DE19741290A1 - Autokollimator zur Ausrichtung von Histologieblöcken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Instrument, das die Bedienung eines Mikrotoms erleichtert. Das Mikrotom ist ein Gerät zur Herstellung feinster Schnitte für mikroskopische Untersuchungen. Die Schnitte müssen sehr fein und von nahezu gleichförmiger Dicke sein. Die Erfindung, ein optisches Instrument, erlaubt es dem Benutzer des Mikrotoms, den zu präparierenden Gewebeblock genauer als je zuvor möglich auszurichten.

Obschon das Mikrotom ein Präzisionsgerät ist, läßt sich unter normalen Betriebsbedingungen nicht vermeiden, daß wesentliche Mengen des zu schneidenden Materials verschwendet werden. Das Material enthält seltene Proben, von denen viele nicht ohne Weiteres ersetzt werden können. Es ist deshalb sehr wichtig, daß möglichst wenig Material verloren geht.

Die Materialien werden zur besseren Erhaltung in Blöcken aufbewahrt, wovon aber nur feine Schnitte verwendet werden. In typischen Situationen wird je nur ein einziger Schnitt angestrebt, aber wiederholte Schnitte sind erforderlich: Wegen Fehlern in der Ausrichtung des Histologieblocks relativ zum Mikrotom enthalten die ersten Schnitte nur einen Teil der Blockfläche und müssen weggeworfen werden. Erst nach fortgesetztem Schneiden, während der Block wiederholt dem Messer des Mikrotoms zugeführt wird, erhält man schließlich einen brauchbaren Schnitt durch den ganzen Block.

Am Mikrotom kann zwar der Probenblock den Wünschen des Benutzers gemäß ausgerichtet werden, aber das Auge des Benutzers ist nicht genau genug, als daß auf Anhieb brauchbare Schnitte erzielt werden könnten. Die Folge ist eine erhebliche Verschwendung des Probenmaterials, von dem einiges höchst wertvoll ist. Man erhält schließlich doch einen guten Schnitt, weil das Mikrotom seinen Schnitt jeweils parallel zum vorhergehenden Schnitt macht. Zwei solche Schnitte, die durch den ganzen Block gehen, ergeben einen brauchbaren Schnitt.

Die vorliegende Erfindung kann einen Großteil dieser Verschwendung vermeiden: Der Benutzer nimmt einen Probeblock aus dem Lager, der zuvor angeschnitten war und deshalb eine flache Seite hat, spannt ihn in das Mikrotom und richtet seine flache Seite nach der Schneidefläche des Mikrotoms mit sehr viel besserer Genauigkeit aus. Typischerweise wird der dritte Schnitt brauchbar sein, selbst wenn der Schnitt bis auf 4 Mikrometer dünn sein muß. Im Vergleich dazu werden fünf bis sechs Schnitte benötigt, wenn die Erfindung nicht angewandt wird.

Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß das Ende eines zuvor beschnittenen Histologieblocks beinahe ganz flach ist. Dieses Ende muß zudem Licht reflektieren. Wenn die Reflexion nicht stark genug ist, wie das häufig der Fall ist, wird durch einen Wassertropfen oder ein doppelseitiges Klebeband ein dünner Vorderseitenspiegel mit genau parallelen Oberflächen an der Schnittfläche des Blocks befestigt.

Der Benutzer des Mikrotoms und des erfindungsgemäßen Autokollimators installiert zuerst den Histologieblock im Mikrotom, wobei er das Ende des Blocks so gut wie möglich nach der Schneidefläche ausrichtet. Danach befestigt der Benutzer mit Wasser einen Spiegel am der Schneidefläche zugewandten Ende des Blocks.

Der Autokollimator wird nun in seine Betriebsposition vor den Block geschwenkt. Um diesen Schritt zu erleichtern, ist der Autokollimator stabil am Mikrotom befestigt und mit einem Präzisionslager ausgestattet, welches ermöglicht, daß die optischen Bestandteile des Autokollimators vor dem Block positioniert, dann wieder entfernt, in eine alternative Position, von wo aus sie nicht den Gebrauch des Mikrotoms stören, und dann wieder zurück vor den Block gebracht werden können. Dieser Prozeß kann wiederholt ausgeführt werden, wobei eine Genauigkeit entsprechend der für die Ausrichtung des Blocks erforderlichen Genauigkeit gewährleistet ist.

Vorteilhaft in der Betriebsposition des Autokollimators ist, wenn die optische Achse des Autokollimators senkrecht zur Schneidefläche des Mikrotoms steht. Der Autokollimator wird unmittelbar nach seiner Installation am Mikrotom danach ausgerichtet. Die Erfahrungen waren bisher, daß es manchmal (nicht oft) notwendig ist, ihn nachzujustieren.

Die vertikalen und horizontalen Positionen der optischen Achsen sind weniger kritisch als der Winkel. Die optischen Achsen müssen nur die Schnittfläche des Histologieblocks treffen, wie dieser am Mikrotom befestigt ist, damit der von der Lichtquelle des Autokollimators ausgehende Strahl vom Spiegel am Ende des Blocks reflektiert wird.

Wenn der Benutzer von oben auf das Gerät blickt, sieht er eine Milchglasscheibe mit Fadenkreuz. Wenn sich die Erfindung in der Betriebsposition befindet, womit die Lichtquelle automatisch angestellt ist, wird der Benutzer einen Lichtpunkt im Fadenkreuz sehen.

Eine Lichtquelle beleuchtet eine Blende, deren Bild als Punkt auf der Milchglasscheibe mit Fadenkreuz erscheint. Das Licht geht von der Blende durch einen Strahlenteiler, von einem Objektiv kollimiert, vom Spiegel am Ende des Blocks reflektiert, und auf dem Rückweg vom Objektiv über den Strahlenteiler auf der Milchglasscheibe mit Fadenkreuz abgebildet. Normalerweise wird der Lichtpunkt nicht am Schnittpunkt des Fadenkreuzes erscheinen, weil der Spiegel am Blockende nicht parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms ausgerichtet ist.

Als nächstes betätigt der Benutzer des Mikrotoms die Blockpositionierungseinrichtungen des Mikrotoms. Die Orientierung des Blockes wird so geändert, bis der Richtpunkt im Zentrum des Fadenkreuzes liegt.

Innerhalb der Genauigkeit des Instruments wird damit die Fläche am Ende des Histologieblocks parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms positioniert.

Der Autokollimator wird danach in eine hintere Stellung geschwenkt, damit die Vorderseite des Mikrotoms frei wird und der Benutzer das Schneiden des Histologieblocks beobachten kann. Damit ist die Anwendung des Autokollimators abgeschlossen.

Das Mikrotom kann nun Schnitte von gleicher Dicke vom Block herstellen. Das geschieht, indem der Block in genau kontrollierten Abständen in Richtung Schneidefläche bewegt wird, ohne daß dabei die Ausrichtung des Blocks relativ zur Schneidefläche verändert wird. Wenn der Block die Schneidefläche erreicht hat, schneidet das Mikrotom, den gewünschten Schnitt produzierend. Nach jedem Schnitt bewegt das Mikrotom den Block um die gewünschte Dicke des Schnitts weiter in Richtung Schneidefläche.

Was der Autokollimator wirklich anzeigt, ist die Ausrichtung des Blockendes senkrecht zur optischen Achse des Autokollimators, nicht zur Schneidefläche des Mikrotoms. Um sicherzustellen, daß bei Positionierung des Punktes im Zentrum des Fadenkreuzes der Block tatsächlich zur Schneidefläche ausgerichtet ist, muß der Autokollimator zuerst kalibriert werden. Dies geschieht wie folgt: Man schneidet mit dem Mikrotom einen Block Paraffin oder anderes billiges Material, um eine Oberfläche parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms zu schaffen. Als nächstes wird ein Spiegel an der Schnittfläche des Blocks angebracht. Dann wird der Autokollimator in die Betriebsposition gebracht, schaltet sich ein und wird relativ zum Mikrotom ausgerichtet, indem die beleuchtete Blende und ihr Bild von ihrem Erscheinungspunkt aus ins Zentrum des Fadenkreuzes bewegt wird. Nachdem das vollbracht ist, zeigt eine Abweichung des Lichtpunktes vom Zentrum des Fadenkreuzes eine Abweichung zwischen der Ausrichtung des Probeblocks und der Schneidefläche des Mikrotoms an.

Fig. 1 zeigt einen an einem Mikrotom installierten Autokollimator von rechts, wenn man die Vorderseite des Mikrotoms aus der Sicht des Benutzers betrachtet. Die Betriebsposition des Autokollimators ist mit durchgehenden Linien gezeichnet, und die Verschwenkung zu einer Aus-dem-Weg-Position ist mit gestrichelten Linien wiedergegeben.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Mittenebene einer möglichen Ausführungsform des Autokollimators aus der gleichen Sicht wie Fig. 1, wobei der Autokollimator zur Mittenebene symmetrisch ist.

Fig. 3 ist ein Diagramm des Strahlengangs des Autokollimators aus der gleichen Perspektive wie in Fig. 2. Zwei Positionen des Spiegels am Blockende werden gezeigt; senkrecht zur optischen Achse der Erfindung (Punkt ist zentriert) und nicht ganz senkrecht (Punkt steht nicht im Zentrum des Fadenkreuzes).

Fig. 4 zeigt die Anzeige für den Benutzer, das Fadenkreuz, für beide in Fig. 3 gezeigten Situationen, mit dem Histologieblock sowohl ausgerichtet als auch nicht­ ausgerichtet zur optischen Achse des Autokollimators.

Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines Mikrotoms (1), an dem die Erfindung installiert ist. Die Grundplatte (2) mit Präzisionslager zum Schwenken des Autokollimators ist mit Bolzen (nicht abgebildet) stabil am Mikrotom befestigt. Der Arm (3) trägt das Autokollimatorfernrohr (4), wobei beide starr miteinander verbunden sind. Das Autokollimatorfernrohr (4) kann von Hand aus seiner Betriebsposition (durchgehende Linien) in seine Verstauposition (gestrichelte Linien) verschwenkt werden.

Die Präzisionslager (2) und der Arm (3) haben die Funktion, das Autokollimatorfernrohr (4) der Erfindung zu tragen und dessen optische Achse in einem definierten Winkel, vorzugsweise senkrecht zur Schneidefläche des Mikrotoms zu halten, wenn sich der Autokollimator in der Betriebsposition befindet.

Fig. 2 zeigt aus der gleichen Perspektive wie Fig. 1 das Autokollimatorfernrohr (4) im Schnitt. Das Autokollimatorfernrohr (4) ist im allgemeinen wie ein Teleskop gebaut. Er enthält eine Anzahl von Baueinheiten, die in einem Tubus (5) montiert sind. Die Anordnung der Baueinheiten ist entlang einer mechanischen und optischen Achse (6), die durchs Zentrum des Tubus (5) läuft. Zusätzliche Baueinheiten befinden sich in Tubus (7) entlang der optischen Achse (8), welche die Achse (6) im rechten Winkel kreuzt.

Die notwendigen Einheiten entlang Achse (6) sind: eine Lichtquelle (9), gezeigt als Glühlampe mit integrierter Linse, ein Strahlenteiler (11), der von einer Fassung (12) am Ort gehalten wird, und ein Objektiv (13). Eine Blende (10) befindet sich in der Brennebene des Objektivs (13). Der Strahlenteiler (11) ist ein halbdurchlässiger Spiegel, der die Hälfte des ankommenden Lichts durchläßt und die andere Hälfte reflektiert. Installiert im Winkel von 45 Grad zu Achse (6) definiert der Strahlenteiler (11) die zweite optische Achse (8).

Oberhalb des Strahlenteilers (11), zentriert auf und senkrecht zu Achse (8), befindet sich der letzte optische Bestandteil, die Milchglasscheibe (14) mit einer Fadenkreuzmarkierung darauf und mit verschiedenen Zusatzteilen (mehr von diesen später). Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf das Fadenkreuz der Platte (14), wie es der Benutzer der Erfindung sehen würde, wenn er in den Tubus (7) von oben einblickt.

Fig. 3 ist ein Diagramm des optischen Systems der Erfindung. Licht von der Blende (10) wird, nachdem es den Strahlenteiler (11) passiert hat, vom Objektiv (13) als kollimiertes Strahlenbündeln in Richtung des Spiegels (15) ins Unendliche abgebildet.

Der Spiegel (15) ist an der Schnittfläche des zu schneidenden Histologieblocks (16) angebracht. Normalerweise wird Wasser als Haftmittel verwendet werden, weshalb der Spiegel (15) dünn und leicht sein muß, um stationär zu bleiben. Er sollte auch genau parallele Oberflächen haben, damit die Anzeige der Erfindung nicht verfälscht erscheint.

Licht, das vom Spiegel (15) reflektiert wird, gelangt durch das Objektiv (13) zum Strahlenteiler zurück, der die Hälfte davon zur Milchglasscheibe (14) umlenkt. Die Milchglasscheibe mit Fadenkreuz (14) befindet sich auch in der Brennebene des Objektivs (13). Das heißt, die Distanz vom Zentrum des Strahlenteilers (11) zur Platte (14) ist gleich groß wie zur Blende (10).

Zwei Situationen sind in Fig. 3 dargestellt: Wenn der Spiegel (15) senkrecht zu Achse (6) steht, erscheint das Bild der Blende (10) im Zentrum (17) des Fadenkreuzes der Milchglasscheibe (14). Wenn der Spiegel (15) nicht ganz senkrecht zu Achse (6) steht, erscheint das Bild außerhalb des Zentrums, z. B. bei (18).

Wenn ein angeschnittener Histologieblock im Mikrotom angebracht, mit dem Auge ausgerichtet und mit einem Spiegel (15) bestückt wurde, und sich die Erfindung bei eingeschaltetem Licht (9) in der Betriebsposition befindet, dann wird der Benutzer das Bild der Blende (10) gewöhnlich außerhalb des Zentrums, in Position (18) oder an einem anderen peripheren Ort vorfinden. Die Bedienungsperson benutzt dann die Blockpositionierungseinrichtungen des Mikrotoms, um das Bild ins Zentrum (17) des Fadenkreuzes (14) zu lenken. Damit wird die Schnittfläche des Blocks parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms ausgerichtet. Die Erfindung kann in die Ruhestellung geklappt und das Mikrotom zum Schneiden des Blocks (16) benutzt werden.

All das kann stattfinden, nachdem der Autokollimator korrekt eingestellt wurde. Wenn der Autokollimator erstmals an einem Mikrotom befestigt wird, muß er entsprechend ausgerichtet werden, daß die Achse (6) möglichst senkrecht zur Schneidefläche des Mikrotoms steht. Dazu spannt man einen Block Paraffin in das Mikrotom ein, erstellt eine Schnittfläche, befestigt den Spiegel (15) an der Schnittfläche, dann wird der Autokollimator in der bereits beschriebenen Weise angewandt, nun aber der Autokollimator und nicht der Block ausgerichtet, bis das Bild der Blende (10) im Zentrum (17) des Fadenkreuzes der Milchglasscheibe (14) erscheint.

Grob- und Feineinstellungen sind möglich: Eine Justierschraube (19) kontrolliert die Betriebsposition des Arms (3) und kann zur Grobjustierung der vertikalen Ebene verwendet werden. Die Grobeinstellungen der Horizontalen lassen sich über das Lockern und dann wieder Festigen der Montierbolzen, die die Grundplatte (2) am Mikrotom (1) befestigen, bewerkstelligen.

Eine Feineinstellungen in beiden Richtungen erreicht man, indem man die Milchglasscheibe (14) horizontal, relativ zu Achse (8) verstellt. Die Basis (20) für den Strichplattenhalter hält den Fuß des Strichplattenhalters (21), die Fassung für die Strichplatte (22) und einen Vorschraubring. Die Basis (20) für den Strichplattenhalter steckt in einer maschinell am oberen Teil des Tubus (5) angebrachten Aufnahme. Der Fuß des Strichplattenhalters (21) ist auf der Oberfläche der Basis (20) verschiebbar angebracht. Die sich aus dem Fuß (21) und der Fassung (22) des Strichplattenhalters und einem Vorschraubring zusammensetzende Baueinheit ist so innerhalb des Tubus (7) angebracht, daß sie durch ein System von Justierschrauben und eine Feder verstellt werden kann.

Schließlich kann der Brennpunkt des Bildes der Blende auf der Milchglasscheibe mit Fadenkreuz (14) verstellt werden, indem man die Fassung der Strichplatte (22) dreht.

Die Erfindung wurde mit einer Glühlampe als Lichtquelle beschrieben. Das ist momentan die beste Methode, aber die Erfindung könnte statt dessen auch mit einem Laser bestückt werden. Bei Einsatz eines Lasers könnte auf die Lichtquelle (9), die Blende (10) und das Objektiv (13) verzichtet werden. Der Laser selbst würde die Achse (9) bestimmen, was eine genaue Ausrichtung des Lasers voraussetzen würde.

Die Erfindung wurde mit einer einfachen Milchglasscheibe (14) mit Fadenkreuz (Fig. 4) als Anzeige für den Benutzer beschrieben. Das scheint momentan die beste Methode darzustellen, jedoch könnten statt dessen auch viele andere Dinge benutzt werden, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) ein Okular, wie es in vielen optischen Geräten verwendet wird, eine Fernsehkamera und Anzeigescheiben, die aus anderem Material als Milchglas gemacht sind.

Anzumerken ist an dieser Stelle noch, daß die optische Achse des Autokollimationsfernrohres nicht exakt senkrecht zur Schneidefläche des Mikrotoms ausgerichtet sein muß und dieses in der Regel auch nicht ist. Es ist lediglich erforderlich, daß das an der Anschnittfläche oder einem daran aufgenommenen Spiegel reflektierte Licht wieder vom Objektiv aufgesammelt und einigermaßen mittig auf der Mattscheibe fokussiert wird.

Auch ist es nicht zwingend erforderlich, daß der Strahlenteiler (11) im Winkel von 45° zu den beiden optischen Achsen (6, 8) steht. Es sind vielmehr auch beliebige andere Winkel denkbar, wobei bei kleineren Winkeln auch der Winkel zwischen den beiden Tuben (5, 7) entsprechend kleiner wird. Prinzipiell ist es auch denkbar, auf den Strahlenteiler (11) ganz zu verzichten und statt dessen die Blende (10) außeraxial anzuordnen. Die Milchglasscheibe ist dann ebenfalls außeraxial in der Blendenebene anzuordnen, wobei dann die Beobachtung des Rückreflexes von vorn, also in Lichtrichtung, erfolgt.

Ein wesentlicher Kern der Erfindung ist, daß nach jeder Verschwenkung des Autokollimators die Arbeitsstellung einfach und mit hoher Genauigkeit wiederauffindbar ist. Hierzu dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Präzisionslager zwischen der Grundplatte (2) und dem Arm (3). Statt eines eine hohe Präzision gewährleistenden Drehlagers können jedoch auch einfache Drehlager zur Anwendung kommen, wenn gleichzeitig mit anderen Mitteln die Arbeitsstellung mit hoher Präzision definiert ist. Denkbar wären hierzu Einkerbungen in der Grundplatte (2), die mit korrespondierenden Kugeln am Arm (3) Zwei- oder Dreipunktlagerungen bilden.

Claims (11)

1. Autokollimator zur Ausrichtung der Anschnittfläche von Histologieblöcken parallel zur Schneidefläche an einem Mikrotom mit einer Aufnahme (2) zum Anbringen des Autokollimators am Mikrotom (1), einer an der Aufnahme (2) verschwenkbaren Trägerstruktur (3) und einer an der Trägerstruktur (3) angeordneten optischen Einheit (4), die Mittel (9, 13) zum Erzeugen und Führen eines kollimierten Lichtstrahles entlang einer optischen Achse (6) und eine Anzeigeeinheit (14) zur Anzeige einer Fehljustierung zwischen der Senkrechten zur Anschnittfläche und der optischen Achse (6) anhand von an der Anschnittfläche oder an einem auf die Anschnittfläche angesetzten Spiegel reflektierten Lichtes enthält.

2. Autokollimator nach Anspruch 1, wobei Mittel zur exakten Positionierung der Trägerstruktur (3) in einer Gebrauchsstellung vorgesehen sind.

3. Autokollimator nach Anspruch 2, wobei die Trägerstruktur (3) über ein Präzisionslager an der Aufnahme (2) schwenkbar angeordnet ist.

4. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1-3, wobei ein Laser als Mittel zum Erzeugen und Führen eines kollimierten Lichtstrahls vorgesehen ist.

5. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Mittel zum Erzeugen und Führen eines kollimierten Lichtstrahls eine Lichtquelle (9), eine von der Lichtquelle (9) ausgeleuchtete Blende (10) und ein Objektiv (13) sind.

6. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Anzeigeeinheit senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts feinjustierbar ist.

7. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Anzeigeeinheit (14) eine Milchglasscheibe mit einer Markierung ist.

8. Autokollimator nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Anzeigeeinheit ein Okular, ein Lichtdetektor, ein Projektionsschirm oder eine Videokamera ist.

9. Mikrotom mit einem Autokollimator nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Autokollimator mit der Aufnahme (2) fest am Mikrotomgehäuse aufgenommen ist und nach einer Verschwenkung der Trägerstruktur (3) eine spezielle Schwenkstellung reproduzierbar wiederauffindbar ist.

10. Verfahren zur Ausrichtung der Anschnittfläche eines Histologieblocks an einem Mikrotom mit Hilfe eines Autokollimators, wobei die Anschnittfläche parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms ausgerichtet wird mit folgenden Schritten:

• a) Anbringen eines Spiegels auf der Anschnittfläche des Histologieblocks;
• b) Ausrichten der Anschnittfläche unter Benutzung der Blockpositioniereinrichtung des Mikrotoms, so daß ein vom Autokollimator erzeugter und am Spiegel reflektierter Lichtstrahl mit einer Markierung auf einer Anzeigeeinheit des Autokollimators zusammenfällt,
  wobei der Autokollimator zuvor nach folgenden Schritten justiert wurde:
• c) Anschneiden eines Blockes eines beliebigen Materials mit dem Mikrotom,
• d) Anbringen eines Spiegels auf der Anschnittfläche des Blockes und
• e) Ausrichten des Autokollimators und/oder der Anzeigeeinheit des Autokollimators, so daß ein vom Autokollimator emittierter und am Spiegel reflektierter Lichtstrahl mit einer Markierung der Anzeigeeinheit des Autokollimators zusammenfällt.

11. Verfahren zur Ausrichtung der Anschnittfläche eines Histologieblocks an einem Mikrotom, wobei die Anschnittfläche parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms ausgerichtet wird, indem die Anschnittfläche unter Benutzung der Blockpositioniereinrichtung des Mikrotoms so ausgerichtet wird, daß ein von einem Autokollimator erzeugter und an der Anschnittfläche reflektierter Lichtstrahl mit einer Markierung einer Anzeige des Autokollimators zusammenfällt und wobei der Autokollimator zuvor nach folgenden Schnitten justiert wurde:

• a) Anschneiden eines Blockes eines beliebigen Materials mit dem Mikrotom und
• b) Ausrichten des Autokollimators und/oder der Anzeigeeinheit des Autokollimators, so daß ein vom Autokollimator emittierter und an der Anschnittfläche reflektierter Lichtstrahl mit einer Markierung der Anzeigeeinheit des Autokollimators zusammenfällt.