DE2246852A1 - Einrichtung zum einstellen der hoehenlage eines praeparates bei mikrotomen, insbesondere ultramikrotomen - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE Dr. rer. nat DIETER LOUIS

DfpL-Pbys. CLAUS POHLAU DipWi«.FRANZ LOHRENTZ

8500 NÜRNBERG

KESSLERPLATZ 1

G. REICHERT, Optische Werke AG, Wien

Einrichtung zum Einstellen der Höhenlage eines Präparates bei Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einstellen der Höhenlage eines Präparates bei. Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen, bei welcher das Präparat einstellbar an einem Ende eines Präparatträgerarmes angeordnet ist und während der-Schneidebewegung eine gekrümmte bzw. kreisförmige Bahn um ein Lager, an welchem das andere Ende dieses Präparatträgerar-mes bewegbar gelagert ist, ausführt.

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Bei den bisher bekanntgewordenen Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen, findet man häufig Präparathubhöhen in der Grössenordnung von 5 bis 10mm. Diese geringen Hubhöhen führen zu Schwierigkeiten, wenn das Präparat -wie in Figur 1a beispielsweise dargestellt- exzentrisch im Kunststoff liegt oder wenn, nach Figur 1b von einem flach eingebetteten ausgedehnten Präparat ausschliesslich ein exzentrisch liegender Bereich von Interesse ist. Die Objekte sind meist in Kunststoffblöcken mit einem Durchmesser zwischen 5 und 8mm einpolymerisiert. Die Exzentrizität der Objekte beträgt häufig - 2mm, der Präparatdurchmesser 1 bis 2mm, wobei ein Ausgleich der Exzentrizität durch Drehen des Blockes im Präparathalter in vielen Fällen nicht möglich ist, da aus methodischen Gründen Strukturen mit bestimmter Vorzugsrichtung entsprechend zur Messerschneide orientiert und geschnitten werden müssen. Die Höhenlage des Messers kann zwar manchmal z.B. mittels eines aufklappbaren, am Messerträger angelenkten Lineals mit einer Genauigkeit von etwa - 1mm eingestellt werden. Die genannten Faktoren ergeben jedoch bereits Abweichungen von - 4mm, wobei - 2mm auf exzentrische Präparatlagen, etwa 1mm auf den halben Durchmesser des Präparates und τ 1mm auf Fehler in der Höhenjustage der Messerschneide entfallen. Beim Zuschneiden und Schneiden grösserer Präparate ergeben sich noch grössere Abweichungen. Verschiedene Präparate und Messer erfordern nun Schneidegeschwindigkeiten, welche im Bereich von 0,1 mm/sec. liegen. Dehnt man aus oben angeführten Gründen den Schneidebereich bzw. Präparathub auf 10mm aus, so resultiert beispielsweise bei einem motorbetriebenen

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Gerät mit Wechselantrieb "bei einer Schneidegeschwindigkeit von 0,1 mm/sec. eine Langsambewegung über ein Zeitintervall von 100 Sekunden. Selbst wenn man'die schnelle Rückholbewegung sowie die Übergangsbereiche vom schnellen Rückholgang zum langsamen Schneidegang vernachlässigt, vergeht in diesem Fall zwischen dem Herstellen zweier aufeinander folgender Schnitte eine Zeit von etwa 1 1/2 Minuten. Dies ist nicht nur im Hinblick auf die erforderliche Arbeitszeit unzumutbar. Die Wahrscheinlichkeit, dass äussere thermische, wie mechanische Einflüsse die Genauigkeit der Schnittfolge beeinträchtigen, ist sehr gross. Dies gilt selbst für den Fall, dass eine Thermokompensation vorhanden, das Gerät extrem stabil gebaut, alle Elemente des Gerätes aus Materialien mit geringem Ausdehnungskoeffizienten gefertigt und das Gerät durch eine entsprechende Aufstellung von äusseren Einflüssen so gut wie möglich abgeschirmt ist.

Will man diese Schwierigkeiten eliminieren, so ist man gezwungen, den Schneidebereich auf das unbedingt erforderliche Mindestmass einzuschränken, welches z.B. bei TJltramikrotomen in der Grössenordnung zwischen 2 und 5mm liegt. Dies bringt -wie bereits oben dargelegt- die Schwierigkeit mit sich, dass man im Falle exzentrisch gelagerter Präparate oder ungenauer Höheneinstellungen der Schneiden der Messer nachträglich zu einer Höhenjustierung gezwungen ist. Da man Fehler in dieser

Höheneinstellung im allgemeinen erst bei Beginn des Schneidens durch eine Kontrolle mittels einer optischen Einrichtung, z.B. ·

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einem Stereomikroskop, erkennt, muss die Arbeit in einem Stadium unterbrochen werden, in dem alle anderen Vorbereitungen bereits getroffen sind und das Objekt an das Messer angedrückt ist. Eine Höhenjustierung am Messer jedoch ist z.B. am ehesten durch eine vertikale Verschiebung der Messerhalterung, bzw. eine Höhenjustierung am Objekt durch Verschieben eines Teiles des Präparatträgerarmes durchführbar. Es hat sich jedoch gezeigt, ·, dass sowohl eine exakt verti'kale Verschiebung des Messers um eine bestimmte Länge, sowie auch eine geradlinige Verschiebung des Präparates, senkrecht zur Längsachse des Präparatträgerarmes um eine bestimmte Länge infolge der Kreisbogenbahn des Präparates beim Schneiden, zu einem neuerlichen. Justieren im Objekt-Messer-Bereich zwir.gt und daher umständlich und nicht zielführend ist.

Der Erfindung liegt aber die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Einstellen der Höhenlage eines Präparates, eingangs erwähnter Art vorzuschlagen, mittels welcher es möglich ist, unter Vermeidung der vorstehend genannten Mängel und Nachteile, das Präparat rasch und zielsicher der Höhe nach einzustellen und darüber hinaus das Zeitintervall der Schnittfolge optimal klein zu halten. Durch die erfindungsgemasse Einrichtung wird dies dadurch erreicht, dass der Präparatträgerarm, unabhängig von der Schneidebewegung, in wesentlich vertikaler Richtung ein- bzw. verstellbar angeordnet ist.

Eine solche Anordnung gestattet, die Höhenlage des Präparat-

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trägerarmes einfach und mit grosser Genauigkeit auf das jeweilige Präparatdetail einzustellen, ohne das den Präparatträgerarm aufnehmende Präzisionslager durch Verstellbewegungen zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wird mit einer Messereinstellung das Auslangen gefunden, bzw. kann sogar ohne Berücksichtigung der Exzentrizität der jeweiligen Objekte mit einer einmal festgelegten Rormmesserhöhe gearbeitet werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind nachstehend anhand eines nicht beschränkenden, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigt.

Figur 1a ein stark exzentrisch in Kunststoff eingebettetes Präparat, wobei die dünnen, strichlierten Linien die ganze Objektform darstellen, die dicken, vollen Linien dagegen das zur Bearbeitung am z.B. Ultramikrotom bereits geeignete, entsprechend gerichtete Objekt;

Figur 1b ein ausgedehntes Präparat in Flacheinbettung;

Figur 2 eine erfindungsgemässe Einrichtung an einem Ultramikrotom, wobei Teile des Gerätes geschnitten dargestellt sind, und

Figur 3 eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen Ein-

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richtung an einem motorgetriebenen Gerät der vorgenannten Kategorie.

Gemäss Figur 2 trägt der Grundkörper 1 einen Kreuzsupport 2, auf welchem ein Messerträger 3 mit einer Verstellvorrichtung angeordnet ist. Weiter trägt der Grundkörper 1 einen Aufbau 5» welcher aus Konsolen, Stützen bzw. sonstigen starren Elementen gebildet wird, an welchem im Lager 6 der Präparatträgerarm 7 bewegbar gelagert ist. Dieses Lager 6 ist als Präzisionslager ausgeführt; beispielsweise von·jener Art, welche selbsttätig nachstellend sind, d.h. an sich eine spielfreie Lagerung ermöglichen. Am Präparatträgerarm 7 ist der eigentliche Präparathalter 8 in einer drehbaren Aufnahme angeordnet, wobei diese Aufnahme 9 entlang eines bogenförmigen Segmentstückes 10 verschwenk- bzw. einstellbar ist. Im Präparathalter 8 befindet sich in bekannter Weise das in z.B. Kunststoff eingebettete Präparat 11, geklemmt bzw. eingespannt.

Das nicht dargestellte Vorschubsystem zur Erzielung von Schnittdicken im Bereich von 0,05 bis 2,5/Um kann mechanischer oder thermischer Art sein, es ist aber auch möglich, eine Kombination der beiden genannten Arten vorzusehen, wobei es frei bleibt, den Vorschub z.B. auf den Präparatträgerarm wirken zu lassen oder aber zur Gänze auf das Messer 26.

Die Präparatbewegung wird, wie dargestellt, durch einen an der Antriebswelle 12 gelagerten Exzenter 13 bzw. auch eine Nooke,

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Kurvenscheibe od.dgl. und einem mit dem Exzenter 13 in Verbindung stehenden Hebel 14 bewirkt, dessen anderes Ende am Präparatträgerarm 7 lösbar angelenkt ist. Beim Drehen der Antriebswelle 12 führt der Hebel 14 und mit ihm der Präparatträgerarm 7 eine Auf- und Ab-Bewegung in Richtung des Doppelpfeiles' 15 bzw. 16a aus. Den Umfang dieser Bewegung hält man aus methodischen Gründen möglichst klein, um bei einer relativ raschen Schnittfolge bzw. einer relativ grossen Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle die optimale Schneidegeschwindigkeit des Präparates zum Herstellen der Schnitte zu gewährleisten. In vielen Fällen liegen die optimalen Schneidegeschwindigkeiten -wie schon erwähnt- im Bereich von 0,1 bis 2 mm/sec. Schwer schneidbare Präparate, z.B. Fettgewebe, erfordern beispielsweise extrem niedrige Schneidegeschwindigkeiten. Im Falle zu hoher Schneidegeschwindigkeiten bei derartigen Präparaten ist mit Schneideartefakten zu rechnen, bzw. auch mit Mikrovibrationen im Bereich Präparat-Messer, welche zu irreversiblen Wellen im Ultradünnschnitt führen.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist nun die Antriebswelle 12 im Gehäuse 16 gelagert, welches mittels einer Verstelleinrichtung in Richtung des Doppelpfeiles 16a bewegt werden kann. Diese Verstelleinrichtung kann beispielsweise als ein Keilgetriebe ausgebildet sein, oder aber als Schnekkengetriebe. Dargestellt ist eine besonders einfache Lösung, welche sich zweier Kegelräder 17 und 18 bedient, wobei das Kegelrad 17 auf der Welle 19 sitzt, welche mittels dem Betäti-

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gungselement 20 in Drehung versetzt werden kann. Es können nun die Kegelräder 17 und 18 selbsthemmend ausgeführt,sein oder aber das Betätigungselement 20 ist fixierbar, beispielsweise festklemmbar, so dass eine einmal vorgenommene Verstellung auch verlässlich während der Arbeit erhalten bleibt.

Das Gehäuse 16, welches die Antriebswelle 12 lagert, ist derart angeordnet, dass es sich" über ein eigenes Trägere leine nt 21 direkt am stabilen Grundkörper 1 des jeweiligen Gerätes abstützt. Um jegliche Ungenauigkeiten, z.B. der Lager, Verbindungsstellen und dgl. auszuschalten, ist weiter eine Federanordnung 22 vorgesehen, welche einerseits.ebenfalls am Grundkörper 1 angelenkt ist und andererseits am Gehäuse 16. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Mittel zum vertikalen Verstellen nicht nur stabil gelagert und alle eventuell auftretenden Kräfte sicher ableitend jede feinste Verstellbewegung nur auf den Präparatträgerarm 7 weitergeben, sondern auch dass die entsprechenden Verstellbewegungen und auch die einmal vorgenommenen Verstelungen z.B. Exzentrizität um den Betrag e, gemäss Figur 1, vollkommen spielfrei eingestellt und gehalten werden können.

Am Gehäuse 16 ist weiter ein mit Skalen bzw., Teilungen ver- . sehenes Anzeigeorgan 23 angeordnet, und steht somit indirekt mit dem Hebel 14 in Verbindung und wird entsprechend der jeweiligen Hebelbewegung mitbewegt. Am Grundkörper 1 ist ferner eine mit einer Öffnung versehene Maske 24 vorgesehen, welche

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im Bereich der öffnung ebenfalls Teilungen bzw. Skalen aufweist, so dass die Jeweilige Stellung Maske-Anzeigeorgan bzw. die jeweiligen Veränderungen zueinander angezeigt und festgestellt werden können. Es kann auch statt der Maske 24 in der -nicht dargestellten- Gehäusewand direkt die Öffnung vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die Skala bzw. Teilung aussen an der Gehäusewand aufgebracht wird.

Mittels vorstehend erläuterter Anordnung Maske-Anzeigeorgan wird nicht nur die absolute Höhenlage des Präparatträgerarmes auf eine 0-Marke bezogen, angezeigt, bzw. die jeweils eingestellte Exzentrizität e, sondern es ist auch in jeder Phase an der Bewegung des Präparatträgerarmes ersichtlich, wo er .sich genau befindet, bzw. welcher Schneidebereich noch durchlaufen werden muss.

Durch Betätigung des Elementes 20 wird über die Kegelräder--1?» ■ 18 eine feingängige Spindel 25 in Drehung versetzt, welche je nach der Drehrichtung, das Gehäuse 16 entsprechend des Doppelpfeiles 16a bewegt.

Das Betätigungselement 20 weist nun einstellbare Teilungen bzw. Skalen auf, zur vorbestimmbaren vertikalen Verstellung des Gehäuses 16 mit der Antriebswelle 12. Von den einstellbaren Teilungen kann eine als Messteilung ausgelegt sein, so dass es auf Grund der vorgenommenen Verstellung sofort möglich ist, in einer gewählten Messeinheit die exzentrische Lage des je-

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weiligen Präparates zahlenmässig festzustellen.

Gemäss Figur 3 ist die erfindungsgemässe Einrichtung in abgewandelter, äusserst raumsparender Weise verwirklicht, und zwar an einem, beispielsweise mittels einem ausserhalb des entsprechenden Mikrotomes bzw. Ultramikrotomes angeordneten Antriebsmotor.

Im Lager 28 ist ein im wesentlichen horizontal verlaufender Hebel 29 dreh- bzw. verschwenkbar angeordnet, welcher im Bereich seines anderen Endes die Antriebswelle 12 aufnimmt. Die Auf- und Abbewegung des Pr äparatträgerarmes 7 wird wieder mittels eines auf der Antriebswelle 12 angeordneten Exzenters 13 über den Hebel 14 bewerkstelligt. Zur Verstellung der Höhenlage des Präparates 11 dient das als Handrad, Drehscheibe od.dgl. ausgebildete Betätigungselement 30, welches über eine Welle 31 die

Nockeoder Kurvenscheibe 32 verdreht und solcherart über das Gegenstück 33 den Hebel 29 entsprechend dem Doppelpfeil 34- um das Lager 28 verschwenkt. Das Betätigungselement 30 ist wieder mit mindestens einer, ein- bzw. verstellbaren Teilung oder Skala 35 versehen, ebenfalls feststell- bzw. festklemmbar. Der spielfreien Anlage der Kurvenscheibe 32 am Gegenstück 33 dient die vorgespannte Feder 22.

Von Vorteil ist es, den Motorantrieb, wie bereits vorstehend erwähnt, nicht direkt mit der Antriebswelle 12 zu koppeln, sondern vom Antriebsmotor 36 eine Transmission 37 zu einer

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DoppeIriemenseheibe 38 zu führen, welche koaxial zum Lager 28 oder direkt mittels diesem gelagert ist, und von der Doppelriemenscheibe 38 mindestens einen weiteren Transmissionsriemen 39 zu einer Riemenscheibe 40, welche auf der Antriebswelle 12 angeordnet ist, zu führen.

Diese getrennte Anordnung des Antriebsmotors vom Mikrotom bzw. Ultramikrotom ist insofern von Vorteil, als sämtliche Stösse bzw. Vibrationen vom Antrieb bzw. von den Transmissionsriemen aufgenommen werden und das Gerät selbst frei von jeglichen . Erschütterungen bleibt, insbesondere dann, wenn die Schalthäufigkeit relativ hoch ist,. Weiter ergibt sich die Möglichkeit, das jeweilige Mikrotom oder Ultramikrotom auf ein eigens dafür geschaffenes, stabiles und schwingungsdämpfend ausgebildetes Stativ zu lagern und den Antriebsmotor räumlich getrennt von diesem Stativ anzuordnen, so dass lediglich die Verbindung über die flexiblen Transmissionsriemen besteht.

Weitei wird über die Drehachse des Lagers 28 ein Seilzug 4-1 geführt, welcher den nicht dargestellten Vorschub, bzw. den Präparatrückzug während der Rückholbewegung betätigt. Der Seilzug 4-1 ist an einem, um die Drehachse 42 bewegbaren Steuerhebel 43 befestigt, welcher entsprechend der Drehbewegung der Antriebswelle 12 von einer an dieser Welle angeordneten Kurvenscheibe 44 gesteuert wird, so dass sich der Seilzug entsprechend dem Doppelpfeil 45 jeweils z.B. den Vorschub steuernd bewegt.

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Im Rahmen der Erfindung sind darüber hinaus zahlreiche Abänderungen möglich. So braucht die Verstelleinrichtung des Präparatträgerarmes keinesfalls wie gezeigt ausgebildet bzw. angeordnet sein, wenn sich auch diese Anordnung bzw. Ausbildung als besonders zweckmässig erwiesen hat. Es ist auch möglich, die Verstelleinrichtung des Präparatträgerarmes völlig getrennt und unabhängig von der Vorrichtung zur Präparathubeinstellung bzw. dem Antrieb vorzusehen.

Claims (6)

Patent- (Schutz-) Ansprüche

1.J Einrichtung zum Einstellen der Höhenlage eines Präparates bei Mikrotomen, insbesondere Ultramikrotomen, bei welcher das Präparat einstellbar an einem Ende eines Präparatträgerarmes angeordnet ist und während der Schneidebewegung eine gekrümmte bzw. kreisbogenartige Bahn um ein Lager, an welchem das andere Ende des Präparatträgerarmes bewegbar gelagert ist, ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Präparatträgerarm unabhängig von der Schneidebewegung in, im wesentlichen vertikaler Richtung ein- bzw. verstellbar angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur vertikalen Ein- bzw. Verstellung Mittel vorgesehen sind, welche sich einerseits am Grundkörper des Mikrotomes bzw. Ultramikrotomes abstützen, und andererseits im Verlauf des Präparatträgerarmes mittelbar oder unmittelbar zwischen Präparathalterung und Lager an diesem angelenkt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur vertikalen Ein- bzw. Verstellung des Präparatträgerarmes mit der Vorrichtung zur Prä-

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parathubeinstellung in Verbindung stellen, so dass bei vertikaler Verstellung des Präparatträgerarmes die Vorrichtung zur Präparathubeinstellung oder zumindest Teile davon mit bewegt werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3ι dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigeorgan mit einer Teilung, z.B. Längen- oder Winkelteilung, mittelbar oder unmittelbar am Präparatträgerarm angeordnet ist, jeweils mit diesem mitbewegt wird und zur Anzeige der jeweiligen, relativen bzw. absoluten Präparathöhe, bzw. dem jeweiligen Schneidebereich dient.

5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur vertikalen Verstellung des Präparatträgerarmes ein fixier- bzw. klemmbares Betätigungselement mit einstellbaren Skalen und/oder Messteilung vorgesehen ict, mittels welchem die Zuordnung Präparatmitte zu Messerschneide bzw. deren exzentrische Lage zueinander kontrolliert einstellbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb vorgesehen ist, welcher mittels Treibriemen mittelbar über zumindest eine Riemenscheibe mit der Antriebswelle der Schneidebewegung verbunden ist.

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