JP4849405B2 - 自動薄切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及び自動薄切方法に関する。

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。
この薄切片標本は、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作製されたブロック状態の包埋ブロックから作製される。即ち、まず、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。この粗削りを終了した後、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本削りを行い、薄切片を得る。

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に観察することになるが、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（粗削り）が必要となり、既切削面から数百μｍ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、動力駆動装置を介して送り台を切削面へ送り、試料ブロック表面とナイフとが接触したとき、また、動力駆動装置を介して送り台を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それぞれ検出し、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自動薄切装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、他の対処方法として、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自動薄切装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特表２００２−５３９４２４号公報 特開２００４−３５４３８９号公報

しかしながら、上記特許文献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る。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、例えば、粗削りと本削りとを別々の装置で行うといった、異なる装置にセットする場合には、面合わせができない問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、試料ブロックを一旦切削台から取り外しても、所定の厚さの薄切片を切削面から連続して採取することができる自動薄切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、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る自動薄切装置は、試料が包埋された粗削り済みの試料ブロックから薄切片を切削する切削部と、前記試料ブロックを載置して前記試料ブロックを水平面に対して傾斜させる切削台と、前記切削台に指示して前記水平面に対する前記試料ブロックの傾斜角を制御する傾斜角制御部と、前記切削部と前記切削台とを相対移動させる移動部と、切削された前記試料ブロックの現状の切削面上の点の座標位置を測定する測定部と、前記現状の切削面上の互いに交差する二以上の直線上に位置する少なくとも三点の前記座標位置の測定値から、前記粗削り終了時の切削面として予め記憶された仮想平面に対する前記現状の切削面の相対位置を算出し、前記現状の切削面を前記仮想平面に一致させるように前記傾斜角制御部を制御する演算部と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る自動薄切方法は、切削台から一旦取り外した粗削り済みの試料ブロックを再度切削台に取り付けて、該試料ブロックの既切削面から切削部により連続して薄切片を採取する自動薄切方法であって、前記切削台に再度取り付けられた前記試料ブロックの現状の切削面上の互いに交差する二以上の直線上に位置する少なくとも三点の座標位置を測定する測定工程と、前記少なくとも三点の座標位置の測定値から、前記粗削り終了時の切削面として予め記憶された仮想平面に対する前記現状の切削面の相対位置を算出する切削面位置算出工程と、前記現状の切削面を前記仮想平面に一致させる切削面調整工程と、を備えている。

この発明は、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取り付けるのに際して切削面の面合わせを行うときに、取り付け後の切削面の少なくとも三点の座標位置を測定部にて測定して、現状の切削面の座標位置を算出する。そして、取り外し前後の切削面の座標位置を比較してその差を算出する。この結果、取り外しの前後で切削面の座標位置がずれていても、その差分に対して演算部の指示に基づき傾斜角制御部により切削台を傾けることにより、切削前後の切削面の位置を一致させることができる。

また、本発明に係る自動薄切装置は、前記自動薄切装置であって、前記測定部が、非接触変位計を備えていることを特徴とする。
この発明は、切削面上の点の位置座標を測定する際、切削面を傷つけることなく測定することができる。

また、本発明に係る自動薄切装置は、前記自動薄切装置であって、前記二以上の直線が、前記切削部と前記切削台との相対移動方向に沿った第一直線と、該第一直線に直交する第二直線と、を含み、前記直線に沿って複数点の座標位置を測定することを特徴とする。

この発明は、切削面の第一直線回りの回転角度と第二直線回りの回転角度とを算出することができ、水平面に対する切削面の傾斜状態をより正確に算出することができる。

本発明によれば、試料ブロックを一旦切削台から取り外しても、所定の厚さの薄切片を切削面から連続して採取することができる。

本発明に係る一実施形態について、図１から図５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。
本実施形態に係る自動薄切装置１は、生体組織Ｓが包理剤に包埋された試料ブロックＢ（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、又は、別箇所で粗削りまで完了した試料ブロック等がある）から所定厚さのシート状の薄切片を切り出す装置である。なお、ＸＹＺ軸方向を図１に示す方向に定義する。

この自動薄切装置１は、図１から図３に示すように、試料ブロックＢから薄切片を切削するナイフ（切削部）２と、カセット３を介して試料ブロックＢを載置し、試料ブロックＢを水平面に対して傾斜させる切削台５と、切削台５に指示して水平面に対する試料ブロックＢの傾斜角を制御する傾斜角制御部６と、ナイフ２と切削台５とをＸ軸方向に相対移動させるＸ軸ガイドレール（移動部）７と、切削された試料ブロックＢの切削面Ｐ上の任意の点の座標位置を測定する測定部８と、切削面Ｐ上の互いに直交する第一直線Ｌ１及び第二直線Ｌ２上に位置する少なくとも三点の座標位置の測定値から、予め記憶された仮想平面に対する切削面Ｐの相対位置を算出し、切削面Ｐを仮想平面に一致させるように傾斜角制御部６を制御する演算部１０と、を備えている。ここで、第一直線Ｌ１の延びる方向をＸ軸方向、第二直線Ｌ２の延びる方向をＹ軸方向とする。即ち、水平面とは、ＸＹ平面をいう。

試料ブロックＢは、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埋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。

ナイフ２には、水平面に沿って設けられた切削面２ａが設けられている。

切削台５は、昇降モータ１１の作動によりＺ軸方向に移動するＺステージ１２と、Ｚステージ１２上に取り付けられ、Ｘ軸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１３の作動により移動自在とされた（ナイフ２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１５と、ロールステージ１５上に取り付けられ、Ｙ軸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１６の作動により移動自在とされた（ナイフ２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１７と、ピッチステージ１７上に取り付けられた試料ブロックホルダ１８と、を備えている。

Ｘ軸ガイドレール７は、固定されたナイフ２に向かうように、ナイフ２を越える位置までＸ軸方向に延びた状態で設けられている。
Ｚステージ１２は、ステージ制御部１９によって、Ｘ軸ガイドレール７上を往復運動するように制御されている。また、この往復運動に同期させて昇降モータ１１が作動されることにより、Ｚステージ１２は、Ｘ軸ガイドレール７を１往復する毎に、一定距離だけＺ軸方向に上昇するように制御されている。

なお、本実施の形態では、ナイフ２を固定し、該ナイフ２に対して切削台５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ているが、これに限らない。例えば、切削台５を固定し、該切削台５に対してナイフ２を移動させても構わないし、切削台５とナイフ２とを共に移動させても構わない。

傾斜角制御部６は、昇降モータ１１、ロールモータ１３、ピッチモータ１６にそれぞれ個別に指令信号を送ることにより、それら各モータ１１，１３，１５を介して試料ブロックホルダ１８の水平面に対する傾き及びＺ軸方向の高さを任意に設定するものである。

測定部８は、Ｘ軸ガイドレール７に沿って移動するＺステージ１２の移動量を測定する図示しないＸ軸測定部と、切削台５の上方にＹ軸方向に延びて設けられたＹ軸ガイドレール２０に沿って移動可能に設けられたＹステージ２１の移動量を測定する図示しないＹ軸測定部と、Ｙステージ２１に設けられたレーザ変位計（非接触変位計）２２と、を備えている。レーザ変位計２２は、切削面Ｐと対向して配されることによって、切削面Ｐの水平面に対するＺ軸方向の高さを測定する。なお、Ｙステージ２１は、ステージ制御部１９によって、Ｙ軸ガイドレール２０上を往復運動するように制御されている。

次に、本実施形態に係る自動薄切装置１の作用について、自動薄切方法の説明とともに説明する。
この自動薄切装置１による自動薄切方法は、切削台５から一旦取り外した試料ブロックＢを再度切削台５に取り付けて、試料ブロックＢの既切削面Ｐからナイフ２により連続して薄切片を採取する自動薄切方法であって、切削台５に再度取り付けられた試料ブロックＢの切削面Ｐ上にて、第一直線Ｌ１及び第二直線Ｌ２の座標位置を測定する測定工程と、座標位置の測定値から、予め記憶された仮想平面（粗削り終了時の切削面）に対する切削面Ｐの相対位置を算出する切削面位置算出工程と、切削面Ｐを仮想平面に一致させる切削面調整工程と、を備えている。

まず、作業者は、予め冷却された試料ブロックＢを、図示しない搬送装置によって自動薄切装置１側に搬送して切削台５上に載置する。
続いて、切削台５をＸ軸ガイドレール７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２を取り替え、本削りを行う。

ここで、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Ｂを、切削台５にセットして、試料ブロックＢの既切削面Ｐから連続して本削りを行い、薄切片を採取してもよい。この場合には、切削台５の試料ブロックホルダ１８に、粗削りが完了した試料ブロックＢを、人手により、或いは自動操作によって載置固定する。なお、切削台５から一旦取り外した薄切片採取済の試料ブロックＢを再度切削台５にセットして、試料ブロックＢの既切削面Ｐから連続して薄切片を採取する場合にも以降の工程を適用することができる。

本削りを行う前に、測定工程と切削面調整工程とを実施する。
測定工程では、まず、Ｙステージ２１を固定した状態で、Ｘ軸ガイドレール７に沿ってＺステージ１２を移動させながら、その移動量をＸ軸測定部で測定する。同時に、レーザ変位計２２にて切削面ＰのＺ座標を随時測定する。こうして、図４に示すように、直線Ｌ１回りの傾きθを測定結果として得る。

次に、Ｚステージ１２を固定した状態で、Ｙ軸ガイドレール２０に沿ってＹステージ２１を移動させながら、その移動量をＹ軸測定部で測定する。同時に、レーザ変位計２２にて切削面ＰのＺ座標を随時測定する。こうして、図５に示すように、直線Ｌ２回りの傾きφを測定結果として得る。

続いて、切削面位置算出工程に移行する。
ここでは、演算部１０にて、測定工程において得られた測定結果から、切削面Ｐの平面データを公知の方法によって算出する。そして、得られた平面データと、予め記憶された仮想平面のデータとから、切削面Ｐの相対位置を算出する。

そして、切削面調整工程に移行する。
ここでは、切削面Ｐの相対位置から、仮想平面との差分を算出する。そして、この差分を演算部１０から傾斜角制御部６に伝達する。こうして、傾斜角制御部６が、昇降モータ１１、ロールモータ１３、ピッチモータ１６をそれぞれ所定の回転量にて駆動制御して、切削面Ｐを所定の高さで所定の角度で傾斜させて仮想平面と一致させる。

その後は、本削り操作に移行して、薄切片を作製する。

この自動薄切装置１及び自動薄切方法によれば、切削面Ｐの面合わせを行うときに、切削台５から取り外して再取り付けの際に切削面Ｐの座標位置がずれたとする。そのとき、その差分に対して演算部１０の指示に基づき傾斜角制御部６により切削台５を所定の角度で傾け、かつ、所定の高さに移動することにより、切削前後の切削面Ｐの位置を一致させることができる。従って、試料ブロックＢを一旦切削台５から取り外しても、所定の厚さの薄切片を切削面Ｐから連続して採取することができる。

また切削面Ｐの測定の際、レーザ変位計２２を使用するので、切削面Ｐに直接触れることがなく、切削面を傷つけずに測定することができる。この際、切削台５における回転中心軸線方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向に沿ってそれぞれ座標位置を測定するので、水平面に対する切削面Ｐの傾斜状態をより正確、かつ容易に算出することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、測定する点は、上記Ｘ軸方向及びＹ軸方向に限定されない。つまり、切削面Ｐ上で交差する二つの直線上に位置する少なくとも三点の座標位置を測定できればよい。

本発明の一実施形態に係る自動薄切装置を示す概要図である。 本発明の一実施形態に係る自動薄切装置の切削台を示す斜視図である。 試料ブロックを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動薄切装置によって得られた切削面の測定結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る自動薄切装置によって得られた切削面の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 自動薄切装置
２ ナイフ（切削部）
５ 切削台
６ 傾斜角制御部
７ Ｘ軸ガイドレール（移動部）
８ 測定部
１０ 演算部
２２ レーザ変位計（非接触変位計）
Ｌ１ 第一直線
Ｌ２ 第二直線

Claims (4)

1. 試料が包埋された粗削り済みの試料ブロックから薄切片を切削する切削部と、
   前記試料ブロックを載置して前記試料ブロックを水平面に対して傾斜させる切削台と、
   前記切削台に指示して前記水平面に対する前記試料ブロックの傾斜角を制御する傾斜角制御部と、
   前記切削部と前記切削台とを相対移動させる移動部と、
   切削された前記試料ブロックの現状の切削面上の点の座標位置を測定する測定部と、
   前記現状の切削面上の互いに交差する二以上の直線上に位置する少なくとも三点の前記座標位置の測定値から、前記粗削り終了時の切削面として予め記憶された仮想平面に対する前記現状の切削面の相対位置を算出し、前記現状の切削面を前記仮想平面に一致させるように前記傾斜角制御部を制御する演算部と、
   を備えていることを特徴とする自動薄切装置。
2. 前記測定部が、非接触変位計を備えていることを特徴とする請求項１に記載の自動薄切装置。
3. 前記二以上の直線が、前記切削部と前記切削台との相対移動方向に沿った第一直線と、
   該第一直線に直交する第二直線と、を含み、
   前記直線に沿って複数点の座標位置を測定することを特徴とする請求項１に記載の自動薄切装置。
4. 切削台から一旦取り外した粗削り済みの試料ブロックを再度切削台に取り付けて、該試料ブロックの既切削面から切削部により連続して薄切片を採取する自動薄切方法であって、
   前記切削台に再度取り付けられた前記試料ブロックの現状の切削面上の互いに交差する二以上の直線上に位置する少なくとも三点の座標位置を測定する測定工程と、
   前記少なくとも三点の座標位置の測定値から、前記粗削り終了時の切削面として予め記憶された仮想平面に対する前記現状の切削面の相対位置を算出する切削面位置算出工程と、
   前記現状の切削面を前記仮想平面に一致させる切削面調整工程と、
   を備えていることを特徴とする自動薄切方法。

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