JP6013142B2 - 薄切片作製装置 - Google Patents
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Description
従来、薄切片を作製する作業は、鋭利な薄い切断刃を使用して熟練の作業者による手作業で行っていたが、近年、薄切片を作製する作業を自動で行うことができる自動薄切装置が提供されはじめている。この自動薄切装置によれば、作業者に負担をかけることなく薄切片を作製し続けることが可能とされている。
ここで、切削により得られた薄切片は、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、カールした状態になり易い。そのため、切削により得られた薄切片は、水面に浮かべられ、皺やカールが取り除かれる(伸展工程)。
その後、水面に浮かべられた薄切片は、スライドガラス等の基板で掬い取られ、基板上に載置される。これにより、薄切片標本を作製することができる。
また、上述した伸展工程においては、薄切片を基板で掬って基板上に載置する際に、基板に対する薄切片の向きが水面上でばらつくため、基板で掬い上げた薄切片の一部がその基板からはみ出てしまい、基板上に載置できないことがある。
この構成では、把持部により中継体を把持した状態で、水面に浮かべられた薄切片を中継体の定着面上に掬い上げた後、中継体を回転台にセットする。そして、回転軸回りに中継体を回転させた後、基板に受け渡す。これにより、基板に対する薄切片の相対的な向きを設定できるので、基板上に薄切片を予め決められた向きで載置することができるとされている。
(1)生体試料が包埋された包埋ブロックから薄切片を切削し、前記薄切片を基板上に載置して薄切片標本を作製する薄切片作製装置であって、前記包埋ブロックの表面のうち、第1辺が延在するX軸方向に沿って前記包埋ブロックに対して相対移動するとともに、所定の引き角をもって前記包埋ブロックを薄切する切断刃と、液体が貯留されるとともに、切り出された前記薄切片を前記液体に浮かべて前記薄切片を伸展させる貯留槽と、一端部が前記切断刃の刃先に近接した状態で配置される一方、他端部が前記液体内に浸漬され、前記薄切片が前記第1辺を前記X軸方向に向けた状態で、前記包埋ブロックの表面の平面視で前記X軸方向に交差する方向に搬送される搬送体と、前記平面視で前記基板の第1辺を前記X軸方向に沿うようにセットし、前記貯留槽に浮かべられた前記薄切片を前記基板上に載置する基板載置機構と、前記搬送体と前記基板載置機構との間に設けられ、外面上に前記薄切片が載置された状態で回転することで、前記薄切片を前記基板載置機構に向けて搬送する回転体と、を備え、前記回転体は、一部が前記液槽の前記液体に浸漬された状態で、前記平面視で前記X軸方向に直交するY軸回りに回転可能に構成した。
また、従来のように複数の駆動軸を設ける必要もないので、構成の簡素化を図った上で、低コスト化を実現できる。
この構成によれば、薄切片が面方向で間隔をあけて支持されるので、搬送体と回転体との間で液面に浮かべられた際に薄切片との間に混入した気泡を上述した間隔を通して除去することができる。そのため、基板に薄切片を載置する際に、基板と薄切片との間に気泡が混入するのを抑制して、基板と薄切片との密着性を向上させることができる。これにより、より信頼性の高い薄切片標本を作製できるので、後工程(例えば、染色工程等)をスムーズに行うことができる。
この構成によれば、スライド機構による切断刃の刃先方向に沿う移動速度ベクトルのY軸方向成分により、搬送体による搬送方向に沿う搬送速度ベクトルのY軸方向成分がキャンセルされ、薄切片は回転体に対してあたかもX軸方向のみに相対移動するようになる。そのため、一枚の薄切片において、回転体に乗り上げた部分と、搬送体及び液面上に位置する部分と、の間でのY軸方向に沿う移動速度の差を縮小することができる。これにより、薄切片の皺や破れ等を抑えた上で、薄切片を回転体にスムーズに受け渡すことができる。
<自動薄切装置の構成>
図1は自動薄切装置1で搬送される包埋ブロックBの斜視図であり、図2は自動薄切装置1で作製される薄切片標本Hの斜視図である。
本実施形態の自動薄切装置1(図3参照)は、図1に示すように、生体試料Sが包埋材であるパラフィンPによって包埋された包埋ブロックBを例えば3μm〜5μmの厚みに薄切する装置である。したがって、この自動薄切装置1によって、図2に示す薄切片Mを作製することが可能とされている。
また、本実施形態の自動薄切装置1は、薄切片Mを作製するだけでなく、薄切片MをスライドガラスG等の基板上に転写させて薄切片標本Hを作製した後、薄切片標本Hをバスケットに収納する作業を自動的に行うことが可能とされている。
このカセットKは、耐薬品性を有する樹脂等により箱状に形成されたものであり、包埋ブロックBを固定する固定台としての役割を果している。カセットKの一側面は、下方に面が向いた傾斜面K1とされている。この傾斜面K1には、カセットKの製造番号や、包埋ブロックBの作製日、生体試料Sの各種データ等を含む図示しないIDデータが記録されている。そのため、このIDデータを読み取ることで、包埋ブロックBの品質管理を行うことが可能とされている。
本実施形態では、はじめに自動薄切装置1を構成する各構成品を順次簡単に説明し、その後、必要な構成品について詳細に説明する。
上述した装置ケース11は、内部が密閉可能とされているうえ、例えば湿度や温度等の環境条件を所望する条件に設定可能とされている。装置ケース11の壁面には、作業者が開閉操作するアクセス扉11aが設けられている。このアクセス扉11aは、マガジン2を装着或いは取り出す際に用いる扉であり、このアクセス扉11aを開けることでマガジン2が装着されるカルーセル3にアクセスすることが可能とされる。
上述したマガジン2は、全体として縦長の直方体状に形成された収納ケースであり、カセットKに固定された複数の包埋ブロックBを高さ方向に並べた状態で収納することが可能とされている。このマガジン2は、正面が開口した箱型のマガジン本体2Aと、マガジン本体2Aに固定された開閉扉2Bと、で主に構成されている。
開閉扉2Bは、閉状態になったときに、マガジン本体2Aに収納されている複数の包埋ブロックBの一部を覆って脱落を防止している。これにより、作業者は、包埋ブロックBの落下に注意を払うことなくマガジン2を安心して持ち運びすることが可能とされる。
上述したように構成されたマガジン2は、カルーセル3に対して離脱自在に装着可能とされている。図示の例では、カルーセル3に対して同時に6個のマガジン2が装着された状態を例に挙げている。
このカルーセル3は、装置ケース11のアクセス扉11aを開けることで外部からアクセス可能な位置に配設されている。これにより、作業者は、手動でマガジン2をカルーセル3に装着したり、カルーセル3から取り外したりすることが可能とされている。
なお、図3では、カルーセル3の図示を簡略化している。
また、カルーセル3に隣接する位置には、上述したブロック取出し位置に位置しているマガジン2に収納されている、各包埋ブロックBのカセットKに印字されたIDデータを読み取る読取部20が配設されている。
この読取部20と、ブロック取出し位置に位置しているマガジン2とは、互いに例えば上下方向に相対移動可能とされており、その相対移動により、マガジン2に収納されている全ての包埋ブロックBのカセットKに印字されたIDデータを読み取ることが可能とされる。なお、読取部20は、IDデータを光学的に読み取り、読み取ったIDデータを制御部12に出力する。
ブロック搬送機構5は、包埋ブロックBを固定しているカセットKを挟持可能なハンド部5Aを備えるハンドリングロボットであり、カルーセル3に隣接する位置に配置されている。そして、このブロック搬送機構5は、制御部12からの指示に基づいて、カルーセル3に装着されたマガジン2のうち上述したブロック取出し位置に位置しているマガジン2に収納された包埋ブロックBの1つをハンド部5Aで把持し、把持した包埋ブロックBをマガジン2に対して出し入れしたり、ステージ4上に載置したりすることが可能とされている。
ステージ4は、内部にアクチュエータが組み込まれており、制御部12からの指示に基づいて適宜上下移動するように構成されている。これにより、ステージ4上に載置された包埋ブロックBを高さ調整することができ、所望する厚み(例えば、5μm)で薄切することが可能とされている。
なお、このステージ4は、垂直軸回りの回転と、水平軸(2軸)回りの揺動とが可能とされた多軸のステージとされている。そのため、包埋ブロックBの姿勢を自在にコントロールして、包埋ブロックBの向きや傾き等を所望する状態に設定することが可能とされている。
薄切機構6は、ステージ4の近傍に配設された切断刃21と、切断刃21を交換可能に保持するホルダ22と、切断刃21に対してステージ4を移動させて、切断刃21によって包埋ブロックBの薄切を行わせる移動機構23と、を備えている。
ホルダ22は、刃先21aを外側に露出させた状態で切断刃21が載置される載置プレート22Aと、載置された切断刃21を載置プレート22Aに押さえ付けてクランプ固定する押さえプレート22Bと、で主に構成されている。
なお、ステージ4は、移動機構23による往復移動に応じて、包埋ブロックBを所定量上昇させている。これにより、包埋ブロックBを所定の厚みで切削して薄切片Mを作製することが可能とされる。
いずれにしても、包埋ブロックBと切断刃21とを相対的に移動させて、切断刃21によって薄切を行うことができれば移動機構23は、どのように設計しても構わない。
ところで、上述した切断刃21は、収納ケース25内に多段に積層された状態で複数枚収納されており、切断刃搬送機構26によって必要に応じて1枚ずつ取り出された後、ホルダ22に搬送されてクランプ固定される。つまり、切断刃21は所定のタイミングで交換可能とされている。
切断刃搬送機構26は、制御部12からの指示に基づいて、収納ケース25から取り出した新しい切断刃21を、ホルダ22における載置プレート22Aと押さえプレート22Bとの間に挿入し、且つ使用済みの切断刃21をホルダ22から押し出すように搬送する。これにより、切断刃21の交換がなされ、ホルダ22の押さえプレート22Bは新しい切断刃21がセットされたことを受けて、制御部12の指示によりクランプ固定を行うように作動する。
なお、ホルダ22から押し出された使用済みの切断刃21は、図示しない廃棄シュータ等を経由した後、図示しない廃棄ボトル等に廃棄される。
また、ステージ4の上方には、ステージ4上に載置された包埋ブロックBを撮像する第1撮像カメラ27が配設されている。この第1撮像カメラ27は、図示しない光源からの照明光によって照明された包埋ブロックBを撮像する。この際、照明光の種類(例えば、落射照明光や拡散照明光)によって、包埋ブロックBの表面状態や内部状態を撮像することが可能とされている。
なお、撮像された撮像画像は、制御部12に送られて記録されるとともに、例えば制御部12に接続されたモニタ12aに表示される。
薄切片搬送機構8は、制御部12からの指示に基づいて、薄切機構6によって切り出された薄切片Mを貯留槽7まで搬送して液面に浮かべる機構であり、例えば搬送ベルトやテープ等を利用することが可能である。
貯留槽7内には、所定温度に調整された水等の液体Wが貯留されており、表面張力を利用して液面に浮かべられた薄切片Mを伸展させている。なお、貯留される液体Wは、図示しない循環管路によって必要に応じて貯留槽7から排出されると同時に、貯留槽7内に供給される。これにより、貯留槽7内には常時清浄な液体Wが貯留されている。
スライドガラスハンドリング機構9は、スライドガラスGを把持可能なハンド部9Aを備えるハンドリングロボットであり、貯留槽7に隣接する位置に配置されている。そして、このスライドガラスハンドリング機構9は、制御部12からの指示に基づいて作動し、液面に浮かんで伸展がなされた薄切片Mを、ハンド部9Aで把持したスライドガラスG上に掬い取ることで転写して、薄切片標本Hを作製することが可能とされている。
スライドガラス収納部31は、貯留槽7の近傍に配設されており、内部に未使用のスライドガラスGが例えば数十〜数百枚収納されている。
上述した標本搬送ベルト30は、例えば制御部12からの指示に基づいて駆動する駆動プーリ32Aと従動プーリ32Bとの間に巻回された搬送ベルトであり、駆動プーリ32Aの駆動によって薄切片標本Hを下流側に搬送することが可能とされている。
標本搬送ベルト30の下流側には、所定温度に加熱されたホットプレート33が配設されており、標本搬送ベルト30上に載置されている薄切片標本Hを、標本搬送ベルト30を間に挟んで加熱している。これにより、薄切片標本Hに残っている余分な液体Wを蒸発により除去でき、スライドガラスGと薄切片Mとの間に液体Wが存在してしまうことを防止しつつ、薄切片Mのさらなる伸展を行うことが可能とされる。
また、本実施形態では、標本搬送ベルト30によって薄切片標本Hをホットプレート33が配設された下流側まで搬送するまで間に、第2撮像カメラ34を利用した薄切片Mにおける薄切状態の撮像と、記録部35を利用したスライドガラスGへの個別データの印字と、を行う。
第2撮像カメラ34は、標本搬送ベルト30の上方に配設され、標本搬送ベルト30上に載置された薄切片標本Hが下流側に搬送されるまでの間に薄切片Mを撮像し、その撮像画像を制御部12に送っている。この制御部12に送られた第2撮像カメラ34の撮像画像は、制御部12に記録されるとともに、例えばモニタ12aに表示される。
スライドガラス収納機構10は、標本搬送ベルト30の上方に配設されており、制御部12からの指示に基づいて、ホットプレート33によって加熱がなされた標本搬送ベルト30上の薄切片標本Hを、バスケットJ内に収納する機構とされている。このような機構としては、例えばシリンダによって駆動される押出しロッド等を利用して薄切片標本Hを標本搬送ベルト30上から押し出すことでバスケットJ内に収納しても構わないし、ロボットハンド等を利用して薄切片標本HをバスケットJ内に収納しても構わない。
バスケットJは、例えば染色籠であり、薄切片標本Hを数枚〜数十枚毎、一度に収納可能とされており、バスケット収納部36内に予め複数収納されている。そして、バスケット収納部36内に収納されているバスケットJは、制御部12からの指示に基づいて作動するバスケット供給機構37によって順次取り出された後、標本収納位置P1にセットされる。そして、この標本収納位置P1において、バスケットJ内に薄切片標本Hが収納される。
次に、上述した各構成品のうち、薄切機構6、薄切片搬送機構8、貯留槽7、スライドガラスハンドリング機構9を含む薄切片作製装置51の構成をさらに詳細に説明する。図4は図5のA−A線に相当する薄切片作製装置51の概略側面図であり、図5は薄切片作製装置51の概略平面図である。なお、以下の説明では、上下方向をZ軸方向、Z軸方向に直交する水平面上において、ステージ4の後述する移動方向をX軸方向、X軸方向に直交する方向をY軸方向として説明する。
図4、図5に示すように、薄切機構6の移動機構23は、X軸方向に沿って往復移動可能に構成されており、ステージ4上に載置される包埋ブロックBの表面のうち、第1辺(長手方向に沿う辺)に沿って包埋ブロックBを移動させる。
ここで、図4〜図6に示すように、上述した貯留槽7内のうち、薄切片搬送機構8の搬送ベルト53の他端部と、スライドガラスハンドリング機構9によるスライドガラスGの浸漬位置と、の間には、回転体61が浸漬されている。回転体61は、図示しない駆動手段によりY軸回りに回転可能に支持された回転軸62と、回転軸62に取り付けられた薄切片支持体63と、を備えている。
そして、薄切片支持体63は、リング部材64の外周面上で薄切片Mを支持した状態で、回転軸62の回転に伴いY軸回りに回転することで、薄切片MをX軸方向に沿って搬送する(搬送方向T3参照)。
すなわち、スライド機構55による切断刃21の刃先方向T1に沿う移動速度ベクトルV1のY軸方向成分V1yと、搬送ベルト53による走行方向T2に沿う搬送速度ベクトルV2のY軸方向成分V2yと、が互いに逆方向で等しく作用し、かつ移動速度ベクトルV1のX軸方向成分V1xと、搬送速度ベクトルV2のX軸方向成分V2xと、が同方向に作用するように制御する。具体的に、制御部12は、少なくともV1cosθ2−V2sinθ2=0になるように制御する。
また、制御部12は、回転体61の回転速度を搬送ベルト53の走行速度以下に制御する。
次に、上述したように構成された自動薄切装置1の作用について説明する。
なお、本実施形態では、はじめに薄切片標本Hが作製されるまでの全体の流れを簡単に説明し、その後、部分的な工程の流れを詳細に説明する。
事前準備終了後、作業者は制御部12を介して装置ケース11内の各構成品の作動を開始させる。
まず、ステージ4を高さ調整して、包埋ブロックBの上面を所望する高さ位置に調整する。そして、薄切機構6における移動機構23がステージ4を往復移動させることで、ホルダ22によってクランプ固定した切断刃21により包埋ブロックBを薄切する。これにより、包埋ブロックBを粗削りして面だしを行うことができる。
次いで、制御部12はスライドガラスハンドリング機構9を作動させて、液面に浮かんだ薄切片MをスライドガラスG上に掬い取らせ、薄切片標本Hを作製させる。スライドガラスハンドリング機構9は、作製した薄切片標本Hを標本搬送ベルト30上に載置して受け渡す。
制御部12は、第2撮像カメラ34から送られてきた撮像画像に基づいて、本削りされた薄切片Mが適切に薄切されたか否かの良否判断を行う。ここで、制御部12が良品と判断した場合には、記録部35を作動させて、カセットKから読み取ったIDデータと対応付けた個別データを薄切片標本HのスライドガラスGに記録させる。
ところで、上述した良否判断を行った結果、制御部12が不良品と判断した場合には、スライドガラス収納機構10を作動させずに、薄切片標本Hを標本搬送ベルト30から図示しない不良排出シュータへの受け渡しを行う。これにより、不良品とされた薄切片標本HはバスケットJに収納されることなく、回収される。
これにより、作業者は保管庫から適宜バスケットJを取り出すことで、そのまま生体試料Sの染色工程に移行することができ、非常に使い易い。特に、同じ染色作業を行う薄切片標本H同士を同一のバスケットJに集約することも可能であるので、使い易く利便性に優れている。
まず、スライドガラスGを貯留槽7の浸漬位置に浸漬させる浸漬工程を行う。具体的に、制御部12は、スライドガラスハンドリング機構9の駆動手段を作動させ、ハンド部9Aをスライドガラス収納部31まで移動させる。そして、制御部12は、スライドガラス収納部31に収納された新たなスライドガラスGをハンド部9Aにより把持させた後、今度はハンド部9Aを貯留槽7まで移動させる。その後、制御部12は、貯留槽7内の浸漬位置において、スライドガラスGの他端部が液面に対して所定角度θ4傾いた状態で浸漬されるように、ハンド部9Aを移動させる。この際、XY平面の平面視において、スライドガラスGの長手方向に沿う第1辺がX軸方向に一致するようにスライドガラスGを浸漬させる。これにより、浸漬工程が完了する。
そして、薄切片Mが転写されたスライドガラスGは、スライドガラスハンドリング機構9により搬送されてスライドガラス収納部31に収納される。
また、従来のように複数の駆動軸を設ける必要もないので、構成の簡素化を図った上で、低コスト化を実現できる。
例えば、上述の実施形態では、搬送ベルト53やスライドガラスGを液面に対して傾けてセットした場合について説明したが、これに限らず、液面に対して垂直に配置しても構わない。
また、回転体61は、常に回転していてもよく、薄切片Mの先端部が回転体61に到達したことを検出して回転を開始し、薄切片Mの後端部が回転体61を通過したことを検出して回転を停止しても構わない。
また、上述した実施形態では、薄切片Mが回転体61に到達した時点で、スライド機構55を作動させる構成について説明したが、これに限らず、例えば薄切片Mが搬送ベルト53から液面に離脱した時点でスライドさせる構成にしても構わない。
また、上述した実施形態では、スライドガラスGや薄切片M等の長手方向に沿う辺を第1辺として説明したが、これに限らず、短手方向に沿う辺を第1辺としても構わない。
さらに、上述した実施形態では、本発明の薄切片作製装置51を自動薄切装置1に組み込んだ場合について説明したが、これに限らず、薄切片作製装置51のみを単体で用いても構わない。
また、上述した実施形態では、カルーセル3に対して同時に6個のマガジン2が装着された状態を例にして説明したが、これに限られない。
Claims (3)
- 生体試料が包埋された包埋ブロックから薄切片を切削し、前記薄切片を基板上に載置して薄切片標本を作製する薄切片作製装置であって、
前記包埋ブロックの表面のうち、第1辺が延在するX軸方向に沿って前記包埋ブロックに対して相対移動するとともに、所定の引き角をもって前記包埋ブロックを薄切する切断刃と、
液体が貯留されるとともに、切り出された前記薄切片を前記液体に浮かべて前記薄切片を伸展させる貯留槽と、
一端部が前記切断刃の刃先に近接した状態で配置される一方、他端部が前記液体内に浸漬され、前記薄切片が前記第1辺を前記X軸方向に向けた状態で、前記包埋ブロックの表面の平面視で前記X軸方向に交差する方向に搬送される搬送体と、
前記平面視で前記基板の第1辺を前記X軸方向に沿うようにセットし、前記貯留槽に浮かべられた前記薄切片を前記基板上に載置する基板載置機構と、
前記搬送体と前記基板載置機構との間に設けられ、外面上に前記薄切片が載置された状態で回転することで、前記薄切片を前記基板載置機構に向けて搬送する回転体と、を備え、
前記回転体は、一部が前記液槽の前記液体に浸漬された状態で、前記平面視で前記X軸方向に直交するY軸回りに回転可能に構成されていることを特徴とする薄切片作製装置。 - 前記回転体は、前記薄切片を面方向で間隔をあけて支持する複数の支持部を備えていることを特徴とする請求項1記載の薄切片作製装置。
- 前記搬送体と前記回転体とを前記切断刃の刃先方向に沿って相対的に移動させるスライド機構を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の薄切片作製装置。
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