組織模塊的製作方法
2023-05-13 12:34:21 2
專利名稱：組織模塊的製作方法
背景技術：
利用可見光和電子顯微技術進行透射顯微的有機組織樣品和其它材料的製備一般是這樣進行的，讓樣品經受一系列化學處理，最終成為一個放置有樣品的固體塊狀製品。
在常規的組織製備工藝中，首先用福馬林、戊二酸醛或其它能夠防治樣品自變質(自降解(self-degradation))的物質對組織進行化學固定，讓樣品變硬，並提高其的滲透性，這樣就增強了隨後浸出溶液過程中的滲透作用。化學固定後的滲透步驟是用提高溶劑例如乙醇、二甲苯的濃度逐步替換掉水而將所有的水分從樣品中去除的。滲透後用熔化的石蠟進行處理，然後將樣品冷卻至室溫使其固化。另外，也可將組織用塑料聚合物進行滲透，然後通過加熱、紫外線和其它方式使其硬化。硬化的滲透後的組織放置在模具中並用石蠟或塑料包圍之，製成組織塊。
現行的組織製備工藝已被開發出用在標準光和電子顯微技術中，在這種技術中，從塊體上切下一個樣品的薄的斷面並將其放在玻璃載片或其它支承物上。將組織染色以改善其成像效果，然後在顯微鏡下觀察得出二維圖像。有關組織三維結構的數據是通過測試組織的逐次切片而獲得的。
美國專利4960330描述了一種塊體切片和圖像獲取系統，其中，斷面被從塊體上逐次去除，使用顯微鏡或雷射掃描儀將暴露出的塊體表面成像。該方法能夠快速地記錄和儲存結構數據而不會耗時，也不會有由於組織斷面逐個處理而帶來的錯誤。但至今很少對用這種設備和方法觀察並記錄暴露塊表面的可視數據的組織塊的最佳幾何造型進行研究。
發明內容
本發明的一個方面是一種模塊，它用來保持要被切片和檢測的樣品。模塊包括一個整體上向樣品倉逐漸變細的柄部，樣品就放置在樣品倉中。樣品倉具有斷面的幾何形狀，並且其尺寸和形狀基本上與用來使塊體表面成像的成像設備的成像區相對應。柄部的形狀適於與將模塊固定到切片設備上的固定裝置相接合。
本發明的另一方面是一種模具，它用來製備要被切片和檢測的樣品。模具限定了一個長形空腔，它包括位於近端的一個開口，用來將選定的材料從模具外部引入。近端限定了適於與固定裝置相接合的形狀。模具向遠端逐漸變細，遠端限定了多面體，其尺寸和形狀適合於切片。模具遠端也接近於可用來觀察由該模具製備的組織塊的暴露表面的成像設備的成像區的尺寸和形狀。
在本發明的又一個方面，提供一種製備用來切片和檢測的組織樣品的方法。該方法包括將樣品放置在長形塊體的樣品倉中，該塊體包括一個整體上向樣品倉逐漸變細的柄部，樣品倉具有多邊形截面的幾何形狀和接近於用來觀察樣品的成像設備的成像區的尺寸和形狀的暴露表面。然後將長形塊體的柄部與固定裝置的相對的表面接合以將長形塊體固定到切片設備上，其中，樣品倉布置成使其平直表面對著切片設備的切割裝置，組織塊的一個斷面切片被去除以將用於檢測的表面暴露出來。
「基本上對應於或接近成像設備的成像區」的意思是，橫截於塊體長度方向的樣品倉的截面，或者樣品倉的暴露表面接近於用來觀察該表面的成像設備的成像區，或者其尺寸和形狀與用來觀察該表面的成像設備的成像區相類似。成像區就是成像裝置能記錄與該表面有關的數據的一個區域。希望的是，要被觀察的塊體的暴露表面既不比成像區大很多也不比成像區小很多。成像裝置提供表面的顯微圖像，也就是說，被成像區域的實際規格並不由掃描陣列決定而是由放大光學系統決定。因此，成像區的大小由放大光學系統決定，而成像區的形狀由該陣列設計決定。
本發明的模具和模塊在對放置的組織樣品進行切片和成像時提供了最佳的性能。樣品倉的規格能使其圖像質量最好。通過使樣品倉的暴露表面基本上與可由成像設備攝取的區域相對應，使樣品不會延伸到觀察區的外部(導致不完整的圖像)，也不會使塊表面不能填滿成像區，從而導致空白區的無效成像。
另外，樣品倉的幾何形狀與柄部的幾何形狀無關。因此，可以挑選柄部的幾何形狀以確定樣品倉相對於刃具的位置，從而在塊表面上產生高質量的暴露表面。
下面參考附圖對本發明進行描述，附圖僅用於闡述而不對本發明構成限制。其中圖1是本發明模具的透視圖；圖2A-C是本發明三種模塊的透視圖；圖3A-C是模塊柄部的截面圖，該模塊具有與切片設備的固定裝置接合的多種斷面幾何形狀；圖4是本發明模具的側視圖，該模具包括一個螺紋帽；以及圖5是本發明模具的(a)頂視圖以及(b)底視圖。
具體實施例方式
本發明的模塊將用在切片設備例如薄片切片器上，它能從塊體上逐次去除斷面。切片設備通常包括一個支承著組織塊固定架的往復棒和一個具有刀刃的刀架。往復棒使組織固定架(模塊就固定在其上)上下運動並將模塊朝著刀刃送進，以便切下塊上的斷面。當模塊結合US4960330所描述的自動圖像記錄設備使用時，從塊體上切下的組織斷面被丟棄，並對塊體的暴露表面進行檢測，該文獻US4960330全文為參考文獻)。切片器位於一個基座上，該基座還支承著用來觀察塊體暴露表面的成像設備。
本發明的模塊包括一個柄部，它整體上向一個樣品倉逐漸變細，其中的各個特徵專用於特定的目的。參考圖1，模塊10包括一個柄部12，其大小和形狀適合與將塊體固定到用來切片和/或測試的切片儀器上的固定裝置(未示出)相接合。柄部12在過渡區14向樣品倉16逐漸變細。樣品倉的尺寸和規格適合將組織樣品定位在其中並在切片儀器(未示出)上切片。樣品倉的大小和形狀也基本上與用於塊體表面測試的成像設備(未示出)的成像區相對應。柄部12的尺寸和規格使其能被固定裝置緊緊地保持並為塊體提供機械強度和剛度。為防止在樣品倉的切片期間的彎曲和振動，需要一定的機械強度。
能用於本發明模塊的成像的典型成像設備包括區域陣列(areaarray)和線性電荷耦合裝置(linear charge coupled devices)(CCDs)，CCD是一個提供數字圖像的探測器。數字模式允許圖像被計算機處理，該計算機能電子化地修改和複製它們。與普通的照像方法相比，圖像的電子存儲和編輯提供了很大的優勢。
區域陣列掃描儀的觀察區是一個由二維像素陣列限定的直線性區域。限定圖像的像素數目越大，解析度就越高。低解析度區域陣列CCD的規格可以是300×600像素，而高解析度CCDs的規格可到2000×2000的像素量級。線性CCD掃描儀只有一排像素。隨著掃描儀橫掠樣品的寬度，通過線性CCD(或樣品)的逐步推進就可獲得完整的圖像。在這兩種情況中，成像區都限定一個直線性區域。很少使用非直線性的CCDs。
樣品倉的尺寸和形狀是根據用來從塊體暴露面攝取圖像的成像設備的類型來選擇的。因此，應選擇樣品倉的形狀以避免在成像區出現空白區或樣品延伸到成像區外的情況。因為這樣減少了與組織樣品相對應的數字式數據(像素)的量，所以要儘量避免出現這種情況。限定樣品的像素量越大(相比空白區)，解析度越高。因此，通過最小化成像區的背景，能改善樣品的成像解析度。
在一個優選實施例中，樣品倉為正方形斷面。在另一個優選實施例中，樣品倉為矩形或梯形斷面。在切片時其長邊對著刀具的梯形斷面能形成特別高質量的表面。
在一個較差的實施例中，樣品倉可以是圓形的或接近圓形的多邊形。這樣的樣品倉適合用於圓形的組織樣品，以使樣品倉在大小和形狀上與組織樣品緊密配合。因此，可適應組織以在成像區內成像的任何形狀都在本發明的範圍內。
具有各種樣品倉尺寸的模塊顯示在圖3A-C中。對於多數目的而言，正方形截面或稍微為矩形截面的樣品倉是適當的。根據組織樣品尺寸和最佳的成像幾何形狀來選擇合適的塊體。例如，一個衝擊出的表皮活體(punch biopsy of the skin)能製成一個直徑約4mm的圓形表皮樣品。一個4.5mm×4.5mm的正方形樣品倉能夠輕易地容納該樣品，同時還基本上與CCD掃描儀的成像區相對應。
當樣品為不規則形狀時，樣品倉的形狀可以根據情況選擇。例如，一個前列腺針形活體(prostate needle biopsy)製成一個直徑約1mm而長度約17mm的樣品。用於該組織樣品的優選樣品倉也應能很好地持有該形狀，例如使用具有寬約2mm而長約20mm的尺寸的矩形斷面。在這種情況下，為產生一個矩形成像區可以使用線性CCD掃描儀。
儘管從這種細長塊的面上切下的斷面的質量可能不是最適合用普通顯微技術測試，但暴露的切面的質量並不受影響。因此，當該模塊結合US4960330中所述的自動圖像記錄設備使用時，為獲得高質量的成像區，可以使用以前認為不適於組織成像的多種形狀的樣品倉。
在優選實施例中，當安裝在切片設備上時，樣品倉的平直邊平行於刀、刃或其它切割裝置。因此樣品倉的布置應避免讓角(兩個表面的匯合處)對著刀刃，因為這樣的幾何形狀和方向不能使平直邊對著刀刃。也可以理解，不希望表面是不規則或不整齊的，因為在使用模塊時，它們妨礙了平直邊對著刀刃就位。
因此，希望限定樣品倉的多邊形具有一個在切片時可以平行於刀或刀刃的邊。然而需注意的是，限定樣品倉體積的多面體的表面不需具有相對的平行表面。這在圖4所示的用於製備模塊的模具中很清楚地顯示出來。可以選擇這種不平行的錐形表面使塊體可更容易地從所鑄的模具中取出。
樣品倉可以有與所測試樣品相適應的任何規格。樣品倉的規格範圍可以從毫米量級例如2mm×2mm大到數十釐米例如60cm×60cm，而最常用的是一個邊為0.5mm-2cm的範圍。限制因素僅僅是，合適的切片和成像設備應能得到以與本發明的模塊結合使用。
模塊的柄部用來將塊體牢固地固定在切片設備上，並將塊體保持在適於樣品切割和成像的方向上。切片設備的固定裝置通常具有相對表面，它們能運動以接合和離開模塊的柄部。固定裝置是用來固定一個物體到表面上的任何常規元件，例如虎鉗、夾鉗、卡扣、緊固件、爪夾、卡盤、固定器等。固定裝置的相對的表面可以是平的或槽形的表面，或者以其它方式改進以接合模塊柄部。
在一個實施例中，如圖3A的柄部的斷面圖中所示的，柄部具有平行的平直表面20、20』，它們與固定裝置的相對的平直表面22、22』接合。在另一個實施例中，如圖3B和3C分別所示，柄部設計成與一個或兩個槽形表面24、24』接合。在這種情況下，柄部的形狀允許與固定裝置相接合以便牢牢地將塊體固定在設備上。例如，如圖3B所示，槽形表面可與模塊的角26相接合。槽口可以比柄部小一些，使在固定裝置的上下表面之間有一定的間隔或縫隙。柄部可以是任何形狀，只要具有平直的表面以便能牢固地固定在切片設備上。圖3C顯示了另一個實施例，它使用兩個相對的槽形表面來接合八角形的軸。然而，本發明不要求所有的表面都是平的。例如，不與固定裝置接合的表面26可以是曲面。
在優選實施例中，柄部為八角形斷面的幾何形狀。更有甚者，柄部為非正則八角形斷面的幾何形狀。「非正則幾何形狀」是指限定塊體斷面的多邊形的邊長度不等。例如，非正則八角形包括具有交替的短和長邊即4個短邊和4個長邊的八角形。通過選擇非正則多邊形作為柄部的斷面幾何形狀，我們能在其它相當的表面之間進行區別。其它的非正則幾何形狀，例如非正則六角形或十角形等全都考慮在本發明的範圍內。
圖2A-C是本發明三種模塊的透視圖。每個模塊30包括一個非正則八面體柄部32，它在過渡區34處逐漸變細，之後成為正方形或矩形的樣品倉36。如圖3A-C所示，樣品倉的尺寸可以在大範圍內變化，並且最好是選擇該尺寸以基本上與用於觀測樣品的成像區的尺寸和形狀相對應。
過渡區中錐體的長度和錐度可以變化，如圖2所示。錐體可以或者朝著使柄部大於樣品倉的方向或者反之。可以選擇錐體使樣品倉和柄部的截面的比值在約4/1-1/20的範圍內。在優選實施例中，樣品倉與柄部的比值小於1，並且優選約1∶10。
在優選實施例中，錐體逐漸有利於組織樣品插入樣品倉的尖端。錐角由柄部和過渡區的表面限定。錐角θ在圖4中顯示。錐角θ最好小於60°並且最好小於45°以及可以小至10°。組織樣品通常是通過重力沉澱或離心作用使該樣品進入模具底部而沉積在模塊的樣品倉中。當錐角較小時，錐體較緩，並且其能減小在放置操作中組織樣品貼在模具的壁上的趨勢。
當使用非正則幾何形狀時，例如是圖2中所示的非正則八面體，當將模塊放置在切片設備中時應保證樣品倉的直邊總是對著刀刃，並保證塊體表面處在用於成像的合適方向。解釋如下，在軸端有八個可能的塊體方向，但是只有樣品倉的四個最佳方向(對於正方形塊體表面)。矩形的塊表面只有兩個最佳方向，並且柄部的幾何形狀可做相應的調整。不希望採用這樣的軸部方向，其使樣品倉成為傾斜方向，其中角對著刀刃，並且塊體表面不與成像區重合。相反，一個非正則八面體只具有4個與樣品倉的4個方向對應的相當的方向。因此，當將模塊固定在切片設備中使直邊對著用於切片的刀刃時，可以容易地選定柄部的合適方向。很顯然，非正則多面體的應用並不限於圖2所示的八面體模塊。非正則多面體可以用在任何形狀的樣品倉上。例如。非正則十面體軸部可與五面體樣品倉結合使用。
模塊的長度沒有嚴格限制。一般來說，柄部的長度應使得它在夾具或夾鉗中能夠牢固地接合。在優選實施例中，柄部沒有從夾具中過多地延伸出來，因為該長度會使模塊在切割時彎曲和斷裂。最好但不是必須的情況是，延伸在夾具之上的柄部的長度不大於樣品倉長度的3-5倍。通常模塊的總長的範圍是2-5釐米。實際長度將取決於模塊的厚度和用來製作模塊的材料。
通過將放置材料引入適當形狀的模具中來製備模塊。模塊可由通常用來製備放置的組織樣品的任何材料製成。例如，石蠟、甘醇甲基丙烯酸脂(glycol methacrylate)、環氧樹脂。模具可還包括識別裝置，例如標籤或與模具成整體的識別物。
一個示例性的模具顯示在圖4中，圖4是模具40的側視圖，它包括一個防漏的帽42。儘管帽不是必須的，但如果模具還作為一種運送在固定液體中的樣品的容器時，還是需要的。圖5A和5B分別是模具和帽的頂視圖和底視圖。模具結合有上面描述的模塊的特徵。模具40限定一個長形的空腔44，它包括位於近端46的一個開口，其用來將所選的材料從所述模具外部引入。近端46還限定了尺寸和形狀適於與固定裝置相接合的形狀。模具向遠端48逐漸變細，並且遠端限定了一個大小和形狀適合用於切片的多面體。在優選實施例中，模具被攻絲以使帽42能用於蓋住模具。另外，也可使用卡扣式帽或其它防漏的帽。
模具可由任何常規材料製備，例如聚丙烯、矽酮和聚苯乙烯。材料的選擇部分地受到模具用途的影響。模具可重複使用或一次性使用。可重複使用的模具由柔性材料製備，例如矽酮。一次性模具包括在切片時保留在模塊上的模具和從模塊上破壞性地去除的模具。在模具需要去除的情況下，一次性模具最好用容易破裂或撕破的材料製備。適合的材料包括聚丙烯。在切片過程中需要保留模具的情況下，模具最好由剛性的或堅固的適於切割的材料製備。適合的材料包括聚苯乙烯。
使用標準的放置方法將組織樣品放置到模塊中去。因此，例如，首先用標準固定液將組織用化學方法固定以防樣品自變質(自降解)，使樣品變硬，並提高其的滲透性，由此增強後來的溶液的滲透作用。然後，通過以提高溶劑例如乙醇和二甲苯的濃度以逐步替換掉水而將水分從樣品中去除。滲透作用之後用融化的石蠟或塑料聚合物進行處理，以製造出硬化的滲透後的組織。前述步驟可在模具或其它適當的容器中進行。接著將硬化的滲透後的組織放在模具的樣品倉中並用石蠟或塑料包圍以製成組織塊。
本發明的組織塊可與任何現行的顯微組織製備技術結合使用。例如，本發明可與名為「組織和其它物質的有機組織工藝」的共同待決申請U.S.S.N.09/154430中所述的染色劑和放置聚合物結合使用，該文獻的全文結合在此作為參考。
為使模塊成像，將塊體固定到切片設備上，例如薄片切片器上，並將塊體進行逐次切片。切片設備通常包括一個支承著組織塊固定架的往復棒和一個具有刀刃的刀架。往復棒使組織固定架(模塊就固定在其上)上下運動並將模塊朝著刀刃送進，以便切下塊上的斷面。當模塊結合US4960330所描述的自動圖像記錄設備使用時，從塊體上切下的組織斷面被丟棄，並對塊體的暴露表面進行檢測，該文獻US4960330全文均為參考文獻。可根據常規裝置獲得圖像，例如使用數字陣列照相機或其中有線型傳感器掠過塊表面進行掃描的線性CCD。
權利要求
1.一種模塊，用來保持要被切片和檢測的樣品，其包括一個柄部，該柄部整體上向一個樣品倉逐漸變細，所述樣品就放置在該樣品倉中；樣品倉具有斷面的幾何形狀，並且其尺寸和形狀基本上與成像設備的成像區相對應，而該柄部具有適合與用於將模塊固定到切片設備上的固定裝置相接合的形狀，並使得樣品倉處於適合成像的方向。
2.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉為多邊形截面的幾何形狀，並且其尺寸和形狀適於切片。
3.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉的尺寸和形狀與區域陣列掃描儀的成像區相對應。
4.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉的尺寸和形狀與線性電荷耦合裝置(CCD)掃描儀的成像區相對應。
5.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉和柄部的形狀不同。
6.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉的截面的幾何形狀是矩形。
7.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉的截面的幾何形狀是正方形。
8.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，柄部的形狀能與相對的平行表面接合。
9.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，柄部的形狀能與一平直表面和一相對的槽形表面接合。
10.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，柄部的形狀能與相對的槽形表面接合。
11.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，柄部具有八角形截面的幾何形狀。
12.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，樣品倉直徑與柄部直徑的比值在約4∶1到約1∶20之間的範圍內。
13.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，八角形截面的八角形為非正則八角形。
14.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，選擇樣品倉和柄部的相對方向，使得柄部固定在切片設備上時，樣品倉將平直邊對著刀刃。
15.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，模塊具有小於約60度的錐角。
16.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於，模塊具有小於約45度的錐角。
17.一種模具，用來製備要被切片和檢測的樣品，其包括限定了長形空腔的模具，其包括位於近端的一個開口，用來將選定的材料從所述模具外部引入，其中，近端限定了適合與固定裝置相接合的形狀，其中，模具向遠端逐漸變細，該遠端限定一多邊形，其尺寸和形狀基本上與成像設備的成像區相對應，空腔與多邊形布置成使得遠端處於適合成像的方向。
18.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具是一次性的。
19.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具是可重複使用的。
20.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具還包括一個位於近端的帽。
21.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的近端和帽加工有螺紋。
22.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，由模具的遠端和近端限定的形狀不同。
23.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具還包括識別裝置。
24.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的遠端限定了矩形的多面體。
25.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的遠端限定了立方體。
26.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的近端限定了能與相對的平行表面相接合的形狀。
27.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的近端限定了能與一平直表面和一相對的槽形表面相接合的形狀。
28.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的近端限定了能與相對的槽形表面相接合的形狀。
29.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具的近端具有八角形截面的幾何形狀。
30.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，八角形截面的八角形為非正則八角形。
31.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具具有小於約60度的錐角。
32.如權利要求17所述的模具，其特徵在於，模具具有小於約45度的錐角。
33.一種製備用於切片和檢測的組織樣品的方法，其包括將樣品放置在長形塊體的樣品倉中，所述塊體包括一個柄部，其整體上向該樣品倉逐漸變細，樣品倉具有多邊形截面的幾何形狀，並且其尺寸和形狀基本上與成像設備的成像區相對應；使長形塊體的柄部與固定裝置的相對的表面接合以將長形塊體固定到切片設備上，其中，樣品倉布置成使平直表面對著切片設備的切割裝置，並使其方向適合成像；以及去掉組織塊的切片，以將表面暴露用來檢測。
34.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，組織塊被包在一個模具中。
35.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，組織塊作為一個模具包圍的塊被切片。
36.如權利要求33所述的方法，其還包括使組織塊的暴露表面成像。
全文摘要
一種模塊(10),用來保持要被切片和檢測的樣品,其包括一個柄部(12),它整體上向樣品倉(16)逐漸變細(14),樣品就放置在樣品倉中。樣品倉(16)基本上與成像設備的成像區的截面的尺寸和形狀相對應,並且可以是一個多邊形,例如直線性截面區域。柄部(12)的形狀適於與將模塊固定到切片設備上的固定裝置相接合,並使塊體表面處於最佳的成像方向。提供一種用於製備模塊的模具。該模具限定了一個長形的空腔,它包括位於近端的一個開口,用來將選定的材料從模具外部引入。近端限定了尺寸和形狀適於與固定裝置相接合的形狀,而模具向遠端逐漸變細,遠端限定了多面體,其尺寸和形狀適合於切片。
文檔編號G01N21/03GK1346437SQ00805975
公開日2002年4月24日 申請日期2000年4月3日 優先權日1999年4月6日
發明者R·L·凱施曼 申請人:分析科學公司