DE19645107C2 - Mikrotom mit einem oszillierenden Messer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrotom mit einem oszillierenden Messer gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3.

Mikrotome werden zum Schneiden von Proben, insbesondere von biologischen Gewebeproben, eingesetzt. Hierzu wird mit Hilfe eines rasierklingenartigen Messers eine dünne Scheibe von der Gewebeprobe abgezogen. Die dabei entstehenden Gewebeschnitte besitzen eine Dicke, die je nach Probenkonsistenz im Bereich von Mikrometern bis einigen 10 Mikrometern liegt. Derart dünne Gewebeschnitte können im Mikroskop im Durchlicht betrachtet und untersucht werden. Die Schichtdicken der Gewebeschnitte müssen dabei so bemessen sein, daß sie eine ausreichende Transmission des Beleuchtungslichts des Mikroskops aufweisen.

Um entsprechend dünne Gewebeschnitte zu erzeugen, gibt es die Möglichkeit, die gesamte Gewebeprobe einzufrieren oder in ein Substrat einzubetten und zu einem Festkörper auszuhärten. An festen Proben lassen sich relativ leicht dünne Schnitte durchführen.

Oftmals jedoch sollen von weichen Materialien, wie sie die meisten lebenden Zellgewebe und insbesondere auch Hirngewebe darstellen, dünne Schnitte erzeugt werden. Das Zellgewebe befindet sich dabei meist in einer wäßrigen Pufferlösung. Der Gewebeschnitt schwimmt dann nach der Abtrennung von der Gewebeprobe an die Oberfläche der Pufferlösung. Weiche Materialien können allerdings von Standardmikrotomen nicht besonders gut geschnitten werden, da das Material durch das Schneiden unkontrolliert verzogen wird. Deshalb werden für solche Materialien Mikrotome mit einem vibrierenden Messer eingesetzt. Das Messer wird dabei in eine Vibration parallel zur Messerschneide versetzt. Die Messerschneide vibriert also quer zur Schnittvorschubrichtung, wodurch sich die Schneideresultate verbessern.

Derartige Vibrationsmikrotome sind von verschiedenen Herstellern und in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Aus dem Prospekt "Vibratome Sectioning Products" der Firma Ted Pella Inc., Januar 1992, 4595 Mountain Lakes Boulevard Redding, CA 96003, USA ist ein Vibrationsmikrotom bekannt, das einen Elektromagneten zur Schwingungsanregung des Messers verwendet. Dabei wird die Messerhalterung durch den Elektromagneten in Schwingungen mit konstanter Schwingungsfrequenz, die der Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz entspricht, versetzt. Durch eine Linearführung der Messerhalterung erfolgt die Schwingung des Messers parallel zu seiner Schneide. Die Amplitude der Schwingung kann durch Verstellen des Spulenstroms in geringem Maße verändert werden, um sich dem Probenmaterial etwas anzupassen.

Aus der JP-OS 57-100335 und den Prospekten "EMS Oscillating Tissue Slicer" der Firma Electron Microscopy Sciences, 321 Morris Road, Box 251, Fort Washington, PA 19034 und "Leica VT 1000 E/M High-Level Quality and Functionality" der Firma Leica Instruments GmbH, P. O. Box 1120, 96226 Nussloch, Deutschland, sind Vibrationsmikrotome bekannt, bei denen die Vibrationsbewegung ebenfalls parallel zur Messerschneide verläuft, wobei allerdings deren Antrieb durch einen Elektromotor erfolgt. Die Rotationsbewegung des Elektromotors wird dabei über eine Schubstange in eine Linearbewegung umgewandelt. Hierbei bleibt die Schwingungsamplitude konstant, während die Schwingungsfrequenz über die Drehzahl des Motors verstellt werden kann. Für unterschiedliche Probenhärten sind unterschiedliche Schwingungsfrequenzen günstig.

Obwohl die oben genannten Vibrationsmikrotome gegenüber den Standardmikrotomen mit feststehendem Messer bessere Schnittergebnisse liefern, so sind diese allerdings noch nicht optimal. Es sind weiterhin Unebenheiten in der Schnittfläche der Probe vorhanden, weshalb die Probe ortsabhängig unterschiedliche Schichtdicken aufweist. Am häufigsten treten wellenförmige Schichtdickenvariationen auf. Deshalb kommt es bei dem Versuch, besonders dünne Schnitte zu erzeugen, auch häufig vor, daß die Gewebeschnitte entsprechend den wellenförmigen Strukturen in einzelne Streifen auseinanderfallen und dadurch für die weitere Verwendung oder Untersuchung unbrauchbar werden. Andererseits sind auch bei zusammenhängendem Gewebe die wellenförmigen Dickenunterschiede bei der Untersuchung im Lichtmikroskop nachteilig und störend, da sie Helligkeitsunterschiede hervorrufen, die nicht in der Materialzusammensetzung der Probe begründet sind.

Aus der AT 313 604 ist eine Vorrichtung zum stufenlosen Verändern des Objekthubes an einem Mikrotom beschrieben, bei der ein Schwinghebel in Schwingungen um eine Achse versetzt wird. Dies erfolgt durch einen in seiner Exzentrizität einstellbaren Exzenter, der unmittelbar auf den Schwinghebel wirkt.

Aus der DE-AS 12 67 873 ist ein Mikrotom mit einem oszillierenden Messer bekannt, bei dem die Schwingungsfrequenz und -amplitude einstellbar sind. Hierzu werden zwei Blattfedern eingesetzt, die jeweils mit einem Ende am Mikrotomgehäuse befestigt sind und deren freischwingende Enden miteinander über eine das Mikrotommesser tragende Welle verbunden sind. Die Schwingungsfrequenz wird durch Verkürzen oder Verlängern der effektiven Federlänge der Blattfedern mittels Arretierschrauben eingestellt. Die Schwingungsamplitude wird durch Mikrofonankerstrukturen verändert, die als Elektromagnete auf die Enden der Welle wirken. Durch die Befestigung des Mikrotommessers über die Welle an den Blattfederenden bewegt sich das Mikrotommesser auf einer Kreisbogenbahn.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom bekannten Stand der Technik, die Schnittqualität eines Vibrationsmikrotoms zu verbessern und insbesondere eine geringe Welligkeit der Schnittfläche bei biologischen Gewebeproben zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Mikrotome mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch viele Untersuchungsreihen hat sich herausgestellt, daß die Qualität der Schnittergebnisse bei einem oszillierenden Mikrotom deutlich verbessert werden kann, wenn zugleich sowohl eine geeignete Schwingungsfrequenz als auch eine dazu passende Schwingungsamplitude der Oszillationsbewegung des Mikrotommessers eingestellt werden kann. Mit einer alleinigen geringen Verstellung der Schwingungsamplitude oder einer alleinigen Verstellung der Schwingungsfrequenz ist es nicht möglich, besonders gute Gewebeschnitte zu erzielen. Durch das erfindungsgemäße Mikrotom können mit der variablen Einstellung von Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude gleichzeitig zwei Parameter in weiten Grenzen verändert werden. Dabei hat sich gezeigt, daß sich für unterschiedliche Arten und Zusammensetzungen von Gewebeproben immer ein Wertepaar von Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude für einen optimalen Gewebeschnitt finden läßt. Damit ist es möglich, in starkem Maße auf die jeweilige Konsistenz der zu schneidenden Gewebeprobe individuell einzugehen.

Dabei wird insbesondere die Welligkeit des Gewebeschnitts derart reduziert, daß zum einen beim Betrachten oder beim Vermessen des Gewebeschnitts im Lichtmikroskop eine verbleibende Restwelligkeit nicht mehr sichtbar oder bemerkbar ist und deshalb keine Rolle mehr spielt. Zum anderen werden mit der verringerten Welligkeit des Gewebeschnitts auch erheblich dünnere zusammenhängende Gewebeschnitte ermöglicht. Somit können auch Gewebeproben mit höherer Lichtabsorption im Durchlicht untersucht werden. Zudem sind aufgrund der dünneren Gewebeschnitte weniger Einzelheiten der Gewebestruktur überlagert, weshalb eine bessere Beobachtung dieser Einzelheiten möglich ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Mikrotoms anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Mikrotoms mit zwei Exzentern und einem Gestänge,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Mikrotoms mit zwei Exzentern und einer Blattfeder und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Mikrotoms mit einer Verschiebevorrichtung, wobei diese Darstellung nicht alle Merkmale des erfindungsgemäßen Mikrotoms explizit zeigt.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Mikrotom mit einem oszillierenden Messer 1 und mit einem Exzenter 3 und einem zweiten Exzenter 10, die beide als Kreisscheiben ausgebildet sind. Der Exzenter 3 wird von einem Elektromotor 2 angetrieben, dessen Drehachse in diesem Ausführungsbeispiel mit der Drehachse 4 des Exzenters 3 übereinstimmt. Auf dem Exzenter 3 ist der zweite Exzenter 10 angeordnet, dessen Achse 11 um einen Abstand e radial von der Drehachse 4 versetzt ist. Der zweite Exzenter 10 kann um seine Achse 11 einstellbar gegenüber dem Exzenter 3 gedreht werden. Auf diesem zweiten Exzenter 10 ist exzentrisch ein Verbindungselement 6 mittels einer Befestigungsvorrichtung 5 drehbar gelagert. Ein Teil des Verbindungselements 6 läuft in einer Führungsschiene 9. Am Ende des Verbindungselements 6 ist das Messer 1 befestigt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Verbindungselement 6 als ein Gestänge 7 mit einer Gelenkverbindung 8 ausgebildet.

Durch die vom Elektromotor 2 hervorgerufene Drehbewegung des Exzenters 3 läuft die Befestigungsvorrichtung 5 des Verbindungselements 6 auf einer Kreislinie mit dem Exzenterradius E um die Drehachse 4 des Exzenters 3. Dadurch wird eine linear gerichtete Oszillationsbewegung des Verbindungselements 6 in der Führungsschiene 9 und somit eine oszillierende Bewegung des Messers 1 parallel zu seiner Schneide 1a erzeugt, wie durch einen Doppelpfeil in Fig. 1 angezeigt wird. Die gesamte Anordnung kann auf eine Gewebeprobe 20 zugeführt werden. Das Messer 1 oszilliert quer zur dieser Schnittvorschubrichtung. Selbstverständlich kann ebenso auch die Gewebeprobe 20 auf das Messer 1 zugeführt werden.

Dabei kann der Exzenterradius E mittels Drehung des zweiten Exzenters 10 um seine Achse 11 verstellt werden. Ist dabei der Abstand zwischen der Achse 11 und der Befestigungsvorrichtung 5 ebenso groß wie der Abstand e zwischen der Achse 11 und der Drehachse 4, so ist der Exzenterradius E durch Drehung des zweiten Exzenters 10 beliebig zwischen 0 und 2*e einstellbar.

Mit Hilfe des einstellbaren Exzenterradius E ist es somit möglich, die Schwingungsamplitude des Messers 1 in einem weiten Bereich einzustellen. Da auch die Drehzahl des Elektromotors 2 steuerbar ist, stehen 2 voneinander unabhängige Einstellparameter für die Schwingung des Messers 1 zur Verfügung. Durch eine geeignete Einstellung dieser Parameter kann nachgewiesenermaßen die Schnittqualität an der Gewebeprobe erheblich verbessert werden. Dies drückt sich hauptsächlich durch eine deutlich reduzierte Welligkeit der Schnittfläche des Gewebeschnitts aus mit den Vorteilen eines damit ermöglichten dünneren Gewebeschnitts und mit den bereits oben genannten Vorteilen beim Mikroskopieren.

Fig. 2 zeigt denselben Aufbau des Mikrotoms wie Fig. 1, wobei jedoch das Verbindungselement 6 als Blattfeder ausgebildet ist. Die Blattfeder ist einerseits durch die Befestigungsvorrichtung 5 am Exzenter 10 drehbar gelagert. Andererseits wird sie zu einem Teil von der Führungsschiene 9 geführt, wodurch sie an dieser Stelle eine lineare Bewegung ausführt. Das daran befestigte Messer 1 führt somit dieselbe lineare Bewegung aus. Durch die Blattfeder als Verbindungselement 6 wird gegenüber dem Gestänge 7 gemäß Fig. 1 die Gelenkverbindung 8 eingespart. Außerdem zeigt die Ausführung mit einer Blattfeder ein günstigeres Resonanzverhalten. Als weitere Ausführungsmöglichkeit kann natürlich auch der in der Führungsschiene 9 laufende Teil der Blattfeder durch eine Stange ersetzt werden, die dann mit dem zur Befestigungsvorrichtung 5 führenden Teil der Blattfeder fest verbunden werden kann.

In Fig. 3 ist eine weitere Möglichkeit der Verstellung der Schwingungsamplitude des Messers 1 dargestellt. Auf dem Exzenter 3 ist eine Verschiebevorrichtung 15 angebracht, mit der die Befestigungsvorrichtung 5 auf dem Exzenter 3 radial verschoben werden kann. Die Verschiebung kann mittels einer Stellschraube erfolgen. Alternativ kann auch ein Klemmechanismus eingesetzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Mikrotom ist das Verbindungselement 6 als Blattfeder ausgebildet (hier nicht dargestellt).

Claims (5)

1. Mikrotom mit einem quer zur Schnittvorschubrichtung oszillierenden Messer (1), einem in seiner Drehzahl steuerbaren Elektromotor (2) und einem vom Elektromotor (2) angetriebenen Exzenter (3), an dem über eine Befestigungsvorrichtung (5) drehbar gelagert ein Verbindungselement (6) angebracht ist, das andererseits zu einem Teil in einer Führungsschiene (9) läuft und das Messer (1) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (5) am Exzenter (3) radial verstellbar ist und zwar dadurch, daß auf dem Exzenter (3) ein zweiter Exzenter (10) angeordnet ist, der um eine außerhalb der Drehachse (4) des ersten Exzenters (3) liegende Achse (11) einstellbar drehbar ist, wobei die Befestigungsvorrichtung (5) am zweiten Exzenter (10) angelenkt ist.

2. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenter (3, 10) als Kreisscheiben ausgebildet sind.

3. Mikrotom mit einem quer zur Schnittvorschubrichtung oszillierenden Messer (1), einem in seiner Drehzahl steuerbaren Elektromotor (2) und einem vom Elektromotor (2) angetriebenen Exzenter (3), an dem über eine Befestigungsvorrichtung (5) drehbar gelagert ein Verbindungselement (6) angebracht ist, das andererseits zu einem Teil in einer Führungsschiene (9) läuft und das Messer (1) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (5) am Exzenter (3) radial verstellbar ist und zwar dadurch, daß auf dem Exzenter (3) eine Verschiebevorrichtung (15) angeordnet ist und daß als Verbindungselement (6) eine Blattfeder vorhanden ist.

4. Mikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselement (6) ein Gestänge (7) mit einer Gelenkverbindung (8) vorhanden ist.

5. Mikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselement (6) eine Blattfeder vorhanden ist.