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Die
Erfindung betrifft ein Mikrotom zur Herstellung von Dünnschnitten
für die
Mikroskopie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Mikrotome
werden zunehmend mit Motoreinheiten ausgestattet, um die erforderliche
Verstellung zwischen Schneidmesser und Objekthalter sowie für die oszillierende
Bewegung zwischen Schneidmesser und Objekthalter zum Erzeugen der
Dünnschnitte zu
realisieren. Eine Person betätigt
hierbei eine Bedieneinheit, deren Signale von einer Steuerung so verarbeitet
werden, dass eine erste Motoreinheit eine Relativbewegung zwischen
einem Schneidmesser und einem Objekthalter ausführt, um beide aneinander anzunähern oder
sie voneinander zu entfernen. Die Verfahrgeschwindigkeit kann für den Grobtrieb relativ
hoch sein, so lange bis eine Berührung
zwischen Schneidmesser und Objekt auf dem Objekthalter stattfin det.
Wenn das Schneidmesser Kontakt mit dem Objekt hat, so muss der Vorschub
verringert oder aufgehalten werden, um das Objekt, beispielsweise
eine biologische Gewebeprobe, nicht zu zerstören. Der Vorschub je Schneidbewegung
zum Erzeugen der Dünnschnitte
liegt häufig
im Mikrometerbereich und damit deutlich niedriger als beim zuvor erwähnten Grobtrieb. Üblicherweise
erfolgt dieser Grobtrieb je nach Entfernung des Objektes von dem Schneidmesser
mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen. Je näher das
Schneidmesser dem Objekt ist, umso langsamer sollte die weitere
Annäherung
erfolgen, um das Objekt nicht zu beschädigen. Beim Steuern dieser
Annäherung
sollte die Bedienperson möglichst
den Blick nicht von dem Objekt abwenden. Eine Bedienung der verschiedenen
Steuerparameter, wie Grobtrieb, Feinpositionierung und Einstellung
des Vorschubs mit einer einzigen Hand wäre hierbei vorteilhaft.
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Aus
der
EP 0 920 613 B1 ist
ein Scheiben-Mikrotom bekannt, bei dem auf einer Scheibe mindestens
ein Objekthalter aufgebracht ist. Die oszillierende Bewegung zwischen
Schneidmesser und Objekthalter wird durch Drehen der Scheibe erzeugt. Das
relative Verstellen des Schneidmessers in Bezug auf den Objekthalter
kann durch verschiedene Maßnahmen
erfolgen: Beispielsweise kann das Schneidmesser horizontal entlang
einem Grundbett, die Scheibe entlang dem Grundbett oder entlang
der schrägen
Drehachse der Scheibe, die Scheibe auf dem Grundbett in vertikaler
Richtung und/oder das Schneidmesser bei schräg stehender Scheibe in vertikaler
Richtung bewegt werden.
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Aus
der
DE 199 11 163
C1 ist ein Mikrotom bekannt, bei dem die Verstellung eines
Handrades mit Hilfe elektronischer Stellglieder in elektrische Signale
gewandelt wird, die eine Steuerung veranlassen, dass eine Motor einheit
eine Relativbewegung zwischen Objekthalter und Schneidmesser ausführt.
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Aus
der
DE 101 06 033
A1 ist ein Mikrotom bekannt, bei dem die Verstellgeschwindigkeit
von der Auslenkung eines Drehknopfes abhängig ist. Abhängig von
der Betätigung
des Drehknopfes werden unterschiedliche Steuerprogramme für die Verstellgeschwindigkeit
ausgeführt,
wodurch verschiedene Bewegungsabläufe eines manuellen Handradantriebes realisiert
werden können.
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Aus
der
AT 399 227 B ist
ein Drehring mit Rastschalter zur Einstellung des Vorschubs bei
einem Mikrotom bekannt. Den verschiedenen Raststellungen sind bestimmte
Verstellgeschwindigkeiten des Vorschubs zugeordnet.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Mikrotom anzugeben, das einen hohen
Automatisierungsgrad hat und ergonomisch zu bedienen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung
ist ein erstes Bedienelement als Drehring ausgebildet, der nach
einem manuellen Verdrehen und einem anschließenden Loslassen selbsttätig in eine
Null-Lage zurückkehrt.
In dieser Null-Lage ist die Verstellgeschwindigkeit, welche dem
Grobtrieb entspricht, gleich Null. Durch diese Maßnahme wird
eine relativ hohe Betriebssicherheit erreicht, denn sollte die Bedienperson
unachtsam sein oder eine Gefahrensituation erkennen, beispielsweise
dass das Schneidmesser dem Objekt zu nahe kommt, so muss sie keine
aktive Schaltbewegung ausüben,
sondern muss lediglich die Hand von dem Bedienelement wegnehmen.
Das Loslassen des Bedienelements führt dazu, dass sogleich die Null-Lage
eingenommen wird, in welcher die Motoreinheit sogleich zum Stillstand
kommt.
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Bei
einer Auslenkung des Drehrings um einen Verdrehwinkel wird die Höhe der Verstellgeschwindigkeit
abhängig
von der Größe des Verdrehwinkels
eingestellt. Wenn also die Bedienperson eine große Drehbewegung mit der Hand
ausführt,
so wird dies von der Steuerung so umgesetzt, dass die erste Motoreinheit
eine höhere
Verstellgeschwindigkeit annimmt als bei einer kleinen Drehbewegung.
Eine solche Vorgehensweise entspricht auch der natürlichen Intuition
einer Bedienperson. Ist nämlich
der Abstand zwischen Schneidmesser und Objekt relativ groß, so kann
die Bedienperson mit Hilfe eines relativ großen Verdrehwinkels eine hohe
Geschwindigkeit einstellen, mit der Schneidmesser und Objekthalter
aufeinander zu bewegt werden. Wird dann der Abstand zwischen Schneidmesser
und Objekt kleiner, so nimmt die Bedienperson intuitiv den Verdrehwinkel
entsprechend dem verringerten Abstand zurück, was eine geringe Verstellgeschwindigkeit
zur Folge hat.
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Das
zweite Bedienelement ist gemäß der Erfindung
als Drehknopf mit Raststellungen konzentrisch innerhalb des Drehrings
ausgebildet. Bei Betätigen
des Drehknopfes erfolgt ein Vorschub abhängig vom Verdrehwinkel. Im
Bereich nahe dem Kontakt zwischen Schneidmesser und Objekt kann
durch Variieren des Verdrehwinkels am Drehknopf eine Feinpositionierung
vorgenommen werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend erläutert. Darin zeigt:
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1 den
Aufbau eines Mikrotoms in einer Prinzipdarstellung,
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2 die
Anordnung eines Drehrings und eines dazu konzentrischen Drehknopfes
in einer Bedieneinheit,
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3 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung
der Steuervorgänge,
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4 ein
Diagramm zur Darstellung des Verlaufs der Verstellgeschwindigkeit über den
Drehwinkel, und
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5 ein
Diagramm, welches die Einstellung des Vorschubs abhängig vom
Verdrehwinkel des Drehrings bei einem weiteren Betriebszustand zeigt.
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1 zeigt
in einer vereinfachten schematischen Darstellung allgemein ein Mikrotom 10 mit
einem Grundbett 12 mit einem darauf angeordneten Messerblock 14,
der eine Messeraufnahme 16 trägt. Diese Messeraufnahme 16 hält ein Schneidmesser 18.
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Auf
dem Grundbett 12 ist verschiebbar ein Objektschlitten 20 gelagert,
der durch eine erste Motoreinheit 22 in Richtung des Doppelpfeils 24 verschiebbar
ist. Die Motoreinheit 22 kann als Schrittmotor oder als
Gleichstrommotor ausgebildet sein. Am Objektschlitten 20 ist
in vertikaler Richtung verschiebbar ein Objektträger 26 gelagert, der
durch eine zweite Motoreinheit 28 in Richtung des Doppelpfeils 30 oszillierende
Bewegungen ausführen
kann, um im Zusammenwirken mit dem Schneidmesser Schritte auszuführen. Auf
dem Objekthalter 26 ist ein Objekt 32 befestigt,
beispielsweise eine biologische Probe aus Gewebematerial, Knochen
etc., von dem Dünnschnitte
für die
Mikroskopie hergestellt werden sollen.
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Bei
einer anderen Variante des Aufbaus nach 1 kann auch
der Messerblock 14 auf dem Grundbett 12 in Richtung
des gestrichelten Doppelpfeils 34 verschiebbar gelagert
sein. Der Messerblock 14 würde dann durch eine ähnliche
Motoreinheit wie die Motoreinheit 22 angetrieben werden,
um eine Relativbewegung zum Objekthalter 26 in horizontaler
Richtung ausführen
zu können.
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In
einem Betriebszustand, in dem keine Dünnschnitte hergestellt werden,
kann der Abstand zwischen dem Schneidmesser 18 und dem
Objekthalter 26 bzw. dem Objekt 32, relativ groß sein,
um beispielsweise einen Objektwechsel durchführen zu können. Der Objektschlitten nach 1 wird
hierzu durch die Motoreinheit 22 in Richtung rechts bis
zu einer Endlage verstellt. Um Dünnschnitte
von dem Objekt 32 anfertigen zu können, muss der Objektschlitten 22 in
Richtung auf das Schneidmesser 18 zu bewegt werden, wozu
ein relativ großer
Weg zurückzulegen
ist. Solange der Abstand zwischen Vorderkante des Schneidmessers 18 und
Oberfläche
des Objektes 32 groß ist,
sollte mit einer möglichst
hohen Verstellgeschwindigkeit verfahren werden. Unter der Kontrolle
einer Bedienperson soll dann bei Annäherung von Schneidmesser 18 an
die Probe 32 die Verstellgeschwindigkeit verringert und
schließlich
gestoppt werden. Anschließend
führt der
Objekthalter 26, angesteuert durch die Motoreinheit 28,
oszillierende Bewegungen aus, wobei zwischen zwei oszillierenden
Bewegungen ein Vorschub erfolgt. Dieser Vorschub liegt vorzugsweise
im Mikrometerbereich und kann beispielsweise in Stufen von 10 μm, 20 μm, 30 μm ..., 100 μm eingestellt
werden, wobei dieser Vorschub wiederum durch die Motoreinheit 22 erfolgt.
Unter der Kontrolle der Bedienperson werden sodann von dem Objekt 32 Dünnschnitte
erzeugt, oder es wird bei vergrößertem Vorschub
eine günstige
Schnittebene innerhalb des Objekts 32 aufgesucht, wonach
der Vorschub wieder verringert wird, um die erforderlichen Dünnschnitte
zu erzeugen.
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Die
Bewegung des Objektschlittens 20 wird von einer Bedienperson
unter Verwendung einer Bedieneinheit 40 durchgeführt, die
in 2 dargestellt ist. Die Bedieneinheit 40 umfasst
als erstes Bedienelement einen Drehring 42, sowie als zweites
Bedienelement einen innerhalb des Dreh rings 42 konzentrisch
angeordneten Drehknopf 44. Drehring 42 und Drehknopf 44 erzeugen
mit Hilfe von Stellgliedern, beispielsweise Potentiometer oder Schalter,
Stellsignale, die von einer Steuerung so weiter verarbeitet werden,
dass die gewünschten
Bewegungen von der Motoreinheit 22 ausgeführt werden.
Der Drehring 42 ist mit Federelementen so ausgestattet,
dass er in eine Null-Lage „0” vorgespannt
ist. Wenn eine Bedienperson den Drehring 42 um einen Verdrehwinkel α im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn verdreht, so erzeugt das zugehörige Stellglied
ein entsprechendes Signal. Wird der Drehring 42 in der
ausgelenkten Stellung losgelassen, so springt er aufgrund der vorgespannten
Federelemente sogleich in die Null-Lage zurück, in der ein diese Null-Lage
kennzeichnendes Signal abgegeben wird. Typischerweise beträgt die maximale
Auslenkung in beide Drehrichtungen jeweils 45°, jedoch können auch andere maximale Drehwinkel
verwendet werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Bedienperson beim
Auslenken des Drehrings 42 nicht umgreifen muss, sondern
der maximale Drehbereich liegt innerhalb des natürlichen Drehwinkels des Handgelenks
einer Bedienperson. Der Drehring 42 hat keine Raststellungen.
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Der
Drehknopf 44 hat dagegen Raststellungen, in denen er einrastet
und nach dem Loslassen desselben durch die Bedienperson in dieser
Stellung verbleibt. Das Signal des dem Drehknopf 44 zugeordneten
Stellglieds steuert die Motoreinheit 22 so, dass der Objektschlitten 20 einen
vorbestimmten absoluten Zustellweg oder Vorschub zurücklegt.
Jeder Raststufe ist ein bestimmter Vorschub zugeordnet, z. B. 5 μm. Durch
Drehen des Drehknopfs 44 und Verstellen um eine oder mehrere
Raststufen kann eine Feinpositionierung des Objekts 32 an
der Vorderkante des Schneidmessers 18 vorgenommen werden. Der
Drehknopf 44 ist in beiden Richtungen verstellbar, so dass
der Objektschlitten 20 in Vorwärtsrichtung und Rück wärtsrichtung
um den gewünschten Vorschub
entsprechend der Anzahl der Raststufen verstellt werden kann. Während der
Feinpositionierung kann die Motoreinheit 28 ausgeschaltet
sein, so dass der Objekthalter 26 keine oszillierende Bewegung
ausführt.
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Der
Drehknopf 44 kann in einer Ausführungsform zusätzlich als
Schalttaster ausgebildet sein, wobei bei einem Drücken der
Bedienperson auf den Drehknopf 44 senkrecht zur Zeichenebene
in 2 ein Schaltsignal erzeugt wird. Dieses Schaltsignal
kann dazu benutzt werden, in eine vorbestimmte Betriebsart zu schalten,
beispielsweise, um vom Betriebszustand mit Feinpositionierung in
einen Betriebszustand umzuschalten, in welchem Dünnschnitte mit über den
Vorschub eingestellter Schichtdicke erzeugt werden.
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3 zeigt
den Geräteaufbau
in einer Blockdarstellung. Von der Bedieneinheit 40 werden
Signale 50, 52, 54 erzeugt, die einer
Steuerung 56 zugeführt
werden. Das Signal 50 bildet den Drehwinkel des Drehrings 42 ab
und enthält
Informationen über den
Winkel α einschließlich die
Null-Lage. Das Signal 52 bildet
die jeweils eingestellte Raststellung des Drehknopfes 44 entsprechend
dem Verdrehwinkel β ab.
Das Signal 54 bildet die Ausführung des Drehknopfes 44 als
Drucktaster ab. Abhängig
von den Signalen 50, 52, 54 erzeugt die
Steuerung 56 Antriebssignale für die Motoreinheit 22 zur
Bewegung des Objektschlittens 20. Weiterhin erzeugt die
Steuerung 56 Antriebssignale für die Motoreinheit 28. Über ein Display 58 werden
die eingestellten Betriebszustände
angezeigt.
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4 zeigt
Kennlinien 60, 62 des Verlaufs der mit der Motoreinheit 22 durch
die Steuerung eingestellten Verstellgeschwindigkeit v über den
Drehwinkel α,
der durch eine Bedienperson am Drehring 42 eingestellt wird.
Die Kennlinie 60 zeigt ein direktproportionales Verhalten
der Größen α und v. Die Kennlinie 62 zeigt
ein mit zunehmendem Drehwinkel α progressiven
Verlauf der Verstellgeschwindigkeit v. Die Kennlinie 62 gestattet
um die Null-Lage des Drehrings 42 herum eine genauere Positionierung, da
die Steigung der Kennlinie in diesem Bereich kleiner ist. Die Kennlinien 60, 62 zeigen
den Zusammenhang zwischen α und
v, wobei die Verstellgeschwindigkeit v annähernd stufenlos einstellbar
ist. Alternativ kann die Verstellgeschwindigkeit v auch mehrere unterschiedliche
Geschwindigkeitsstufen umfassen, wobei abhängig vom Verdrehwinkel α eine der
Geschwindigkeitsstufen ausgewählt
wird und von der Steuerung 56 die Motoreinheit 22 entsprechend
einer Treppenfunktion angesteuert wird.
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Mit
Hilfe des Drehrings 42 können weitere vorteilhafte Bedienfunktionen
ausgeführt
werden. Wenn beispielsweise ein Betriebszustand eingestellt wird,
in welchem Dünnschnitte
vom Objekt 32 erzeugt werden, kann es vorteilhaft sein,
den periodischen Vorschub Δx
zwischen zwei oszillierenden Bewegungen zu variieren. Beispielsweise
kann der Vorschub Δx
relativ groß gemacht
werden, um eine günstige
Schnittebene innerhalb des Objekts aufzufinden, worauf hin der Vorschub Δx wieder
verkleinert wird, um die Dünnschnitte
mit der erforderlichen Schichtdicke entsprechend dem Vorschub Δx zu erzeugen.
Zur Realisierung dieser Bedienfunktion wird bei Verstellung des
Drehrings 42 um einen Verdrehwinkel +α oder –α der Vorschub Δx um einen
Wert abhängig
vom Drehwinkel α erhöht oder
verringert, beispielsweise um 10 μm,
20 μm oder
30 μm erhöht oder
verringert, bis der Drehring 42 von der Bedienperson wieder
losgelassen wird und in seine Null-Lage zurückfedert. In dieser Null-Lage
angekommen, wird dann der so eingestellte Vorschub Δx, der gegebenen falls über das
Display 58 angezeigt wird, beibehalten. Diese Funktion
wird auch als Trim-Step-Funktion bezeichnet.
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5 zeigt
hierzu ein Diagramm und den Verlauf des Vorschubs Δx abhängig vom
Verdrehwinkel α,
wobei die Kennlinie 64 einen direktproportionalen Verlauf
und die Kennlinie 66 einen stufenweisen Verlauf zeigt.
Das Signal 54 des Drehknopfes 44 in der Funktion
als Drucktaste kann verwendet werden, um den Betriebsmodus des Drehrings 42 von
der Betriebsart nach 4 auf die Betriebsart nach 5 und
umgekehrt zu schalten. Die eingestellte Betriebsart wird ebenso
wie der aktuelle Vorschub Δx neben
weiteren Betriebsparametern am Display 58 angezeigt.
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Es
sind zahlreiche Varianten als Ausführungsformen der Erfindung
möglich.
Beispielsweise kann die Motoreinheit 22 im Messerblock 14 angeordnet
sind, um diesen in Bezug auf den Objekthalter 26 zu verstellen.
Die Funktion des Drehknopfes 44 als Drucktaster kann eine
Doppel-Klick-Funktion
umfassen, um weitere Bedienfunktionen einzubeziehen. Beispielsweise
kann eine Bedienfunktion eingestellt werden, bei der die Änderung
des periodischen Vorschubs Δx
mit Hilfe des Drehknopfes erfolgt. Die Bedieneinheit 40 kann
für Linkshänder und
Rechtshänder
unterschiedlich ausgelegt sein.
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Durch
die Erfindung werden verschiedene Vorteile erreicht. Die Bedienung
der Bedieneinheit 40 durch eine Bedienperson kann mit einer
einzigen Hand erfolgen, wobei wesentliche Bewegungsfunktionen für ein Mikrotom
mit einhändiger
Bedienung einstellbar sind. Es erfolgt eine einfache logische Bedienung,
ohne dass die Bedienperson Blickkontakt zu der Bedieneinheit 40 haben
muss. Die Bedienung mit Hilfe des Drehrings 42 und des
Drehknopfes 44 ist von einer Bedienperson leicht erlernbar.
Es wird eine hohe Sicherheit erreicht, denn ein Loslassen des Drehrings 42 wird
sogleich umgesetzt in einen Stillstand der Zustellbewegung, so dass
die Gefahr der Zerstörung
des Objektes verringert ist. Die Bedienung des Drehrings und des
Drehknopfes durch die Bedienperson erfolgt intuitiv sowohl für den Grobtrieb,
bei dem eine relativ große
Strecke zu fahren ist, als auch bei der Feinpositionierung mit Hilfe
des Drehrings und des Drehknopfes.