される場合、径方向内側にロータの回転軸に向かって延在する。抽出ポートから上流では、湾曲面１８８がノズルを形成し、そのノズルにより、分離チャンバ２０を通って抽出ポートに向かう血液成分が加速される。湾曲面１８８よりも下流では、赤血球の層の上方に（すなわち、回転軸のより近くに）白血球が集まる。傾斜部（ｒａｍｐ）１９０、ダム１９２、及びシールド１９４により、白血球が第１の抽出ポート１８２に向けて方向付けられる。傾斜部１９０は、一般に平面のシートであり、回転軸に向かって徐々に上昇して、血液成分が第１の抽出ポートに近づくにつれてＲＢＣ層及び白血球を含有するバフィ・コートを持ち上げる。ダム１９２は、傾斜部１９０と交差し、下流側に抽出ポートに向かって傾斜する。分離バッグ２０の周りを流れる血液成分の作用により、白血球が第１の抽出ポート１８２に方向付けられる。シールド１９４は２つの壁１９６、１９８を備え、それらの壁は、互いに繋がっており、さらに光学セル１８０の傾斜部１９０、ダム１９２、及び底壁２０２と繋がっている。プレート２００は、２つの壁１９６、１９８の蓋になり、第１の抽出ポート１８２に向かい合い、プレート２００と第１の抽出ポート１８２との間に小さい隙間２０４を形成する。
【００５０】
第３の抽出ポート又は赤血球抽出ポート１８６は、分離軸に沿って回転軸から径方向に測定してオリフィス２０６がプレート２００と傾斜部１９０との間に存在するように、回転軸から十分な径方向距離だけ分離軸に沿って光学セル１８０内に延在する。第３の抽出ポート１８６は、第１の抽出ポート１８２から下流に周方向に離間している。
【００５１】
光学セル１８０はへり部（ｌｉｐ）２０１を有し、そのへり部２０１は、分離容器２０が血液分離機のロータに搭載されるときは径方向外側に面する。リップ２０１は、分離容器の可撓性の外壁２０３に密着する。ロータによって生じる遠心力の影響下で、外壁２０３はロータ内の溝の形状に従い、それにより、傾斜部１９０と壁２０３との間に空間が作られる。濃縮された赤血球は、傾斜部１９０の下を通り、傾斜部１９０、ダム１９２、及びシールド１９４の後方に蓄積され、赤血球抽出ポート１８６を通して赤血球を抽出することができる。
【００５２】
こうした構成により、濾過チャンバ８２内でさらに分離するために、光学セルから第１の抽出ポートを通して白血球を含有するバフィ・コートを抜き出すことが可能になる。例えば１つ又は複数のポンプを停止することによって流動条件が中断した場合は、ＲＢＣレベルはＲＢＣ抽出ポート１８６のオリフィス２０６のレベルまで低下する。しかし、ダム及び傾斜部により、バフィ・コート層及び白血球が下流に第３の抽出ポートに流れることが防止され、したがって、安定した状態の流動条件が再設定されるときに採取するために白血球が保持される。
【００５３】
光学セル１８０の他の特徴において、採取可能な白血球の損失を招く可能性がある、プロシージャ制御システム１２２によるポンプの一時停止を引き起こす条件である、第１の抽出ポート１８２内の赤血球の誤検出が低減される。図３に示すように、従来技術の第１の抽出ポート１６２は階段状の内腔２０８を備えていた。その内腔２０８は、径方向外側大口径部と径方向内側小口径部を有し、それらの２つの部分の間にへり部２１０を有する。フラックス監視領域１１６、１１８内の条件の光学的検出のために十分に大きい面積を可能にするために、径方向外側大口径部が必要である。白血球チューブ６６を通る高い流速を促進するために、径方向内側直径が小さいことが必要である。採取される白血球の体積は、システム中を通って処理される赤血球又は血漿の体積と比べるとかなり小さい。白血球チューブ６６の内腔が狭いと、白血球ライン内の停滞の可能性が低減される。それにもかかわらず、図３の従来技術の設計の内腔２０８を通る流体の渦流によって、一時的に白血球又は細胞の集合体が捕捉されることがあると考えられる。白血球は、臨界の体積が取り除かれ内腔の小径領域を通るまで、へり部の近傍に蓄積し続けることがある。フラックス監視領域１１６、１１８の近くに白血球が蓄積すると、フラックス監視領域を通る光の透過が妨げられる。これらの領域が暗いことは、プロシージャ制御システム１２２によって赤血球と誤って解釈される場合がある。プロシージャ制御システムによる修正作用により、白血球の採取を中止するか又は不必要にポンプを一時停止する可能性がある。このような条件を軽減するため、第１の抽出ポート１８２の内腔又は孔２１２（図１１参照）は、第１の直径を有する第１の下流領域２１６から第２の直径を有する第２の上流領域２１８に向かう、白血球チューブ６６の内腔によって画定される円錐台形のテーパ部２１４を有する。
【００５４】
したがって、改良された分離チャンバ２０及び光学セル１８０により、赤血球の誤検出及び誤検出に関連して起こる流動条件の変化を低減し、流動条件が変わった場合の白血球の損失を防止することによって、白血球の採取がより効率的になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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