KR100752820B1 - 조직 어레이 장치 - Google Patents
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Abstract
생물학적 조직의 어레이가 삽입된 조직의 일련의 공여 블록(165)에 있는 관심있는 영역으로부터 코어를 제거함으로써 형성될 수 있다. 제거된 코어는 수용 블록(15)에 있는 규칙적인 어레이에 배치된다. 이는 통상적으로 두 개의 상이한 펀치로 수행되며 하나의 펀치는 관심있는 코어를 얻기 위한 것이고 다른 펀치는 수용 블록(15)에 수용 구멍을 형성시키기 위한 것이다. 본 발명은 두 개의 개별적인 z 축선을 포함하는 시스템을 포함하며, 하나의 z 축선은 각각의 펀치를 위한 것이다. 각각의 펀치는 자체의 탐침을 가지며 각각의 펀치의 축선은 구동장치의 축선에 평행하다. 이와 달리, 본 발명은 단일 z 축선을 제공하여 구성되며, z 축선상의 홀더로 그리고 이 홀더로부터 두 개 이상의 펀치를 자동적으로 변화시키는 장치를 구비한다.
Description
도 1은 작동자의 시각에서 관찰된, 본 발명의 등각 반구성도이다.
도 2는 펀치/탐침 조립체들 중 어느 하나의 종단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 바와 같은 펀치중 하나와 이와 센서의 관계를 도시하는 확대도이다.
도 4는 펀치 변경 조직 어레이 장치의 등각 반구성도이다.
도 5는 클램프형 그리핑 메카니즘의 상세도이다.
도 6은 오리피스형 그리핑 메카니즘의 상세도이다.
생물학적 조직 어레이(arrays of biological tissue)는 삽입된 조직의 일련의 공여 블록에 있는 관심있는 부분으로부터 코어(core)를 제거함으로써 얻을 수 있다. 제거된 코어는 수용 블록의 규칙적인 어레이내에 위치한다. 이것은 일반적으로 두가지 상이한 펀치로 행하여지는데, 하나는 관심있는 코어를 얻기 위한 것이고, 다른 하나는 수용 블록에 수용 홀(hole)을 형성시키기 위한 것이다. 본 발명은 조직 어레이를 자동적으로 형성시킬 수 있는 단순하고 경제적인 시스템 및 장치에 관한 것이다.
생물학적 조직 어레이는 일반적으로 코어내 조직에 대해 처음부터 사용된 동일한 삽입 물질로 제조된 분할가능한 블록에 어레이되는 삽입된 생물학적 조직의 코어의 규칙적인 어레이로 이루어진다. 새로운 블록들이 전통적인 방법(마이크로톰 등)에 의해 분할되어 각각 수십, 수백, 혹은 수천개 이상의 다른 조직 타입을 갖는 다수의 거의 동일한 섹션을 형성할 수 있다. 이들 섹션은 조직화학, 및 다른 실험에 사용될 수 있다. 이들 섹션 중 어느 하나에 대해 수행되는 임의의 시험은 수백 가지의 샘플에 대하여 동시에 효과적으로 수행된다. 그 결과, 수고와 시간을 많이 절약할 수 있고 대조 샘플의 이용가능성과 정교함도 어느 정도 증가한다. 조직 어레이는 전적으로 수동으로 구성되어 왔고(Battifora, H., "The Multitumor(sausage) tissue block: novel Investigation", Vol. 55, pp. 244-248, 1986), 다양한 생물학적 적용을 위해 기계적 메카니즘(Kononen et al., "Tissue microarrays for high-throughput molecular profiling of tumor specimens", Nature Medicine Vol. 4 Number 7 July 1988 ppl. 844-847)이 보조하였다.
수동 기구는 발명의 명칭이 "조직 어레이를 구성하기 위한 장치(Instrument for constructing tissue arrays)"인 US 특허 제 6,103, 518호(레이톤)에 개시되어 있다. 수동 방법은 주로 속도, 정확성 및 증가된 밀도로 인해 장치에 의해 도움을 받는 방법에 의해 대체되어 왔다. 이러한 장치에 있어서, 두개의 중공 침형상 펀치가 사용된다. 약간 더 작은 펀치는 일반적으로 수용 블록에 파라핀 또는 다른 삽입 매개물의 홀을 만드는데 사용된다. 약간 큰 펀치는 공여 블록으로부터 관심있는 삽입될 생물학적 조직의 코어 샘플을 얻는데 사용된다. 이러한 펀치들은 공여 블록으로부터 얻어지는 샘플이 수용 블록에 형성된 홀에 정확히 맞도록 사이징된다. 따라서, 샘플은 수용 블록에 적당하게 맞춰지고, 정밀한 어레이가 형성될 수 있다.
수용 블록은 그것이 제거되고, 하나 이상의 다른 수용 블록으로 교체되어 공여 블록으로부터 하나 초과의 어레이를 형성할 수 있지만, 전체 과정 동안에 적당한 고정장치(fixture)에서 지지된다. 마이크로미터 구동장치 또는 다른 선형 정밀 배치 수단은 수용 블록에 대해 펀치를 또는 펀치에 대해 수용 블록을 배치한다. 공여 펀치는 마이크로 구동장치의 소정 셋팅을 위하여 수용 블록에 수용 펀치가 도달하는 동일한 x, y 위치에 정확하게 도달하는 것이 확실히 바람직하다. 그렇지 않을 경우, 회수된 샘플은 그것에 맞도록 형성된 홀에 매끄럽게 제공되지 않을 것이며, 오히려 손상되거나 손실될 수 있다. 이러한 작동은 신뢰성 있고, 저렴하게 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
코노넨(Kononen) 등은 슬라이드와 구동장치 메카니즘을 사용하여 먼저 수용 펀치를 중앙 위치로 옮기고 그리고 교대로 공여 펀치를 옮기는 것을 고려하였다. 이러한 메카니즘은 성가시고, 비싸며, 느리고, 잘못 어레이된 오류를 내기 쉽다. 45도와 같은 중간각도에서의 슬라이드의 사용은 코노넨 등이 교시하고 있는 바와 같이, 특히 문제가 많은데, 높이 정위(height positioning)에서의 작은 오류가 측면위치에서의 상응하는 오류, 그리고 그 반대를 유발시킬 수 있다.
"조직 어레이를 구성하기 위한 장치(Instrument for constructing tissue arrays)"라는 발명의 명칭의 레이톤에 의한 US 특허 제 6,103,518호는 두개의 펀치가 단일 z축선 슬라이드 또는 구동장치를 공유하도록 하는 터릿(turret) 또는 다른 수단을 교시하고 있다. 이러한 장치는 단순하고, 수동으로 조작되는 장치에 대해서는 적합하지만, 모든 작동이 동력에 의한 작동기(공기, 전기 등)에 의해 작동되는 자동화된 장치에 대해서는 적합하지 않을 수 있다. 특수 메커니즘이 기계화되고 조립되어야 하고, 표준 부품이 이용될 수 없다.
상기 시스템들은 작동은 가능하나, 이러한 시스템보다 덜 로봇화된 부분을 가지지만 완전히 자동화될 수 있는 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 문제가 되는 특징과 느린 속도를 극복하고, 조직 어레이 장치에 두개의 펀치를 교대로 배치하는 단순하면서도 정밀한 수단을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 목적은 튼튼하고 자동화된 장치를 구성하기 위한 수단을 제공하는데 있다.
본 발명은 자체 탐침(상기에서 설명한 장치와는 다른)과 각각이 자체의 z-구동장치(레이톤과는 다른)를 제공하는 완전히 분리된 두개의 펀치(공여 및 수용)를 포함한다. 상이한 영역의 공여 블록과 수용 블록을 임의의 어레이내 펀치 아래에 정위시키기 위해 반드시 필요한 x와 y 구동장치는 요구되는 바와 같이 교대로 어느 한 펀치 하에 관심있는 지점에 위치시키기에 적당한 오프셋 값으로 단순하게 프로그램화할 수 있다.
이러한 오프셋 값이 제어 하에 사용되기 때문에, 또한 추가의 이점을 위하여도 사용될 수 있다. 두 펀치들의 선단부의 위치는 공여 블록 및 수용 블록과 같은 동일한 팰릿에 설치된 센서에 의해 주기적으로 자동적으로 측정될 수 있다. 이들의 위치가 이동할 때마다(아마도, 더 밀집한 블록 또는 불규칙성과 만나기 때문에, 또는 오퍼레이터(operator) 또는 외부 물체에 의해 방해가 되므로써, 또는 단순히 설치된 새로운 펀치에 의해 변경됨으로써), 새로운 위치가 측정되어, 오프셋 값을 업데이트하도록 자동적으로 사용될 수 있다. 이러한
a) 블록을 지지하는 펠릿 상에 설치된 센서에 의해 선단부의 위치를 감지하는 것과
b) 두개의 다른 z구동장치
의 신규한 조합은 시스템이 표준 부품으로 구성되도록 하고 환경적인 변화나 기계적인 움직임에 대하여 강화되도록 한다.
삭제
각각의 z 구동장치는, 펀치의 축에 따른 선 상에서 각각의 펀치를 이동시킨다. 첫번째로, 각각의 구동장치는 예를 들어, 다른 펀치가 사용되는 경우, 또는 x 및/또는 y 구동장치들이 펀치 아래로 블록위의 다른지점을 이동시키기 위해서나 또는 관찰을 위한 경우에 펀치를 완전히 수용 블록과 공여 블록의 밖으로 벗어나도록 움직일 수 있다. 두 번째로, 각각의 구동장치는 예를 들어, 공여 코어를 수용 블록에 정위시키기 위해 펀치를 블록의 표면에 닿거나 또는 거의 닿도록 움직일 수 있다. 세 번째로, 각각의 구동장치는 예를 들어, 공여 블록으로부터 조직 코어를 또는 수용 블록으로부터 빈 코어를 제거하거나 얻는 경우 펀치를 블록내로 이동시킬 수 있다.
두 구동장치 각각은 그것이 적합한 블록을 관통하거나 닿을 수 있도록 하는 것과 마찬가지로 그 펀치를 경로 내로 또는 밖으로 이동할 수 있기 때문에, 두 구동장치 만이 두 펀치에 대해 필요하다. 본 발명의 발명자와 공동 발명자인 동시 계류 중인 출원에 있어서는, 네 개의 구동장치가 필요한데, 두 개는 두 펀치를 위치의 안과 밖으로 이동하기 위한 것이며, 두 개는 두 개의 펀치를 블록의 안과 밖으로 이동하기 위한 것이다. 레이톤의 경우는, 수동 조작이 고려되나, 시스템이 자동화되어야 하고, 두 개의 구동장치가 필요하나, 두가지 상이한 타입의 것으로 필요하다. 하나는 한 위치로부터 다른 위치로 터릿을 토글링(goggling)하기 위하여, 그리고 다른 나머지는 터릿을 상하로 이동하기 위하여 필요하였다. 이것은 두가지 다른 종류의 구동장치가 두가지 상이한 모션 타입을 위해 설계되고 제조되는 것이 필요하기 때문에, 비용의 상승을 초래하였다. 본 발명에서 두개의 구동장치들은 동일하여, 비용 절감 및 단순함을 유도할 수 있다.
두 구동장치 각각은 그것이 적합한 블록을 관통하거나 닿을 수 있도록 하는 것과 마찬가지로 그 펀치를 경로 내로 또는 밖으로 이동할 수 있기 때문에, 두 구동장치 만이 두 펀치에 대해 필요하다. 본 발명의 발명자와 공동 발명자인 동시 계류 중인 출원에 있어서는, 네 개의 구동장치가 필요한데, 두 개는 두 펀치를 위치의 안과 밖으로 이동하기 위한 것이며, 두 개는 두 개의 펀치를 블록의 안과 밖으로 이동하기 위한 것이다. 레이톤의 경우는, 수동 조작이 고려되나, 시스템이 자동화되어야 하고, 두 개의 구동장치가 필요하나, 두가지 상이한 타입의 것으로 필요하다. 하나는 한 위치로부터 다른 위치로 터릿을 토글링(goggling)하기 위하여, 그리고 다른 나머지는 터릿을 상하로 이동하기 위하여 필요하였다. 이것은 두가지 다른 종류의 구동장치가 두가지 상이한 모션 타입을 위해 설계되고 제조되는 것이 필요하기 때문에, 비용의 상승을 초래하였다. 본 발명에서 두개의 구동장치들은 동일하여, 비용 절감 및 단순함을 유도할 수 있다.
각각 자체 구동장치를 갖는, 예를 들어, 상이한 적용에 대해 다른 크기의 펀치 간에 신속한 교체가 이루어지도록 두개 초과의 펀치를 사용하는 것은 본발명의 범위에 속한다.
이러한 이점을 이용하는 시스템의 나머지 부분은 선행기술에 기술된 것과 유사하다. 예를 들어, 동력이 전달되는 또는 수동의 마이크로미터 구동장치 등은 펀칭 메카니즘 하에서 블록을 두거나, 블록 위에 펀칭 메카니즘을 위치시키는 데 사용될 수 있다. 제거가능한 브릿지는 수용 블록위에 공여 블록을 지지하기 위하여 사용되거나, 공여 블록은 수용 블록을 지지하는 동일한 팰릿에 부착될 수 있다. 후자의 배열은 동일한 x 및 y 구동장치들과 슬라이드들이 공여 블록 및 수용 블록들 모두에 사용될 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 개선점에 있어서, 본 발명자는 모든 종래 기술에 있어서 2개의 상이한 펀치가 메카니즘 또는 구동장치의 소정 부분에서 영구적으로 유지되어야 한다는 것이 종래의 개념임을 인지하였다. 분명한 것은, 정확성과 올바른 어레이를 보장하기 위해 각각의 홀더 내에 펀치를 영구적으로 유지하는 것이 필요하거나, 하나의 전용 기계(single dedicated machine)에 있어서 작동을 단순하게 하고 작동 속도를 향상시키고자 하는 목적이 단일 세트의 x-y-z 축을 사용하여, 축들 중 하나의 작동 목표상의 위치에, 2 이상의 펀치 중 하나를 위치시킨 후 나머지 펀치를 교대로 위치시키는 메카니즘을 추가하는 가능성에 대해 당업자가 외면하게 했었다고 생각될 수도 있었다.
이제, 본 발명자는 놀랍게도 종래의 이중 로봇이 필요하지 않음을 알아냈으며, 임의의 조직 어레이 장치에 2개의 상이한 펀치를 교대로 위치시킴으로써 조직 어레이를 형성하는 간단하고 정밀한 수단을 개발하였다.
본 발명은 완전히 분리된 2개의 펀치(공여(donor) 및 수용(recipient))를 포함하는데, (코노넨(Kononen) 등의 특허에 개시된 바와 달리)이들 각각 자신의 탐침(stylet)을 제공하고, (레이톤(Leighton)의 특허출원서에 개시된 이중 z-구동장치와 달리) 단일 z-구동장치를 사용하지만, 성가신 터릿 또는 슬라이더 수단(예컨대, 발명의 명칭이 "조직 어레이를 구성하기 위한 장치(Instrument for constructing tissue arrays)"인 레이톤의 미국특허 제 6,103,518호에 개시되어 있음)에 의존하지 않는다. 종래 기술에 대한 이러한 이점은 변동가능한 펀치를 사용하는 것을 포함하는데, 이러한 변화가능한 펀치는 이동식 그리퍼(gripper) 및 작동기에 의해 자동으로 그리고 교대로 유지될 수 있다.
대부분의 실험용 로봇 내에서 일반적인 정위를 위해 존재하는 x, y 및 z 구동장치는 공여 블록 또는 수용 블록에 대한 적절한 위치에 활성 펀치를 가져오고 펀칭을 실시하기 위해서 뿐만 아니라, 매거진(magazine) 또는 저장 영역에 펀치 홀더를 가져오고, 하나의 펀치를 해제시키고, 그리고 다른 펀치를 가져오도록 단순하게 프로그래밍될 수 있다.
2개의 펀치의 선단부(tips)의 위치들은 공여 블록 및 수용 블록과 동일한 팰릿(pallet) 상에 장착된 센서에 의해 자동으로 주기적으로 측정될 수 있다. 이들의 위치가 이동될 때마다(추측컨대, 보다 조밀한 블록 또는 불규칙성에 직면함으로써, 또는 작동자 또는 외부 물체에 의해 방해받음으로써, 또는 설치되는 새로운 펀치에 의해 단순히 변경됨으로 인해), 새로운 위치가 측정되고, 이 측정값이 오프셋 값을 갱신하는데 자동적으로 사용될 수 있다. 블록 유지 팰릿(block holding pallet) 상에 장착된 센서에 의해 선단부 위치들을 감지함으로써, 시스템이 표준 부품으로 구성될 수 있고, 그리고 주변의 자극과 기계적 추진력에도 강건하게 될 수 있다. 이러한 위치 감지는 펀치를 자동으로 교대로 대체시킴으로써 발생되는 선단부 위치에서의 어떠한 변동을 극복하는데 사용될 수 있다.
전형적으로, 펀치들은 공여 블록 및 수용 블록을 유지시키는 동일한 기판에 부착된 단순한 홀더들 내에 저장되고, 보충적인 홀더 또는 그리핑(gripping) 수단들은 상기 기판에 대해 x, y 및 z축으로 이동될 수 있는 부재 또는 아암에 부착된다. (물론, 실험실 기준틀에 대해 정해진 기판을 가지는 것과 같이, 해당 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게는 자명한 모션의 여러 조합이 존재한다. x, y 및 z축으로 이동하는 아암과, 또는 x 및 y축으로 이동하는 기판과, z축으로만 이동하는 아암 또는 z축으로 이동하는 기판과, y 및 z축으로 이동하는 아암이 있다. 이러한 z축으로의 이동에 대한 기준은 펀치와 공여 블록 또는 수용 블록 사이의 상대적 이동으로서 이해되어야 한다.) 홀더 또는 그리핑 수단은 기구의 작동의 정지를 제어하고 있는 동일한 컴퓨터 또는 제어기에 의해 그리핑 모드와 해제 모드 사이에서 전환되거나, 그리핑과 해제(release)는 홀딩 위치에 대해 그리퍼의 접근 및 후퇴 모션에 의해 완전히 기계적으로 작동될 수 있다.
적절한 펀치가 그리핑 수단 내에 단단히 유지되면, 모션 구동장치는 수용 블록 내에 구멍을 펀칭하고, 폐기물 리셉터클에 폐기물을 배출시키거나, 공여 블록으로부터 조직을 획득하거나 수용 블록에 조직을 삽입시키기 위한 적절한 위치로 펀치를 이동시킬 수 있다. 표면 감지 장치는 영구적으로 이동식 아암에 부착되거나, 펀치들 중 어느 하나를 대신해서 필요로 한 경우에 픽업될 수 있는 대안의 도구일 수 있다.
2개의 펀치 각각은 픽업되어 동일 축에 의해 사용될 수 있으므로, 하나의 x, y, z 구동장치 시스템만이 요구된다. 코노넨 등의 특허와 비교하면, 6개의 구동장치가 요구되는 경우, 위치 안으로 그리고 위치로부터 벗어나서 2개의 펀치를 이동시키기 위한 2개의 구동장치, 블록 안으로 그리고 블록을 벗어나서 펀치들을 이동시키기 위한 하나의 구동장치, 및 블록의 x, y 모션을 위한 2개의 구동장치이다. 레이톤의 특허(발명의 명칭이 "조직 어레이를 구성하기 위한 기구"인 미국특허 제 6,103,518호)에서, 수동 작동이 고려되지만, 시스템은 자동식이며, 4개의 구동장치가 요구되고, 이들은 2개의 상이한 유형일 필요가 있는데, 그 하나는 하나의 위치로부터 다른 위치로 터릿을 토글링하기 위한 것이며, 다른 하나는 터릿을 상하로 이동시키기 위한 것이다. 이로인해, 2개의 상이한 유형의 모션에 대해 설계하고 제조하도록 2개의 상이한 유형의 구동장치가 필요하므로, 비용을 증대시킨다.
본 발명에서는, 표준 실험용 로봇을 사용할 수 있어 비용이 절감되고 간단해 진다.
편의상, 전술한 논의에서는 2개의 펀치를 사용하지만, 예컨대 상이한 적용을 위해 상이한 펀치 크기 간에 신속한 교체가 가능하도록, 각각이 기판 상의 유사한 홀더 내에 저장되는 2개 이상의 펀치를 사용하는 것이 본 발명의 범위내에 포함될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 블록을 이동시키기 위한 도구, 블록을 평탄화하기 위한 도구, 또는 다른 도구 또는 장치를 지지하기 위한, 펀치 홀더를 사용하는 것이 또한 가능하다.
시스템의 나머지는 종래 기술에서 이미 설명한 것과 유사할 수 있다. 예컨대, 펀칭 메카니즘 하에 블록들을 위치시키거나 블록들 위로 펀칭 메카니즘을 위치시키는 데 전동식 또는 수동식 마이크로미터 구동장치 등을 사용할 수도 있다. 수용 블록 상에 공여 블록을 지지하기 위해, 분리가능한 브릿지를 사용할 수 있으며, 또는 공여 블록이 수용 블록을 지지하는 동일한 팰릿에 부착될 수 있다. 후자의 배열은 동일한 x 및 y 구동장치 및 슬라이드가 공여 블록 및 수용 블록 모두에 대해 사용되도록 허용한다. 대안으로, 수용 블록 및 공여 블록에 대해 개별 x, y 시스템을 사용할 수 있다. 이것은 보다 복잡하지만, 고수율 시스템(high-throughput system)을 위해 보다 신속한 작동을 제공할 수 있다.
본 발명의 특성과 목적을 보다 더 잘 이해하기 위해서, 첨부 도면과 함께 설명한 아래의 상세한 설명을 참조해주기 바란다.
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본 발명은 자동화하기에 간단하고, 신속하고 용이하게 조직 어레이를 구성하기 위한 수단을 제공한다. 종래 기술에 비해서 개선된 점은, 본 발명의 제 1양태에서 각각의 펀치에 대해 하나씩 개별 x축선을 사용하고/하거나, 종래 기술의 이중 로봇을 필요로 하지 않고, 두 개의 상이한 펀치를 임의의 조직 어레이 장치에서 교대로 정위시키므로써 조직 어레이를 형성하는 간단하고 정확한 수단을 개발한 것이다. 본 발명의 제 2 양태에서, 자동화의 단순화가 두 개의 펀치(공여와 수용)를 완전히 분리시키고, 각각 자신의 탐침을 제공하고(Kononen 등의 특허와 달리) 단일 또는 이중-z 구동장치를 사용하지만, 성가신 터릿 또는 슬라이더 수단(예를 들어 Leighton의 미국 특허 제 6,103,518호의 "조직 어레이를 구성하기 위한 기구"에 공지된 바와 같은)을 사용하지 않고도 달성된다. 그러므로 종래 기술에 비해 개선한 점은 이동 그리퍼와 작동기에 의해 자동적이고 변경적으로 유지될 수 있는 변경가능한 펀치를 사용하는 것을 포함한다는 점이다.
추가의 신규한 특징은 하기에서 논의된다.
추가의 신규한 특징은 하기에서 논의된다.
탐침 단부에서의 충전 또는 패킹(wadding or packing)
충전 및 패킹은 탐침의 단부에 제공되어 탐침과 펀치 사이의 갭을 실링(sealing)하여 코어가 탐침을 따라서 압출되어 나오지 않게 하여 손상 및/또는 손실되지 않도록 한다.
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종래 기술에서, 탐침은 금속 펀치관내에서 슬라이딩하는 금속 와이어이다. 이러한 다소 가공하지 않은 구성은 기능적이지만, 조직의 형태, 온도 및 와이어와 관의 피팅의 조밀성에 따라 조직의 일부가 와이어와 관사이로 압출되어 나와 예상밖의 조직의 손실을 야기할 수 있다. 단순히 조직의 손실외에도, 이것은 탐침 아래의 조직의 상이한 체적과 어레이들이 비균일한 깊이로 구성된다는 추가의 문제점을 야기한다. 이러한 비균일성은 어레이 블록으로부터 절삭될 수 있는 유용한 섹션의 생산을 매우 감소시킨다.
본 발명은 이러한 외적인 압출을 방지하기 위해서 탐침의 선단부에서 소형 피이스(piece)를 사용해서 충전 또는 패킹하는 것을 포함한다. 이들 피이스는 바람직하게는 폴리우레탄, 천연고무 또는 염화폴리비닐 등과 같은 탄성 재료일 수 있다. 이들은 선택 재료의 시이트로부터 정확한 크기의 디스크를 정확하게 펀칭하는 도구로서 펀치를 사용함으로써 정확하게 펀치구멍에 맞추어질 수 있다.
본 발명은 이러한 외적인 압출을 방지하기 위해서 탐침의 선단부에서 소형 피이스(piece)를 사용해서 충전 또는 패킹하는 것을 포함한다. 이들 피이스는 바람직하게는 폴리우레탄, 천연고무 또는 염화폴리비닐 등과 같은 탄성 재료일 수 있다. 이들은 선택 재료의 시이트로부터 정확한 크기의 디스크를 정확하게 펀칭하는 도구로서 펀치를 사용함으로써 정확하게 펀치구멍에 맞추어질 수 있다.
탐침의 힘의 제어
하나 또는 양 탐침에 대한 구동장치는 규정된 힘을 발휘할 뿐만 아니라 정확한 위치로 이동해서, 펀치에 의한 보다 양호한 그립 및 블록으로부터의 코어의 보다 용이한 제거를 위해서 코어의 탬핑(tamping)을 허용하도록 설계될 수 있다.
본 발명자가 자동화 조직 어레이로 알고 있는 가장 근접한 시스템은 탐침의 위치 제어만 사용한다. 이는 탐침이, 수용 블록 내에서 조직 코어를 삽입하도록 펀치의 단부로 조직 또는 왁스 코어가 획득되거나, 한번에 밀려지는 동안에 조직 또는 왁스 코어에 방해가 되지 않도록, 완전히 철회될 수 있다는 단점을 가진다. 이론상 중간 위치가 가능해도, 중간 위치는 자동화 기계가 탐침에 대해서 적절한 중간 위치를 계산할 수 있는 왁스 플러그의 정확한 길이에 대한 정보를 가지고 있지 않기 때문에 유용하지 않다. 조직 형태, 왁스 형태, 온도 및 펀치 형상의 조합이 있으며, 이를 위해서 블록으로부터 코어를 신뢰성 있게 추출하는 것이 문제이다. 펀치가 코어를 절삭할 수 있어도, 블록에 의해 코어가 여전히 바닥에 남아 있고 펀치의 측면을 따라서 코어를 그립하여 바닥에서 블록과의 연결을 차단하기에 충분한 마찰이 없기 때문에 제거되지 않는다.
본 발명은 공압 또는 유압 실린더와 같은 것에 의해서 탐침에 가해지는 힘을 제어하는 것을 포함한다. 이러한 제어된 힘은 펀치로부터 완전히 분리되어 조직 블록으로 코어를 밀거나 또는 철회 바로전에 코어의 탬핑을 위한 중간 값으로 코어를 밀기에 매우 충분하게 설정될 수 있다. 탬핑은 코어를 축선방향으로 압축하고, 이에 따라 펀치의 원통형 벽에 대해 방사상으로 코어를 팽창시킨다. 이렇게 증가된 방사상 힘은 펀치가 코어를 보다 강하게 파지하도록 하여 펀치가 코어를 뽑아낼 수 있게 한다. 이러한 현상은 이전의 자동화기의 몇몇 사용자가 축방향 힘이 코어를 펀치로부터 완전히 분리되도록 밀어버린다고 여기고 있는 바, 다소 반직관적이다. 사실상 큰 힘이 펀치관의 단부까지 계속해서 탐침을 강제로 미는데 사용된다면 코어를 밖으로 밀어낼 것이다. 자동화기의 보다 이전의 설명은 탐침이 전체 스트로크의 한 단부에 있거나 다른 단부에 놓이는 것을 포함하는 간단한 사이클을 교시하고 있다.
제어된 힘은 공압, 유압, 제어 전류 모터, 임의의 종류의 작동기 상의 힘 센서를 포함하는 피드백 시스템 또는 스프링과 다양한 기구의 조합과 같은 이 기술 분야에 잘 알려진 다양한 방법으로 얻을 수 있다.
본 발명은 이하에서 도면에 도시한 실시예를 참고로 보다 상세히 기술될 것이다.
도 1에서, 펀치(1, 2)는 암(3, 4)에 의해 유지되고 구동장치(5, 6)에 의해서 수직으로 이동한다. 탐침(7, 8)은 각각의 두 펀치에 각각 제공된다. 탐침은 작동기(9, 10)에 의해 펀치에 대해 수직으로 이동한다. 구동장치(11, 12)는 탐침 작동기에 대해 구비된다. 컴퓨터(13)는 모든 구동장치 또는 작동기를 제어한다. 펠릿(14)은 작동기(17, 18)에 의해서 x와 y 방향으로 이동한다. 펠릿은 수용 블록(15), 공여 블록(16), 폐기물 저장소(19)와 센서(20)를 지지한다. 센서(20)는 컴퓨터가 펠릿에 대해서 펀치의 위치를 찾도록 탐침이 허용하는지 검출한다. 다른 센서, 리미트 스위치(limit switch), 암호화기(encoder) 및 피드백(feedback) 부재가 필요할 수 있으나, 이들의 용도는 당해 널리 공지되어 있기 때문에, 편의상 기술하지 않는다. 이를 위해, 미국 특허 제 6,103,518 호 및 제 6,136,592호가 본원에 참고로 인용된다.
지금 도 2와 관련하면, 펀치(21), 펀치내의 탐침(22), 충전 또는 패킹 피이스(23)과 조직 또는 왁스 코어(24)가 도시되어 있다.
도 3은 도 1의 펀치들중 하나의 확대도이며 센서(20)와 관련하여 2방향 유압 또는 공압 작동기(9)를 보다 양호하게 도시한 것이다.
본 발명자에게는 장치를 구성하는 방법이 다수 존재하지만, 바람직한 일 실시예만이 본원에 기술된다. 두 개의 펀치, 즉, 수용 펀치(1)와 공여 펀치(2)가 각각 개별 전자기계적 작동식 슬라이드(5, 6)상에 배치된다. 각 탐침(7, 8)은 간단한 공압 실린더(9, 10)에 의해 독립적으로 구동된다. 공압 실린더는 완전히 상단 또는 완전히 하단 위치에서 탐침의 정확한 정위를 가능하게 하고, 또한 단지 공기압을 간단히 조정함으로써 코어를 탬핑하기 위한 중간 위치로 제어된 힘을 허용한다.
또한, 본 발명의 범주내에서 공압 실린더 대신에 필요하다면 포스(force) 센서와 함께 전자기계적 작동기를 사용할 수 있다. 유사하게, 공압 또는 유압 실린더는 펀치를 정위하는 데 사용되는 것으로 예측할 수 있다.
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바람직하게는, 전자기계적 구동 슬라이드는 x와 y축으로 펠릿(14)을 위치시켜 펀치 아래에 하나 이상의 수용 블록(15) 및 공여 블록(16) 세트를 정확하게 정위시킨다. 다르게는, 펠릿은 원형일 수 있고 원형 모션으로 구동될 수 있다. 펀치에 대해서 공여와 수용의 정확하고, 예측가능한 정위가 달성될 수 있어야 하는 것이 필요한 전부이다. 모든 모션은 다수의 널리 공지된 수단인, 리미트 스위치, 센서, 위치 피드백, 스텝퍼 및/또는 서보 모터 등에 의해 전자 부품 및 컴퓨터로 제어될 수 있다.
통상적인 사이클은 바람직한 수용 위치를 x-y 구동장치에 의해서 수용 펀치아래로 가져가는 것; 상기 수용 펀치를 z 구동장치에 의해서 이동시켜 블랭크 코어를 통과하여 분리시켜 나중의 사용을 위해서 포켓을 생성하는 것; 상기 수용 펀치를 폐기물 저장소(블록과 동일한 x-y 펠릿상에 장착될 수 있음) 근처로 (x-y 구동장치에 의해서) 가져가고 수용 탐침을 이동하여 상기 블랭크 코어를 상기 폐기물 저장소로 배출하는 것; 공여 블록의 바람직한 위치를 공여 펀치 아래로 x-y 구동장치에 의해 가져가는 것; 공여 펀치를 z 구동장치에 의해 이동시켜 조직의 바람직한 코어를 통과시켜 분리시키는 것; 수용 블록 중 하나내의 이전에 생성된 포켓을 x-y 구동장치에 의해서 공여 펀치아래로 가져가는 것; 그리고 최종적으로 공여 펀치를 z 구동장치에 의해서 수용 블록과 접촉되게 하거나 거의 접촉되게 한 후, 탐침을 이동시켜 수용 블록 내에서 생성된 포켓내에 조직 코어를 이식하는 것으로 이루어진다. 이후, 측면 위치는 다음 위치까지 구동장치 X 및/또는 Y로 증분되고 사이클은 반복된다.
통상적인 사이클은 바람직한 수용 위치를 x-y 구동장치에 의해서 수용 펀치아래로 가져가는 것; 상기 수용 펀치를 z 구동장치에 의해서 이동시켜 블랭크 코어를 통과하여 분리시켜 나중의 사용을 위해서 포켓을 생성하는 것; 상기 수용 펀치를 폐기물 저장소(블록과 동일한 x-y 펠릿상에 장착될 수 있음) 근처로 (x-y 구동장치에 의해서) 가져가고 수용 탐침을 이동하여 상기 블랭크 코어를 상기 폐기물 저장소로 배출하는 것; 공여 블록의 바람직한 위치를 공여 펀치 아래로 x-y 구동장치에 의해 가져가는 것; 공여 펀치를 z 구동장치에 의해 이동시켜 조직의 바람직한 코어를 통과시켜 분리시키는 것; 수용 블록 중 하나내의 이전에 생성된 포켓을 x-y 구동장치에 의해서 공여 펀치아래로 가져가는 것; 그리고 최종적으로 공여 펀치를 z 구동장치에 의해서 수용 블록과 접촉되게 하거나 거의 접촉되게 한 후, 탐침을 이동시켜 수용 블록 내에서 생성된 포켓내에 조직 코어를 이식하는 것으로 이루어진다. 이후, 측면 위치는 다음 위치까지 구동장치 X 및/또는 Y로 증분되고 사이클은 반복된다.
블록 또는 펀치가 실험실 기준틀-단지 본 발명내의 상대적인 모션들에 대해 x, y 및 z 방향으로 이동될 수 있음은 본 발명의 범주내에 포함된다.
예를 들어, 고정된 베이스 또는 프레임에 단단하게 부착되는 대신에, 하나 또는 양쪽 z축 구동장치가 수평 정위 구동장치상에 장착되어 이들을 고정된 베이스에 대해 이동시키므로, 이에 따라 고정된 베이스에 대해서 펠릿을 이동하는 대신에 펠릿에 대해서 이동시킨다. 다르게는, 펠릿은 예를 들어 x방향으로 이동할 수 있고, 하나 또는 양 구동장치는 y방향으로 이동될 수 있다. 다르게는, 극좌표상에 근거한 정위 시스템이 사용될 수 있으며, 하나 또는 다수의 모션은 회전적이고 다른 하나는 방사상 모션이다. 사실상, 예를 들어 공여 블록은 컴퓨터 구동식 턴테이블상에 장착될 수 있으며, 수용 블록은 다른 턴테이블상에 장착될 수 있으며, z 구동장치는 한 턴테이블로부터 다른 턴테이블로 선형으로 수평적으로 이동된다. 이러한 선형 모션은 또한 어느 한 턴테이블에 대해 방사상 위치들을 선택하는 작용을 한다. 다르게는, 한 세트의 블록은 x-y 테이블 상에 놓일 수 있고 다른 세트는 회전 테이블상에 놓을 수 있고, 또는 각각이 자신의 x-y 테이블 상에 놓일 수 있다.
여러 적용분야에 맞은 장점으로 많은 조합과 치환이 가능함을 알 수 있다. 이들 모두에서 공통으로 가지는 주요 요소는 두개 이상의 개별 z 구동장치를 사용하는 것이다.
더욱이, 의도하지 않은 기구의 범위 또는 용량을 증대시키기 위해서, 새로운 것이든지 또는 펀칭된 것이든, 공여 블록 및/또는 수용 블록을 포함하는 매거진을 추가로 제공할 수 있으며, 매거진은 블록을 상기 기구에 제공하고/하거나 상기 기구로부터 블록을 수용하기 위해서 상기 기구와 연합하여 작동된다.
도 4는, 펀치 변경 조직 어레이 장치가 도시되어 있으며, 펀치(31)는 아암(33)에 의해 지지되고 구동장치(35)에 의해서 수직으로 이동된다. 펀치 내측의 동축선으로는 탐침(37)이 있으며, 이는 탐침 작동기용 구동장치(41)에 이해 이동되고 작동기(39)에 의해 펀치에 대해 수직으로 이동된다. 컴퓨터(43)는 모든 구동장치 또는 작동기를 제어한다. 펠릿(44)은 작동기(47, 48)에 의해서 x와 y 방향으로 이동된다. 펠릿은 수용 블록(45), 공여 블록(46), 폐기물 저장소(49)와 센서(50)를 지지한다.
센서는 컴퓨터가 팰릿에 대해 펀치의 위치를 찾도록 한다. 다른 센서, 리미트 스위치, 암호화기 및 피드백 부재가 사용될 수 있으나, 이들의 용도는 당해 널리 공지되어 있는 편의상 기술하지 않는다.
도 5는 그리핑 메카니즘의 가능한 한 타입으로서 이중 클램핑 메카니즘을 도시한 것이다. 컴퓨터 제어 솔레노이드(70, 73)가 작동 아암(72, 75)을 통해 클램핑 조오(jaw)(71, 74)에 연결된다. 상부 클램핑 조오는 탐침 허브를 파지하고 탐침 구동장치에 연결되며, 하부 클램핑 조오는 펀치 허브를 파지하고 펀치 구동장치에 연결된다.
도 6은 다른 이중 그리핑 메카니즘을 도시한 것이다. 탐침 그리퍼(80)는 탐침 허브보다 약간 더 큰 오리피스를 가진다. 펀치 그리퍼(81)는 펀치 허브보다 약간 더 큰 오리피스를 가진다. 유압(예를 들면, 벌룬 시일(balloon seal)), 유압 클램핑 조오), 전자기, 또는 진공 흡입 수단의 작동시, 탐침 그리퍼 및 펀치 그리퍼는 탐침 및 펀치를 각각 파지한다.
그리퍼에는 단순한 "V" 형상일 수 있는 레지스터가 제공되는 것이 바람직하며, 레지스터에 대해 탐침 또는 펀치 허브가 정확한 정위를 위해 위치된다.
명백하게, 그리퍼들은 유사하게 설계되고 작동되거나, 상이한 타입일 수 있다.
펀치 변경 조직 어레이 장치를 구성하기 위한 많은 방법이 있지만, 바람직한 일 실시예가 하기에서 보다 상세하게 기술될 것이다. 두 개의 펀치, 즉 수용 및 공여 펀치가 각각 기판 상의 개별 홀더에서 저장되고, 기판은 또한 공여 블록 및 수용 블록을 지지한다(도 4). 각각에는 펀치로부터 왁스 또는 조직을 밀어내기 위한 탐침이 구비된다. 어떠한 펀치/탐침 조립체도 동일한 x, y 횡단 시스템으로 z축선(도 5)의 그리퍼 아래로 이동하는데, 상기 횡단 시스템은 공여 블록 및 수용 블록을 이동시키는 데 사용된다. 이후, z 축선은 그리퍼를 아래로 이동시키고, 다음 작업을 위해 요구되는 펀치를 파지하기 위해 사용된다. 다른 펀치로 바꾸고자 할 때, 빈 펀치 홀더(60)가 z 축선 구동장치의 그리퍼 아래로 이동하고 z 축선 구동장치가 하강하여 더 이상 필요하지 않은 펀치를 분리시킨다. 그리고나서 z 축선 구동장치는 빈 그리퍼를 상승시키고, 다른 펀치가 그리퍼 아래로 이동하고, z 축선 구동장치는 목표 펀치를 수용하기 위해 그리퍼를 하강시킨다.
펀치를 수용하면, 펀치의 탐침이 동일한 작동으로 탐침 구동장치에 연결된다. 작동 펀치의 탐침은 간단한 공기압 실린더에 의해 구동될 수 있다. 공기압 실린더는 완전한 상승 위치 또는 완전한 하강 위치에 탐침의 정확한 정위를 허용하며, 또한 단지 공기압을 조정함으로써, 코어를 탬핑시키기 위한 중간 위치로 제어력을 허용한다. 또한 공기압 실린더 대신 전자기계식 작동기(필요에 따라, 포스 센서를 구비한)를 사용하거나 펀치를 정위시키기 위해 공기압 또는 유압 실린더를 사용하는 것은 본 발명의 범주내에 속할 것이다.
바람직하게는, 전자기계식 구동 슬라이드는 펀치 아래에 한 세트의 하나 이상의 수용 및 공여 블록의 정확한 정위를 허용하도록 x 및 y 축선에 팰릿을 배치한다. 모든 모션은 임의의 공지된 다양한 수단, 예를 들면, 리미트 스위치, 센서, 위치 선정 피드백, 스텝퍼(stepper) 및/또는 서보 모터 등에 의해 전자적 및 컴퓨터 제어 하에서 이루어질 수 있다.
통상적인 사이클은 목적하는 수용 위치가 x-y 구동장치에 의한 수용 펀치 아래로 이동하며, 수용 펀치가 블랭크 코어를 관통하여 제거하기 위해 z 구동장치에 의해 이동하고, 차후 사용을 위해 포켓을 형성하며; 수용 펀치가 폐기물 리셉터클(블록과 동일한 x-y 팰릿에 장착될 수 있음) 근처로 (x-y 구동장치에 의해) 이동되고 수용 탐침은 폐기물 리셉터클로 블랭크 코어를 배출하기 위해 이동하며; 수용 펀치가 홀더로 복귀하여 공여 펀치를 수용하며, 공여 블록의 목적하는 위치가 x-y 구동장치에 의해 공여 펀치 아래로 이동하고; 공여 펀치가 z 구동장치에 의해 이동하여 조직의 목적하는 코어를 관통하여 제거하며; 수용 블록 중 하나에 있는 종전의 형성 포켓은 x-y 구동장치에 의해 공여 펀치 아래로 이동하며; 마지막으로 공여 펀치는 z 구동장치에 의해 수용 블록과 접촉하거나 거의 접촉하고나서 탐침이 수용 블록에 형성된 포켓에 조직 코어를 삽입하도록 이동되는 것으로 이루어진다. 다음으로, 측방향 위치가 구동장치 X 및/또는 Y에 의해 다음 위치로 상승되고 상기 사이클이 반복된다.
블록 또는 펀치는 실험실 기준틀에 대해, 즉 본원에서는 상대적인 모션 관점에 대해, x, y 및 z 방향으로 이동할 수 있음은 본 발명의 범위내에 포함된다.
다른 적용 분야에 대해 이점을 가지고 가능한 다양한 조합 및 치환이 있을 수 있음을 알 수 있다. 공통적으로 모두 갖는 주요 부재로 두개 이상의 별개 z 구동장치를 사용한다.
다른 적용 분야에 대해 이점을 가지고 가능한 다양한 조합 및 치환이 있을 수 있음을 알 수 있다. 공통적으로 모두 갖는 주요 부재로 두개 이상의 별개 z 구동장치를 사용한다.
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또한, 고려되지 않은 장치의 범위 또는 성능을 증대시키기 위해, 새로운 또는 펀칭된, 공여 블록 및/또는 수용 블록을 포함하는 매거진을 추가로 제공하는 것이 가능하며, 이러한 매거진은 상기 장치에 블록을 제공하고/하거나 상기 장치로부터 블록들을 수용하기 위해 상기 장치와 연합하여 작동한다.
본 발명에 따른 자동화된 조직 어레이 기구는 구성이 단순하며, 고속으로 정밀하게 펀치를 위치시킬 수 있다.
Claims (14)
- 수용 블록(recipient block)에 조직 어레이(tissue array)를 형성시키는 장치로서,펀치 허브(punch hub)를 포함하는 펀치 및 탐침 허브를 포함하는 탐침을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 펀치 유닛,하나 이상의 공여 블록을 지지하는 수단,하나 이상의 수용 블록을 지지하는 수단,상기 펀치 중의 하나를 한번에 해제가능하게 정확히 지지하는 그리퍼(gripper) 수단,상기 펀치 허브에 대해 상기 탐침 허브를 이동시키기 위한, 상기 그리퍼와 연합되는 수단, 및하나 이상의 공여 블록 홀더 및 수용 블록 홀더에 대해 상기 펀치 허브를 정확히 이동 및 정위시키는 수단을 포함하며,상기 그리퍼 수단이 상기 펀치를 개별적으로 수용, 이동, 및 해제시키기 위해 조절되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 그리퍼가 z 축선 방향으로 이동시키는 수단을 구비한, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공여 블록 홀더 및 수용 블록 홀더가 상기 그리퍼에 대해 상기 수용 블록 홀더 및 공여 블록 홀더를 선택적으로 재위치시키도록 x 축선 방향 및 y 축선 방향으로 이동시키기 위한 수단을 구비하는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공여 블록 홀더 및 수용 블록 홀더가 z 축선에 대해 회전할 수 있는 턴테이블 상에 제공되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,하나 이상의 이동이 동력 장치를 통해 컴퓨터 제어 또는 수동 제어되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공여 블록 홀더 및 수용 블록 홀더가 상이한 지지단 상에 제공되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 공여 블록 유지 지지단과 수용 블록 유지 지지단 중 하나가 하나 이상의 x축선 방향 및 y 축선 방향으로 이동가능하며, 상기 지지단 중 다른 하나가 z 축선에 대해 회전가능한 턴테이블에 의해 형성되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공여 블록 홀더 및 수용 블록 홀더가 동일한 지지단 상에 제공되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 탐침 선단부에 펀치의 내측에 제공되는 소정량의 충전재료를 추가로 포함하는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 충전재료가 탄성중합체인, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 탐침이 제어된 힘을 제공할 수 있는 작동기에 의해 구동되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 탐침의 스트로크(stroke) 길이가 상기 탐침 작동기를 통해 제어될 수 있는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 탐침 작동기가 컴퓨터를 통해 스크로크 길이가 제어되는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 장치에 블록을 제공하는 수단, 상기 장치로부터 블록을 수용하는 수단, 또는 상기 장치에 블록을 제공하는 수단 및 상기 장치로부터 블록을 수용하는 수단 둘 모두와 연합하여 작동하는 블록을 포함하는 매거진(magazine)을 추가로 포함하는, 수용 블록에 조직 어레이를 형성시키는 장치.
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