JP2013160719A - 薄切片作製装置及び薄切片作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】包埋ブロック内の生体試料を、予備切削の段階で自動的に、かつ確実に所望露出状態とすることのできる薄切片作製装置及び薄切片作製方法を提供する。
【解決手段】落射照明光下と拡散照明光下で撮像部３０で包埋ブロックＢを撮像する。落射撮像データを基にして生体試料Ｓの露出面積を露出面積算出部４０で算出する。拡散撮像データを基にして包埋ブロックＢに埋設されている生体試料Ｓの投影面積を投影面積算出部４１で算出する。制御部４５は、包埋ブロックＢの表面に生体試料Ｓの所望領域を露出させるように、支持台１０の移動機構１２を制御して切削刃３による包埋ブロックＢの予備切削を行わせる。制御部４５は、算出した露出面積と投影面積の比率が所定値よりも大きくなったときに、切削刃３による包埋ブロックＢの予備切削を終了させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、理化学実験や顕微鏡観察等に用いられる薄切片標本を作製する前段階として、生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切して薄切片を作製する薄切片作製装置及び薄切片作製方法に関するものである。

疾病にかかった動物や人の組織等を病理検査する場合には、通常これらの組織を２μｍから５μｍの厚さに薄切りして各種の染色を施した後、顕微鏡観察して検査を行っている。
この際、過去に取得された知識ベースに基づいて診断が行われている。特に病理学は、疾病と組織の形態変化とに関する膨大な知識の上に成り立っているので、過去の知識を有効に利用するために、検査対象となる試料を特定の断面で切断し、診断に必要な組織が表面に現れるように薄切する必要がある。

一般的には、軟らかい組織や細胞の形態を壊さないように薄切りするために、試料を予めパラフィンに包埋して包埋ブロックとしている。そして、この包埋ブロックを２μｍから５μｍの厚さに薄くスライス（薄切り）することで、薄切片を作製している。こうすることで、検査対象物が軟らかい組織等であっても、形態を破壊せずに極薄にスライスすることができる。そして、この薄切片をスライドガラス等の基板上に固定することで、薄切片標本を作製している。通常作業者は、この薄切片標本を顕微鏡観察することで、上述した病理検査を行っている。

ところで、薄切片を作製する際には、予備切削工程（粗削り工程）と本切削工程という２つの工程を行って、包埋ブロックから薄切片を切り出している。予備切削では、包埋ブロックを徐々に薄切りして表面を平滑面にすると共に、パラフィンに包埋されている試料を表面に露出させる。また、本切削では、試料が確実に露出している包埋ブロックの表面に対し、所定厚みの薄切片の切り出しを行う。
特に、上述した病理学からの要求によって、作製された薄切片には、試料が観察に好適な所望露出状態となっていることが望まれている。そのため、予備切削が重要であり、慎重に行う必要がある。

しかしながら試料を包埋しているパラフィンは、固化した際に結晶化して白濁してしまうので、包埋ブロックとなった後に、試料がどのような姿勢でパラフィン内に包埋されているか包埋ブロックの外部から予め確認することができるものではなかった。そのため、予備切削を行う際に、作業者がパラフィンから顔を出した試料の面を常に観察しながら、切削刃の切り込み量や、包埋ブロックを載置している支持台の角度等を適宜調節して、生体試料が所望露出状態となるように調整する必要があった。この作業は、やり直しができない上、所望の面が出るまで切削を数十回以上繰り返さなければならないものであった。
したがって、熟練と長時間に亘る注意力が必要とされ、作業者への負担が大きくかかる大変な作業であった。

そこで、包埋ブロック内の生体試料が確実に所望露出状態となるように、包埋ブロックに対して効率良く予備切削を行えるようにした薄切片作製装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の薄切片作製装置は、包埋ブロックに対して落射照明光を照射する落射照明系と、包埋ブロックに対して拡散照明光を照射する拡散照明系と、落射照明光下と拡散照明光下で包埋ブロックを撮像する撮像部とが設けられ、落射照明光下で撮像した包埋ブロックの撮像データと、拡散照明光下で撮像した包埋ブロックの撮像データを重ね合せた状態でモニターに表示することにより、作業者がモニターの表示を確認しながら、予備切削の際の包埋ブロックの切削量や傾斜角度等を容易に設定できるようになっている。

包埋ブロックに落射照明光を照射したときには、パラフィン等の包埋剤の部分と生体試料の露出している部分とで輝度の差が生じ、一方、包埋ブロックに拡散照明光を照射したときには、光が包埋ブロックの内部にまで入り込んで、切削面上に露出していない生体試料に当たって反射する。
特許文献１に記載の薄切片作製装置は、これらのことに着目し、落射照明光下で得た撮像データと拡散照明光下で得た撮像データをモニター上で重ね合せて表示することにより、作業者が包埋ブロックの表面の状態と包埋ブロック内の生体試料の状態を正確に把握できるようにしたものである。

特許第４７８４９３６号公報

しかし、この従来の薄切片作製装置においては、落射照明光下で得た撮像データと拡散照明光下で得た撮像データをモニター上で重ね合せて表示することにより、作業者が包埋ブロックの表面と内部の状態を正確に把握できるようになるものの、その後に行われる生体試料が所望露出状態であるか否かの判断と、所望露出状態に近づけるための切削量等の指示は作業者が勘に頼ってその都度行わなければならなかった。

そこでこの発明は、包埋ブロック内の生体試料を、予備切削の段階で自動的に、かつ確実に所望露出状態とすることのできる薄切片作製装置及び薄切片作製方法を提供しようとするものである。

この発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る薄切片作製装置の発明は、生体試料が包埋された包埋ブロックの表面を切削刃で予備切削して前記生体試料を所望露出状態とした後、前記包埋ブロックを本切削して薄切片を切り出す薄切片作製装置であって、落射照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する落射撮像データ取得手段と、拡散照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する拡散撮像データ取得手段と、前記落射撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックの表面から露出している前記生体試料の露出部の露出形態を抽出する露出形態抽出手段と、前記拡散撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックに埋設されている前記生体試料の埋設部の埋設形態を抽出する埋設形態抽出手段と、前記予備切削の動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記露出形態抽出手段で抽出した前記露出形態と、前記埋設形態抽出手段で抽出した前記埋設形態とを比較して、前記予備切削の終了を判定することを特徴するものである。
この場合、生体試料の露出形態が埋設形態に対して所定の条件を満たしたとき、生体試料が所望露出状態であると判断することができる。そこで、制御手段が露出形態と埋設形態とを比較して予備切削の終了を判定することにより、包埋ブロック内の生体試料を自動的かつ確実に所望露出状態とすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る薄切片作製装置において、前記露出形態抽出手段は、前記露出形態として、前記包埋ブロックの表面から露出している前記生体試料の露出面積を求め、前記埋設形態抽出手段は、前記埋設形態として、前記包埋ブロックに埋設されている前記生体試料の投影面積を求め、前記制御手段は、前記露出形態抽出手段で求めた前記露出面積と前記埋設形態抽出手段で求めた投影面積との比率が第１所定値よりも大きくなったときに、前記予備切削を終了させることを特徴とするものである。
この場合、生体試料の露出面積と投影面積との比率が第１所定値よりも大きくなったとき、露出面積が最大値である投影面積に接近したことになるので、生体試料が所望露出状態であると判断することができる。この時点で制御手段が予備切削を終了させることにより、包埋ブロック内の生体試料を自動的かつ確実に所望露出状態とすることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る薄切片作製装置において、前記落射撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記生体試料の露出部の中心を求めるとともに、前記拡散撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記生体試料の埋設部の中心を求め、前記露出部の中心から前記埋設部の中心に向かうベクトルの向きと大きさを算出するベクトル算出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記ベクトル算出手段で算出したベクトルの大きさが第２所定値よりも大きいときに、前記ベクトルが小さくなるように前記ベクトルの向きに基づいて前記包埋ブロックと前記切削刃との相対姿勢を制御して、前記予備切削を行わせることを特徴とするものである。
この場合、露出部の中心から埋設部の中心に向かうベクトルの大きさが大きい場合には、埋設部の中心から離れた位置に露出部が存在するので、生体試料が大きく傾いた状態で包埋ブロック内に埋設されていると考えられる。この状態で予備切削を進めても、生体試料を大きく露出させることができない。一方、前記ベクトルの大きさが小さい場合には、埋設部の中心と近い位置に露出部が存在するので、生体試料が傾きの少ない状態で埋設しているものと考えられる。この状態で予備切削を行えば、生体試料を大きく露出させて所望露出状態とすることができる。そこで、前記ベクトルが第２所定値より大きい場合には、制御手段により前記ベクトルが小さくなるように予備切削を行わせることで、包埋ブロック内の生体試料を自動的かつ確実に所望露出状態とすることができる。しかも、前記ベクトルの向きに基づいて包埋ブロックと切削刃との相対姿勢を制御することで、前記ベクトルの大きさを迅速かつ確実に小さくすることができる。
なお、「露出部の中心」とは、生体試料の露出部の重心位置であっても、露出部の最大幅部分の中心であっても良い。また、同様に、「埋設部の中心」とは、生体試料の埋設部の重心位置であっても、埋設部の最大幅部分の中心であっても良い。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る薄切片作製装置において、前記制御手段は、前記露出形態抽出手段で抽出した前記露出形態が、前記埋設形態抽出手段で抽出した前記埋設形態に近づくにつれて、前記予備切削の切削量が小さくなるように、前記予備切削を行わせることを特徴とするものである。
この場合、包埋ブロックの予備切削工程において、包埋ブロック上の生体試料の露出部が生体試料の埋設部の所望領域と大きく離れている間は、予備切削の一回当たりの切削量を大きくして包埋ブロックを効率良く切削することができる。また、包埋ブロック上の生体試料の露出部が生体試料の埋設部の所望領域に近づくと、予備切削の一回当たりの切削量を小さくすることにより、所望露出状態を通り過ぎることなく、生体試料を確実に所望露出状態とすることができる。また、包埋ブロックの表面をより平滑化することができる。

請求項５に係る薄切片作製方法の発明は、生体試料が包埋された包埋ブロックの表面を切削刃で予備切削して前記生体試料を所望露出形態とした後、前記包埋ブロックを本切削して薄切片を切り出す薄切片作製方法であって、落射照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する落射撮像データ取得工程と、拡散照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する拡散撮像データ取得工程と、前記落射撮像データ取得工程で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックの表面から露出している前記生体試料の露出部の露出形態を抽出する露出形態抽出工程と、前記拡散撮像データ取得工程で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックに埋設されている前記生体試料の埋設部の埋設形態を抽出する埋設形態抽出工程と、前記包埋ブロックの表面に対して切削刃による予備切削を実行する予備切削実行工程と、前記露出形態抽出工程で抽出した前記露出形態と、前記埋設形態抽出工程で抽出した前記埋設形態とを比較して、前記予備切削の終了を判定する予備切削終了判定工程と、を備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、落射撮像データ取得手段と拡散撮像データ取得手段とで取得した撮像データに基づいて、包埋ブロックにおける生体試料の露出形態と埋設形態とを抽出した後に、抽出した露出形態と埋設形態とを比較して予備切削の終了を判断するため、包埋ブロック内の生体試料を、予備切削の段階で自動的に、かつ確実に所望露出状態とすることができる。

この発明の一実施形態の薄切片作製装置の概略構成図である。 この発明の一実施形態を説明するための図で、拡散照明光下で包埋ブロックを撮像したときの撮像データ（Ａ）と、落射照明光下で包埋ブロックを撮像したときの撮像データ（Ｂ）を併せて記載した図である。 この発明の一実施形態の、撮像データからの輪郭抽出を説明するための図である。 この発明の一実施形態を説明するための図で、拡散照明光下で包埋ブロックを撮像して得られた撮像データの生体試料の投影面積を示す図（Ａ）と、落射照明光下で包埋ブロックを撮像して得られた撮像データの生体試料の露出面積を示す図（Ｂ）を併せて記載した図である。 この発明の一実施形態を説明するための図で、生体試料の露出部の中心から埋設部の中心に向かうベクトルを示す図である。 この発明の一実施形態の薄切片作製装置において、包埋ブロックの傾斜角度を変化させて切削を行ったときの撮像データの変化の様子を順次示す図である。 この発明の一実施形態の薄切片作製装置の制御の流れを示すフローチャートである。 この発明の一実施形態の薄切片作製装置の制御の流れを示すフローチャートである。 この発明の一実施形態の薄切片作製装置の制御で用いる面積の比率Ｒの到達度ｒに関する関数β＝ｆ（ｒ）を示すグラフである。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
この薄切片作製装置１は、図１に示すように、生体試料Ｓがパラフィン（包埋剤）Ｐに包埋された包埋ブロックＢを予備切削した後に、包埋ブロックＢを本切削することで薄切片を作製する装置である。なお、生体試料Ｓとは、例えば、人体や実験動物等から取り出した臓器等の組織であり、医療分野、製薬分野、食品分野、生物分野等で適時選択されたものである。

本実施形態の薄切片作製装置１は、図１に示すように、包埋ブロックＢが固定される台部２と、一仮想平面Ｈに沿って移動する切削刃３と、包埋ブロックＢに対して落射照明光を照射する落射照明系４と、包埋ブロックＢに対して拡散照明光を照射する拡散照明系５と、落射照明系４又は拡散照明系５による照明光下において台部２上の包埋ブロックＢを撮像する撮像部３０と、撮像部３０で撮像された画像やその画像に処理を施した画像を表示するモニター３３と、これら各構成品を総合的に制御するコントロールユニット８とを備えている。

台部２は、包埋ブロックＢが載置される支持台１０と、一仮想平面Ｈ上で互いに直交するＸ軸及びＹ軸の２軸回りにそれぞれ支持台１０を回動させる回動機構１１と、一仮想平面Ｈに直交するＺ軸方向に支持台１０を移動させる移動機構１２とを有している。また、この台部２は、落射照明系４の光軸Ｃ上に配置されている。

回動機構１１は、支持台１０をＹ軸回りに回動させるＹ軸回動機構１１ａと、支持台１０をＸ軸回りに回動させるＸ軸回動機構１１ｂとから構成されており、コントロールユニット８からの指示に基づいて作動するようになっている。
移動機構１２は、回動機構１１及び支持台１０をＺ軸方向に移動させるものであり、回動機構１１と同様にコントロールユニット８からの指示に基づいて作動するようになっている。

切削刃３は、Ｘ軸方向に移動する切削刃移動機構１５に接続されている。これにより、切削刃３は、一仮想平面Ｈに沿って移動するようになっている。この切削刃移動機構１５は、コントロールユニット８からの指示を受けて作動するようになっており、移動速度（切削速度）や切削タイミング等が制御される。
また、コントロールユニット８は、台部２の移動機構１２を制御する高さ調整部４３と、台部２の回動機構１１を制御する角度調整部４４と、を含む制御部４５（制御手段）を備えている。
制御部４５は、包埋ブロックＢの予備切削工程においては、包埋ブロックＢの表面に生体試料Ｓの断面の大きい特定領域を露出させるように、高さ調整部４３で移動機構１２を制御して包埋ブロックＢを適宜上昇させて切削量を調整するとともに、切削刃移動機構１５を制御して切削刃３による包埋ブロックＢの切削を実行するようになっている。

落射照明系４は、一仮想平面Ｈに直交し支持台１０上の包埋ブロックＢの表面（切削面）に向かう光軸Ｃを有している。この落射照明系４は、複数のＬＥＤ２０が面状に配された面光源２１と、面光源２１から照射された光を平行光にするための図示しない光学系と、平行光を支持台１０上の包埋ブロックＢの表面に向かうように反射させると共に包埋ブロックＢからの反射光を透過させるハーフミラー２２と、を有している。なお、光源としては、面光源２１ではなく、点光源からの光をピンホール及びコリメートレンズを通過させて平行光にするものであっても構わない。また、この実施形態では、光源（面光源２１）から照射された光をハーフミラー２２で反射させて包埋ブロックＢの表面に向かう光軸Ｃを得るようにしているが、ハーフミラー２２を設けずに、光源を包埋ブロックＢの表面と直接対向するように配置して光軸Ｃを得るようにしても良い。
また、拡散照明系５は、拡散照明光を照射する光源２５を有している。

撮像部３０は、図示しない撮像素子を備え、撮像軸が光軸Ｃと合致するように設定されている。また、撮像部３０は、落射照明系４の照明光下と、拡散照明系５の照明光下において、それぞれ包埋ブロックＢを鉛直上方側から撮像する。この撮像部３０で撮像された各撮像データは、図示しない画像記憶部に一旦記憶され、後に詳述するコントロールユニット８に出力される。
なお、以下では、落射照明系４の照明光下で撮像された包埋ブロックＢの撮像データを落射撮像データと呼び、拡散照明系５の照明光下で撮像された包埋ブロックＢの撮像データを拡散撮像データと呼ぶものとする。
また、この実施形態においは、落射照明系４と撮像部３０とが落射撮像データ取得手段を構成し、拡散照明系５と撮像部３０とが拡散撮像データ取得手段を構成している。

ところで、図２は、台部２の回動機構１１を初期角度にして包埋ブロックＢの予備切削を開始した直後における、拡散照明光下での包埋ブロックＢの撮像データ（Ａ）と、落射照明光下での包埋ブロックＢの撮像データ（Ｂ）を示している。
拡散照明光は、図２（Ａ）に示すように、包埋ブロックＢの内部にまで入り込んで、包埋ブロックＢの表面に露出していない生体試料Ｓ部分に当たって反射するため、生体試料Ｓの光軸Ｃ方向の投影部分の全体の輝度が周域部分と異なることになる。
これに対して、落射照明光は、パラフィンＰが存在する部分では鏡面反射するのに対して、生体試料Ｓがある部分では散乱するため、図２（Ｂ）に示すように、包埋ブロックＢの表面（切削面）に生体試料Ｓが露出している場合には、生体試料Ｓの部分とパラフィンＰの部分とで反射光の強度に差が生じる。つまり、包埋ブロックＢの露出している部分は周囲の部分と輝度が異なることになる。

コントロールユニット８は、撮像部３０から入力された落射撮像データを基にして、包埋ブロックＢの表面から光軸Ｃ方向に露出している生体試料Ｓの露出面積Ｓ１（露出形態。図５参照。）を算出する露出面積算出部４０（露出形態抽出手段）と、撮像部３０から入力された拡散撮像データを基にして、包埋ブロックＢに埋設されている生体試料Ｓの光軸Ｃ方向の投影面積Ｓ０（埋設形態。図５参照。）を算出する投影面積算出部４１（埋設形態抽出手段）と、撮像部３０から入力された落射撮像データと拡散撮像データとを基にして、生体試料Ｓの露出面積Ｓ１部分（露出部）の中心Ｇ１（例えば、重心位置）から生体試料Ｓの投影面積Ｓ０部分（埋設部）の中心Ｇ０（例えば、重心位置）に向かうベクトルＶの向きと大きさを算出するベクトル算出部４２（ベクトル算出手段）と、を備えている。
なお、上記の中心Ｇ１，Ｇ０は、露出面積Ｓ１部分（露出部）と投影面積Ｓ０部分（埋設部）の各重心位置に限らず、露出面積Ｓ１部分と投影面積Ｓ０部分のＸ方向の最大幅部分の中心線と、Ｙ方向の最大幅部分の中心線とが交わる点であっても良い。

コントロールユニット８の露出面積算出部４０や投影面積算出部４１、ベクトル算出部４２においては、上記の事項に着目して、撮像部３０から入力される落射撮像データと拡散撮像データを基にして、生体試料Ｓの露出部分の輪郭と埋設部分の輪郭を求めようにしている。
図３は、生体試料Ｓの露出部や埋設部の輪郭の求め方の一例を示す包埋ブロックＢの撮像データである。
撮像データから生体試料Ｓの存在領域を抽出する場合には、輝度による二値化により生体試料Ｓの存在領域を抽出することもできるが、図３中の矢印で示すように、画像の外側から中心に向かって輝度の微分を行い、微分値が閾値を超える最初の点をエッジとして検出し、これらの点を結ぶことによって生体試料Ｓの輪郭を効率良く抽出することができる。なお、このようにして物体の輪郭を抽出するに際しては、必要に応じて画像のスムージング（ぼかし処理）を前処理として行うようにしても良い。スムージングを行った場合には、微分による雑音を低減することができる。

図４は、包埋ブロックＢ内の生体試料Ｓの埋設部の投影面積Ｓ０を示す図（Ａ）と、包埋ブロックＢ上の生体試料Ｓの露出部の露出面積Ｓ１を示す図（Ｂ）を併せて記載した図である。
生体試料Ｓの埋設部の投影面積Ｓ０と露出部の露出面積Ｓ１とは、例えば、上述のようにして抽出した埋設部の輪郭と露出部の輪郭を基にして、投影面積算出部４１と露出面積算出部４０で算出することができる。

図５は、図４の（Ａ）と（Ｂ）の画像を重ね合わせて、包埋ブロックＢ内の生体試料Ｓの投影面積Ｓ０部分の中心Ｇ０から露出面積Ｓ１部分の中心Ｇ１に向かうベクトルＶを示した図である。このベクトルＶは、ベクトル算出部４２において、投影面積Ｓ０部分の中心Ｇ０の座標から露出面積Ｓ１部分の中心Ｇ１の座標を減算することによって求めることができる。
なお、ベクトルＶを求めるに際しては、落射照明光下の撮像データと拡散照明光下の撮像データを直接重ね合せる必要はなく、数値データのみによって処理を行うようにしても良い。

また、コントロールユニット８の制御部４５は、露出面積算出部４０で算出した露出面積Ｓ１と投影面積算出部４１で算出した投影面積Ｓ０とを比較し、投影面積Ｓ０に対する露出面積Ｓ１の比率Ｒ（Ｓ１／Ｓ０）が第１所定値Ｒｅ（例えば、８０％）よりも大きくなったとき、つまり、生体試料Ｓの露出状態が所望露出状態となったときに、移動機構１２，１５の作動を停止させる（包埋ブロックＢの予備切削を完了する）ようになっている。

さらに、制御部４５は、包埋ブロックＢの予備切削中に、露出面積算出部４０で算出した露出面積Ｓ１が、投影面積算出部４１で算出した投影面積Ｓ０に近づくと、その近接具合に応じて支持台１０のＺ方向の移動量（切削刃３による切削量）が小さくなるように台部２の移動機構１２を制御するようになっている。

また、制御部４５は、ベクトル算出部４２で算出したベクトルＶの大きさが第２所定値（例えば、包埋ブロックＢの各辺の平均長さの５％）よりも大きいときには、算出されるベクトルＶの絶対値が小さくなるように（現在算出されたベクトルＶを打ち消すように）、ベクトルＶの向きに基づいて台部２の回動機構１１を制御して、切削刃３に対する包埋ブロックＢの相対姿勢を調整し、切削刃３による予備切削を実行させるようになっている。

また、図６は、ベクトル算出部４２で求めたベクトルＶを０に近づけるように（包埋ブロックＢの切削面を一仮想平面Ｈに対して平行にするように）台部２の回動機構１１の傾斜角度を変化させて包埋ブロックＢの予備切削を行ったときの、重ね合せた撮像データの変化の様子を（Ａ）〜（Ｅ）で順次示す図である。
この図に示すように、ベクトルＶを０に近づけるように回動機構１１の傾斜角度を変化させて包埋ブロックＢの切削を進めた場合、切削の進行とともに一仮想平面Ｈに近接した側から離間した側へと切削ラインＬが移動する。そして、この切削ラインＬの進行とともに切削面全体の傾斜角度が修正される。この結果、ベクトルＶは、図６（Ａ）と図６（Ｅ）を比較して小さくなる。

ここで、この薄切片作製装置１のコントロールユニット８による制御を、図７，図８に示すフローチャートに沿って説明する。
図７に示すように、ステップＳ１０１において、包埋ブロックＢを台部２の支持台１０上にセットし、ステップＳ１０２において、回動機構１１を初期状態にして、支持台１０を水平にする。
ステップＳ１０３においては、切削刃３による包埋ブロックＢの一回当たりの切削量（移動機構１２の上昇量）を初期値Ｔｓにセットして、切削刃３による包埋ブロックＢの予備切削を開始する。なお、初期値Ｔｓはユーザーが適宜設定する。
ステップＳ１０４では、撮像部３０によって落射照明光下で包埋ブロックＢの撮像を行って落射撮像データを取得し、ステップＳ１０５においては、例えば、落射撮像データに基づいて生体試料Ｓの露出部の領域抽出を行い、抽出領域の面積が予め設定した値よりも大きいか否かによって包埋ブロックＢの外面から生体試料Ｓが露出したか否かを判定する。
ステップＳ１０５において、Ｎｏの場合（露出しない場合）には、ステップＳ１０３に戻って再度切削を行い、Ｙｅｓになった（露出した）時点で、ステップＳ１０６へと進む。

ステップＳ１０６においては、撮像部３０によって拡散照明光下で包埋ブロックＢの撮像を行い、拡散撮像データに基づいて生体試料Ｓの埋設部の領域抽出を行った後に、投影面積Ｓ０と、その投影面積Ｓ０部分の中心Ｇ０を算出する。
ステップＳ１０７においては、撮像部３０によって落射照明光下で包埋ブロックＢの撮像を行い、落射撮像データに基づいて生体試料Ｓの露出部の領域抽出を行った後に、露出面積Ｓ１と、その露出面積Ｓ１部分の中心Ｇ１を算出する。
つづくステップＳ１０８においては、投影面積Ｓ０と露出面積Ｓ１との比率Ｒ（Ｒ＝Ｓ１／Ｓ０）を算出する。

次のステップＳ１０９においては、面積の比率Ｒが、ユーザーが適宜設定する第１所定値Ｒｅ（例えば、８０％）よりも大きいか否かを判定し、ここでＹｅｓの場合には、包埋ブロックＢの表面が所望露出状態となっているものとして予備切削を完了する。また、ステップＳ１０９での判定がＮｏの場合には、包埋ブロックＢの表面が所望露出状態となっていないものとしてステップＳ１１０に進む。なお、初めてステップＳ１０９に進んだ場合には、包埋ブロックＢの表面からの生体試料Ｓの露出は僅かであるため、ステップＳ１１０に進むことになる。

ステップＳ１１０では、露出面積Ｓ１部分の中心Ｇ１から投影面積Ｓ０部分の中心Ｇ０に向かうベクトルＶの向きと大きさを算出し、次のステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で求めたベクトルＶの絶対値が、ユーザーが適宜設定する第２所定値Ｖ０よりも大きいか否かを判定する。
ここで、Ｙｅｓの場合（第２所定値Ｖ０よりも大きい場合）には、包埋ブロックＢの表面を効率良く所望露出状態にするように切削するのに、包埋ブロックＢの傾斜姿勢が適正でないものとして後に詳述する角度補正切削処理Ｓ１１２へと進み、Ｎｏの場合（ベクトルＶ０以下の場合）には、包埋ブロックＢの傾斜姿勢が適正であるものとしてステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３においては、ステップＳ１０８で求めた面積の比率Ｒに応じた切削刃３による切削厚みｔ（＝支持台１０の上昇量）を後に詳述する方法で算出し、ステップＳ１１４においては、ステップＳ１１３で算出した切削厚みｔ（＝支持台１０の上昇量）で、切削刃３による予備切削を継続する。ステップＳ１１４の次にはステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１０９で面積の比率Ｒが第１所定値Ｒｅよりも大きくなるまで同様のループを繰り返す。

ここで、ステップＳ１１３の切削厚みｔは、例えば、以下の式（１）に基づいて算出する。
ｔ＝Ｔｅ＋β×Ｔｓ …（１）
Ｔｅ：最終切削厚み（本切削での切削厚み），β：加速係数，Ｔｓ：初期値（予備切削開始時の厚み）
なお、Ｔｅ及びＴｓは、ユーザーが適宜設定する値である。
また、加速係数βは、面積の比率Ｒの到達度を、ｒ（ｒ＝Ｒ／Ｒｅ）としたときに、ｒの単調減少関数であるｆによって、β＝ｆ（ｒ）として求めることができる。ただし、関数ｆ（ｒ）は、ｒ＝０でβ＝１となり、ｒ＝１でβ＝０となる。
したがって、ステップＳ１１３で算出される切削厚みｔは、面積の比率Ｒの到達度ｒ（＝Ｒ／Ｒｅ）が１に近づくにつれて次第に小さくなる。このとき当然のことながら、支持台１０の移動量も、面積の比率の到達度ｒ（＝Ｒ／Ｒｅ）が１に近づくにつれて次第に小さくなる。

また、上記の単調減少関数β＝ｆ（ｒ）は、図９に示すように、ｒの増加に応じて上に凸の円弧を描いて値が減少する関数であることがさらに望ましい。この場合、到達度ｒが０から１に近づくにしたがって加速係数βがより速いペースで０に近づき、切削厚みｔも急激に小さくなる。したがって、この場合より迅速に最終切削厚みＴｅに近づけることができる。

図８に示すフローチャートは、角度補正切削処理Ｓ１１２の具体的な処理の流れを示すものである。
同図に示すステップＳ２０１においては、直前にステップＳ１１０で求めたベクトルＶのＸ，Ｙ成分（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出し、次のステップＳ２０２においては、ベクトルＶを０に近づけるように、ベクトルＶの向きに基づいて台部２のＸ軸回動機構１１ｂとＹ軸回動機構１１ａの傾斜角度を調整する。つまり、ステップＳ２０２においては、Ｘ軸回動機構１１ｂとＹ軸回動機構１１ａに対してＸ＝Ｖｘ×α，Ｙ＝Ｖｙ×αの指示値を出力する。なお、αは、実験によって求めた係数である。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で回動機構１１（Ｘ軸回動機構１１ｂ及びＹ軸回動機構１１ａ）の傾斜角度を調整して予備切削を行った場合に、包埋ブロックＢの表面（切削面）の全域が平坦になるまでの総切削量（移動機構１２の上昇量）を算出して決定する。この総切削量は、包埋ブロックＢの傾斜角度とサイズ等から算出することができる。

ステップＳ２０４では、傾斜角度を調整した包埋ブロックＢに対して、予め設定した切削厚みで予備切削を行う。こうして切削予備切削を進めると、図６（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、傾斜角度調整当初に切削刃３に近接していた領域から離間していた領域に切削ラインＬが次第に移動する。
次の、ステップＳ２０５では、総切削量がステップＳ２０３で決定した値に達したか否かを判定し、ここでＹｅｓの場合には、角度補正切削処理Ｓ１１２を終了し、Ｎｏの場合には、ステップＳ２０４に戻って予備切削を継続する。
角度補正切削処理Ｓ１１２を終了した後には、図７のステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１０９で面積の比率Ｒが第１所定値Ｒｅよりも大きくなるまで、前述のループを繰り返す。

以上で制御の流れを説明したように、この実施形態の薄切片作製装置１は、薄切片の本切削の前段階の予備切削において、以下の工程から成る方法を採用している。
（ａ）落射撮像データ取得工程（ステップＳ１０７）
落射照明光を包埋ブロックＢの表面と直角に照射して、その状態で包埋ブロックＢの表面に向かって撮像を行い、落射撮像データを取得する工程。
（ｂ）拡散撮像データ取得工程（ステップＳ１０６）
拡散照明光を包埋ブロックＢに照射して、その状態で包埋ブロックＢの表面に向かって撮像を行い、拡散撮像データを取得する工程。
（ｃ）露出形態抽出工程（ステップＳ１０７）
落射撮像データ取得工程で取得した落射撮像データを基にして、包埋ブロックＢの表面から露出している生体試料Ｓの露出部の露出面積（露出形態）を算出（抽出）する工程。
（ｄ）埋設形態抽出工程（ステップＳ１０６）
拡散撮像データ取得工程で取得した拡散撮像データを基にして、包埋ブロックＢに埋設されている生体試料Ｓの埋設部の投影面積（埋設形態）を算出（抽出）する工程。
（ｅ）予備切削実行工程（ステップＳ１１４）
包埋ブロックＢの表面に対して切削刃３による予備切削を実行する工程。
（ｆ）予備切削終了判定工程（ステップＳ１０９）
露出形態抽出工程で算出（抽出）した露出面積（露出形態）と、埋設形態抽出工程で算出（抽出）した投影面積（埋設形態）とを比較して、包埋ブロックＢに対する予備切削の終了を判定する工程。

以上のように、この実施形態の薄切片作製装置１においては、包埋ブロックＢの予備切削の工程において、包埋ブロックＢに対して落射照明光下と拡散照明光下でそれぞれ撮像部３０で撮像を行う（撮像データを取得する）とともに、ここで取得した撮像データ（落射撮像データ及び拡散撮像データ）を基にして生体試料Ｓの露出面積Ｓ１と投影面積Ｓ０とを算出し、投影面積Ｓ０に対する露出面積Ｓ１の比率Ｒが第１所定値Ｒｅよりも大きくなった場合に、包埋ブロックＢの切削を自動的に停止するため、包埋ブロックＢ内の生体試料Ｓの断面積の大きい所望領域を自動的に、かつ確実に表面に露出させることができる。
したがって、この薄切片作製装置１を採用した場合には、包埋ブロックＢの予備切削の工程において、包埋ブロックＢの切削量の判断と指示を作業者が勘に頼ってその都度行う必要がないため、作業者の負担を大幅に軽減することができる。

また、この実施形態の薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢの予備切削において、包埋ブロックＢ上の生体試料Ｓの露出面積Ｓ１が包埋ブロックＢ内の生体試料Ｓの投影面積Ｓ０に近づくにつれて、包埋ブロックＢに対する切削量が小さくなるように移動機構１２が制御されるため、包埋ブロックＢの表面（切削面）が生体試料Ｓの所望領域に近づくまでは、一回当たりの切削量を大きくして包埋ブロックＢを効率良く切削することができ、しかも、生体試料Ｓの所望領域に近づくにつれて一回当たりの切削量を次第に小さくして、包埋ブロックＢの切削面の表面の荒れを少なくすることができる。
したがって、この薄切片作製装置１を採用することにより、包埋ブロックＢの予備切削において、切削効率の向上（作業の迅速化）と包埋ブロックＢの最終切削面の平滑化を図ることができる。

さらに、この実施形態の薄切片作製装置１においては、包埋ブロックＢの落射撮像データと拡散撮像データを取得するとともに、これらの撮像データに基づいてベクトル算出部４２によって生体試料Ｓの露出面積Ｓ１部分の中心Ｇ１から投影面積Ｓ０部分の中心Ｇ０に向かうベクトルＶの大きさと向きを算出し、ベクトル算出部４２で算出したベクトルＶの絶対値が第２所定値Ｖ０よりも大きいときに、ベクトルＶが０に近づくように回動機構１１を制御して切削刃３による予備切削を行うため、包埋ブロックＢの現在の表面（切削面）の傾斜角度が生体試料Ｓの所望領域を通る面と角度的に大きくずれているときに、包埋ブロックＢの角度を適正に補正して包埋ブロックＢの予備切削を行うことができる。
したがって、この薄切片作製装置１を採用することにより、包埋ブロックＢの表面が生体試料Ｓの所望領域を通る面とが角度的に大きくずれている場合に、生体試料Ｓの所望領域を適正角度で効率良く削り出すことができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
上記の実施形態においては、取得した落射撮像データと拡散撮像データを基にして、生体試料の露出部の面積と埋設部の面積をそれぞれ算出するとともに、その算出結果を比較して予備切削の終了を判定するようにしているが、例えば、取得した落射撮像データと拡散撮像データを基にして、生体試料の露出部の輪郭と埋設部の輪郭を抽出し、ここで抽出した露出部と埋設部の輪郭が相似形状であるか、または両者の周長差が所定値以下であるときに、予備切削を終了するようにしても良い。
つまり、露出形態抽出手段と埋設形態抽出手段は、生体試料の露出部と埋設部の面積を算出して求めるものばかりでなく、露出部と埋設部の輪郭形状や輪郭長さ等のその他の形態的な特性を抽出するものであっても良い。

１…薄切片作製装置
２…台部
３…切削刃
４…落射照明系（落射撮像データ取得手段）
５…拡散照明系（拡散撮像データ取得手段）
３０…撮像部（落射撮像データ取得手段，拡散撮像データ取得手段）
４０…露出面積算出部（露出形態抽出手段）
４１…投影面積算出部（埋設形態抽出手段）
４２…ベクトル算出部（ベクトル算出手段）
４５…制御部（制御手段）
Ｂ…包埋ブロック
Ｃ…光軸
Ｐ…パラフィン（包埋剤）
Ｒｅ…第１所定値
Ｓ…生体試料
Ｖ…ベクトル
Ｖ０…第２所定値

Claims (5)

1. 生体試料が包埋された包埋ブロックの表面を切削刃で予備切削して前記生体試料を所望露出状態とした後、前記包埋ブロックを本切削して薄切片を切り出す薄切片作製装置であって、
   落射照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する落射撮像データ取得手段と、
   拡散照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する拡散撮像データ取得手段と、
   前記落射撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックの表面から露出している前記生体試料の露出部の露出形態を抽出する露出形態抽出手段と、
   前記拡散撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックに埋設されている前記生体試料の埋設部の埋設形態を抽出する埋設形態抽出手段と、
   前記予備切削の動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記露出形態抽出手段で抽出した前記露出形態と、前記埋設形態抽出手段で抽出した前記埋設形態とを比較して、前記予備切削の終了を判定することを特徴する薄切片作製装置。
2. 前記露出形態抽出手段は、前記露出形態として、前記包埋ブロックの表面から露出している前記生体試料の露出面積を求め、
   前記埋設形態抽出手段は、前記埋設形態として、前記包埋ブロックに埋設されている前記生体試料の投影面積を求め、
   前記制御手段は、前記露出形態抽出手段で求めた前記露出面積と前記埋設形態抽出手段で求めた投影面積との比率が第１所定値よりも大きくなったときに、前記予備切削を終了させることを特徴とする請求項１に記載の薄切片作製装置。
3. 前記落射撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記生体試料の露出部の中心を求めるとともに、前記拡散撮像データ取得手段で取得した撮像データを基にして、前記生体試料の埋設部の中心を求め、前記露出部の中心から前記埋設部の中心に向かうベクトルの向きと大きさを算出するベクトル算出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記ベクトル算出手段で算出したベクトルの大きさが第２所定値よりも大きいときに、前記ベクトルが小さくなるように前記ベクトルの向きに基づいて前記包埋ブロックと前記切削刃との相対姿勢を制御して、前記予備切削を行わせることを特徴とする請求項１または２に記載の薄切片作製装置。
4. 前記制御手段は、前記露出形態抽出手段で抽出した前記露出形態が、前記埋設形態抽出手段で抽出した前記埋設形態に近づくにつれて、前記予備切削の切削量が小さくなるように、前記予備切削を行わせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄切片作製装置。
5. 生体試料が包埋された包埋ブロックの表面を切削刃で予備切削して前記生体試料を所望露出状態とした後、前記包埋ブロックを本切削して薄切片を切り出す薄切片作製方法であって、
   落射照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する落射撮像データ取得工程と、
   拡散照明を照射して前記包埋ブロックの表面に向かって撮像を行い撮像データを取得する拡散撮像データ取得工程と、
   前記落射撮像データ取得工程で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックの表面から露出している前記生体試料の露出部の露出形態を抽出する露出形態抽出工程と、
   前記拡散撮像データ取得工程で取得した撮像データを基にして、前記包埋ブロックに埋設されている前記生体試料の埋設部の埋設形態を抽出する埋設形態抽出工程と、
   前記包埋ブロックの表面に対して切削刃による予備切削を実行する予備切削実行工程と、
   前記露出形態抽出工程で抽出した前記露出形態と、前記埋設形態抽出工程で抽出した前記埋設形態とを比較して、前記予備切削の終了を判定する予備切削終了判定工程と、を備えていることを特徴とする薄切片作製方法。

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