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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die schnelle, kontinuierlich laufende
Bearbeitung von Gewebe für
die Histologie, von der Fixierung bis zur Imprägnierung. Im Besonderen betrifft
sie ein automatisiertes Gewebebearbeitungssystem, das mit kontinuierlichem
Durchsatz betrieben werden kann und eine sequentielle Serie verschiedener,
nicht-wässriger,
chemischer Lösungen
zum Härten
einer Gewebeprobe und zur Herstellung einer zur Einbettung und Sektionierung
geeigneten, wachsimprägnierten
Gewebeprobe, verwendet.
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2. Beschreibung des benachbarten
Standes der Technik
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Herkömmliche
Methoden präparieren
Gewebe für
die Histologie durch Inkubation in separaten, phosphat-gepufferten,
10%igen Formaldehydlösungen
zur Fixierung, einer Serie von zunehmenden Konzentrationen von Ethanol
zur Dehydratisierung und Xylol zur Säuberung des Gewebes vom Dehydratisierungsmittel
vor der Imprägnierung.
Aufgrund der für
diesen Prozess benötigten
Zeit, üblicherweise
8 Stunden oder länger,
ist es gebräuchlich
diese separaten Schritte – Fixierung,
Dehydratisierung, Säuberung
und Imprägnierung – über Nacht
in automatisierten mechanischen Geräten auszuführen, die für diese Aufgaben vorgesehenen
sind (siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. 3,892,1 97, 4,141 ,31 2
und 5,049,510).
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Automatisierte
Gewebeprozessoren, die solche herkömmlichen Prozesse ausführen, werden
zum Beispiel von Shandon (HYPERCENTER und PATHCENTRE Modelle), Miles-Sakura
(TISSUE-TEK Modelle) und Mopec-Medite (TPC15 Modell) hergestellt
und verkauft.
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Ein
Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass solche automatisierten
Systeme nicht in der Lage waren, mit kontinuierlichem Durchsatz
zu arbeiten. In Anbetracht der zur Gewebebearbeitung benötigten Zeit
werden Gewebe enthaltende Kassetten tagsüber in das System geladen und
die Gewebebearbeitung wird in einem Zyklus über Nacht ausgeführt. Folglich
erlaubte der Betrieb von Systemen des Standes der Technik nicht
die vollständige
Bearbeitung von Gewebe enthaltende Kassetten während des Arbeitstags.
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Der
TISSUE-TEK Vakuum Infiltrations-Prozessor benötigt zum Beispiel mehr als
acht Stunden zur Beendigung der Bearbeitung. Körbe, die die Kassetten enthalten,
werden in eine Retorte, in der Gewebe bearbeitet wird, eingebracht.
Desweiteren versorgen 14 Stationen die Retorte mit Lösungen unterschiedlicher
Zusammensetzungen. Eine benutzerprogrammierbare Software steuert
diesen automatisierten Prozess. Ein Drehventil reguliert die Bewegung
der Lösungen
zwischen der Retorte und den verschiedenen Stationen; Anlegen von
Druck oder Vakuum an der Retorte, wenn das Ventil offen ist, führt zum
Hinaus- beziehungsweise Hineinpumpen von Lösung in die Retorte. Nach der
Beendigung eines Bearbeitungslaufs fordert das Instrument automatisch
zur Verwendung eines Reinigungszyklus auf; diese Anforderung kann
nur außer
Kraft gesetzt werden, wenn kein Paraffin verwendet wurde. Typischerweise
werden Gewebeproben gemäß dem folgenden
Programm Chargenweise bearbeitet:
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- ** – P/V
(Druck/Vakuum); Wenn „P/V" an ist, wird durch
abwechselndes Anlegen von Druck und Vakuum an die Retorte für Umwälzung gesorgt.
Andernfalls, wenn „Umwälzung" an ist, kann für die Umwälzung auch durch
Hinein- und dann Hinauspumpen der gleichen Lösung alle 20 Minuten gesorgt
werden.
- * – Der
in den meisten Laboratorien verwendete Alkohol ist eine Mischung
aus 90% Ethyl-, 5% Methyl- und 5% Isopropylalkohol.
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Typischerweise
verlangt eine solche konventionelle Methodik danach, Gewebeproben
aus dem Operationssaal, der Arztpraxis oder anderen Orten an ein
Pathologielabor irgendwann während
des Arbeitstages zu senden; chargenweise Bearbeitung der Proben über Nacht,
so dass eine zur Blockierung und Sektionierung geeignete Gewebeprobe
erst am Morgen des nächsten
Tages verfügbar
ist; und ermöglicht
eine Diagnose eines Pathologen, die auf mikroskopischer Untersuchung
präparierter
Sektionen aus einer blockierten und sektionierten Probe, später an diesem
nächsten
Tag (1). Dies erfordert fast 24 Stunden zwischen Erhalt
der Probe und der Abgabe des Berichts des Pathologen. Obwohl eine
verkürzte
Version der konventionellen Methode zur Zeit praktiziert wird, ist
diese nur für
kleinere Biopsien möglich.
Diese Biopsien müssen
für wenigstens
ungefähr
30 Minuten fixiert werden, bevor mit dem Bearbeitungszyklus begonnen
werden kann. Der Bearbeitungszyklus des Instruments kann darauf
programmiert werden, ein Minimum von 70 Minuten zu dauern, 2 bis
2 1/2 Stunden sind jedoch zu bevorzugen.
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Zusätzlich zu
dem Verzug von mindestens einem Tag bei der Verfügbarkeit des Nutzens eines
Berichts eines Pathologen für
den Chirurgen, sind auch Probleme mit dem behinderten Arbeitsablauf
im Pathologielabor, notwendig gemacht durch das Erfordernis der
chargenweisen Bearbeitung der Proben, den Sicherheitsbelangen, die
den Betrieb der Instrumente über
Nacht begleiten, dem Risiko von möglichen Instrumentenausfällen und
der Notwendigkeit die Instrumente zu überwachen und der Verschwendung
von großen
Volumina an Reagenzien für
eine solche Verarbeitung, wenn automatisiert, verbunden. Darüber hinaus
sind teure Maßnahmen
notwendig, um der Exposition des Laborpersonals mit den gesundheitsschädlichen
Dämpfen
und giftigen Substanzen, die mit den in diesem Prozess verwendeten
Reagenzien verbunden sind, vorzubeugen. Außerdem verschmutzen die durch
die konventionelle Methode produzierten großen Volumina an Lösungsmittel- und
Paraffinabfall die Umwelt, wenn sie nicht richtig beseitigt werden.
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Konventionelle
Fixierung und Bearbeitung verursachen auch irreversible Schäden (zum
Beispiel Hydrolyse einer Phosphodiesterbindung und/oder Deamidierung)
an der Struktur von Nukleinsäuren
(zum Beispiel DNA und besonders RNA), was die Anwendung von genetischen
Techniken zur Diagnose und Forschung einschränkt. Folglich benötigen die
meisten DNA- und sicherlich RNA-Analysen besondere Vorsichtsmaßnahmen
bei der Handhabung des Materials, wie unmittelbares Einfrieren von
frischen Geweben, um Abbau vorzubeugen, da die retrospektive genetische
Analyse durch die konventionelle Methodik eingeschränkt ist.
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Die
histologische Diagnose einer eingefrorenen Sektion leidet an mehreren
Nachteilen im Vergleich zu Sektionen, die aus Paraffinblöcken präpariert
wurden. U.S. Patent Nr. 3,961 ,097 warnt, dass der Objektträger , der
aus einer gefrorenen Sektion präpariert
wurde, „keine
Einheitlichkeit der Qualität
... besitzt"; „es ist technisch
schwieriger aufeinander folgende Sektionen der selben Probe zu untersuchen"; „extreme
Vorsicht muss beim Schneiden der Probe ausgeübt werden, um eine ausreichend
dünne Sektion
zu gewährleisten
und um die Möglichkeit
der Beschädigung
von Details der Probe zu vermeiden" und alle Objektträger müssen „während das Gewebe im ursprünglich eingefrorenen
Zustand ist" präpariert
werden, da „wenn
das Gewebe getaut und zur Sektionierung wieder eingefroren wird,
wird es ernstlich beschädigt".
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Es
besteht ein immer währendes
Interesse daran, Gewebebearbeitung und -analyse für diagnostische Zwecke
zu beschleunigen. Weiterhin, ist der aktuelle Fokus im Gesundheitswesen
darauf gerichtet, die Kosten verschiedenster Prozeduren, einschließlich Gewebebearbeitung,
zu verringern. Die Kosten der Gewebebearbeitung stehen mit der Zeit
zur Bearbeitung und Analyse der Proben, dem für das Personal und die Ausrüstung benötigten Raum
im Labor, dem Volumen der Reagenzien (sowohl der Kaufpreis der reinen
Chemikalien als auch die Gebühren
zur Entsorgung der Abfälle)
und der Menge des benötigten
Personals in Zusammenhang. Wichtiger ist die Abhängigkeit von Patienten und
deren Ärzten
von der Auswertung und Diagnose des Pathologen, um die Behandlung
zu lenken. Eine Reduktion der zur Beendigung der Gewebebearbeitung
benötigten Zeit
würde die,
während
der Zeitspanne zwischen Erhalt der Probe und Lieferung des Berichts
des Pathologen an den Chirurgen erfahrende, Sorge, verringern.
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Andere
haben die Notwendigkeit die, zur Gewebebearbeitung benötigte, Zeit
zu verringern erkannt, haben jedoch nur bescheidene Verbesserungen
an den konventionellen Methoden gemacht. Zur Beschleunigung der
Gewebebearbeitung verwenden die U.S. Patente Nr. 4,656,047, 4,839,194
und 5,244,787 Mikrowellenenergie, die U.S. Patente Nr. 3,961 ,097
und 5,089,288 verwenden Ultraschallenergie und das U.S. Patent Nr,
5,023,1 87 verwendet Infrarotenergie. Das U.S. Patent Nr. 5,104,640
legte eine nicht-wässrige
Zusammensetzung eines Fixierers, einen Stabilisator und einen Lösevermittler,
der einen Blutabstrich an einem Objektträger befestigt, offen. Die zuvor
genannten Patente lehren oder empfehlen jedoch nicht, dass der gesamte Prozess
der Präparation
von diagnostischen Gewebeobjektträgern, beginnend bei der Fixierung
und endend mit der Imprägnierung,
in weniger als zwei Stunden bei kontinuierlicher Bearbeitung der
Proben ausgeführt werden
könnte.
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Mikrowellenöfen, die
denen zum Kochen zu Hause in der Bauart ähnlich sind, wurden zur Beschleunigung
der zur Gewebebearbeitung benötigten
Zeit verwendet. Das U.S. Patent Nr. 4,656,047 beansprucht eine Methode
zur Gewebebearbeitung, bei der wenigstens einer der Dehydratisierungs-,
Säuberungs-
oder Imprägnierungsschritte
Mikrowellenenergie einsetzt. Die Fixierung kann durch Tränken der
Gewebeprobe in einem chemischen Fixierer und dann Aussetzen der
Probe gegenüber
Mikrowellenenergie für
eine Zeit, die ausreicht die Probe chemisch zu fixieren, ausgeführt werden.
Das U.S. Patent Nr. 4,839,194 beansprucht eine Methode zur Fixierung
einer Gewebeprobe bei einer Temperatur nicht höher als 40 °C, bei dem die nicht-thermischen
Effekte der Mikrowellenenergie genutzt werden. Die U.S. Patente
Nr. 4,839,1 94 und 5,244,787 beanspruchen eine Methode zur Anfärbung von
Gewebeproben unter Verwendung von Mikrowellenenergie. Die WO 99/09390
beschreibt die Verwendung von konventionellen Mikrowellenöfen in der
histologischen Bearbeitung von Gewebeproben, die jedoch keine interne
Konfiguration haben, die eine Flüstergalerie-Mode
ist.
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In
solchen konventionellen Methoden der Gewebebearbeitung ist die Verteilung
der Mikrowellenenergie aufgrund von Reflexionen und Interferenzeffekten
innerhalb der Kammer, in der die Mikrowellen schwingen, und dem
Hohlleiter, der die Mikrowellenenergie von der Quelle zur Kammer
leitet, nicht gleichförmig.
Das U.S. Patent Nr. 4,835,354 schlägt eine mechanische Lösung vor,
die eine rotierende Plattform zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Kontakts
mit den Mikrowellen und Mischer und Isolatoren, die Mikrowellen
streuen und absorbieren, verwendet. Das U.S. Patent Nr. 5,289,140
schlägt
eine Lösung
vor, die eine Kombination von Mikrowellen verschiedener Wellenlängen und/oder
Intensitäten
verwendet oder Quellen, die Mikrowellen mit verschiedenen Frequenzen
emittieren, verwendet. Das U.S. Patent Nr. 5,796,080 legt verstellbare
Mittel zur Moderation zwischen dem Hohlleiter und einer Vielzahl
an Resonanzkammern, zur individuellen Steuerung der chemischen Reaktion
in jeder Kammer, so dass der sich ausbreitende Modus der Mikrowellen
im Hohlleiter nicht substanziell verändert wird, offen. Die
EP 0680243 beschreibt eine
Mikrowelleneinheit mit einer Flüstergalerie-Mode,
aber weder lehrt sie, noch schlägt
sie vor, diese in der histologischen Bearbeitung von Gewebeproben
einzusetzen.
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Wir
beschreiben nun eine Mikrowelleneinheit, die eine schonende gleichmäßige Beheizung
während der
Gewebebearbeitung, in einer von den in den vorher genannten Patenten
offen gelegten, unterschiedlichen Weisen, liefert. Ein solches Verfahren
verursacht minimalen Schaden am bearbeiteten Gewebe und führt zu einer überlegenen
Probe für
nachfolgende histologische Studien durch einen Pathologen oder Zellbiologen. Im
Gegensatz zu den im oben diskutieren Patent offen gelegten Lösungen verwendet
die Mikrowelleneinheit der vorliegenden Erfindung keine Resonanzkammer,
die auf die Inhalte der Kammer empfindlich wäre. Das ist eine wichtige Überlegung
bei der Erwärmung
einer Region, die in allen Dimensionen größer ist als ungefähr 10–20% der
Wellenlänge
der verwendeten Mikrowelle und wenn sich die chemischen Zusammensetzungen
in der Kammer in verschiedenen Schritten des Prozesses ändern. In
der Erfindung wird Mikrowellenenergie in die Lösung und das Gewebe in einer
solchen Weise verteilt, dass Interferenzeffekte minimiert werden.
Durch die Verteilung der Energie wird diese durch die Lösung und
das Gewebe bei einem Durchgang durch die Materialien absorbiert.
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Einige
Verbesserungen, die aus der Erfindung resultieren, werden hier zusammengefasst,
aber andere Verbesserungen werden im Folgenden beschrieben. Konvektive
Wärmeverluste
aus der Reaktionskammer und die Verdampfungsrate von Flüssigkeit
in der Reaktionskammer werden verringert, flüchtige Substanzen werden am
Kontakt mit elektronischen Komponenten gehindert und entlüftet, um
das Laborpersonal in der Umgebung der Einheit zu schützen, von
einem menschlichen Bediener bei der Bearbeitung begangene Fehler werden
eliminiert, die von der Einheit zur Erhaltung der Temperatur der
Flüssigkeit
in der Reaktionskammer benötigte
Leistung wird minimiert und Arbeits- und Reagenzienkosten mit diesem
System sind, verglichen mit der manuellen Bearbeitung, reduziert.
Subjektiver wird die Konsistenz der Qualität der durch den offen gelegten
Prozess bearbeiteten Gewebeproben verbessert. Obwohl eine Mikrowelleneinheit
vorteilhafterweise verwendet werden kann, können Einheiten betrieblich
und physikalisch miteinander verknüpft sein, um chemische Reaktionen,
die chargenweise und/oder kontinuierlich ausgeführt werden, zu beschleunigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der Erfindung eine Mikrowelleneinheit und ein System
zur Gewebebearbeitung, das die zur Bearbeitung und Analyse benötigte Zeit
und die Kosten dessen reduziert, bereit zu stellen. Das Gewebebearbeitungssystem
ist zur Automatisierung geeignet und nimmt Proben bevorzugt in kontinuierlicher
Weise auf. Das ermöglicht
die Umwandlung der bestehenden Praxis zu einer chirurgischen Pathologie
mit schneller Rückmeldung
für den
Patienten, der einer Operation unterzogen wird, und kann sogar „Point-of-care"-Diagnostik durch
den Pathologen in der nahen Umgebung des Operationssaals ermöglichen.
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Im
Besonderen kann die Mikrowelleneinheit schonende Erwärmung von
Gewebeproben liefern und verhindert Verkochung. Gleichmäßiges Beheizen
in der Reaktionskammer gewährleistet, dass
Proben an unterschiedlichen Stellen in der Kammer bei ungefähr der gleichen
Temperatur gehalten werden. Daher wird die Temperatur sowohl überall in
der Kammer als auch während
der Prozessschritte im Wesentlichen gleich gehalten. Eine bevorzugte
Konfiguration der Kammer ist in einer Flüstergalerie-Mode ausgeführt. Nachteile
von konventionellen Mikrowellenöfen
(zum Beispiel Hot Spots, die Gewebe verkochen und eine Lösung nicht
bei der im Wesentlichen gleichen Temperatur innerhalb der Kammer
halten) werden durch die Erfindung vermieden.
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Das
System zur Gewebebearbeitung verwendet die Mikrowelleneinheit als
wenigstens ein Modul des Systems. Ein solches System kann manuell
oder automatisiert betrieben werden. Gewebeproben können in das
System geladen werden und entweder kontinuierlich und/oder chargenweise
bearbeitet werden. Der Durchsatz kann auch durch Verwendung einer
Vielzahl an einzelnen Systemen, die parallel angeordnet sind, erhöht werden.
Kontinuierliche Bearbeitung hat Zugriff auf eine einzelne Serie
von Modulen mit Gewebeproben oder Chargen davon, ohne das System
anderweitig zu unterbrechen bevor die Bearbeitung beendet ist. Das System
kann zur Verwendung in dem hier und in zuvor angemeldeten Anmeldungen
beschriebenen Prozess, oder in anderen histochemischen Reaktionen,
angepasst werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Mikrowelleneinheit
zur Bearbeitung einer Gewebeprobe von weniger als drei Millimetern
für die
Histologie, wobei die Mikrowelleneinheit
- (a)
eine Quelle, welche Mikrowellenstrahlung als Form von Energie erzeugt,
- (b) einen Hohlleiter, der die Mikrowellenstrahlung überträgt und
- (c) eine erste Reaktionskammer, die die Mikrowellenstrahlung
empfängt,
umfasst,
wobei wenigstens eine erste chemische Zusammensetzung
und die damit in Kontakt befindliche Gewebeprobe von Wänden einer
ersten Reaktionskammer umgeben sind,
wobei die Mikrowellenstrahlung
von der Quelle zu der ersten Reaktionskammer mittels des Hohlleiters übertragen
wird, die erste chemische Zusammensetzung aus einer ersten Vorratskammer
in die erste Reaktionskammer eingebracht wird und die Gewebeprobe
wenigstens anfänglich
durch die erste chemische Zusammensetzung, die Mikrowellenstrahlung
oder beides verhärtet
wird, wobei die erste Reaktionskammer eine Flüstergalerie-Mode aufweist,
welche aufgrund der Energie der Mikrowellenstrahlung eine im Wesentlichen
gleichförmige
Temperaturverteilung darin bereitstellt.
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Die
wenigstens beginnende Härtung
wird erreicht durch zum Beispiel Fixierung, Dehydratisierung oder eine
Kombination davon. Die Reaktionskammer kann eine Vielzahl an verschiedenen
Gewebeproben enthalten; die Reaktionskammer kann zum Beispiel zur
Aufnahme eines Trägers
oder Korbs gefüllt
mit Gewebeproben gestaltet sein. Die innere Geometrie der Reaktionskammer
ist gestaltet, um eine gleichmäßige Verteilung der
Mikrowellenenergie und Erwärmung
ihrer Inhalte zu erzielen. Ebenso kann die Quelle und der Hohlleiter gestaltet
werden, um minimalen Energieverlust während der Übertragung der Mikrowellenstrahlung
zu erzielen. Die von der Mikrowellenquelle abgegebene Leistung,
und damit die Erwärmung
der Inhalte der Reaktionskammer, kann durch eine variable Stromquelle
zur Ermöglichung
einer kontinuierlichen Veränderung
der Leistung, reguliert werden.
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Die
Mikrowelleneinheit kann weiterhin aus jeder Kombination von, mit
oder ohne transportablen Container, passend um in die Reaktionskammer
zu passen, wenigstens einer Temperatur- und/oder Drucksonde zur Überwachung
der Bedingungen in der Reaktionskammer, einem an die Reaktionskammer
passenden und die Reaktionskammer von der Umgebung des Bedieners
isolierenden Verschluss (zum Beispiel eine an die Reaktionskammer
angebrachte oder abnehmbare Klappe), Wärmedämmung, um die Wärme in der
Reaktionskammer zu halten; einer Dichtung, um elektronische Komponenten
von den Chemikalien in der Reaktionskammer zu trennen und einer
Steuerungsschaltung zum Empfang der Einspeisung von wenigstens einer
Sonde und/oder Zeitgebers und zur Regulierung der Mikroweilenenergie,
die aus der Quelle ausgestrahlt wird, bestehen.
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Im
Gegensatz zur Erfindung wird vom Stand der Technik chargenweise
Bearbeitung benötigt,
da die konventionelle Methodik acht Stunden oder länger benötigen kann.
Im Stand der Technik werden die Proben in ein automatisiertes Instrument
geladen, das nicht mit weiteren Proben beladen werden kann, bevor
der gesamte Zyklus des Instruments beendet ist. Alle diese Gewebeproben,
die in ein Instrument des Standes der Technik geladen wurden, sind
im gleichen Stadium der Bearbeitung während des gesamten Zyklus des
Instruments.
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Weitere
Vorteile von und Verbesserungen aufgrund der Erfindung werden unten
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHUNGEN
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Die 1–7 beziehen
sich auf die Gewebebearbeitungsmethode und den Gewebebearbeitungsapparat,
offen gelegt im Dokument des Standes der Technik WO 99/09390.
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1 ist
ein Flussdiagramm, das zeigt, dass fast 24 Stunden zwischen der
Zeit, zu der eine Gewebeprobe von einem Chirurgen erhalten wird,
und der Zeit, zu der eine Diagnose durch einen Pathologen durch mikroskopische
Untersuchung von Sektionen des Gewebes, erstellt werden kann, vergehen.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das zeigt, dass eine Diagnose eines Pathologen
in Übereinstimmung
mit der Erfindung dem Chirurgen, der die Gewebeprobe geliefert hat,
in etwa zwei Stunden oder weniger verfügbar gemacht werden kann.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Gewebebearbeitungssystems, das
manuell im chargenweisen und/oder kontinuierlichen Modus betrieben
werden kann.
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4 zeigt
ein Schüttelbad
zur Verwendung in einem manuell betriebenen Gewebebearbeitungssystem,
das weder Mikrowellenbeheizung noch Vakuum liefert.
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5 zeigt
einen konventionellen Mikrowellenofen, der zur Verwendung in einem
manuell betriebenen Gewebebearbeitungssystem vorgesehen ist.
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6 zeigt
ein Paraffinbad, das zur Verwendung in einem manuell betriebenen
Gewebebearbeitungssystem vorgesehen ist.
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Gewebebearbeitungssystems, das
automatisiert ist und im chargenweisen und/oder kontinuierlichen
Modus betrieben werden kann.
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8 zeigt eine Mikrowelleneinheit der Erfindung. 8A ist
eine Schnittzeichnung mit Blick von oben und 8B ist
eine Schnittzeichnung mit Blick von der Seite. 8C ist
eine stärker
detaillierte Seitenansicht der Reaktionskammer der Mikrowelleneinheit.
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9 zeigt
elektrische Komponenten einer Mikrowelleneinheit der Erfindung.
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10 ist
ein Blockdiagramm der Steuerungsmerkmale einer Mikrowelleneinheit
der Erfindung.
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11 zeigt
eine Imprägniereinheit
der Erfindung.
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12 ist
eine schematische Darstellung eines alternativen Gewebebearbeitungssystems
der Erfindung.
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13 ist
eine schematische Darstellung eines alternativen Gewebebearbeitungssystems
der Erfindung (d.h. zwei Serien von zum Parallelbetrieb angeordneten
Modulen).
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
hierin offen gelegte Mikrowelleneinheit kann vorteilhaft zur konventionellen
Gewebebearbeitung verwendet werden, sie wurde jedoch im Kontext
von dem hierin und in den US-Anmeldungen Nr. 60/056,102 und 09/136,292
und veröffentlicht
als WO/09390 beschriebenen Prozess entwickelt und kann zur Verwendung in diesem
Prozess angepasst werden, Alle Details dieser Methode und des Systems
sind in diesem Dokument offen gelegt.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendete Mikrowelleneinheit liefert
schonende Erwärmung
einer Gewebeprobe, wobei dessen Verkochung verhindert wird, und
gleichmäßige Beheizung
in der Reaktionskammer, welche sicherstellt, dass Proben an verschiedenen
Stellen in der Kammer bei der ungefähr gleichen Temperatur gehalten
werden. Verkochung ist definiert als eine Veränderung in der histologischen
Struktur der Gewebeprobe, da das Mikrowellenfeld zu stark ist. Mikrowellen
können
die Gewebeprobe besser beheizen als die umgebende Lösung; dieser
Effekt wird dadurch minimiert, dass der Hitze genügend Zeit
gegeben wird, um von der Gewebeprobe in die Umgebung abgeführt zu werden.
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Das
System zur Bearbeitung einer Gewebeprobe von weniger als drei Millimetern
zur Histologie gemäß der Erfindung
umfasst:
- (a) eine Quelle, welche Mikrowellenstrahlung
als Form von Energie erzeugt,
- (b) einen Hohlleiter, der die Mikrowellenstrahlung überträgt und
- (c) eine Reaktionskammer, die die Mikrowellenstrahlung empfängt,
- (d) eine erste Vorratskammer in fluider Verbindung mit der Reaktionskammer,
- (e) eine zweite Vorratskammer in fluider Verbindung mit der
Reaktionskammer,
- (f) eine dritte Vorratskammer in fluider Verbindung mit der
Reaktionskammer umfasst,
wobei die erste Reaktionskammer
eine Flüstergalerie-Mode
aufweist, welche aufgrund der Energie der Mikrowellenstrahlung eine
im Wesentlichen gleichförmige
Temperaturverteilung darin bereitstellt.
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Die
Reaktionskammer kann eine Vielzahl von verschiedenen Gewebeproben
enthalten. Die innere Geometrie der Reaktionskammer ist gestaltet,
um eine gleichmäßige Verteilung
der Mikrowellenenergie und Beheizung ihrer Inhalte zu erzielen.
Die Gleichmäßigkeit
wird hauptsächlich
durch die Berücksichtigung
von zwei Faktoren erzielt.
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Als
erstes ist die Ausdehnung der Reaktionskammer so gemacht, dass sie
eine ganzzahlige Anzahl von halben Wellenlängen der Mikrowellenstrahlung
in der Kammer ist. Durch geeignete Anordnung des Eintritts des Hohlleiters
in die Reaktionskammer wird eine Mode angeregt, die sich rund um
die äußere Wand
fortpflanzt. Dieser Typ von Mode ist dadurch charakterisiert, dass
das Mikrowellenfeld vorwiegend in der Nähe der äußeren Wand ist. Ein ähnliches
Phänomen
tritt in der Akustik auf, wenn Schallwellen äußerst effizient in der Nähe von festen
Wänden
wandern. Diese Moden werden als Flüstergalerie-Moden bezeichnet.
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Eine
zweite Überlegung
ist der radiale Abstand zwischen der Grenze der Lösung in
der Reaktionskammer und deren Wand. Der optimale Abstand wird empirisch
durch die Veränderung
des Abstands bestimmt. Wenn der Abstand zu gering ist, wird die
Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen in der Nähe des Eintritts des Hohlleiters
in die Reaktionskammer absorbiert. Ist der Abstand zu groß, wird
die Reaktionskammer zu einem Hohlraumresonator und ist auf die Menge
an nicht-wässriger
Lösung
und Feststoffen (zum Beispiel Gewebeproben, Kassetten und Korb)
darin empfindlich. Mit dem passenden Abstand wird eine effiziente
Beheizung der Lösung
und der Feststoffe über
einen ausgedehnten Bereich an Höhen
der Inhalte, die durch einen Niveaufühler außerhalb der Reaktionskammer
gemessen werden (d.h. Volumina darin), erreicht. Selbst so wenig wie
10% der gesamten Höhe
(d.h. des Gesamtvolumens) sorgt noch für eine effiziente Beheizung
der Füllung.
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Die
Quelle und der Hohlleiter sind ebenso dafür konfiguriert, minimalen Energieverlust
während
der Übertragung
der Mikrowellenstrahlung zu erzielen. Die Mikrowelleneinheit ist
mit einem Hohlleiter so konfiguriert, dass sie nicht mehr als 2%
Energieverlust von der Quelle zur Reaktionskammer hat. Ein höherer Energieverlust
würde die
Verwendung von teurer Abschirmung und anderen Schutzeinrichtungen
für die
Quelle der Mikrowellenenergie erfordern.
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Die
Beheizung kann durch periodisches Durchlaufen von Strom an-aus in Zyklen von
ungefähr
10 Sekunden bis ungefähr
25 Sekunden gesteuert werden, da die Heizcharakteristik der Kathode
der Mikrowellenquelle eine Mindestzeit benötigt. Dies kann aber das Gewebe
verbrennen, daher kann die Beheizung durch eine Quelle mit variablem
Strom gesteuert werden, um eine kontinuierliche Variation der, von
der Mikrowellenquelle zur Reaktionskammer gelieferten, Leistung
zu erlauben. Solches Verbrennen oder Verkochen wird durch homogenes
Anfärben
von Gewebestrukturen verkörpert,
ohne zelluläre
Merkmale zu unterscheiden.
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Die
Mikrowelleneinheit kann weiterhin aus jeder Kombination eines herausnehmbaren
Behälters,
angepasst, um in die Reaktionskammer zu passen und um wenigstens
eine Gewebeprobe (d.h. einen Korb) aufzunehmen; wenigstens einer
Temperatur- und/oder
Drucksonde zur Überwachung
der Bedingungen in der Reaktionskammer; eines oder mehrerer Energiemessfühlers zur Überwachung
der von der Quelle ausgesendeten, durch den Hohlleiter übertragene
und/oder von der Reaktionskammer erhaltenen Mikrowellenenergie;
eines Verschlusses, angepasst, um an die Reaktionskammer zu passen
und die Reaktionskammer von der Umgebung des Bedieners abzutrennen;
Wärmeisolation,
um die Wärme
in der Reaktionskammer zu halten; Abschirmung, um elektronische
Komponenten von den Chemikalien in der Reaktionskammer zu trennen;
und einer Steuerungsschaltung, zum Empfang der Einspeisung von wenigstens
einer Sonde und/oder Zeitgebers und die dadurch wenigstens eine
der Mikrowellenenergien der Quelle, durch den Hohlleiter übertragen und/oder
in der Reaktionskammer erhalten, reguliert, bestehen.
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Eigenschaften
der für
die Dichtung verwendeten Materialien sind die Fähigkeit die Reaktionskammer hermetisch
von der Umgebung abzuschließen,
beträchtliche
Durchlässigkeit
für Mikrowellenstrahlung,
Formbarkeit, um einen festen Sitz, der sich an den Verschluss anpasst,
zu gewährleisten
und chemische Beständigkeit
gegenüber
Lösungen
des Prozesses. Eine Veränderung
der Reaktionskammer mit (a) einem Verschluss und einer hermetischen
Dichtung zur Reduktion der Verdampfung und (b) Wärmedämmung kann die, zum Betrieb
der Mikrowelleneinheit benötigte,
Leistung um das zwei- oder dreifache senken.
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8A zeigt
eine Schnittzeichnung mit Blick von oben und 8B zeigt
eine Schnittzeichnung mit Blick von der Seite einer exemplarischen
Mikrowelleneinheit. Mikrowellenenergie wird von der Mikrowellenröhre 58 zur
Reaktionskammer 60 durch den Hohlleiter 62 übertragen.
Die Verriegelungen 64 stellen sicher, dass die Mikrowelleneinheit
nicht arbeitet, wenn sie offen ist, und die Fixierstifte 66 stellen
sicher, dass die Einheit geschlossen ist. Eine isolierende Einlage 68 umgibt
die Inhalte 70 der Reaktionskammer 60 zur Verringerung von
Wärmeverlust.
Ein Rührer 72 und
ein Thermoelement 74, das in die Reaktionskammer 60 vorsteht,
ist dargestellt. Die Klappe 76 muss vor dem Aufnehmen eines
mit Gewebeproben gefüllten
Korbes (nicht dargestellt) und dessen Einbringen in die oder Herausnehmen
aus der Reaktionskammer 60 entfernt werden (zum Beispiel durch
einen Roboterarm, der den Griff 78 anhebt).
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Eine
detailliertere Ansicht der Reaktionskammer 60 der exemplarischen
Mikrowelleneinheit ist in der 8C gezeigt.
Die Mikrowelleneinheit wird wahlweise als eine MW-Retorte 80 bezeichnet,
da die Reaktionskammer 60 von der Umgebung isoliert ist,
ein Vakuum jedoch nicht zur Härtung
der Gewebeprobe notwendig ist. Die Reagenzienanschlüsse 82 können dazu
verwendet werden, Lösungen
in die Reaktionskammer hinein und daraus hinaus zu transferieren,
oder können
als ein Luftanschluss 84 verwendet werden. Eine aufgeschweißte 1/4-Zoll
Buchse bildet eine Dichtung zwischen der isolierenden Einlage 68 und
der MW-Retorte 80. Der Flüssigkeitsspiegel kann durch
ein, an das Innere der Reaktionskammer 60 angeschlossenes,
externes Sichtrohr 86 sichtbar gemacht werden. Ein Näherungsschalter 88 dient
als Niveaufühler.
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Die
elektrischen Komponenten der exemplarischen Mikrowelleneinheit sind
in 9 gezeigt. Die Steuerung der Temperatur der Inhalte
der Reaktionskammer 60 ist in 10 dargestellt.
Die Temperatursteuerung 90 wird mit der gewünschten
Temperatur programmiert. Ein Steuerungssignal 92 wird an
die Mikrowelleneinheit gesendet, um Leistung 94 an die
Mikrowellenquelle 58 anzulegen, deren Mikrowellenenergie
durch den Hohlleiter 62 zur Reaktionskammer 60 übertragen
wird. Das Thermoelement 74 nimmt die Temperatur der Inhalte
der Reaktionskammer 60 wahr und führt diese zurück an die
Temperatursteuerung 90. Ein Algorithmus oder ein anderes
Programm in der Temperatursteuerung 90 passt dann das Steuerungssignal 92 so
an, dass die wahrgenommene Temperatur ungefähr gleich der gewünschten
Temperatur wird.
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Das
System zur Gewebebearbeitung kann aus einer physisch miteinander
verknüpften
Reihe von Modulen (zum Beispiel Reaktionskammern mit oder ohne eine
betriebsbereit verknüpfte
Mikrowelleneinheit) zur Durchführung
einer Kombination aus Fixierung, Dehydratisierung, Entfettung, Säuberung
und/oder Imprägnierung
einer Gewebeprobe bestehen. Das System kann aus einem Modul oder
einer Vielzahl von ihnen bestehen. Jedes Modul würde ein Teil des gesamten Prozesszyklusses
darstellen, jedoch kann ein einzelnes Modul, aufgrund der in ihm
enthaltenen chemischen Zusammensetzung, mehr als einen dieser Schritte
der Gewebebearbeitung (d.h. Fixierung, Dehydratisierung, Entfettung,
Säuberung
und Imprägnierung)
durchführen.
Ein Aufzeichnungsgerät
kann eingebunden werden, um Messungen von Reaktionsbedingungen und
anderen Leistungsmerkmalen des Systems (zum Beispiel Menge an Chemikalien
in einem Modul, in einem Modul oder in Kontakt mit einer Chemikalie
verbrachte Zeit einer Gewebeprobe) in wenigstens einem Modul zu
erhalten und um diese Messungen zur Abfrage durch den Bediener zu
speichern.
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Die
Module können
den gleichen Platz belegen und/oder die Gewebeproben können stationär bleiben. Mikrowellen-
oder Wärmeenergie
können
geregelt und an den gleichen Ort oder auf die stationäre Gewebeprobe
zu verschiedenen Zeiten im Prozess übertragen werden. Chemische
Lösungen
und/oder Dämpfe
können
an den gleichen Ort hinein oder hinaus bewegt werden oder in oder
aus dem Kontakt mit der stationären Gewebeprobe
gebracht werden. Bevorzugt wird der Platzbedarf für das System
minimiert, indem eine oder zwei Reaktionskammern verwendet werden
und die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen in eine Reaktionskammer
durch Verrohrung oder Verschlauchung mit separaten Vorrats- und/oder
Abfallkammern transportiert werden. Eine Steuerung kann Input von
der Reaktionskammer und/oder von der Zeitvorgabe des Teils des Prozesszyklusses
erhalten und somit den Transport der verschiedenen chemischen Zusammensetzungen
regeln.
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Alternativ
kann eine Vielzahl von Modulen, die wenigstens vier, fünf oder
sechs verschiedene chemische Zusammensetzungen und wenigstens ein
Armatur- oder Spurbeförderungsmittel
zur Bewegung der Gewebeproben zwischen den Modulen besitzen, vorgesehen
werden. Damit kann das System wenigstens aus einer, zwei, drei oder
vier Mikrowelleneinheiten bestehen. In einigen Ausführungsformen,
wenn eine Gewebeprobe von einer chemischen Zusammensetzung zu einer
anderen mit der gleichen chemischen Zusammensetzung transferiert
wird, kann es möglich
sein, Teile des Prozesszyklusses in dem gleichen Modul mit einem Austausch
der darin befindlichen chemischen Zusammensetzung zu kombinieren.
Somit können
Teile des Prozesszyklusses zusammen geführt werden und die Anzahl verschiedener
Module, die benötigt
werden, kann reduziert werden. Die Verrohrung zum Transfer von Flüssigkeiten
kann verglichen mit anderen Ausführungsformen,
die früher
beschrieben wurden, vereinfacht werden, da die chemische Zusammensetzung
in der Reaktionskammer während
des gesamten Prozesszyklusses verbleiben kann und nur zu Beginn
des Zyklusses in einem Füllschritt
in die Reaktionskammer oder bei der Beendigung des Zyklusses in
einem Entleerungsschritt aus der Reaktionskammer gebracht wird.
Die Anzahl an Modulen kann auch durch die Verwendung von Vorratskammern
in fluider Verbindung mit Reaktionskammer und die die verschiedenen
chemischen Zusammensetzungen beinhalten und diese bei Bedarf in
die oder aus der passenden Reaktionskammer bewegen, auf ein oder
zwei verringert werden (zum Beispiel nur eine Mikrowelleneinheit
und eine Imprägniereinheit). Pumpen
oder Multipositionsdrehschieber können zum Beispiel zur Kontrolle
der Bewegung von Flüssigkeiten zwischen
einem Reservoir und einer Reaktionskammer durch Pumpen verwendet
werden. Die Steuerungsschaltung kann auch vereinfacht werden, wenn
Bewegung zwischen Modulen in einem ganzzahligen Vielfachen eines
bekannten Zeitblocks stattfindet. Die Bewegung der Gewebeprobe kann
durch ein im Speicher gespeichertes Programm kontrolliert werden,
so dass der mit Gewebeproben gefüllte
Träger
oder Korb Modulen in einer bestimmten Reihenfolge für festgesetzte
Inkubationszeiten ausgesetzt ist. Die Anzahl an verschiedenen Modulen,
von denen einige die gleiche chemische Zusammensetzung enthalten
können,
kann wenigstens jede Zahl von vier bis zehn sein. Zur parallelen
Bearbeitung können
zwei, drei oder vier Linien von Modulen angeordnet werden.
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Eine
exemplarische Imprägnierungseinheit
ist in 11 dargestellt, wobei eine heiße Flüssigkeit (zum
Beispiel Wasser) durch die Heizschlange 112 geführt wird,
um das Imprägniermittel 114 flüssig zu
halten. Durch eine solche Rohrschlange kann Strahlungswärme im Inneren
(zum Beispiel Heizschlange 112) der Reaktionskammer 120 oder
durch elektrisches "Wire-Wrapping" außerhalb
(nicht dargestellt) bereitgestellt werden. Eine Klappe 100 und
eine Dichtung 102 bedecken die Reaktionskammer 120 und
werden durch Verwendung des Handgriffs entfernt, bevor nach einem
Korb (nicht dargestellt), der Gewebeproben enthält, gegriffen wird. Hier zeigt
ein Scharnier 106, wie die Klappe 100 an der Reaktionskammer 120 angebracht
ist. Rostfreier Stahl kann als äußere Oberfläche der
Imprägniereinheit
verwendet werden. Ein Ausrichtungsring 108 über einer
isolierenden Einlage 110 stellt das korrekte Einbringen
des Korbes in die Reaktionskammer 120 sicher. Die isolierende
Einlage 110 (zum Beispiel DELRIN oder anderes Kunststoffmaterial)
reduziert den Wärmeverlust während der
Imprägnierung
der Gewebeprobe. Reduzieren des Druckes in der Reaktionskammer 120 durch Verwenden
des Vakuumanschlusses 116 beschleunigt die Imprägnierung.
Die Klappe 100 und Dichtung 102 halten das Vakuum
in der Reaktionskammer 120 nach ihrer Evakuierung. Während des
Transfers wird die Temperatur der Inhalte der Reaktionskammer 120 der
Imprägniereinheit
innerhalb ungefähr
2 °C gehalten.
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Entweder
der Transfer von verschiedenen Flüssigkeiten in die oder aus
der Reaktionskammer oder der Transfer von Körben zwischen Reaktionskammern,
die verschiedene Lösungen
enthalten, kann Änderungen
in Reaktionsschritten bewirken. Wird der Korb für ungefähr 10 Sekunden oberhalb des
Innenraums der Reaktionskammer gehalten, kann überschüssige Lösung durch eine oder mehrere Öffnungen
im Boden und/oder in den Seiten zurückfließen, bevor der Korb transferiert
wird. Daher schreibt die Sequenz in der der Korb zwischen Reaktionskammern,
von denen jede eine besondere Zusammensetzung von Gewebebearbeitungschemikalien
enthält,
und der Dauer, die der Korb in jeder Reaktionskammer inkubiert wird,
die Serie von chemischen Reaktionen, die zur Durchführung des
Prozesses gemäß der Erfindung
benötigt
werden, vor.
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Die
Klappe kann entfernt werden, die Dichtung kann an die Klappe angebracht
und mit ihr bewegt werden. Der Prozess der Entfernung der Klappe
und der Dichtung wird sowohl für
die Reaktionskammer, die zunächst
die Gewebeproben enthält,
als auch für
die nächste
Reaktionskammer, in die die Gewebeproben anschließend transferiert
werden, durchgeführt.
Der Korb wird dann entfernt, was ermöglicht, dass Lösung aus dem
Korb und jeder der darin enthaltenen Kassetten für ungefähr 10 Sekunden in die Reaktionskammer
zurückfließen kann,
und der Korb wird in die Reaktionskammer, die die nächste chemische
Lösung
im Prozess enthält,
transferiert. Abschließend
werden die Klappen und Dichtungen wieder eingesetzt. Die gesamte,
für einen
solchen Transfer benötigte,
Zeit ist ungefähr
eine Minute.
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Zur
Gewebebearbeitung kann eine Vielzahl von Modulen, die wenigstens
vier, fünf
oder sechs verschiedene chemische Zusammensetzungen enthalten und
wenigstens ein Armatur- oder Spurbeförderungsmittel zum Bewegen
der Gewebeproben zwischen den Modulen haben, verwendet werden. Das
System kann aus wenigstens einer, zwei oder drei Mikrowelleneinheiten
bestehen. In bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, wenn eine Gewebeprobe von einer chemischen Zusammensetzung
zu einer anderen mit der gleichen chemischen Zusammensetzung transferiert
wird, kann es möglich
sein, diese Teile des Prozesszyklusses im gleichen Modul durch den
Austausch der darin befindlichen chemischen Zusammensetzung zu kombinieren.
Daher können
bestimmte Teile des Prozesszyklusses kombiniert und die Anzahl an
verschiedenen Modulen, die benötigt
werden, kann reduziert werden. Die Verrohrung kann vereinfacht werden,
da in vielen der vorgesehenen Ausführungsformen die chemische
Zusammensetzung während
des gesamten Prozesszyklusses in der Reaktionskammer verbleiben
kann und lediglich zu Beginn des Zyklusses in einem Befüllschritt
in die Reaktionskammer hinein oder bei der Beendigung des Zyklusses
in einem Entleerungsschritt aus der Reaktionskammer heraus bewegt
wird. Auch die Steuerungsschaltung kann vereinfacht werden, wenn
die Bewegung zwischen Modulen in einem ganzzahligen Vielfachen eines
bekannten Zeitblocks stattfindet. Die Anzahl an verschiedenen Modulen,
von denen einige identische chemische Zusammensetzungen enthalten
können, kann
wenigstens eine ganze Zahl zwischen vier und zehn sein.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden Variationen der obigen Ausführungsformen
vorgesehen. Verschiedene Konfigurationen des Gewebeprobenbearbeitungssystems
sind möglich
und optionale Module können
angeschlossen werden, um einen Teil des Systems zu bilden. Die gewählte spezifische
Konfiguration kann durch die durchschnittliche Anzahl an Gewebeproben,
die pro Tag durch das klinische Labor bearbeitet werden und/oder
der Geschwindigkeit, mit der die histologischen oder pathologischen
Berichte erstellt werden müssen,
vorgegeben sein.
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Das
System kann manuell oder automatisiert betrieben werden. Der manuelle
Betrieb ist besonders für
Forschung und Entwicklung geeignet, da Veränderungen im Prozess oder am
Apparat schnell bewertet werden können. Bei automatisierten Instrumenten
können
die Gewebeproben per Armatur- oder Spurbeförderungsmittel transportiert
und/oder chemische Zusammensetzungen durch korrosionsbeständige Verrohrung transferiert
werden. Daher kann Gewebebearbeitung durch Bewegen von Gewebeproben
zwischen stationären
Modulen in einer bestimmten Reihenfolge für gegebene Zeiten, Füllen und
Leeren von Modulen mit verschiedenen Chemikalien, so dass die stationären Gewebeproben
in einer bestimmten Sequenz für
gegebene Zeiten inkubiert werden, oder jeder Kombination davon,
automatisiert werden.
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Das
Armaturbeförderungsmittel
kann zum Beispiel die Probe mit einem zangenähnlichen Mechanismus greifen
oder die Probe mit einer hakenähnlichen
Einrichtung fassen. Der Arm kann mit Gelenken ausgestattet sein,
um menschenähnliche
Bewegungen auszuführen;
oder er kann mit linearen oder zweidimensionalen Bewegungen, in
einem Gestell mit Fixkoordinaten montiert sein, optional kann eine
weitere Dimension der Bewegung durch die Variation der Höhe des Armes über dem
System bereit gestellt werden. Das Spurbeförderungsmittel kann aus elastischem
oder klebrigem Material gemacht sein, um die Probe auf der Spur
durch Reibung zu halten oder es kann eine regelmäßige Reihe von Erhebungen oder
Wänden
vorhanden sein, um die Proben dazwischen zu fangen. Die Spur kann
als kontinuierliches Band gestaltet sein oder es kann eine Reihe
von Bändern
sein, die die Gewebeprobe befördern,
wobei das Band mit einem Walzen- oder Kettenradmechanismus angetrieben
wird. Die Kassette oder der Halter kann mit einem Schaft (mit oder
ohne einem Knopf); der gegriffen werden kann, oder einer Schleife,
die mit dem Arm gefangen werden kann, oder durch Einpassung in eine
Rille oder Vertiefung in der Spur, zur Beförderung angepasst werden. Ebenso
kann die Kassette oder der Halter in einem Träger oder Korb zur Bearbeitung
einer großen
Anzahl an Proben angeordnet werden, wobei der Träger oder der Korb zum Transport
mit dem Armatur- oder
dem Spurbeförderungsmittel
angepasst ist.
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Elektrische
Motoren und Steuerungen können
zum Transport einer Gewebeprobe durch die Echtzeitbefehle des Bedieners
oder Auswahl eines gespeicherten Programms verwendet werden. Ein
einfacher Mechanismus zur Steuerung der Verweildauer der Gewebeprobe
in jedem Modul wäre
es, die Gewebeprobe oder dessen Halter bei konstanter Geschwindigkeit
zu bewegen und die Länge
des Weges durch jedes Modul anzupassen, um die beabsichtigte Inkubationszeit
damit in Einklang zu bringen.
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Sowohl
die Rohrleitungen oder das flexible Schlauchmaterial, als auch andere
Komponenten der Verrohrung sollten Korrosion durch die in der Gewebebearbeitung
verwendeten Chemikalien widerstehen (zum Beispiel Polyethylen, Polyvinylchlorid,
Teflon, Edelstahl). Mechanische oder elektrische Pumpen/Ventile
und Steuerungen können
zur Bewegung von chemischen Zusammensetzungen durch den Echtzeitbefehl
des Bedieners oder die Auswahl eines gespeicherten Programms verwendet
werden, in jeder Kombination aus, von der Vorratskammer zur Reaktionskammer,
von der Reaktionskammer zur Vorratskammer, wenn die Zusammensetzung
wieder verwendet werden kann, von der Reaktionskammer zur Abfallkammer,
wenn die Zusammensetzung aus dem System entleert werden soll, zur
Befüllung
der Lagerkammer und zur Entleerung der Abfallkammer. Beheizen einer
Kombination von Rohrleitungskomponenten kann notwendig sein, um
die chemische Zusammensetzung auf Reaktionstemperatur zu halten
oder zum Sicherstellen, dass die chemische Zusammensetzung (zum
Beispiel paraffinhaltig) in einem transportierbaren, flüssigen Zustand
gehalten wird. Im Gegensatz dazu, können Dampfdichtungen und/oder
Kühlung
notwendig sein, um korrosive Dämpfe
von den mechanischen oder elektrischen Komponenten des Systems zu
trennen.
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Proben
können
kontinuierlich oder chargenweise bearbeitet werden.
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Sicherheitsüberlegungen
und Vorsichtsmaßnahmen
für ein
automatisiertes Instrument (zum Beispiel Alarmmonitor, Näherungssensor)
können
in das System eingebaut werden.
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Weiterhin
können
die Zubehörteile,
Einwegteile (zum Beispiel Kassetten, Netzbeutel) und Reagenzien,
die zur Verwendung in dem System angepasst wurden, auch als Teil
des Systems erachtet werden. Diese speziell gestalteten Instrumente
und Apparate wurden auch in den US-Anmeldungen Nr. 60/056,102 und 09/136,292
beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung wird viele Vorteile gegenüber konventionellen Methoden
in den Gebieten der Anwendung von Pathologie, Patientenbetreuung,
biomedizinischer Forschung und Lehre haben.
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Die
Verfügbarkeit
von mikroskopischen Diagnosen von Gewebeproben innerhalb von einer
bis sechs Stunden nach Erhalt wird schnelle klinische Interaktion
oder klinische Interaktion fast in Echtzeit zwischen chirurgischem
Eingriff und pathologischer Beurteilung ermöglichen. Wenn zum Beispiel
65 Minuten zur Gewebebearbeitung benötigt werden, kann eine Stat-Diagnose
in ungefähr
zwei Stunden gestellt werden. Dies kann signifikante Verbesserungen
bei der Patientenbetreuung, durch Eliminierung oder Reduktion der
Angst der Patienten auf ein Minimum während des Wartens auf eine
Diagnose der Krankheit, Prognose und Planung der Behandlung, bringen.
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Folglich
wird eine tief greifende Umstellung des Arbeitsablaufs in pathologischen
Labors stattfinden. Platz in klinischen Labors, pathologische Sachkunde
und Büro-
und technisches Personal wird effizienter eingesetzt. Ein kontinuierlicher
Arbeitsablauf wird die Erreichbarkeit und Ansprechbarkeit von Pathologen
verbessern, die die Proben bearbeiten und beurteilen, die Anzahl
der zur Bearbeitung und Beurteilung benötigten Pathologen reduzieren
und kann auch die medizinische Ausbildung verbessern, insbesondere
die Erreichbarkeit und Ansprechbarkeit von Facharztausbildungsprogrammen.
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Die
geringere Menge an Reagenzien wird ebenfalls zu Kosteneinsparungen
führen.
Die Beseitigung von Formaldehyd und Xylol und der verminderte Bedarf
an anderen gefährlichen
Chemikalien werden Vorteile für
die Umwelt und erhöhte
Sicherheit im Labor liefern. Die mit der Handhabung und Entsorgung
von gefährlichen
Chemikalien verbundenen Kosten werden verringert.
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Eine
Standardisierung von Gewebefixierungs- und Gewebebearbeitungsmethoden
wird den Vergleich von Proben aus verschiedenen Labors erleichtern.
Artefakte in der Histologie aufgrund der Verwendung von Formaldehyd
und/oder verlängerter
Bearbeitung werden vermieden, was somit eine genauere Beurteilung
der mikroskopischen Morphologie von normalen und erkrankten Geweben
erlaubt. Ebenso wird das Auffinden und Anfärben von Antigenen verbessert.
Für die
genetische Analyse werden Formaldehyd-induzierte DNA-Mutationen
vermieden und die Extraktion von Nukleinsäuren aus archiviertem Material
verbessert. Die Möglichkeit von
RNA-Studien von gelagertem, fixiertem, in Paraffin eingebettetem
Material eröffnet
unbeschränkte
Zugänge
zu diagnostischen Anwendungen und Forschungsanwendungen.
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Das
folgende Beispiel ist zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung
gedacht, die Anwendung der Erfindung wird jedoch durch sie weder
in irgendeiner Weise beschränkt
noch limitiert. N. B. Energy Beam Sciences' Gewebemikrowellenprozessoren sind Beispiele
an konventionellen Mikrowellenöfen,
die zur kommerziellen Verwendung verfügbar sind.
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Die
Beispiele 1–6
der WO 99/09390 illustrieren Gewebebearbeitungsverfahren des Standes
der Technik, die zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung nützlich
sind. Es wird auf die in der WO 99/09390 aufgelisteten Reagenzien
und Antikörper
verwiesen.
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BEISPIEL
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Gewebebearbeitung
kann in der folgenden Weise unter Verwendung des in 12 dargestellten Systems
durchgeführt
werden. Vor der Inbetriebnahme werden die Stände der Flüssigkeiten in den Vorratsbehältern überprüft, die
Retorten gereinigt und die Rohrleitungen gespült. Vakuum wird angelegt und
der Luftdruck erhöht,
um Lösungen
zu transferieren und, falls nötig,
Umwälzung
der Lösungen
innerhalb der Retorte durch P/V Zyklisierung bereitzustellen. Nur
die Imprägnierung
in der Vakuumretorte benötigt
eine Druckreduktion, da Gewebebearbeitung in der Mikrowellenretorte
(zum Beispiel Härtung
und anfängliche
Imprägnierung) bei
Atmosphärendruck
durchgeführt
wird. Lösungen
und Retorten werden auf geeignete Betriebstemperaturen erwärmt.
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Ein
Korb, der Proben in Kassetten enthält, wird geladen. Wenn das
in 13 dargestellte System verwendet wird, dann kann
die Gewebebearbeitung parallel ausgeführt werden, da auf jede Reihe
von Retorten unabhängig
voneinander zugegriffen werden kann. Ein Arm oder eine Spur bewegt
den geladenen Korb von der Ladestation zur Mikrowellenretorte und
dann zur Vakuumretorte. Die Retorten können der in 8 und 11 jeweils
gezeigten Reaktionskammer zur Härtung
und Imprägnierung
gleichen: Es wird kein Bechereinsatz verwendet und die Klappe ist
an den Rest der Reaktionskammer über
ein Scharnier angebracht. Die Klappe kann beiseite bewegt werden
(zum Beispiel durch Greifen eines Handgriffs an der Oberseite der Klappe),
um die Reaktionskammer zu öffnen.
Dies erlaubt Zugriff auf das Innere ohne die Klappe in einer Halteeinrichtung
ablegen zu müssen.
Schließlich,
wenn die Gewebeimprägnierung
abgeschlossen ist, wird der beladene Korb von der Vakuumretorte
zu einer Entladestation, die geschmolzenes Paraffin enthält, bewegt. Die
zum Transfer des Korbes zwischen den Stationen benötigte Zeit
ist kleiner als ungefähr
10 Sekunden. Die Gewebekassetten können dann aus dem Korb entladen
werden.
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Die
Reaktionskammer, die ein Imprägniermittel
enthält
(zum Beispiel Mineralöl,
Wachs) kann durch Verwendung einer gewöhnlichen Heizquelle beheizt
werden. Alternativ hält
ein Heizaggregat die Temperatur von Wasser, das in Rohrleitungen
zirkuliert, die in Kontakt mit dem Imprägniermittel stehen, um es in
einem geschmolzenen Zustand zu halten. Das heiße Wasser kann zu jeder Station,
für die
es benötigt
wird, zirkuliert werden; jede Reaktionskammer kann an einen Zu-
und Rücklaufverteiler
angeschlossen werden. Eine Rohrschlange kann zum Beispiel im Innern
der Reaktionskammer angeordnet sein; diese Heizschlange würde nun die
Wärme an
die Inhalte übermitteln.
Bevorzugt wird die Heizschlange vermieden, indem die äußere Wand der
Reaktionskammer mit einem elektrischen Draht umwickelt ist, der
Wärme durch
die Wände
in die Inhalte der Reaktionskammer leitet.
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Das
Verfahren, das in Beispiel 3 der WO 99/09390 beschrieben ist, kann
in diesem System angewendet werden. Jede verschiedene Lösung wird
in einem der drei Vorratsbehälter
gelagert und kann zur oder von der Retorte transferiert werden.
Ein Drehschieber mit drei Positionen kann zum Beispiel den geeigneten
Vorratsbehälter
für diesen
Schritt anwählen
und Pumpen beim Nominaldruck von 250 mm Hg kann Lösung in
die Retorte überführen, während 0,35
kg/cm2 Lösung
aus der Retorte heraus transferieren kann; Umwälzung kann durch P/V Zyklisierung
mit einem Nominaldruck von 0,35 kg/cm2 und
500 mm Hg Vakuum durchgeführt
werden. Die Verbindungen (zum Beispiel flexible Verrohrung) zwischen
Vorratsbehältern
und Retorten und dem Anschluss, an dem die Verbindung an jeden Vorratsbehälter oder
jede Retorte angeschlossen ist, sind nicht dargestellt. Andere Bedingungen
(zum Beispiel Zeiten oder Temperaturen für jeden Schritt) sind wie in
Beispiel 3 der WO 99/09390 beschrieben.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit dem, was derzeit als zweckmäßige und
bevorzugte Ausführungsformen
angesehen wird, beschrieben wurde, wird verstanden, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern dass sie im Gegenteil dazu vorgesehen ist, verschiedene
Modifikationen und gleichwertige Anordnungen, die im Umfang der
angefügten
Ansprüche
eingeschlossen sind, abzudecken. Daher ist es nachzuvollziehen,
dass Variationen an der beschriebenen Erfindung dem Fachmann ersichtlich
sind, ohne von den neuartigen Aspekten der vorliegenden Erfindung
abzuweichen und solche Variationen im Umfang der unten stehenden
Ansprüche
beabsichtigt sind.
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Weiterhin
sollte verstanden werden, dass ein in dieser Beschreibung enthaltener
Bestandteil nicht als Einschränkung
der beanspruchten Erfindung ausgelegt sollte, sofern nicht explizit
in den Ansprüchen
vorgetragen. Daher sind die Ansprüche die Basis zur Bestimmung
des Umfanges des gewährten
Rechtsschutzes, anstatt die Beschreibung zur Einführung einer
Einschränkung,
die nicht explizit in den Ansprüchen
vorgetragen wurde, zu verwenden.
