JP4666504B2 - 自動薄切装置、自動薄切片標本作製装置及び自動薄切方法 - Google Patents

Description

本発明は、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際に用いられる自動薄切装置、自動薄切片標本作製装置および自動薄切方法に関し、特に、切削台から一旦取り外した薄切片採取済の試料ブロックを、再度切削台にセットして、試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取することができる自動薄切装置、自動薄切片標本作製装置及び自動薄切方法に関するものである。

理化学実験や顕微鏡観察に用いられる薄切片標本は、厚さが数μｍ（例えば、３μｍ〜５μｍ）の薄切片を、スライドガラス等の基板上に固定させたものである。薄切片標本は、一般的に、ミクロトームを利用して作製されている。ここで、ミクロトームを利用した薄切片標本を作製する方法について説明する。

まず、ホルマリン固定された生物や動物等の生体試料をパラフィン置換した後、更に周囲をパラフィンで固めて、ブロック状態の包埋ブロックを作製する。次に、この包埋ブロックを専用の薄切装置であるミクロトームにセットして、粗削りを行う。この粗削りによって、包埋ブロックの表面を平滑とすると共に、実験や観察の対象物である包埋された生体試料を表面に露出させる。

この粗削りが終了した後、本削りを行う。これは、ミクロトームが有する切削刃により、包埋ブロックを上述した厚みで極薄にスライスする工程である。これにより、薄切片を得ることができる。

次いで、本削りによって得られた薄切片を伸展させる伸展工程に移る。つまり、本削りによって作製された薄切片は、上述したように極薄の厚みでスライスされたものであるので、皺がついた状態や、丸まった状態（例えば、Ｕの字状）となってしまう。そこで、この伸展工程によって、皺や丸みを取って伸ばす必要がある。
一般的には、水と湯を利用して伸展させる。始めに、本削りによって得られた薄切片を水の中に浸漬させる。これにより、生体試料を包埋しているパラフィン同士のくっつきを防止しながら、薄切片の大きな皺や丸みをとる。その後、薄切片を湯の中に浸漬させる。これにより、薄切片が延び易くなるので、水による浸漬では取りきれなかった残りの皺や丸みをとることができる。

そして、湯による伸展が終了した薄切片を、スライドガラス等の基板で掬って基板上に載置する。なお、この時点で仮に伸展が不十分であった場合には、基板ごとホットプレート等に乗せて熱を加える。これにより、薄切片をより伸展させることができる。
最後に、薄切片を乗せた基板を、乾燥器内に入れて乾燥させる。この乾燥により、伸展で付着した水分が蒸発すると共に、薄切片が基板上に固定される。その結果、薄切片標本を作製することができる。

このようにして作製された薄切片標本は、例えば、創薬における前臨床等に使用される。つまり、薄切片に含まれる生体試料に対して、新薬を投与して、その効果や副作用等の分析や観察に使用される。

ところで、作製された薄切片標本については、染色処理を行った後、観察するが、薄切片に含まれる生体試料に例えば病変等が見つかったときには、さらにその生体試料について詳しく調べる必要が出てくる。つまり、生体試料に対し、例えばある特定の蛋白質だけを染める染色処理を施したり、ＲＮＡを染めたりする等の処理を施して、追加観察することが必要になる。そのときには、現に使用した薄切片標本とは別に、新たな薄切片標本を用意しなければならず、このため、一旦、切削台から取り外した薄切片採取済の試料ブロックを、再度切削台にセットし、試料ブロックの既切削面から、さらに連続する複数の薄切片を採取することが必要になる。

従来、切削台から取り外した薄切片採取済の試料ブロックからさらに複数の薄切片を採取する方法の一つとして、薄切片採取済の試料ブロックを、再度、ミクロトームの切削台にセットし、実際に、ナイフにより薄切を行い、切削面の形状を観察しながら、手動により、ホルダ傾斜角可変手段を介して試料ブロックホルダの傾きを変えることで、試料ブロックの切削面をナイフの仮想切削面に平行となるように配置させる、いわゆる面合わせを行い、その後薄切片を切削することが行われていた。

しかしながら、このような薄切片の採取方法であると、所定の切削面を得るまでに、数百μｍ程度の予備的な薄切が必要となり、既切削面から数百ミクロンの離れた位置の薄切片しか採取できない問題があった。また、基本的に、手動によって面合わせを行うものであるから、なれない作業者にとっては時間がかかり、かつ大変な辛苦を伴うものであった。

このような問題に対処するものとして、下記の特許文献１には、送り台を、動力駆動装置を介して切削面へ送り、試料ブロック表面とナイフとが接触したときを検出する。また、送り台を、動力駆動装置を介して面センサの方向へ送り、試料ブロック表面と面センサとが接触したときを検出する。これら２つの検出値を基に、試料ブロックの送り量を決定する装置が開示されている。
また、他の対処方法として、特許文献２には、配向・位置合わせ可能な試料ホルダ（試料ブロックホルダの位置を指示する装置が開示されている。
特表２００２−５３９４２４号公報 特開２００４−３５４３８９号公報

前述した従来の技術にあっては、それぞれ以下の問題があった。
すなわち、特許文献１に記載された技術にあっては、試料ブロックの既切削面にナイフや面センサーを接触させて検知する方法であり、試料ブロックの既切削面を傷つけるおそれがあった。
また、特許文献２に記載された技術にあっては、薄切片採取済の試料ブロックを再度装置にセットする場合には、比較的容易に面あわせができるものの、異なる装置にセットするときには、面合わせができない問題があった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的とするところは、試料ブロックの既切削面を傷つけるおそれが少なく、また、従前にセットした装置と異なる装置に試料ブロックをセットする場合であっても、試料ブロックの既切削面をナイフの仮想切削面に容易に平行となるように配置させることができ、もって、薄切片採取済の試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取することができる自動薄切装置、自動薄切片標本作製装置及び自動薄切方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
すなわち、本発明にかかる自動薄切装置は、前記切削台に設けられ、前記試料ブロックを固定する試料ブロックホルダの傾きを変えるホルダ傾斜角可変手段と、ホルダ傾斜角可変手段を制御するホルダ傾斜角制御手段と、前記試料ブロックホルダに保持された前記試料ブロックの切削面に、その上方から平行光を照射する落射照明手段と、該落射照明手段から前記試料ブロックの切削面に平行光が照射された状態で、該切削面を撮像する撮像手段と、前記ホルダ傾斜角制御手段からの指令信号により前記ホルダ傾斜角可変手段を介して前記試料ブロックホルダの傾きを変えながら、その都度、前記撮像手段による前記切削面の画像情報から光強度の積分値を求め、その積分値が最も大なるときの前記試料ブロックホルダの傾きを決定する画像処理制御手段と、前記光強度の積分値が最も大なるよう、前記画像処理制御手段によって決定された傾きに設定された試料ブロックホルダに保持された試料ブロックに対してナイフを相対移動させて、前記試料ブロックの切削面から所定厚さの薄切片を切削する切削手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、薄切片採取済の試料ブロックあるいは別装置で粗削りを完了した試料ブロックを、切削台の試料ブロックホルダに取り付けて固定する。そして、落射照明手段によって、固定した試料ブロックの既切削面に、その上方から平行光を照射する。この状態で、平行光が照射された既切削面を撮像手段により撮像する。このとき、ホルダ傾斜角制御手段からの指令信号により、ホルダ傾斜角可変手段を介して試料ブロックホルダの傾きを変えながら、その都度、撮像手段により、試料ブロックの既切削面を撮像する。

そして、個々の試料ブロックホルダの傾きに応じ、既切削面の撮像情報から光強度の積分値をそれぞれ求め、その積分値が最も大なるときの試料ブロックホルダの傾きを画像処理制御手段により決定する。
これにより、試料ブロックの既切削面をナイフの仮想切削面に容易に平行となるように配置させることができる。なお、ナイフは、予め、落射照明手段及び撮像手段と連動して位置きめされている。つまり、落射照明手段から試料ブロックの切削面に平行光が照射された状態で、撮像手段により切削面を撮像する際に、該切削面の画像情報から光強度の積分値が最大になったときに、試料ブロックの切削面がナイフの仮想切削面に平行となるよう、ナイフは、落射照明手段及び撮像手段に対して、その位置および姿勢を設定されている。

その後、このように画像処理制御手段によって決定された傾きに設定した試料ブロックホルダに保持された試料ブロックに対してナイフを相対移動させる。これにより、試料ブロックの既切削面から連続して所定厚さの薄切片を切削することができる。

本発明にかかる自動薄切装置は、前記ホルダ傾斜角可変手段が、前記試料ブロックホルダの縦方向の傾きを調整するピッチ角調整部（ここでいう縦、横は、ナイフに対する移動方向を基準として定める）と、前記試料ブロックホルダの横方向の傾きを調整するロール角調整部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ホルダ傾斜角可変手段をピッチ角調整部とロール角調整部とを備える構成になっており、試料ブロックの位置を計算する制御系として、互いに直交する直交座標系が使えるので、計算上有利になる。

本発明にかかる自動薄切装置は、前記撮像手段による前記切削面の画像情報から光強度の積分値を算出する算出部と、該算出部によって算出した、前記試料ブロックホルダの異なる傾きごとの複数の積分値のうちから最大値を選択する選択部とを備える構成であることを特徴とする。
本発明によれば、算出部により、撮像手段による既切削面の画像情報の各画素の光強度を全画素に渡って加算した値を光強度の積分値として算出し、また、選択手段によって、算出部により算出した複数の積分値のうちから最大値を選択する。

本発明にかかる自動薄切片標本作製装置は、前記発明のいずれかの自動薄切装置と、前記自動薄切装置によって採取され、さらに該自動薄切装置から薄切片搬送手段によって搬送された前記薄切片を、少なくとも液体内に浸漬させて伸展させる伸展手段と、伸展された前記薄切片を、基板上に転写させて薄切片標本を作製する転写手段とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、薄切片搬送手段によって搬送された薄切片は、伸展手段が有する、例えば水との液体内に浸漬されて伸展される。また、この伸展手段によって伸展された薄切片は、転写手段によりスライドガラス等の基板上に転写される。これにより、基板上に薄切片が転写された薄切片標本を作製することができる。

本発明にかかる自動薄切方法は、切削台から一旦取り外した試料ブロックを、再度切削台にセットして、該試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取する自動薄切方法であって、前記切削台の試料ブロックホルダに前記試料ブロックを取り付けて固定する試料ブロック取付工程と、試料ブロックホルダに固定された前記試料ブロックの既切削面に、その上方から平行光を照射する照明工程と、該照明工程による前記試料ブロックの既切削面に平行光が照射された状態で、該既切削面を撮像する撮像工程と、前記試料ブロックの傾きを変えながら、その都度、前記撮像手段による前記既切削面の画像情報から光強度の積分値を求め、その積分値が最も大なるように、前記試料ブロックの傾きを決定する試料ブロック傾斜角決定工程と、該試料ブロック傾斜角決定工程で決定された傾きの前記試料ブロックに対してナイフを相対移動させて、試料ブロックの前記既切削面から連続して所定厚さの薄切片を切削する切削工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、照明工程で試料ブロックの既切削面に平行光が照射され、この状態で、既切削面を撮像する。また、試料ブロックの傾きを変えながら、その都度、撮像した既切削面の画像情報から光強度の積分値を求め、その積分値が最も大なるように、試料ブロックホルダの傾きを決定する。そして、試料ブロック傾斜角決定工程で決定された傾きの試料ブロックに対してナイフを相対移動させて、記試料ブロックの既切削面から連続して所定厚さの薄切片を切削する。

この発明によれば、試料ブロックの既切削面を傷つけるおそれが少なく、従前にセットした装置と異なる装置に試料ブロックをセットする場合であっても、試料ブロックの既切削面をナイフの切削面に非接触状態でかつ容易に合致させることができ、もって、薄切片採取済の試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取することができる。また、粗削りと本削りを分離することも可能である。

以下、本発明に係る自動薄切装置及び自動薄切片標本作製装置の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施の形態では、生体試料として、鼠等の実験動物から採取した生体組織を例に挙げて説明する。
本実施の形態の自動薄切片標本作製装置１は、生体組織Ｓが包理剤に包埋された試料ブロックＢから作製された薄切片Ｂ１を、スライドガラス（基板）Ｇ上に転写させて薄切片標本Ｈを作製する装置である。

すなわち、自動薄切片標本作製装置１は、図１に示すように、試料ブロックＢを、自動薄切装置３の切削台１０上に搬送するブロックハンドリングロボット２と、搬送された試料ブロックＢから薄切片Ｂ１を切削する自動薄切装置３と、該自動薄切装置３により切削され、かつ、薄切片ハンドリング機構（薄切片搬送手段）３６によって搬送された薄切片Ｂ１を、少なくとも水（液体）Ｗの中に浸漬させて伸展させる伸展機構（伸展手段）４と、伸展された薄切片Ｂ１を、スライドガラスＧ上に転写させて薄切片標本Ｈを作製するスライドガラスハンドリングロボット（転写手段）５とを備えている。

前記自動薄切装置３は、試料ブロックＢ（試料ブロックとしては、新規な試料ブロック、薄切片採取済の試料ブロック、または、別箇所で粗削りまで完了した試料ブロック等がある）から所定厚みのシート状の薄切片Ｂ１を切り出して作製する装置である。

すなわち、自動薄切装置３は、図２にも示すように、前記ブロックハンドリングロボット２によって搬送された試料ブロックＢを載置固定する切削台１０と、切削台１０に設けられて、試料ブロックＢを固定する試料ブロックホルダ１１の傾き及び高さを変えるホルダ傾斜角可変手段１２と、ホルダ傾斜角可変手段１２を制御するホルダ傾斜角制御手段１３と、試料ブロックホルダ１１に固定された試料ブロックＢに対してナイフ１４を相対移動させて、試料ブロックＢの切削面Ｂ２から連続して所定厚さの薄切片Ｂ１を切削する切削手段１５と、試料ブロックホルダ１１に固定された試料ブロックＢの切削面Ｂ２に、その上方から平行光を照射する落射照明手段１６と、落射照明手段１６から試料ブロックの切削面Ｂ２に平行光が照射された状態で切削面Ｂ２を撮像する撮像手段１７と、ホルダ傾斜角制御手段１３からの指令信号によりホルダ傾斜角可変手段１２を介して試料ブロックホルダ１１の傾きを変えながら、その都度、撮像手段１７による切削面Ｂ２の画像情報から光強度の積分値を求め、その積分値が最も大なるときの試料ブロックホルダ１１の傾きを決定する画像処理制御手段１８とを備えている。

試料ブロックＢは、図２に示すように、ホルマリン固定された生体組織Ｓ内の水分をパラフィン置換した後、さらに周囲をパラフィン等の包理剤によってブロック状に固めた包埋ブロックを包埋カセット上に固定したものである。これにより、生体組織Ｓがパラフィン内に包埋された状態となっている。

切削台１０は、図３にも示すように、固定されたナイフ１４に向かうＸ方向に延びたガイドレール２１に沿って移動可能かつ昇降モータ２２Ａの作動により上下方向へ移動可能なＺステージ２２と、Ｚステージ２２上に取り付けられ、Ｘ方向に延びる軸線を中心とする円弧面に沿ってロールモータ２３Ａ（ロール角調整部）の作動により移動自在とされた（ナイフ１４に対する移動方向を基準として横方向の傾きを調整自在とされた）ロールステージ２３と、ロールステージ２３上に取り付けられ、Ｙ方向に延びる軸線を中心とする円弧面に沿ってピッチモータ２４Ａ（ピッチ角調整部）の作動により移動自在とされた（ナイフ１４に対する移動方向を基準として縦方向の傾きを調整自在とされた）ピッチステージ２４と、ピッチステージ２４上に取り付けられた試料ブロックホルダ１１とから構成されている。また、ガイドレール２１は、ナイフ１４を越えた反対側にまで延びた状態で取り付けられている。
Ｚステージ２２は、図示しないモータ等によって、ガイドレール２１上を往復運動するようになっている。また、この往復運動に同期させて昇降モータ２２Ａが作動されることにより、Ｚステージ２２は、このＺステージ２２がガイドレール２１を１往復する毎に、一定だけ上昇するように制御されている。

これにより、切削台１０上、すなわち、試料ブロックホルダ１１上に載置固定された試料ブロックＢは、切削台１０の移動に伴ってナイフ１４に向けて移動して、該ナイフ１４によって切削されるようになっている。この際、Ｚステージ２２によって高さ制御されているので、所定の厚み（例えば、５μｍ）で表面が切削される。その結果、シート状の薄切片Ｂ１が作製される。これについては、後に詳細に説明する。

上述したガイドレール２１、切削台１０及びナイフ１４は、前記切削手段１５を構成している。
なお、本実施の形態では、ナイフ１４を固定し、該ナイフ１４に対して切削台１０側を移動させることで試料ブロックＢを切削する構成としたが、切削手段１５はこの構成に限られるものではない。例えば、切削台１０を固定し、該切削台１０に対してナイフ１４を移動させても構わないし、切削台１０とナイフ１４とを共に移動させて、切削手段１５を構成しても構わない。いずれにしても、切削台１０とナイフ１４とを、相対的に移動させるように構成すればよい。
また、昇降モータ２２Ａ、ロールモータ２３Ａ及びピッチモータ２４Ａは、前記ホルダ傾斜角可変手段１２を構成している。

ホルダ傾斜角制御手段１３は、前記昇降モータ２２Ａ、前記ロールモータ２３Ａ、前記ピッチモータ２４Ａにそれぞれ個別に指令信号を送ることで、それらモータを介して試料ブロックホルダ１１の傾き及び高さを任意に設定するものである。

落射照明手段１６は、単色光あるいは多色光を発する光源２７と、光源２７に隣接されて設けられかつピンホール２８ａを有する遮光板２８と、遮光板２８のピンホール２８ａを貫通する光を平行光に換えるコリメータレンズ２９と、コリメータレンズ２９によって向きを換えられた光を、試料ブロックホルダ１１に固定された試料ブロックＢの切削面Ｂ２側に反射させるとともに、試料ブロックＢの切削面Ｂ２からの反射光を透過させるハーフミラー３０とを備えている。

撮像手段１７は、試料ブロックＢの切削面Ｂ２が正規の位置及び角度にあるときに、切削面Ｂ２を撮像することができるＣＣＤ等の撮像素子１７Ａと、試料ブロックＢの切削面Ｂ２が正規の位置及び角度にあるときに、この切削面Ｂ２の表面の法線と平行な光軸をもち、切削面Ｂ２からの反射光を撮像素子１７Ａ上で結像させる結像レンズ１７Ｂとを備える。撮像手段１７による切削面Ｂ２の撮像箇所としては切削面Ｂ２全面が好ましいが、必ずしも全面である必要はなく、例えば全面積の７０パーセント以上等の切削面Ｂ２の主要部を撮像できれば足りる。

なお、前記ナイフ１４は、予め、この撮像手段１７及び落射照明手段１６と連動して位置きめされている。
つまり、落射照明手段１６から試料ブロックＢの切削面Ｂ２に平行光が照射された状態で、撮像手段１７により切削面Ｂ２を撮像する際に、既切削面の画像情報から光強度の積分値が最大になったときに、試料ブロックの切削面Ｂ２がナイフ１４の仮想切削面１４Ａと平行になるよう、ナイフ１４は、撮像手段１７及び落射照明手段１６に対して、その位置及び姿勢が設定されている。

画像処理制御手段１８は、ホルダ傾斜角可変手段１２を介して試料ブロックホルダ１１の傾きがある値に設定されたとき、撮像手段１７による試料ブロックＢの切削面Ｂ２の画像情報から光強度の積分値（実際には輝度データの積分値）を求める算出部３２と、この算出部３２で得られた積分値を、そのときの試料ブロックホルダの傾きを表すロール角及びピッチ角とそれぞれ関連付けてデータの形で記憶する記憶部３３と、前記算出部３２によって算出した複数の積分値のうちから最大値を選択するとともに、前記記憶部３３に記憶された情報から、最大の積分値が得られたときのロール角及びピッチ角を読み出す選択部３４とを備えている。

また、切削面Ｂ２の画像情報から光強度の積分値（実際には輝度データの積分値）を求めるときの、試料ブロックホルダ１１の傾きの走査方法としては、例えば、予めロール角をある値に設定し、この状態でピッチ角をある角度から他のある角度まで達するように所定角度置きにずらしながら、光強度の積分値の最大値を求め、同時にこのときのピッチ角を求める。次に、ピッチ角をその値に保持したまま、今度は、ロール角をある角度から他のある角度まで達するまで所定置きにずらし、そのときの光強度の積分値の最大値を求めるという走査方法が考えられる。

また、他の方法としては、予めロール角をある値に設定し、この状態でピッチ角をある角度から他のある角度まで達するように所定角度置きにずらしながら、光強度の積分値を求める。次に、ロール角を若干ずらし、この状態で再び、ピッチ角をある角度から他のある角度まで達するように所定角度置きにずらしながら、光強度の積分値を求める。
以下、これを繰り返すことで、切削面Ｂ２の画像情報から光強度の積分値の最大値が得られる、ピッチ角とロール角を見出す走査方法が考えられる。
さらに、他の方法として山登り法(ｈｉｌｌ ｃｌｉｍｂ法)を利用する方法が考えられる。

また、切削台１０の上方には、例えば、ガイドレール２１と同じＸ方向に延びる水平ガイドレール４０が図示しない支持部によって取り付けられている。水平ガイドレール４０の下方に位置した状態で、自動薄切装置３側から順に水（液体）Ｗを貯留した水槽４１と、未使用のスライドガラスＧを収納するスライドガラス収納棚４２と、作製された薄切片標本Ｈを収納する収納棚４３とが設けられている。

また、水平ガイドレール４０には、該水平ガイドレール４０に沿って移動可能な水平ステージ４５が取り付けられている。そして、この水平ステージ４５には、Ｚ方向に移動可能であると共に、試料ブロックＢから切り出された薄切片Ｂ１を、例えば静電気を利用して先端に吸着可能なアーム部４６が取り付けられている。なお、静電気に限られず、吸引力や接着剤等を利用して薄切片Ｂ１を捕らえても構わない。
また、アーム部４６は、吸着した薄切片Ｂ１を、自動薄切装置３から水槽４１まで搬送し、貯留された水Ｗの中に浸漬させるようになっている。すなわち、上述した水平ガイドレール４０、水平ステージ４５及びアーム部４６は、前記薄切片ハンドリング機構３６を構成している。

また、水平ガイドレール４０には、前記水平ステージ４５に加え、該水平ガイドレール４０に沿って移動可能な水平ステージ５０が取り付けられている。なお、この水平ステージ５０は、単に水平方向に移動するだけでなく、Ｚ軸周りに回転可能とされている。この水平ステージ５０には、Ｚ方向に直交する一軸周りに回転可能な状態でスライドガラス把持ロボット５１が取り付けられている。また、スライドガラス把持ロボット５１は、一定距離離間した状態で平行に配されると共に互いの距離を接近離間自在に調整可能な一対のアーム部５１ａを備えている。

そしてこれら水平ステージ５０及びスライドガラス把持ロボット５１をそれぞれ適宜作動させることで、スライドガラス収納棚４２から未使用のスライドガラスＧを把持すると共に、水槽４１内に浮いている薄切片Ｂ１を、把持したスライドガラスＧ上に転写して薄切片標本Ｈを作製することができるようになっている。更には、作製した薄切片標本Ｈを収納棚４３に収納することもできるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
これら上述した水平ガイドレール４０、水平ステージ５０及びスライドガラス把持ロボット５１は、前記スライドガラスハンドリングロボット５を構成している。
なお、本実施の形態では、水平ガイドレール４０が、薄切片ハンドリング機構３６及びスライドガラスハンドリングロボット５を共に構成する兼用部品となっている。

また、自動薄切装置３の前段は、図１に示すように、Ｚ方向に延びるＺ軸ガイドレール５５が取り付けられている。このＺ軸ガイドレール５５には、Ｚ軸ガイドレール５５に沿って移動可能な昇降ステージ５６が取り付けられている。また、昇降ステージ５６には、水平方向に延びた水平ガイドレール５７が取り付けられている。この際、水平ガイドレール５７の一端側は、自動薄切装置３側まで延びている。そして、この水平ガイドレール５７に、該水平ガイドレール５７に沿って移動可能な水平ステージ５８が取り付けられている。なお、水平ステージ５８は、単に水平方向に移動するだけでなく、Ｚ軸周りに回転可能とされている。

また、水平ステージ５８には、一定距離離間した状態で平行に配されると共に、互いの距離を接近離間自在に調整可能な一対のアーム部５９ａを有する把持ロボット５９が取り付けられている。そして、昇降ステージ５６、水平ステージ５８及び把持ロボット５９をそれぞれ適宜作動させることで、試料ブロックＢを切削台１０上に搬送することができるようになっている。
上述したＺ軸ガイドレール５５、昇降ステージ５６、水平ガイドレール５７、水平ステージ５８及び把持ロボット５９は、前記ブロックハンドリングロボット２を構成している。

次に、このように構成された自動薄切片標本作製装置１により、試料ブロックＢから数枚の薄切片標本Ｈを作製する場合について、以下に説明する。
まず、作業者は、予め冷却された試料ブロックＢを、ブロックハンドリングロボット２の把持ロボット５９が有する一対のアーム部５９ａ間に位置させる。すると、把持ロボット５９は、試料ブロックＢが載置されているカセット２０を一対のアーム部５９ａで挟持し、試料ブロックＢを作業者から受け取る。そして、ブロックハンドリングロボット２は、試料ブロックＢを受け取った後、カセット２０を挟持したまま昇降ステージ５６及び水平ステージ５８を適宜作動させて、試料ブロックＢを、出入口を介して自動薄切装置３側に搬送して切削台１０上に載置する。

切削台１０の試料ブロックホルダ１１上に試料ブロックＢが載置されると、図示しない固定手段によって、自動的に試料ブロックＢが所定位置に位置きめされて固定される。一方、薄切片ハンドリング機構３６の水平ステージ４５は、水平ガイドレール４０に沿って移動して、アーム部４６の先端が試料ブロックＢの切削開始位置近傍に待機した状態となる。
次いで、切削台１０をガイドレール２１に沿って移動させて、試料ブロックＢの切削を行う。切削には粗削りと本削りがある。まず、切り込み量が大きい粗削りを行うが、それが完了した時点で、ナイフ１４を取り替え、試料ブロックＢを所定の厚み（例えば、５μｍ）でシート状にスライスする、いわゆる本削りを行う。これにより、試料ブロックＢから薄切片Ｂ１を採取することができる。
以上が、一般的に行われる、新規な試料ブロックからの薄切片Ｂ１を採取する自動薄切方法である。

一方、切削台から一旦取り外した試料ブロックを、再度切削台にセットして、該試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取する場合、あるいは、事前に、この装置あるいは別の装置で粗削りまで完了した試料ブロックを、切削台にセットして、該試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取する場合の薄切片を採取する自動薄切方法について説明する。
まず、切削台１０の試料ブロックホルダ１１に、薄切片採取済の試料ブロックＢまたは粗削りが完了した試料ブロックＢを、人手により、あるいはブロックハンドリングロボット２を利用して、載置固定する(試料ブロック取付工程)。

ついで、試料ブロックホルダ１１に固定した試料ブロックＢの既切削面Ｂ２に対し、落射照明手段１６により、上方から平行光を照射する（照明工程）。
つまり、光源２７を発光させて、そこから発せられる光を、遮光板２８のピンホール２８ａ、コリメータレンズ２９及びハーフミラー３０を介して、既切削面Ｂ２に導き、この既切削面Ｂ２を照射する。
照射された光は既切削面Ｂ２に当たりここで反射される。この反射光は、ハーフミラー３０を透過し、結像レンズ１７Ｂで屈曲された後、撮像素子１７Ａ上で結像される。つまり、撮像素子１７Ａによって既切削面Ｂ２を撮像する(撮像工程)。
ただし、撮像素子１７Ａによって既切削面Ｂ２を撮像することができるのは、既切削面Ｂ２が、ナイフ１４による仮想切削面１４Ａと平行となったときのみである。それ以外の場合には、ほとんど撮像素子１７Ａによって既切削面Ｂ２を撮像することはできない。

そこで、画像処理制御手段１８からホルダ傾斜角制御手段１３に発せられる信号に基づき、ホルダ傾斜角可変手段１２を介して試料ブロックホルダ１１、つまり試料ブロックＢの既切削面Ｂ２の傾きを変えながら、その都度、撮像素子１７Ａによって既切削面の画像情報を得る。そして、その画像情報から光強度の積分値（輝度の積分値）を算出部３２により算出する。すなわち、撮像素子１７Ａによる既切削面の画像情報の各画素の光強度を全画素に渡って加算した値を光強度の積分値として算出する。この求めた積分値を、そのときの試料ブロックホルダの傾きを表すロール角及びピッチ角とそれぞれ関連付けて記憶部３３に記憶する。一方、選択部３４によって、算出部３２によって算出した複数の積分値のうちから最大値を選択するとともに、記憶部３３に記憶された情報から、最大の積分値がえられたときのロール角及びピッチ角を読み出す。こうして読み出されたロール角及びピッチ角の情報は、ホルダ傾斜角制御手段１３を介してホルダ傾斜角可変手段１２に送られる。これにより、試料ブロックＢの既切削面Ｂ２の傾きを決定することができる（試料ブロック傾斜角決定工程）。

つまり、このように既切削面Ｂ２を決定したとき、この既切削面Ｂ２は、ナイフ１４による仮想切削面１４Ａと平行となっている。つまり、面合わせが完了したことになる。その後、ホルダ傾斜角制御手段１３を介して昇降モータ２２Ａを操作し、切削台１０を昇降させてナイフ１４による切削が可能な高さに調整する。ついで、切削台１０を、ガイドレール２１に沿って移動させ、ナイフ１４により、試料ブロックＢの前記既切削面Ｂ２から連続して所定厚さの薄切片を切削する（切削工程）。

以上の操作によって、切削台から一旦取り外した試料ブロックや、この装置とは別の装置で粗削りまで完了した試料ブロックに対して、既切削面Ｂ２から連続して薄切片Ｂ１を採取することができる。

このように採取した薄切片Ｂ１は、試料ブロックＢの切削開始位置近傍に先端が待機したアーム部４６により、ナイフ１４によって試料ブロックＢから切り出され始めた時点で静電気によって吸着される。そして、切削台１０の移動に合わせて、アーム部４６が取り付けられた水平ステージ４５が水平ガイドレール４０に沿って動く。これにより、薄切片Ｂ１に外力を加えることなく、アーム部４６の先端に、薄切片Ｂ１を確実に吸着させることができる。

薄切片ハンドリング機構３６は、アーム部４６の先端に薄切片Ｂ１を吸着した後、水平ステージ４５を移動させて薄切片Ｂ１を所定位置まで搬送する。そして、伸展機構４が有する水槽４１の上方にアーム部４６が達したときに、該アーム部４６をＺ方向に下降させて先端を水Ｗの中に入れる。これにより、アーム部４６の先端に吸着されていた薄切片Ｂ１は、吸着が解かれて水Ｗの中に浸漬されて浮かんだ状態となる。水Ｗの中に浸漬された薄切片Ｂ１は、表面張力により切削時に生じた皺や丸みが取れて延び、伸展した状態となる。

一方、上述した薄切片Ｂ１の切り出し及び搬送に合わせて、スライドガラスハンドリングロボット５は、水平ステージ５０及びスライドガラス把持ロボット５１を適宜作動させて、スライドガラス収納棚４２から未使用のスライドガラスＧを１枚取り出し、水槽４１上方にて待機している。
すなわち、まず水平ステージ５０及びスライドガラス把持ロボット５１を適宜作動させて、スライドガラス把持ロボット５１の一対のアーム部５１ａをスライドガラス収納棚４２に挿し込ませる。次いで、一対のアーム部５１ａを互いに接近させるように作動させて、未使用のスライドガラスＧを１枚挟み込んで挟持固定する。そして、スライドガラスＧを挟持したまま、再度水平ステージ５０及びスライドガラス把持ロボット５１を適宜作動させて、スライドガラスＧを引き出し、水槽４１上方に移動させる。そしてこの状態のまま、水槽４１に薄切片Ｂ１が搬送されてくるまで待機する。

そして、上述したように水槽４１内に薄切片Ｂ１が搬送されて、水Ｗの中に浸漬された状態が一定時間経過した後、図１に示すように、スライドガラスハンドリングロボット５は、水平ステージ５０及びスライドガラス把持ロボット５１を適宜作動させて、把持しているスライドガラスＧを用いて水Ｗに浮かんでいる薄切片Ｂ１を掬い上げる。これにより薄切片Ｂ１は、スライドガラスＧ上に転写された状態となる。その結果、薄切片標本Ｈが作製される。最後にスライドガラスハンドリングロボット５は、作製した薄切片標本Ｈを収納棚４３まで搬送し、該収納棚４３に入れて保管する。

なお、ブロックハンドリングロボット２は、薄切片Ｂ１の作製が終了すると、使用済みの試料ブロックＢを切削台１０上から別の所定位置に搬送する。これにより作業者は、使用済みの試料ブロックＢを、新しい次の試料ブロックＢに取り替えることができる。そして、上述した各工程を繰り返すことで、次の試料ブロックＢから必要枚数の薄切片標本Ｈを自動的に作製することができる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限られることなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々設計変形可能である。
例えば、前記実施の形態では、試料ブロックＢの切削面Ｂ２の法線方向に、それぞれ落射照明手段１６と撮像手段１７を配置しているが、これに限られることなく、前記切削面Ｂ２を間に挟むよう、一方に落射照明手段１６を配置させるとともに、他方に撮像手段１７を配置させてもよい。

本発明に係る自動薄切片標本作製装置及び自動薄切装置の第１実施の形態を示す構成図である。 図１に示す自動薄切装置を示す概略構成図である。 図１に示す自動薄切片標本作製装置の切削台を示す斜視図である。

符号の説明

Ｂ試料ブロック Ｂ１薄切片 Ｇスライドガラス（基板） Ｈ薄切片標本 Ｓ生体組織（生体試料） １自動薄切片標本作製装置 ２ ブロックハンドリングロボット（ブロック搬送手段） ３自動薄切装置 ４伸展機構（伸展手段） ５スライドガラスハンドリングロボット（転写手段） １０切削台 １１試料ブロックホルダ １２ホルダ傾斜角可変手段 １３ホルダ傾斜角制御手段 １４ナイフ １５切削手段 １６落射照明手段 １７撮像手段 １８画像処理制御手段 ２１ガイドレール ２２Ｚステージ ２３ロールステージ ２３Ａロールモータ（ロール角調整部） ２４ピッチステージ ２４Ａピッチモータ（ピッチ角調整部） ３２算出部 ３３記憶部 ３４選択部 ３６薄切片ハンドリング機構（薄切片搬送手段）。

Claims (5)

1. 切削台に設けられ、試料ブロックを固定する試料ブロックホルダの傾きを変えるホルダ傾斜角可変手段と、
   該ホルダ傾斜角可変手段を制御するホルダ傾斜角制御手段と、
   前記試料ブロックホルダに保持された前記試料ブロックの切削面に、その上方から平行光を照射する落射照明手段と、
   該落射照明手段から前記試料ブロックの切削面に平行光が照射された状態で、該切削面を撮像する撮像手段と、
   前記ホルダ傾斜角制御手段からの指令信号により前記ホルダ傾斜角可変手段を介して前記試料ブロックホルダの傾きを変えながら、その都度、前記撮像手段による前記切削面の画像情報から光強度の積分値を求め、その積分値が最も大なるときの前記試料ブロックホルダの傾きを決定する画像処理制御手段と、
   前記光強度の積分値が最も大なるよう、前記画像処理制御手段によって決定された傾きに設定された試料ブロックホルダに保持された試料ブロックに対してナイフを相対移動させて、前記試料ブロックの切削面から所定厚さの薄切片を切削する切削手段と、
   を備えたことを特徴とする自動薄切装置。
2. 前記ホルダ傾斜角可変手段が、前記試料ブロックホルダの縦方向の傾きを調整するピッチ角調整部と、前記試料ブロックホルダの横方向の傾きを調整するロール角調整部とを備えることを特徴とする請求項１記載の自動薄切装置。
3. 前記画像処理制御手段が、前記撮像手段による前記切削面の画像情報から光強度の積分値を算出する算出部と、該算出部によって算出した、前記試料ブロックホルダの異なる傾きごとの複数の積分値のうちから最大値を選択する選択部とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の自動薄切装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の自動薄切装置と、
   前記自動薄切装置によって採取され、さらに該自動薄切装置から薄切片搬送手段によって搬送された前記薄切片を、少なくとも液体内に浸漬させて伸展させる伸展手段と、
   伸展された前記薄切片を、基板上に転写させて薄切片標本を作製する転写手段とを備えていることを特徴とする自動薄切片標本作製装置。
5. 切削台から一旦取り外した試料ブロックを、再度切削台にセットして、該試料ブロックの既切削面から連続して薄切片を採取する自動薄切方法であって、
   前記切削台の試料ブロックホルダに前記試料ブロックを取り付けて固定する試料ブロック取付工程と、
   試料ブロックホルダに固定された前記試料ブロックの既切削面に、その上方から平行光を照射する照明工程と、
   該照明工程による前記試料ブロックの既切削面に平行光が照射された状態で、該既切削面を撮像する撮像工程と、
   前記試料ブロックの傾きを変えながら、その都度、前記撮像手段による前記既切削面の画像情報から光強度の積分値を求め、その積分値が最も大なるように、前記試料ブロックの傾きを決定する試料ブロック傾斜角決定工程と、
   該試料ブロック傾斜角決定工程で決定された傾きの前記試料ブロックに対してナイフを相対移動させて、試料ブロックの前記既切削面から連続して所定厚さの薄切片を切削する切削工程と、
   を備えたことを特徴とする自動薄切方法。

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