JP6476123B2 - 薄切片試料作製装置及び薄切片試料作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、理化学試料分析や生体試料等の顕微鏡観察などに利用される薄切片試料を作製する薄切片試料作製装置及び薄切片試料作製方法に関する。

従来、理化学試料分析や生体試料等の顕微鏡観察等に利用される薄切片試料を作製するための装置としてミクロトームが広く知られている。ミクロトームは、動物の生体試料等の試料をパラフィン等の包埋剤の中に埋め込んだ（包埋した）試料ブロックの表層部分をカッターによって薄切りすることにより、薄切片を作製する装置である（例えば、特許文献１乃至５参照。）。

特開２０１２−２２９９９３号公報 特開２０１２−２２９９９４号公報 特開２０１２−２２９９９５号公報 特開２０１２−２２９９９６号公報 特開２０１２−２２９９９７号公報

ここで、包埋剤に包埋された試料の中には、非常に微小な生検組織に関する試料がある。例えば針生検で採取される組織は直径が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の場合もある。このような生検組織に関する試料は、非常に微細であり、摂取される量も少ないため、病理診断の現場等において、非常に貴重な被検体となっている。そのため、当該現場において、このような試料を紛失することは、あってはならないことである。

しかし、上記のような微小な生検試料を埋包する試料ブロックの薄切りを開始する際に、何らかの原因で、設定した深さよりも、試料ブロックを切削するカッターの深さが大きくなってしまう場合、すなわち深切りをしてしまう場合がある。深切りが発生すると、カッターは、生検試料等が包埋する位置よりも深い位置を通過するか、もしくは本来の切削位置よりも下側の位置で試料を切削してしまう。しかし、従来では、このような切削深さの異常等の切削異常を、切削中に検出することができなかった。そのため、深切り等の切削異常が発生したまま、切削動作が完了してしまう。

ここで、薄切りには、サンプルを作製するのに必要な薄切片試料を切り出す本削りの他に、試料の面出しを行う粗削りや、本削りの前に、本削りで得る薄切片試料の厚みを均一にするために行う捨て切りがある。本削りで薄切された試料はスライドガラスに貼り付けられるが、粗削りや捨て切りで薄切された試料は、試料ブロックから剥離して、そのまま破棄される。切削異常が発生した場合、その破棄される試料の中に被検体が含まれる可能性があり、その結果、非常に貴重な被検体である生検試料を紛失するおそれがあるという問題がある。また、たとえ廃棄されなかったとしても、生検試料は間違った位置で切削されたことで損傷しており、これを復元するのは容易ではない。

そこで、本発明の目的は、試料ブロックの切削を開始してから、試料ブロックの切削が完了するまでの間に、切削深さの異常等の切削異常を検出する、薄切片試料作製装置及び薄切片試料作製方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄切片試料作製装置は、試料が包埋剤中に包埋された試料ブロックをカッターにより薄切りして薄切片試料を作製する薄切片試料作製装置であって、前記試料ブロックを搬送する搬送部と、前記カッターを備える切削部と、前記試料ブロックの切削を開始してから、前記試料ブロックの切削が完了するまでの間において、切削異常を検出する異常検出部と、少なくとも前記搬送部を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記搬送部を制御して前記カッターと前記試料ブロックとを相対的に移動させることにより前記試料ブロックの切削を開始させ、前記異常検出部により切削異常が検出された場合、前記試料ブロックの切削を停止させる。

また、本発明の一態様に係る薄切片試料作製方法は、試料が包埋剤中に包埋された試料ブロックをカッターにより薄切りして薄切片試料を作製する薄切片試料作製方法であって、前記カッターと前記試料ブロックとを相対的に移動させることにより前記試料ブロックの切削を開始する第１ステップと、前記試料ブロックの切削を開始してから、前記試料ブロックの切削が完了するまでの間において、前記試料ブロックの切削異常が発生するか否かを判定する第２ステップと、前記第２ステップにおいて、切削異常が発生したと判定した場合、前記試料ブロックの切削を停止させる第３ステップと、を具備する。

本発明に係る薄切片試料作製装置及び薄切片試料作製方法によれば、試料ブロックの切削を開始してから、試料ブロックの切削が完了するまでの間に、切削異常を検出し、当該試料ブロックの切削を停止することで、試料の紛失および損傷を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る薄切片試料作製装置の全体的な構成を示す概略図。 図１中の試料ブロックの平面図。 図２中のＩ−Ｉの方向から見た縦断面図。 実施の形態１に係る異常検出部を説明するための斜視図。 実施の形態１に係る薄切片試料作製装置の薄切片試料作製処理を示すフローチャート。 図５中の異常検出処理を示すフローチャート。 異常検出部におけるフォースセンサから入力される切削力と試料ブロックの表面からの深さとの関係及びしきい値を表すテーブルＴＡを示す図。 試料ブロックの表面からの各深さにおける、試料ブロックの表面上のカッターの位置と切削力との関係を示す図。 切削動作における試料ブロック中のカッターの各停止位置を説明するための縦断面図であって、（ａ）はカッターの切削開始位置を示す縦断面図、（ｂ）は試料の包埋位置前のカッターの切削停止位置を示す縦断面図、（ｃ）は薄切り部分が剥離する前のカッターの切削停止位置を示す縦断面図、（ｄ）は薄切り部分が試料ブロックから剥離するカッターの切削停止位置を示す縦断面図。 別例に係る切削力検出部を備える薄切片試料作製装置の全体的な構成を示す概略図。

本発明の第１態様に係る薄切片試料作製装置は、試料が包埋剤中に包埋された試料ブロックをカッターにより薄切りして薄切片試料を作製する薄切片試料作製装置であって、前記試料ブロックを搬送する搬送部と、前記カッターを備える切削部と、前記試料ブロックの切削を開始してから、前記試料ブロックの切削が完了するまでの間において、切削異常を検出する異常検出部と、少なくとも前記搬送部を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記搬送部を制御して前記カッターと前記試料ブロックとを相対的に移動させることにより前記試料ブロックの切削を開始させ、前記異常検出部により切削異常が検出された場合、前記試料ブロックの切削を停止させる。

本発明の第２態様に係る薄切片試料作製装置では、第１態様において、前記異常検出部が切削異常を検出した場合、前記カッターで薄切りされた前記試料ブロックの薄切り部分が、前記試料ブロックから剥離する前に、前記試料ブロックの切削を停止させる。

本発明の第３態様に係る薄切片試料作製装置では、第１態様において、前記異常検出部が切削異常を検出した場合、前記カッターの搬送方向において、前記カッターの刃先の先端位置が、切削開始位置から前記試料ブロックの試料が埋め込まれた位置に到達する前に、前記試料ブロックの切削を停止させる。

本発明の第４態様に係る薄切片試料作製装置では、第１乃至第３態様のいずれかにおいて、前記異常検出部は、前記カッターが前記試料ブロックを切削する深さが、予め設定した切削深さ以上のときに異常を検出する。

本発明の第５態様に係る薄切片試料作製装置では、第４態様において、前記異常検出部は、前記カッターで前記試料ブロックを切削した際に生じる切削力を検出する、切削力検出部である。

本発明の第６態様に係る薄切片試料作製装置では、第５態様において、前記制御部は、前記異常検出部により切削異常が検出されるか監視する際に、前記切削力検出部により検出された切削力が、所定のしきい値以上であるか否かを判定する。

本発明の第７態様に係る薄切片試料作製方法は、試料が包埋剤中に包埋された試料ブロックをカッターにより薄切りして薄切片試料を作製する薄切片試料作製方法であって、前記カッターと前記試料ブロックとを相対的に移動させることにより、前記試料ブロックの切削を開始する第１ステップと、前記試料ブロックの切削を開始してから、前記試料ブロックの切削が完了するまでの間において、前記試料ブロックの切削異常が発生するか否かを判定する第２ステップと、前記第２ステップにおいて、切削異常が発生したと判定した場合、前記試料ブロックの切削を停止させる第３ステップと、を具備する。

本発明の第８態様に係る薄切片試料作製方法では、第７態様において、前記第２ステップにおいて切削異常が発生したと判定した場合、前記カッターで薄切りされた前記試料ブロックの薄切り部分が、前記試料ブロックから剥離する前に、前記第３ステップにおいて前記試料ブロックの切削を停止させる。

本発明の第９態様に係る薄切片試料作製方法では、第７態様において、前記第２ステップにおいて切削異常が発生したと判定した場合、前記カッターの搬送方向において、前記カッターの刃先の先端位置が、切削開始位置から前記試料ブロックの試料が埋め込まれた位置に到達する前に、前記第３ステップにおいて前記試料ブロックの切削を停止させる。

本発明の第１０態様に係る薄切片試料作製方法では、第７乃至第９態様において、前記第２ステップは、前記カッターが前記試料ブロックを切削する深さが、予め設定した切削深さ以上のときに、異常を検出する、異常検出ステップである。

本発明の第１１態様に係る薄切片試料作製方法では、第１０態様において、前記異常検出ステップは、前記カッターで前記試料ブロックを切削した際に生じる切削力が、所定のしきい値以上であるか否かを判定するステップである。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この説明において、実質的に重複する部分の詳細な説明については省略する。

（実施の形態１）
＜１．構成について＞
１−１．薄切片試料作製装置の全体構成
まず、図１を用い、本発明の実施の形態１に係る薄切片試料作製装置の全体構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００の全体的な構成を示す概略図である。
ここで、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００は、試料ブロック２０をカッター４１により薄切りして、薄切片試料２４を作製し、作製した薄切片試料２４をスライドガラス２２に貼付する動作を自動的に且つ連続的に行う装置である。また、試料ブロック２０は、試料台１９上に載置され、被検体である試料２０ａをパラフィン等の包埋材２０ｂの中に埋め込んだものである。試料２０ａとしては、例えば、人間や動物の組織などの生体試料や生検組織に関する試料等が挙げられる。この試料ブロック２０の詳細については、後述する。

図１に示すように、薄切片試料作製装置１００は、試料ブロック収納部３０と、搬送部１と、高さ検出部２と、異常検出部３と、切削部４と、供給リール５と、巻取リール６と、薄切片貼付部７と、スライドガラス搬送部８と、伸展部９と、制御部１０と、を備える。

試料ブロック収納部３０は、複数の試料ブロック２０を、整理した状態で収納する。

搬送部１は、試料ブロック収納部３０から薄切り処理される試料ブロック２０を順次取り出して、位置Ａ上に搬送した後、当該試料ブロック２０を位置Ａ〜Ｂの間で往復搬送可能に構成される。位置Ａ〜Ｂは、搬送方向（±Ｘ方向）に直線的に整列している。また、搬送部１は、試料ブロック２０の表層部分がカッター４１により薄切り可能な高さに位置するように、試料ブロック２０の高さ方向（±Ｚ方向）を調整可能に構成される。さらに搬送部１に２軸の傾斜ステージを設け、試料ブロック２０のＸＹ平面に対する傾きを調整可能に構成される。

高さ検出部２は、位置Ａに搬送された試料ブロック２０の高さ方向（±Ｚ方向）における高さを検出する。具体的には、高さ検出部２は、位置Ａに搬送された試料ブロック２０の表面上の３点の高さ位置を検出することにより、試料ブロック表面の傾きを求める。次いで、搬送部１が試料ブロック表面が水平となるように傾きを補正した後、高さを検出する。

異常検出部３は、試料ブロック２０の切削を開始してから、試料ブロック２０の切削が完了するまでの間の動作（以下、「薄切り動作」という。）において、切削異常を検出する。異常検出部３は、搬送経路の上流側（−Ｘ方向側）において、カッター４１と対向するように搬送部１の端部に設置される。そのため、異常検出部３は、搬送部１に付随して移動する。異常検出部３の詳細については、後述する。

切削部４は、カッター４１を備え、切削位置Ｂに設置される。切削部４は、当該カッター４１により、試料ブロック２０を薄切可能に構成される。具体的には、まず、所定の高さ位置にカッター４１が設定される。そこで、搬送方向（＋Ｘ方向）に沿って、搬送部１によりカッター４１と試料ブロック２０とを相対的に移動させることにより、試料ブロック２０を切削して、薄切り動作を行う。

供給リール５は、繰り出しモータ５１を備える。当該繰り出しモータ５１が駆動することにより、供給リール５からキャリアテープ２１が繰り出される。繰り出されたキャリアテープ２１は、ガイドローラ８１，８２により案内されて、切削位置Ｂの上方に供給される。切削位置Ｂの上方に供給されたキャリアテープ２１は、切削部４により試料ブロック２０の表層部分を薄切りすることで得られた薄切片試料２４を保持する。当該薄切片試料２４を保持したキャリアテープ２１は、ガイドローラ８３に案内され、薄切片貼付部７へ送り出される。

薄切片貼付部７は、キャリアテープ２１の走行経路の上流側（−Ｘ方向側）に配置された一対のガイドローラ７１と、キャリアテープ２１の走行経路の下流側（＋Ｘ方向側）に配置された一対のガイドローラ７２とを備える。上記構成において、薄切片貼付部７は、キャリアテープ２１に保持された薄切片試料２４を、スライドガラス２２上に貼り付ける。より具体的には、薄切片貼付部７は、一対のガイドローラ７１の間と一対のガイドローラ７２との間でキャリアテープ２１を挟んで下方に撓ませ、当該キャリアテープ２１に保持された薄切片試料２４を、水などの接着液２３が供給されたスライドガラス２２上に接触させる。これにより、薄切片試料２４が、スライドガラス２２上に貼り付けられる。その後、薄切片試料２４が貼付されたキャリアテープ２１は、ガイドローラ８４に案内されて、巻取リール６に巻き取られる。

巻取リール６は、巻取モータ６１を備える。当該巻取モータ６１が、常時駆動することにより、巻取リール６には常に一定のトルクが与えられている。これにより、繰り出しモータ５１の駆動により供給リール５から繰り出されたキャリアテープ２１は、当該繰り出しと同時に巻取リール６に巻き取られる。

スライドガラス搬送部８は、薄切片試料２４が貼り付けられたスライドガラス２２である薄切片付きスライドガラス２２を伸展部９へ搬送する。また、スライドガラス搬送部８は、スライドガラス収納部（図示せず）から薄切片試料２４が貼付されていないスライドガラス２２を取り出して薄切片貼付部７の下方へ搬送する。

伸展部９は、加温板（図示せず）を備え、スライドガラス搬送部８により搬送された薄切片試料２４の皺の伸展を行うとともに、スライドガラス２２上の水分を蒸発させて薄切片試料２４をスライドガラス２２上に密着固定させる。

制御部１０は、少なくとも搬送部１を制御する。通常は搬送部１のみではなく、高さ検出部２、異常検出部３、切削部４等の上記各構成を制御し、この薄切片試料作製装置１００の全体の動作を制御する。制御部１０は、入力部（図示せず）から入力される上記各構成からの情報に基づいて、上記各構成の動作を制御する。入力部は、例えば、薄切片付きスライドガラス２２の製作枚数や、１枚のスライドガラス当たりの薄切片試料の貼り付け数等が入力可能に構成される。また、制御部１０は、異常検出部３におけるフォースセンサにより検出される切削力と試料ブロック２０の表面からの深さとの関係及び所定のしきい値を表すテーブルＴＡ（第１テーブル）を備える。テーブルＴＡの詳細については、後述する。なお、図１は、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００の全体的な構成の一例であって、それに限定するものではない。例えば、切削部により薄切りされた薄切片をスライドガラスに載置する方法や薄切片の伸展方法等、上述の構造や方法に限定されるものではなく、その他の構造や方法であっても何ら問題はない。

１−２．試料ブロック
ここで、図２及び図３を用い、実施の形態１に係る試料ブロック２０について、詳細に説明する。

１−２−１．試料ブロックの構造
まず、図２を用い、実施の形態１に係る試料ブロック２０の構造について説明する。図２は、図１中の試料ブロック２０の平面図である。

図２に示すように、実施の形態１に係る試料ブロック２０は、被検体である試料２０ａを包埋剤２０ｂの中に埋め込んだ（包埋した）ものである。試料２０ａは、ここでは、その厚みが０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、または直径Ｌ１が０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の非常に微小な形状であって、生検を行う際に用いられる生検試料を一例に挙げる。ここで、「生検」とは、病変の検出または病変部の診断等を目的とするものであり、身体から組織の一部を採取した生検組織を用いて、病理診断を行うことをいう。このように、試料２０ａは、非常に微細であり、摂取される量も少ないため、病理診断の現場等において、非常に貴重な被検体である。したがって、当該現場において、試料２０ａを紛失することは、あってはならないことである。

また、試料ブロック２０は、長手方向（±Ｘ方向）の長さＬＸが３０ｍｍであり、短手方向（±Ｙ方向）の長さＬＹが２４ｍｍである。包埋剤２０ｂは、例えば日本国内で比較的広く使用されており、その融点が５６℃〜５８℃のパラフィンである。

１−２−２．試料ブロックの断面構造
次に、図３を用い、実施の形態１に係る試料ブロック２０の断面構造について説明する。図３は、図２中のＩ−Ｉの方向から見た縦断面図である。

図３に示すように、試料ブロック２０は、試料台１９上に載置される。図示するように、試料２０ａは、試料ブロック２０の表面からの深さ方向（−Ｚ方向）において、深さＤ１における位置の包埋剤２０ｂの中に埋め込まれる。

ここで、このような断面構成の試料ブロック２０において薄切り動作を開始する際に、設定したカッター４１の深さが、上記深さＤ１よりも浅い所定の深さに設定される場合、当該カッター４１によって、試料２０ａを切削する。そして、所定の試料２０ａについて、包埋剤２０ｂとともに、試料ブロック２０の表層部分から薄切片試料２４を薄切りする。そのため、試料２０ａの薄切片が包埋剤２０ｂに包含された状態で、所定の薄切片試料２４を作製することができる。

一方、試料ブロック２０の薄切り動作を開始する際に、実際に切削するカッター４１の深さＤ２が、上記深さＤ１よりも深く（大きく）なってしまう場合（Ｄ２＞Ｄ１）がある。この場合、何らの切削異常も検出されずに、当該深さＤ２にて、切削動作が開始されると、カッター４１は、試料２０ａが包埋される深さＤ１よりも深い深さＤ２における包埋剤２０ｂ中を通過する（深切りする）。そのため、試料２０ａを切削せずに、切削動作が完了してしまう。この場合、試料２０ａは、包埋剤２０ｂに含まれた状態で、試料ブロック２０から剥離する。そして、試料２０ａは、粗削りや捨て切りといわれる準備段階の切削動作においては、スライドガラス２２上に貼付されずに、そのまま破棄されることがある。その結果、非常に貴重な被検体である試料２０ａを、紛失するおそれがあった。

しかし、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００によれば、試料ブロック２０の切削を開始してから、試料ブロック２０の切削が完了するまでの間に、切削異常を検出する異常検出部３を備える。そのため、異常検出部３は、上述のように実際に切削するカッター４１の深さＤ２が、予め設定したカッター４１の深さよりも深く（大きく）なる場合、切削異常として、深く切削しすぎる深切り切削異常を検出する。そして、カッター４１による、当該試料ブロック２０の切削を停止することで、試料２０ａの紛失を防止することができる。

次に、実施の形態１に係る異常検出部３について、詳細に説明する。
１−３．異常検出部
図４を用いて、実施の形態１に係る異常検出部３について説明する。図４は、実施の形態１に係る異常検出部３を説明するための斜視図である。ここでは、異常検出部３は、カッター４１で試料ブロック２０を切削した際に生じる切削力を検出する、切削力検出部である。
図４に示すように、切削力検出部３は、搬送経路の上流側（−Ｘ方向側）において、カッター４１と対向するようにホルダ固定部１２の端部に当て止めして設置されるフォースセンサである。フォースセンサは、連結部品を介して搬送部１のベース板（図示せず）に固定されており、ベース板は搬送方向と同軸方向の直動ガイド（図示せず）を介してホルダ固定部１２と連結されている。そのため、フォースセンサは、搬送経路に沿って、搬送部１に付随して移動する。

１−３−１．フォースセンサについて
フォースセンサは、カッター４１が試料ブロック２０を切削する際に生じる切削力Ｎを検出して、これを所定の電圧に変換し、切削力データ信号ＦＤ（以下、単に「切削力ＦＤ」という。）として制御部１０へ出力する。より具体的には、切削動作の際には、搬送方向（＋Ｘ方向）に沿って、搬送部１によりカッター４１と試料ブロック２０とを相対的に移動させることにより、試料ブロック２０を切削する。ここで、試料ブロック２０は、搬送方向と直交する幅方向（±Ｙ方向）において、試料台１９が一対のホルダ１１により挟まれて保持されることにより、ホルダ固定部１２に固定されている。そのため、切削動作の際に発生する切削力Ｎは、搬送経路の下流側から上流側への向き（−Ｘ方向）に、ホルダ固定部１２を介して切削力検出部３に加わり、フォースセンサにより検出される。

１−３−２．駆動トルク検出部について
ここで、上記では、切削力検出部３として、フォースセンサを備える構成を一例に挙げて説明した。しかし、切削力検出部３は、上記構成に限られるものではない。そこで、図１０を用い、切削力検出部３の別例を説明する。図１０は、別例に係る切削力検出部３を備える薄切片試料作製装置の全体的な構成を示す概略図である。

図１０に示すように、別例に係る切削力検出部３は、駆動トルク検出部３Ｂを備え、カッター４１で試料ブロック２０を切削した際に生じる切削力を検出する。

駆動トルク検出部３Ｂは、搬送方向（＋Ｘ方向）に試料ブロック２０を搬送するための、搬送部１が備える駆動モータ（例えば、サーボモータやトルク制御機能の付いたパルスモータ等）の駆動トルクを検出する。具体的には、モータのドライバーでトルク監視を行い、検出した駆動トルクを、上記ドライバーから駆動トルク信号として、制御部１０へ出力する。

ここで、駆動トルク検出部３Ｂにより検出される駆動トルクは、上記切削力ＦＤと同様に、試料ブロック２０の表面からの各深さに比例した所定の値を示す。つまり、駆動トルクと試料ブロック２０の表面からの各深さとは、カッター４１と試料ブロック２０とが搬送方向（＋Ｘ方向）において干渉する範囲である、切削開始位置から切削完了位置までの間において、比例関係にある。このように、別例に係る切削力検出部３は、駆動トルク検出部３Ｂにより、駆動トルクを検出することで、カッター４１で試料ブロック２０を切削した際に生じる切削力を検出する。

また、図１０に示すように、別例に係る薄切片試料作製装置１００Ｂでは、制御部１０がテーブルＴＢ（第２テーブル）を備える。テーブルＴＢは、上記テーブルＴＡと同様に、駆動トルク検出部３Ｂにより検出された上記駆動トルクと、試料ブロック２０の表面からの深さとの関係、及び駆動トルクの所定のしきい値を表す。

＜２．薄切片試料作製処理について＞
次に、図５を用い、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００の薄切片試料作製処理について説明する。図５は、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００の薄切片試料作製処理を示すフローチャートである。
図示するように、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００の薄切片試料作製処理は、切削準備処理Ｓ０１と、切削開始から切削完了までの間の切削異常を検出する異常検出処理Ｓ０２と、薄切片貼付スライドガラス作製処理Ｓ０３と、に大別される。なお、以下の動作は、制御部１０が、上記各構成を制御することにより実行される。

２−１．切削準備処理Ｓ０１
まず、図５に示す切削準備処理Ｓ０１について説明する。
はじめに、搬送部１は、試料ブロック収納部３０から薄切り処理される試料ブロック２０を順次取り出して、位置Ａ上に搬送する。続いて、制御部１０は、必要に応じて、当該試料ブロック２０を位置Ａ〜Ｂの間で往復搬送するように、搬送部１を制御する。

続いて、高さ検出部２は、位置Ａにおいて、試料ブロック２０の高さ方向（±Ｚ方向）における高さと、ＸＹ平面における試料ブロック表面の傾きを検出する。この際、高さ検出部２は、試料ブロック２０の表面上の３点の高さ位置を検出することにより、試料ブロック２０の傾きを検出する。続いて、制御部１０は、高さ検出部２により検出された情報に基づいて、試料ブロック２０の傾きを調整した後、試料ブロック２０の表層部分の高さがカッター４１により薄切り可能な高さに位置するように、搬送部１を制御する。続いて、制御部１０は、所定の高さに調整された試料ブロック２０が、切削位置Ｂに搬送されるように、搬送部１を制御する。以上のように、実施の形態１に係る切削準備処理Ｓ０１を行う。

２−２．異常検出処理Ｓ０２
次に、図６に沿って、切削開始から切削完了までの間の切削異常を検出する異常検出処理Ｓ０２について説明する。図６は、図５中の異常検出処理Ｓ０２を示すフローチャートである。図示するように、切削準備処理Ｓ０１の後、まず、ステップＳ２１において、切り込み量などの各種パラメータを基に、切削異常を検出するためのしきい値を決定する。ここで、「しきい値」とは、カッター４１の深さが、試料ブロック２０の表面からの限界深さＤＴＨ以上のときに、カッター４１による試料ブロック２０の切削を停止させる値をいう。また、決定された当該しきい値は、制御部１０が備える記憶部（図示せず）等のテーブルＴＡに格納される。後述するように、制御部１０は、テーブルＴＡ中のしきい値を参照し、フォースセンサにより検出される切削力ＦＤが当該しきい値を超えるか否かに基づき、切削異常（深切り切削異常）であるか否かを判定する。

しきい値として、ここでは、試料ブロック２０の表面からの限界深さＤＴＨ（約８０μｍ）に対応する切削力ＦＤＴＨに設定する場合を一例に挙げる。この場合、まず薄切片試料作製に用いる試料ブロック２０と同様のパラフィンの種類の材料で形成された、しきい値決定用の試料ブロックを準備する。そして、準備したしきい値決定用の試料ブロックに対して、薄切片試料作製装置１００により、薄切り動作を行う。その結果、フォースセンサから入力される切削力ＦＤと当該試料ブロックの表面からの深さとの関係、及びしきい値ＦＤＴＨを表すテーブルＴＡを取得する。そこで、次に、図７を用いて、実施の形態１に係るテーブルＴＡについて、詳細に説明する。

２−２−１．テーブルＴＡ
次に、図７を用い、実施の形態１に係るテーブルＴＡについて説明する。
上述したように、しきい値決定用の試料ブロックに対して、薄切片試料作製装置１００により薄切り動作を行った結果、図７に示すテーブルＴＡを取得する。図７に示すテーブルＴＡは、フォースセンサから入力される切削力ＦＤと、当該試料ブロック２０の表面からの深さとの関係及びしきい値ＦＤＴＨを表している。より具体的には、図７に示すテーブルＴＡは、フォースセンサから入力される切削力（…，ＦＤＡ，…，ＦＤＧ，…）と、試料ブロックの表面からの深さ（…，ＤＡ，…，ＤＧ，…）との関係及びしきい値ＦＤＴＨとこれに対応する限界深さＤＴＨを表している。取得したテーブルＴＡは、制御部１０の記憶部（図示せず）等に記憶される。

なお、ここでは、上記テーブルＴＡが、切削力ＦＤと試料ブロック２０の表面からの深さとの関係を表（テーブル）形式で表す場合を一例として説明した。しかし、このような表（テーブル）形式に限定されることはない。例えば、制御部１０が、切削力ＦＤと試料ブロック２０の表面からの深さとの関係式を表すパラメータを記憶する場合であってもよい。

また、ここでは、試料ブロック２０の表面からの深さ（切り込み量）ＤＴと、試料ブロック２０と同様のパラフィンの種類との２つのパラメータに基づいて、切削異常を検出するためのしきい値ＦＤＴＨを決定する場合を説明した。しかし、しきい値を決定する際のパラメータは、これらに限られることはない。例えば、試料ブロック２０のサイズ、カッター４１の種類、又は搬送部１の移動による切削速度等のその他の各種パラメータに基づいて、同様にしきい値を決定することが可能である。また、しきい値を決定するステップＳ２１は、必ずしもここで説明したタイミングで行う必要はない。例えば、薄切り動作の開始前に、同様にしきい値を決定し、あらかじめ取得したテーブルＴＡに格納させることも可能である。

続いて、図６に戻り、ステップＳ２２において、制御部１０は、試料ブロック２０の切削動作を開始する。具体的には、制御部１０は、搬送方向（＋Ｘ方向）に沿って、カッター４１と試料ブロック２０とが相対的に移動するように、搬送部１を制御する。このように、試料ブロック２０の表層部分をカッター４１が移動することで、切削動作を開始する。切削動作時の搬送部１における搬送方向（Ｘ方向）の搬送速度（以下、「切削速度」という。）は、通常５ｍｍ／ｓｅｃ〜１００ｍｍ／ｓｅｃ程度である。

続いて、ステップＳ２３において、制御部１０は、切削動作中の切削力ＦＤを監視し、切削力がしきい値以上か否かを判定する。具体的には、制御部１０は、上記テーブルＴＡを参照し、フォースセンサによりリアルタイムに検出される切削力ＦＤと、上記テーブルＴＡ中の切削力のしきい値ＦＤＴＨとを比較する。そこで、制御部１０は、フォースセンサにより検出される切削力ＦＤが、上記テーブルＴＡ中の切削力のしきい値ＦＤＴＨ以上であるか否かを判定する。このステップＳ２３において、制御部１０が、検出された切削力ＦＤがしきい値ＦＤＴＨ未満と判定する場合（ＮＯ）、ステップＳ２４へ進む。

続いて、ステップＳ２４において、制御部１０は、薄切片試料を切り出して、切削動作を終了する（エンド）。

一方、上記ステップＳ２３において、制御部１０が、検出された切削力ＦＤがしきい値ＦＤＴＨ以上であると判定する場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２５へ進む。このステップＳ２５において、制御部１０は、テーブルＴＡに表す切削力ＦＤと試料ブロック２０の表面からの深さとの関係に基づいて、試料ブロック２０が深切り切削異常であると判定する。そこで、制御部１０は、搬送部１の搬送動作を停止させ、カッター４１による試料ブロック２０の切削動作を停止させる。ここで、図８を用い、切削異常（深切り切削異常）の検出について、より詳細に説明する。

２−２−２．切削異常（深切り切削異常）の検出
図８は、試料ブロック２０の表面からの各深さＤＡ〜ＤＧにおける、試料ブロック２０の表面上のカッター４１の位置と切削力ＦＤとの関係を示す図である。ここでは、試料ブロック２０の表面からの深さとして、深さＤＡ〜ＤＧ（ＤＡ：５μｍ，ＤＢ：１０μｍ，ＤＣ：３０μｍ，ＤＤ：５０μｍ，ＤＥ：１００μｍ，ＤＦ：２００μｍ，ＤＧ：３００μｍ）を一例に挙げる。実施の形態１では、フォースセンサから出力される電圧を、アンプを用いて増幅している。ここでは、フォースセンサが検出する上記切削力Ｎとこれを変換する電圧Ｖとの関係は、０．９５Ｎ／Ｖであるが、アンプの種類によりこの関係は変化する。試料ブロック２０に関して、試料ブロック２０の短手方向（±Ｙ方向）の長さＬＹは２４ｍｍである。試料ブロック２０の試料２０ａは、生検組織である。また、試料ブロック２０の包埋剤２０ｂは、その融点が５６℃〜５８℃のパラフィンである。さらに、切削速度は、４０ｍｍ／ｓｅｃである。

上記条件下において、図８に示すように、試料ブロック２０の表面からの各深さＤＡ〜ＤＧにおける、フォースセンサにより検出される各切削力ＦＤは、カッター４１と試料ブロック２０とが干渉しない領域では、検出されず、略０を示す。

一方、カッター４１と試料ブロック２０とが搬送方向（＋Ｘ方向）において干渉する領域の場合、上記各深さＤＡ〜ＤＧにおける各切削力ＦＤは、試料ブロック２０にカッター４１が接触した位置Ｐ１から試料ブロック２０からカッター４１が離脱した位置Ｐ２までの間において、各深さに比例した略一定の値を示す。これは、試料ブロック２０の表面からの深さが深い（厚みが大きい）ほど、カッター４１が切削する試料２０ａ及び包埋剤２０ｂの体積及び重量が増大するため、切削に必要な切削力も増大するからである。このように、Ｐ１からＰ２までの間において、試料ブロック２０の表面からの各深さＤＡ〜ＤＧと、フォースセンサにより検出される各切削力ＦＤとは、比例関係にある。

そのため、検出される切削力ＦＤが設定したしきい値ＦＤＴＨ以上の場合、制御部１０は、深切り切削異常が発生したと判定し、異常停止制御信号を搬送部１に送信する。異常停止制御信号を受けた搬送部１は、直ちに搬送動作を停止する。その結果、制御部１０は、切削動作を停止させる（Ｓ２５）。例えば、図８に示す場合、しきい値が、試料ブロック２０の表面からの限界深さＤＴＨ（約８０μｍ）に対応する、切削力ＦＤＴＨに設定されている。そのため、制御部１０は、深さＤＥ，ＤＦ，ＤＧについて、フォースセンサにより検出される切削力ＦＤがしきい値ＦＤＴＨ以上であると判定する。従って、制御部１０は、これらの深さＤＥ，ＤＦ，ＤＧについては深切り切削異常が発生したと判定し、搬送部１の搬送動作を停止させ、切削動作を停止させる（Ｓ２５）。このように、実施の形態１では、制御部１０が、深さ１００μｍ以上の深さＤＥ，ＤＦ，ＤＧについて、深切り切削異常が発生したと判定し、切削動作を停止させる。その結果、非常に貴重な被検体であって、微小な生検試料等の試料２０ａの紛失を防止することができる。

２−２−３．切削動作における試料ブロック中のカッターの各停止位置
次に、図９を用い、深切り切削異常が発生した場合のカッター４１の各停止位置について、より詳細に説明する。

２−２−３−１．カッターの切削開始位置について
まず、図９（ａ）を用い、カッター４１の切削開始位置について説明する。図９（ａ）では、カッター４１が切削開始位置ＰＳの状態にある。ここから、搬送方向（＋Ｘ方向）に試料ブロック２０が移動することにより、試料ブロック２０の切削が開始される。

２−２−３−２．試料の包埋位置前のカッターの切削停止位置について
次いで、図９（ｂ）を用い、カッター４１の切削停止位置について説明する。ここでは、深切り切削異常を検出した場合において、試料ブロック２０中のカッター４１の刃先の先端位置ＰＢが、切削開始位置から試料２０ａが埋め込まれた試料ブロック２０中の位置ＰＣに到達する前に、切削動作が停止する場合について説明する。
ここで、試料ブロック２０中において、カッター４１側における試料ブロック２０の端部の位置をＰＡとし、深切り切削異常を検出して停止するカッター４１の刃先の先端位置をＰＢとし、カッター４１側における試料２０ａが埋め込まれた位置をＰＣとする。また、位置ＰＡと位置ＰＢとの間の距離を停止距離Ｘ０とし、位置ＰＡと位置ＰＣとの間の距離を包埋距離Ｘ１とする。

図９（ｂ）に示すように、異常な深さで切削動作を開始すると、制御部１０により、深切り切削異常が検出され、切削動作を停止させる。ここで、カッター４１の刃先の先端位置ＰＢが、切削開始位置から試料２０ａが埋め込まれた位置ＰＣに到達する前に、切削動作が停止するためには、停止距離Ｘ０が包埋距離Ｘ１よりも小さいこと（Ｘ０＜Ｘ１）が必要である。そのため、制御部１０は、停止距離Ｘ０が包埋距離Ｘ１よりも小さくなるように、搬送部１を制御する。このように、停止距離Ｘ０が包埋距離Ｘ１よりも小さくなるように制御することで、生検試料等の貴重な試料２０ａは、カッター４１により損傷を受けることはない。その結果、切削動作による試料２０ａの損傷を防止することができる。

さらに、試料２０ａの包埋位置ＰＣは、必ずしも包埋剤２０ｂの中央付近とは限らない。例えば、試料２０ａの包埋位置ＰＣが、カッター４１側における試料ブロック２０の端部の位置ＰＡ側に寄って位置する場合も考えられる。そこで、このような試料２０ａの包埋状況を考慮すると、停止距離Ｘ０は、３ｍｍ以下であることが好ましい。また、停止距離Ｘ０は、２ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、停止距離Ｘ０は、１ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、停止距離Ｘ０は、０．５ｍｍ以下であることが最も好ましい。

２−２−３−３．薄切り部分が剥離する前のカッターの切削停止位置について
次いで、図９（ｃ）を用い、薄切り部分２２が剥離する前のカッター４１の切削停止位置について説明する。ここでは、深切り切削異常を検出した場合において、カッター４１で薄切りされた薄切り部分２２が試料ブロック２０から剥離する前に、切削動作を停止させる場合について説明する。
ここで、試料ブロック２０中において、薄切り部分２２が剥離しない限界の位置をＰＤとし、カッター４１と対向する側の試料ブロック２０の端部の位置をＰＥとする。また、位置ＰＡと位置ＰＤとの間の距離を剥離限界距離Ｘ２とする。

図９（ｃ）に示すように、カッター４１で薄切りされた薄切り部分２２が、試料ブロック２０から剥離する前に、切削動作を停止させるためには、停止距離Ｘ０が剥離限界距離Ｘ２よりも小さいこと（Ｘ０＜Ｘ２）が必要である。そのため、制御部１０は、停止距離Ｘ０が剥離限界距離Ｘ２よりも小さくなるように、搬送部１を制御する。より具体的には、制御部１０は、深切り切削異常を検出した場合に、カッター４１の刃先の先端位置ＰＢが、切削開始位置から試料２０ａの包埋位置ＰＣを超え、遅くとも薄切り部分２２が剥離しない限界の位置ＰＤに到達する前に、切削動作を停止させる。このように、制御することで、薄切り部分２２中の生検試料等の貴重な試料２０ａは、試料ブロック２０から剥離することはない。その結果、切削動作による試料２０ａの紛失を防止することができる。

２−２−３−４．薄切り部分が剥離するカッターの切削停止位置について
次いで、図９（ｄ）を用い、薄切り部分２２が試料ブロック２０から剥離するカッター４１の切削停止位置について説明する。ここでは、停止距離Ｘ０が剥離限界距離Ｘ２よりも大きい場合（Ｘ０＞Ｘ２）、について説明する。

図９（ｄ）に示すように、カッター４１の刃先の先端位置ＰＢが、薄切り部分２２が剥離しない限界の位置ＰＤを超えて、なお切削動作を継続すると、薄切り部分２２が試料ブロック２０から剥離する危険性が高い。例えば、図９（ｄ）に示す状態の薄切り部分２２は、屑吸引による吸引または屑吹き飛ばしにより容易に千切れる場合や、カッター４１が逆行した際に切削口から千切れる場合等により、試料ブロック２０から剥離する危険性が高い。

しかし、本実施の形態１では、フォースセンサにより切削力ＦＤを検出してから、搬送部１を停止させるまでの間において、カッター４１が試料ブロック２０を切削する距離（以下、「応答停止距離」という。）が、例えば０．２６ｍｍ程度である。そのため、図９（ｄ）に示すような、試料２０ａが試料ブロック２０から剥離することを防止することができる。

なお、上記応答停止距離は、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。上述した通り、本実施の形態１では、応答停止距離は、０．２６ｍｍ程度である。さらに、応答停止距離は、制御部１０が備える制御ソフトウェア（図示せず）を最適化することにより、必要に応じてより短縮化することができる。

続いて、図６に戻り、上記切削停止（Ｓ２５）の後、ステップＳ２６において、制御部１０は、異常終了時の所定の処理を行い、この異常検出処理Ｓ０２を終了する（エンド）。例えば、制御部１０は、異常終了時の所定の処理として、切削動作を停止させた試料ブロック２０について、搬送経路の上流側（−Ｘ方向側）に逆行させるように搬送部１を制御し、試料ブロック２０の切削口からカッター４１を抜き出す。そして、切削が停止された試料ブロック２０を搬送ラインから外すことで、試料２０ａを紛失することなく、試料２０ａを回収することができる。

なお、この異常検出処理Ｓ０２は、試料ブロック２０をカッター４１によって薄切りして薄切片試料２４を切り出す動作（本削り）の際に限られるものではない。例えば、上記本削りを行って、薄切片試料２４を得るにあたって、有用な試料２０ａの観察を行うためには、試料ブロック２０の表面に、試料２０ａの部分が十分に存在していることが必要である。そこで、試料２０ａについて観察用の表面を得るために、試料ブロック２０の表面を所定の厚さまで切削する動作（粗削り）してから、上記本削りが行われる。また、上記本削りの直前に、薄切り精度を高めるために数回の切削動作（捨て切り）を行うこともある。そのため、異常検出処理Ｓ０２は、このような粗削りや捨て切りを行う際においても同様に行うことが可能である。

２−３．薄切片貼付スライドガラス作製処理Ｓ０３
次に、図５に戻り、薄切片貼付スライドガラス作製処理Ｓ０３について説明する。
まず、上記異常検出処理Ｓ０２の後、図１に示すように、薄切りされた薄切片試料２４は、切削位置Ｂの上方に供給されたキャリアテープ２１に貼り付けられて、保持される。

続いて、キャリアテープ２１に保持された薄切片試料２４は、スライドガラス２２上に搬送され、薄切片貼付部７により貼り付けられる。より具体的には、薄切片貼付部７は、一対のガイドローラ７１の間と一対のガイドローラ７２との間でキャリアテープ２１を挟んで下方に撓ませ、当該キャリアテープ２１に保持された薄切片試料２４を、水などの接着液２３が供給されたスライドガラス２２上に接触させる。これにより、薄切片試料２４は、スライドガラス２２上に貼り付けられる。

続いて、薄切片が貼り付けられたスライドガラス２２は、スライドガラス搬送部８により、伸展部９へ搬送される。続いて、伸展部９へ搬送された薄切片試料２４は、伸展部９の加温板により皺が伸展され、スライドガラス２２上の水分が蒸発して、スライドガラス２２上に密着固定される。以上のように、実施の形態１に係る薄切片貼付スライドガラス作製処理Ｓ０３を行う。

＜３．作用効果について＞
以上説明したように、実施の形態１に係る薄切片試料作製装置１００では、制御部１０は、異常検出部３により切削異常が検出されるか否かを判定し（Ｓ２３）、異常検出部３により切削異常が検出された場合、搬送部１の搬送動作を停止させ、カッター４１による試料ブロック２０の切削を停止させる（Ｓ２５）。

これによって、試料ブロック２０の切削を開始してから、試料ブロック２０の切削が完了するまでの間に、切削異常を検出し、当該試料ブロック２０の切削を停止することで、試料２０ａの紛失を防止することができる。

例えば、実施の形態１の場合、異常検出部３は、カッター４１で試料ブロック２０を切削した際に生じる切削力ＦＤを検出するフォースセンサを備えた、切削力検出部である。制御部１０は、テーブルＴＡを参照し、フォースセンサにより検出された切削力ＦＤが、テーブルＴＡ中の所定のしきい値ＦＤＴＨ以上であるか否かを判定する（Ｓ２３）。切削力ＦＤが、テーブルＴＡ中の所定のしきい値ＦＤＴＨ以上である場合、制御部１０は、テーブルＴＡが表す切削力ＦＤと試料ブロック２０の表面からの深さとの関係に基づいて、試料ブロック２０の深切り切削異常が発生したと判定し、異常停止制御信号を搬送部１に送る。異常停止制御信号を受けた搬送部１は、直ちに搬送動作を停止する。その結果、制御部１０は、切削動作を停止させる（Ｓ２５）。

その結果、非常に貴重な被検体であって、微小な生検試料等の試料２０ａの紛失を確実に防止することができる。

（他の実施の形態）
上記実施の形態１，２では、異常検出部３の一例として、切削力ＦＤを検出するフォースセンサや、駆動トルクを検出する駆動トルク検出部を備えることで、深切り切削異常を検出する構成を説明した。しかし、異常検出部３は、これらの構成に限られるものではない。

例えば、他の実施の形態として、異常検出部３が、試料ブロック２０の薄切り部分の周辺を撮像する撮像センサを備える構成であっても、適用することが可能である。この場合、当該撮像センサで撮像された画像データは、制御部１０に入力される。そこで、制御部１０は、入力された当該画像データに基づいて、試料ブロック２０の切削を開始してから、カッター４１が試料ブロック２０に接触するまでの間において、切削異常であるか否かを判定する。そして、切削異常である場合に、制御部１０は、搬送部１の搬送動作を停止させ、切削動作を停止させる。

本発明は、理化学試料分析や生体試料等の顕微鏡観察などに利用される薄切片試料を作製する薄切片試料作製装置等に適用することが可能である。

１ 搬送部
２ 高さ検出部
３ 異常検出部
４ 切削部
５ 供給リール
６ 巻取リール
７ 薄切片貼付部
８ スライドガラス搬送部
９ 伸展部
１０ 制御部
１２ ホルダ固定部
２０ 試料ブロック
２０ａ 試料
２０ｂ 包埋剤
２４ 薄切片試料
３０ 試料ブロック収納部
４１ カッター
ＴＡ，ＴＢ テーブル
１００，１００Ｂ 薄切片試料作製装置

Claims (9)

1. 試料が包埋剤中に包埋された試料ブロックをカッターにより薄切りして薄切片試料を作製する薄切片試料作製装置であって、
   前記試料ブロックを搬送する搬送部と、
   前記カッターを備える切削部と、
   前記試料ブロックの切削を開始してから、前記試料ブロックの切削が完了するまでの間において、切削異常を検出する異常検出部と、
   少なくとも前記搬送部を制御する制御部と、を具備し、
   前記制御部は、前記搬送部を制御して前記カッターと前記試料ブロックとを相対的に移動させることにより前記試料ブロックの切削を開始させ、前記異常検出部により切削異常が検出された場合、前記試料ブロックの切削を停止させると共に、
   前記異常検出部は、前記カッターが前記試料ブロックを切削する深さが、予め設定した切削深さ以上のときに異常を検出する、薄切片試料作製装置。
2. 前記異常検出部が切削異常を検出した場合、前記カッターで薄切りされた前記試料ブロックの薄切り部分が、前記試料ブロックから剥離する前に、前記試料ブロックの切削を停止させる、請求項１に記載の薄切片試料作製装置。
3. 前記異常検出部が切削異常を検出した場合、前記試料ブロックの搬送方向において、前記カッターの刃先の先端位置が、切削開始位置から前記試料ブロックの試料が埋め込まれた位置に到達する前に、前記試料ブロックの切削を停止させる、請求項１に記載の薄切片試料作製装置。
4. 前記異常検出部は、前記カッターで前記試料ブロックを切削した際に生じる切削力を検出する、切削力検出部である、請求項１に記載の薄切片試料作製装置。
5. 前記制御部は、前記異常検出部により切削異常が検出されるか監視する際に、前記切削力検出部により検出された切削力が、所定のしきい値以上であるか否かを判定する、請求項４に記載の薄切片試料作製装置。
6. 試料が包埋剤中に包埋された試料ブロックをカッターにより薄切りして薄切片試料を作製する薄切片試料作製方法であって、
   前記カッターと前記試料ブロックとを相対的に移動させることにより、前記試料ブロックの切削を開始する第１ステップと、
   前記試料ブロックの切削を開始してから、前記試料ブロックの切削が完了するまでの間において、前記試料ブロックの切削異常が発生するか否かを判定する第２ステップと、
   前記第２ステップにおいて、切削異常が発生したと判定した場合、前記試料ブロックの切削を停止させる第３ステップと、を具備し、
   前記第２ステップは、前記カッターが前記試料ブロックを切削する深さが、予め設定した切削深さ以上のときに、異常を検出する、異常検出ステップである、薄切片試料作製方法。
7. 前記第２ステップにおいて切削異常が発生したと判定した場合、前記カッターで薄切りされた前記試料ブロックの薄切り部分が、前記試料ブロックから剥離する前に、前記第３ステップにおいて前記試料ブロックの切削を停止させる、請求項６に記載の薄切片試料作製方法。
8. 前記第２ステップにおいて切削異常が発生したと判定した場合、前記試料ブロックの搬送方向において、前記カッターの刃先の先端位置が、切削開始位置から前記試料ブロックの試料が埋め込まれた位置に到達する前に、前記第３ステップにおいて前記試料ブロックの切削を停止させる、請求項６に記載の薄切片試料作製方法。
9. 前記異常検出ステップは、前記カッターで前記試料ブロックを切削した際に生じる切削力が、所定のしきい値以上であるか否かを判定するステップである、請求項６に記載の薄切片試料作製方法。

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