JP3656005B2

JP3656005B2 - ミクロトームによる試料作成方法及びミクロトーム

Info

Publication number: JP3656005B2
Application number: JP07792099A
Authority: JP
Inventors: 光典小久保; 祥吾芹澤
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2000271895A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理科学試料や生体試料などの顕微鏡観察あるいは各種分析の際に使用されるミクロトーム及びミクロトームによる試料作成方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
ミクロトームは、検査の対象となる試料ブロックの表層をスライスして、薄片状の試料を作成する際に使用される装置である。ミクロトームは、例えば、生体試料の顕微鏡観察あるいは各種分析を行う際に使用される。従来、ミクロトームを用いて薄片状の試料を作製する際には、作業者が装置の細かい調整を手動で行っていた。
【０００３】
図２に、一般的なミクロトームの主要部の構成を示す。ミクロトームは、ステージ１５及び走行式のカッタ２１を備えている。試料ブロック１０は、ステージ１５の上に試料用ベース１３を介して保持され、その位置及び姿勢の調整が行われる。この例では、試料ブロック１０として、生体試料などの検体１１をパラフィン中に埋込んだものが用いられている。ステージ１５の上方には、カッタ２１が配置され、カッタ２１は、ステージ１５の上面に対してほぼ平行な面内を走行することができる。
【０００４】
先ず、試料用ベース１３の上に試料ブロック１０を固定し、これらをステージ１５の上に保持する、次いで、ステージ１５を上下方向に移動させて、カッタ２１の走行面に対する試料ブロック１０の垂直方向の位置を調整した後（以下、この工程を「送り工程」と呼ぶ）、カッタ２１を走行させて試料ブロック１０の表層をスライスする（以下、この工程を「切断工程」と呼ぶ）。これによって、所定の厚みを備えた薄片状の試料が作成される。
【０００５】
なお、上記の例では、送り工程においてステージを移動させ、切断工程においてカッタ２１を走行させているが、ステージ（従って、試料ブロック）とカッタの位置関係は相対的なものなので、送り工程においてカッタを移動させ、切断工程においてステージを移動させることもできる。また、ステージ及びカッタの内の一方のみを専ら移動させ、他方を固定しておくことも可能である。
【０００６】
図中、Ｚ軸は、カッタ２１の刃先の走行面に対して垂直な方向の軸を、Ｘ軸は、カッタ２１の刃先の走行方向に対して平行な方向の軸を、Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直な方向の軸を表す。
【０００７】
ステージ１５は、アクチュエータ（図示せず）に接続され、カッタ２１の走行面に対して垂直な案内面（図示せず）に沿ってＺ軸方向に移動可能である。同様に、カッタ２１は、別のアクチュエータ（図示せず）に接続され、カッタ２１の走行面に対して平行な別の案内面に沿ってＸ軸方向に走行可能である。なお、カッタ２１の走行は、手動によるものもある。
【０００８】
図２に示したミクロトームを用いて試料を作成する方法について、更に説明する。
【０００９】
先ず、試料ブロック１０をＺ軸の＋方向へ送り、試料ブロック１０のＺ軸方向の位置を調整した後、カッタ２１をＸ軸の＋方向へ送る。これによって、試料ブロック１０の表層をスライスして、薄片状の試料が作成される。
【００１０】
前述の様に、試料ブロック１０の中には検体１１が埋込まれているが、検体１１を埋込む際に検体１１の姿勢を正確に調整することは困難である。また、埋込み材料が不透明な場合には、内部に埋め込まれた検体１１の姿勢を観察し、その状況を把握することもできない。
【００１１】
図３及び図４を用いて、この状況について説明する。図３（ａ）は、試料ブロック１０内に埋込まれた検体１１を、Ｘ軸方向（図２中の矢印Ｃの方向）から観察したものであり、図４（ａ）はＹ軸方向（図２中の矢印Ｄの方向）から観察したものである。検体１１が、図３（ａ）及び図４（ａ）に示す様な姿勢で埋込まれている場合、図３（ｂ）に示す様に、試料ブロック１０をＸ軸の回りで傾動させ、更に、図４（ｂ）に示す様に、試料ブロック１０をＹ軸の回りで傾動させ、検体１１の姿勢を修正する必要がある。
【００１２】
以上の様に、試料ブロック１０の中に埋め込まれた検体１１の姿勢が不適切な場合には、検体１１の姿勢に応じて、試料ブロック１０の姿勢（二軸回りの傾動角度）の調整を行わなければならない。従来は、オペレータが試料ブロック１０の傾動角度の調整を行いながら、試料ブロック１０の表面の荒削り加工を行い（以下、この工程を「面出し工程」と呼ぶ）、目標とする試料面が現れた時点で、試料ブロック１０の表槽をスライスして、薄片状の試料を採取していた（以下、この工程を「本削り工程」と呼ぶ、なお、「本削り工程」は先に説明した「送り工程」及び「切断工程」からなる）。
【００１３】
なお、上記の面出し工程において、埋込まれた検体１１がどのような状態のとき、試料ブロック１０の傾動角度の調整をどの様に行って、本削り工程用の表面を形成するかについての判断には熟練度が要求されるので、上記の面出し工程は、一般に、当該工程に経験豊富なオペレータによって実施されている。
【００１４】
一方、上記の本削り工程では、面出し工程の場合の様な傾動角度の調整についての熟練度は要求されず、それに代って、良好な状態を維持したまま薄片状の試料を採取することについての熟練度が要求される。このため、面出し工程において要求される熟練度と、本削り工程において要求されるは熟練度とは、性質上、異なっている。従って、それぞれの工程について専門のオペレータが、それぞれ作業を分担して実施することが行われていた。
【００１５】
特に、面出し工程は、オペレータの判断に頼るところが大きいので、自動化することが困難であるが、本削り工程は、機械的な作業が主体なので、自動化の可能性がある。
【００１６】
いずれにせよ、試料ブロックの面出し工程が終了した後、同じ装置で、そのまま引続いて本削り工程を行うことはできない。従って、試料ブロックを、一度、面出し工程用の装置から取り外し、本削り工程用の装置に送ることが必要となる。
【００１７】
本削り工程においては、面出し工程において形成された表面が、試料ブロックの表層をスライスする際にカッタ２１の刃先が通過する走行面に対して平行となる様に、試料ブロックの姿勢を調整する必要がある。
【００１８】
図５を用いて、本削り工程における試料ブロックの姿勢の調整について説明する。
【００１９】
試料用ベース１３はステージ（１５：図２）の上に固定され、ステージは傾動機構（図示せず）の上に支持されている。傾動機構は、図５に示すように、カッタ２１の刃先が通過する走行面から距離Ｅにある互いに直交する２本の傾動軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を中心として、それぞれの軸の回りに、それぞれ矢印Ｆ及び矢印Ｇの方向に回転可能な案内面（図示せず）、及びクランプ（図示せず）を有している。ステージ１５の傾動角度の調整は、オペレータが手動で行っている。
【００２０】
なお、図５に示した例においては、Ｘ軸とＹ軸とは互いに交差し、更にその交点１８においてＺ軸とも交差している。このことは、前記案内面が球面であることを意味している。しかし、実際には、図６に示す様に、Ｘ軸とＹ軸とは互いに交差せずに、Ｚ方向において距離Ｈだけ離れている場合が多い、このような場合には、前記案内面として、円筒状のものを二段に重ねたものが用いられる。
【００２１】
（従来技術の問題点）
以上の様に、面出し工程の終了後、装置から取り外された試料ブロックを、本削り工程用のミクロトームにセットする際、試料ブロックの表面（以下、「試料面」と呼ぶ）を、カッタ２１の刃先の走行面に対して平行に調整する作業は、オペレータが手動で行っている。
【００２２】
具体的には、試料面に、カッタ２１の刃先を近付けた状態で、刃先と試料面との間の隙間を目視観察しながら、図５（または、図６）に示す様な傾動機構を用いて行われている。この調整作業は、試料ブロックの試料面に、カッタ２１の刃先を少しづづ近付けながら、繰り返して行われる。
【００２３】
しかし、目視観察に基づいて調整を行っているので、数μｍ程度の厚さの薄片状の試料を作成する際には、傾動角度の調整の精度としては不十分である。このため、薄片状の試料の作成に先立って、本削り工程用の装置で試料ブロックの表面のスライスを行い、かなりの厚さの部分（数十μｍ〜数百μｍ程度）を切り捨てる必要がある。この結果、スライスによって作成された試料ブロックの試料面の状態が、先の面出し工程によって得られた試料面の状態と大きく異なるものになることがある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ミクロトームを用いて薄片状の試料を作成する際における以上の様な問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、予め面出し加工が行われた試料ブロックをミクロトームにセットし、その表層をスライスして薄片状の試料を作成する際に、ミクロトームのカッタの刃先の走行面に対する、試料ブロックの姿勢を高い精度で調整することが可能なミクロトーム、及びそれを用いた試料作成方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明のミクロトームによる試料作成方法は、
試料ブロックを保持してその位置を調整するステージ、及びこのステージの上方を走行するカッタを備えたミクロトームを用い、試料ブロックの表層をカッタでスライスして薄片状の試料を作成する試料作成方法において、
前記ステージを、前記試料ブロックの表面の近傍を通り、互いに直交する２本の傾動軸の回りで傾動可能に支持するとともに、前記カッタの刃先の走行面に対して平行な基準面を設け、
予め平坦な表面が形成された試料ブロックを、前記ステージにセットし、
先ず、前記基準面に対して前記表面を押し当てることによって、前記基準面に対して前記表面が平行になる様に前記ステージの傾動角度を調整し、
この状態で、前記ステージの傾動を拘束し、
次いで、前記走行面に対する前記表面の距離を調整した後、前記カッタを走行させて試料ブロックの表層をスライスすること、
を特徴とする。
【００２６】
好ましくは、前記互いに直交する２本の傾動軸の交点を、前記試料ブロックの表面から、その表面に対して垂直方向に１ｍｍ以内の距離に設定する。
【００２７】
なお、上記の方法において、カッタを走行させる代わりに、カッタを固定し、カッタに向けてステージを走行させることもできる。
【００２８】
なお、必要に応じて、前記ステージの傾動角度を調整する際に、前記基準面に対して前記表面を押し当てる動作を複数回繰り返す。
【００２９】
この場合、好ましくは、前記基準面に対して前記表面を押し当てる動作を複数回繰り返す際に、各回の押し当て力を個別に設定する。
【００３０】
また、上記方法の実施に使用されるミクロトームは、
試料ブロックを保持してその位置を調整するステージ、及びこのステージの上方を走行するカッタを備え、試料ブロックの表層をカッタでスライスして薄片状の試料を作成するミクロトームにおいて、
前記ステージを、前記試料ブロックの表面の近傍を通り互いに直交する２本の傾動軸の回りで傾動可能に支持する支持機構と、
この支持機構の傾動運動を拘束するクランプ機構と、
前記カッタの刃先の走行面に対して平行に設けられた基準面と、
試料ブロックの表面を前記基準面に対して押し当てたときに、この押し当て力を測定する荷重検出器と、
を備えたことを特徴とする。
【００３１】
なお、上記の装置において、カッタを走行させる代わりに、カッタを固定し、カッタに向けてステージを走行させる様に構成することもできる。
【００３２】
例えば、前記荷重検出器は、前記基準面の支持部に組み込まれたロードセルである。
【００３３】
あるいは、前記荷重検出器は、前記ステージの支持機構に組み込まれたロードセルである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に基づくミクロトームの主要部の構成を示す。
【００３５】
図中、１０は試料ブロック、１３は試料用ベース、１５はステージ、３１は基準面、３３はロードセルを表す。なお、ミクロトームのその他の主要部の構成は、先に図２を用いて示したものと同一なので、その説明は省略する。
【００３６】
試料ブロック１０は、試料用ベース１３の上に固定され、この試料用ベース１３を介してステージ１５の上に保持される。
【００３７】
ステージ１５の上方には、基準面３１が配置されている。基準面３１は、裏側からロードセル３３を介して支持されている。基準面３１の向きは、カッタ（２１：図２）の走行面に対して平行に設定されている。
【００３８】
なお、図２と同様に、Ｚ軸は、カッタ２１の刃先の走行面に対して垂直な方向の軸を、Ｘ軸は、カッタ２１の刃先の走行方向に対して平行な方向の軸を、Ｙ軸は、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直な方向の軸を表す。
【００３９】
ステージ１５は、試料ブロック１０をＸ軸及びＹ軸の回りで傾動させるために、案内面（図示せず）の上に支持されている。この案内面は、試料面の中心点１９において直交する二軸の回りで試料ブロック１０が傾動可能な様に、球面で構成されている。即ち、その球の中心が試料面の中心点１９に一致している。ステージ１５は、更に、この傾動運動を拘束するためのクランプ機構（図示せず）を有している。
【００４０】
また、ステージ１５は、スライスされる試料の厚さを制御するため、Ｚ方向のみに動作可能な案内面（図示せず）及び駆動用のアクチュエータ（図示せず）を備えている。
【００４１】
次に、上記のミクロトームを用いて試料を作成する方法について説明する。
【００４２】
試料ブロック１０には検体（１１：図２）が埋込まれている。試料ブロック１０は、予め、他の装置（例えば、別のミクロトーム）において粗削り及び面出し加工が施され、試料ブロック１０の表面には既に試料面が形成されている。
【００４３】
試料ブロック１０を、試料用ベース１３の上に固定し、この試料用ベース１３を介してステージ１５の上に取り付ける。
【００４４】
次に、ステージ１５の前記クランプを解除し、ステージ１５が傾動可能な状態で、ステージ１５をＺ軸の＋方向に移動させ、試料面を基準面３１に対して押し当てる。この押し当て力を、ロードセル３３で測定し、予め設定された値に到達したところで、ステージ１５の移動（送り）を停止させる。
【００４５】
なお、一回の押し当て動作のみでは、試料ブロック１０の姿勢（傾動角度）の調整が不十分な場合には、この押し当て動作を数回繰り返して行う。この場合には、各回毎の、押し当て力を個別に設定して制御すれば、試料ブロック１０の姿勢を高い精度で調整することができる。
【００４６】
この結果、試料ブロック１０の試料面の全体が基準面３１に対して密着する様になる。即ち、試料面が基準面３１に対して平行な状態が得られる。この時点で、前記クランプ機構を動作させて、ステージ１５の傾動運動を拘束する。更に、基準面３１をＺ軸の＋方向に退避させる。
【００４７】
次に、ステージ１５を上昇させ、試料ブロック１０の表層が所定の厚さでスライスされる様にＺ軸の＋方向に送る。
【００４８】
次に、カッタ（２１：図２）をＸ軸の＋方向へ走行させ、試料ブロック１０の表層をスライスして、薄片状の試料を採取する。
【００４９】
次に、試料ブロック１０を、Ｚ軸の−方向へ所定量（数十μｍ）後退させた後、カッタ２１をＸ軸の−方向に戻す。
【００５０】
次に、試料ブロック１０を、再び、試料ブロック１０の表層が所定の厚さでスライスされる様にＺ軸の＋方向に送る。
【００５１】
上記の工程を、必要な枚数の試料が得られるまで繰り返す。
【００５２】
なお、上記の例において、基準面３１の裏側にロードセル３３を設け、このロードセル３３を用いて、試料ブロック１０を基準面３１に対して押し当てる際の押し当て力を測定しているが。この方法の代わりに、ステージ１５をロードセル（図示せず）を介して支持し、このロードセルを用いて、上記の押し当て力を測定することもできる。
【００５３】
また、上記の例において、試料ブロック１０の表層のスライスの際に、カッタ２１を走行させているが、その代わりに、試料ブロック１０を、Ｘ軸の−方向に移動させることもできる。
【００５４】
なお、従来のミクロトーム（図５または図６）に、カッタ２１の刃先の走行面に対して平行な基準面を単に追加するだけでは、良い結果は得られない。
【００５５】
即ち、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す様に、従来のミクロトーム（例えば、図５）を用いて、本削り工程の始めに、試料面を基準面３１に対して押し当てた場合、傾動軸が試料面から遠く離れているので、試料面のエッジ部３９が基準面３１の上をすべりながら旋回して、試料面が基準面３１と平行になろうする。なお、図中、斜線を施した部分３７は、先行する面出し工程において取り除かれた部分である。
【００５６】
しかし、当初の傾動角度（図７（ａ）に示す角度θ）が小さくなると、旋回のために必要な力が得られない。Ｚ軸の＋方向への押し当て力を非常に大きくするか、あるいは、試料面のエッジ３９部と基準面３１との間の摩擦係数が非常に小さければ、必要な旋回力が発生することになるが、押し当て力を大きくすると、試料ブロック１０が潰れてしまうし、検体が埋込まれる埋込み材料には材質的な制約があるので、現実的にはどちらも困難である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明のミクロトーム及びこのミクロトームによる試料作成方法によれば、試料ブロックの表層をスライスして薄片状の試料を作成する際に、試料ブロックの表面を、カッタの刃先の走行面に対して平行に高い精度で調整することができる。従って、試料作成工程の手順が簡略化されるとともに、予め面出しが行われた試料ブロックの表面を、そのまま切り出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくミクロトームの主要部を示す図、（ａ）は正面図（部分）、（ｂ）は側面図（部分）。
【図２】一般的なミクロトームの主要部の構成を示す図。
【図３】試料ブロック内に埋め込まれている検体の状態について説明する図、（ａ）は試料ブロックのＸ軸回りの傾動角度調整前の状態、（ｂ）はＸ軸回りの傾動角度調整後の状態を表す。
【図４】試料ブロック内に埋め込まれている検体の状態について説明する図、（ａ）は試料ブロックのＹ軸回りの傾動角度調整前の状態、（ｂ）はＹ軸回りの傾動角度調整後の状態を表す。
【図５】従来のミクロトームにおける、試料ステージの傾動機構の一例を示す図。
【図６】従来のミクロトームにおける、試料ステージの傾動機構の他の例を示す図。
【図７】図５に示したミクロトームにおいて、試料ステージを傾動させた場合の状態を説明する図、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【符号の説明】
１０・・・試料ブロック、
１１・・・検体、
１３・・・試料用ベース、
１５・・・ステージ、
１８・・・傾動軸の交点、
１９・・・試料面の中心、
２１・・・カッタ、
３１・・・基準面、
３３・・・ロードセル、
３７・・・面出し工程において取り除かれた部分、
３９・・・試料が基準面に触れる箇所、
Ｘ・・・カッタの走行方向、
Ｙ・・・カッタの走行面内で走行方向に対して直交する方向、
Ｚ・・・試料ブロックの送り方向。

Claims

試料ブロックを保持してその位置を調整するステージ、及びこのステージの上方を走行するカッタを備えたミクロトームを用い、試料ブロックの表層をカッタでスライスして薄片状の試料を作成する試料作成方法において、
前記ステージを、前記試料ブロックの表面の近傍を通り、互いに直交する２本の傾動軸の回りで傾動可能に支持するとともに、前記カッタの刃先の走行面に対して平行な基準面を設け、
予め平坦な表面が形成された試料ブロックを、前記ステージにセットし、
先ず、前記基準面に対して前記表面を押し当てることによって、前記基準面に対して前記表面が平行になる様に前記ステージの傾動角度を調整し、
この状態で、前記ステージの傾動を拘束し、
次いで、前記走行面に対する前記表面の距離を調整した後、前記カッタを走行させて試料ブロックの表層をスライスすること、
を特徴とするミクロトームによる試料作成方法。
前記互いに直交する２本の傾動軸の交点は、前記試料ブロックの表面から、その表面に対して垂直方向に１ｍｍ以内の距離にあることを特徴とする請求項１に記載のミクロトームによる試料作成方法。
試料ブロックを保持してその位置を調整するステージ、及びこのステージの上方に配置されたカッタを備えたミクロトームを用い、カッタに向けてステージを走行させることによって試料ブロックの表層をスライスして薄片状の試料を作成する試料作成方法において、
前記ステージを、前記試料ブロックの表面の近傍を通り、互いに直交する２本の傾動軸の回りで傾動可能に支持するとともに、前記カッタの刃先及び前記ステージの走行方向に対して平行な基準面を設け、
予め平坦な表面が形成された試料ブロックを、前記ステージにセットし、
先ず、前記基準面に対して前記表面を押し当てることによって、前記基準面に対して前記表面が平行になる様に前記ステージの傾動角度を調整し、
この状態で、前記ステージの傾動を拘束し、
次いで、前記カッタの刃先に対する前記表面の距離を調整した後、前記カッタに向けて前記ステージを走行させて試料ブロックの表層をスライスすること、
を特徴とするミクロトームによる試料作成方法。
前記互いに直交する２本の傾動軸の交点は、前記試料ブロックの表面から、その表面に対して垂直方向に１ｍｍ以内の距離にあることを特徴とする請求項３に記載のミクロトームによる試料作成方法。
前記ステージの傾動角度を調整する際に、前記基準面に対して前記表面を押し当てる動作を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のミクロトームによる試料作成方法。
前記基準面に対して前記表面を押し当てる動作を複数回繰り返す際に、各回の押し当て力を個別に設定することを特徴とする請求項５に記載のミクロトームによる試料作成方法。
試料ブロックを保持してその位置を調整するステージ、及びこのステージの上方を走行するカッタを備え、試料ブロックの表層をカッタでスライスして薄片状の試料を作成するミクロトームにおいて、
前記ステージを、前記試料ブロックの表面の近傍を通り互いに直交する２本の傾動軸の回りで傾動可能に支持する支持機構と、
この支持機構の傾動運動を拘束するクランプ機構と、
前記カッタの刃先の走行面に対して平行に設けられた基準面と、
試料ブロックの表面を前記基準面に対して押し当てたときに、この押し当て力を測定する荷重検出器と、
を備えたことを特徴とするミクロトーム。
前記互いに直交する２本の傾動軸の交点は、前記試料ブロックの表面から、その表面に対して垂直方向に１ｍｍ以内の距離にあることを特徴とする請求項７に記載のミクロトーム。
試料ブロックを保持してその位置を調整するステージ、及びこのステージの上方に配置されたカッタを備え、カッタに向けてステージを走行させることによって試料ブロックの表層をスライスして薄片状の試料を作成するミクロトームにおいて、
前記ステージを、前記試料ブロックの表面の近傍を通り互いに直交する２本の傾動軸の回りで傾動可能に支持する支持機構と、
この支持機構の傾動運動を拘束するクランプ機構と、
前記カッタの刃先及び前記ステージの走行方向に対して平行に設けられた基準面と、
試料ブロックの表面を前記基準面に対して押し当てたときに、この押し当て力を測定する荷重検出器と、
を備えたことを特徴とするミクロトーム。
前記互いに直交する２本の傾動軸の交点は、前記試料ブロックの表面から、その表面に対して垂直方向に１ｍｍ以内の距離にあることを特徴とする請求項９に記載のミクロトーム。
前記荷重検出器は、前記基準面の支持部に組み込まれたロードセルであることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載のミクロトーム。
前記荷重検出器は、前記ステージの支持機構に組み込まれたロードセルであることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載のミクロトーム。