專(zhuān)利名稱(chēng)：用于三維顯微解剖的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是從生物學(xué)物體中分離確定三維結(jié)構(gòu)的方法 和一種用于實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
顯微解剖可以從試樣中有針對(duì)性地隔離絕大部分生物學(xué)材料。現(xiàn) 有技術(shù)中通常使用機(jī)械或者二維激光基礎(chǔ)上的顯微解剖方法和裝置， 利用其可以從絕大部分生物學(xué)試樣中切下和收集確定的結(jié)構(gòu)。
二維激光基礎(chǔ)上的顯微解剖方法例如在DE 10 2006 000 934 Al中 有所介紹。其中將生物學(xué)標(biāo)本，例如組織學(xué)的組織切片涂覆在載體上。
隨后通過(guò)激光輻射進(jìn)行標(biāo)本的選擇，其中，計(jì)算機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的顯 微鏡載物臺(tái)，載體處于該顯微鏡載物臺(tái)上面。在切除物體后，該物體 通過(guò)激光射擊加速并由收集裝置收集。所要分離的結(jié)構(gòu)的釋放在這種 情況下借助兩個(gè)空間方向上的方向信息進(jìn)行。
用于設(shè)置在平面載體上的物體的其他激光顯微解剖系統(tǒng)由wo 97/29355 A和WO 01/73398 A所公開(kāi)。
在激光基礎(chǔ)上的顯微解剖方法中，可切除的最大層厚度通常約為 100微米。具有相應(yīng)更大層厚度的更大體積采用公知的激光顯微解剖 方法不能分離。傳統(tǒng)的激光顯微解剖方法均以顯微鏡結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其 中運(yùn)動(dòng)自由度局限在與光軸垂直的軸線上。傳統(tǒng)的處理方法此外需要 復(fù)雜的試樣制備，因?yàn)樗幚淼脑嚇訉邮紫缺仨毷孪戎圃?。通常?樣制備就已經(jīng)導(dǎo)致在最后的過(guò)程步驟中所要檢查的材料變化和變性。 此外，試樣在整個(gè)處理期間的低溫冷卻以公知的激光基礎(chǔ)上的顯微解剖方法不能實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)設(shè)備的顯微鏡結(jié)構(gòu)迫使共同的光學(xué)部件物鏡用 于激光聚焦以及成像。這種組合迫使在物鏡可見(jiàn)光波長(zhǎng)度范圍內(nèi)的成 像特性以及激光透射與激光聚焦的質(zhì)量之間的妥協(xié)。
利用機(jī)械方法也可以使用較厚的試樣。然而低溫冷卻的材料卻很 難機(jī)械切割。此外，利用機(jī)械方法很難為顯微鏡應(yīng)用取得所要求的精 確度。
無(wú)論是機(jī)械方法還是傳統(tǒng)的激光顯微解剖，均非常費(fèi)時(shí)并因此可 產(chǎn)生的試樣量受到極大限制。蛋白質(zhì)組學(xué)以及基因組學(xué)的許多分析方 法不適用這種小的試樣量。
為分析早期生長(zhǎng)階段的種子，需要從籽粒中提取未損傷和未退化 的細(xì)胞材料，因?yàn)橹挥袕奈磽p傷的材料中才能提供可供使用的分析。 活檢材料分離時(shí)也適用用于分析的類(lèi)似前提條件。因此對(duì)顯微解剖方 法和顯微解剖裝置存在需求，借助顯微解剖方法和顯微解剖裝置可以 隔離或分離試樣中未退化結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于，提供一種用于從試樣中分離未退化或者 少退化的確定三維結(jié)構(gòu)的方法和一種用于實(shí)施該方法的裝置。
該目的通過(guò)一種按權(quán)利要求1所述的方法和一種按權(quán)利要求20和 25所述的裝置得以實(shí)現(xiàn)。其他具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式來(lái)自從屬權(quán)利要求。
據(jù)此進(jìn)行用于借助冷激光消融或者借助多光子吸收從試樣分離在 亞毫米的范圍內(nèi)確定三維結(jié)構(gòu)的三維顯微解剖方法，其中，所要分離 結(jié)構(gòu)的釋放借助所有空間方向上的方向信息進(jìn)行。亞毫米范圍在這種 情況下包括直至1毫米的所要分離結(jié)構(gòu)的特征性長(zhǎng)度或者直至約1 mm3的所要分離的結(jié)構(gòu)體積。冷激光消融是指通過(guò)采用短波激光輻射切除材料，從而試樣不通過(guò)光子吸收加熱。激光因此不激勵(lì)分子的轉(zhuǎn) 動(dòng)帶或振動(dòng)帶。作為對(duì)冷激光消融的替換，材料處理可以多光子吸收 過(guò)程為基礎(chǔ)。在多光子吸收過(guò)程中產(chǎn)生非常高的光子密度。由此可能 可以通過(guò)材料同時(shí)吸收多個(gè)光子并將單個(gè)光子的能量總和帶入材料 內(nèi)。大多數(shù)情況下，為產(chǎn)生高的光子密度使用皮秒或者飛秒范圍內(nèi)極 短激光脈沖的強(qiáng)聚焦的激光器。試樣優(yōu)選由生物學(xué)材料制成。優(yōu)選激
光器發(fā)射脈沖時(shí)間小于5ns的脈沖。
在本發(fā)明中，為構(gòu)成激光基礎(chǔ)上的顯微解剖遵循一種全新的方案。 通過(guò)取消材料層的標(biāo)本制作和運(yùn)動(dòng)自由度的數(shù)量的提高，可以對(duì)多種 材料體積進(jìn)行解剖。足夠數(shù)量的運(yùn)動(dòng)自由度可以使使用者非常靈活和 自由地預(yù)先規(guī)定所要提取的材料體積的形狀。此外，因?yàn)槔眠@種方 案可以實(shí)現(xiàn)一條從試樣標(biāo)本制作到試樣分析封閉的冷卻鏈，所以可以 產(chǎn)生具有足夠試樣體積的幾乎未損傷和未退化的試樣。產(chǎn)生足夠的試 樣量對(duì)處理速度提出很高的要求。激光聚焦鏡組與觀察鏡組的脫離可 以使可供使用的激光功率得到最佳利用。
在冷激光消融的基礎(chǔ)上所介紹的本發(fā)明要求通過(guò)具有100/U范圍 內(nèi)的脈沖能量和重復(fù)率數(shù)百赫茲的新型固體激光器的可支配性實(shí)現(xiàn)。
用于為從試樣中分離確定的三維結(jié)構(gòu)的三維顯微解剖的方法優(yōu)選 包括下列步驟a)提供至少所要分離的結(jié)構(gòu)的三維體積模型；b)根據(jù) 三維體積模型借助三維冷激光消融方法至少部分釋放所要分離的結(jié) 構(gòu)；借助三維冷激光消融的方法開(kāi)辟了一種用于試樣處理的新方法。
該方法還可以實(shí)現(xiàn)一條封閉的冷卻鏈，從而試樣在處理過(guò)程期間得到
持續(xù)冷卻或冷凍。依據(jù)本發(fā)明的方法保證無(wú)損傷地提取下面也稱(chēng)為VOI
(感興趣體積)的所要分離的結(jié)構(gòu)。通過(guò)該方法可以關(guān)于所述VOI連
續(xù)切除試樣薄層。由此通過(guò)激光輻射達(dá)到減少構(gòu)架轉(zhuǎn)換的目的。此外， 依據(jù)本發(fā)明的方法保證所提取的體積達(dá)到迄今不能達(dá)到的精確度。利
用該方法可以達(dá)到10Mm范圍內(nèi)的精確度。依據(jù)步驟a)三維體積模型的提供優(yōu)選借助一種成像方法進(jìn)行，該 方法至少可以以其三維結(jié)構(gòu)檢測(cè)所要分離的結(jié)構(gòu)。成像方法為三維結(jié) 構(gòu)在最近幾年得到了引人矚目的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)?？晒┦褂玫臉?biāo)準(zhǔn)化的方 法和系統(tǒng)并因此可以有效和成本低廉地與本方法一體化。
成像方法優(yōu)選包括下列方法之一核磁共振成像、計(jì)算機(jī)X線斷 層成像術(shù)、超聲波、光學(xué)顯微鏡可視化方法中的3D模擬；上述方法特 別傳播廣泛且完全成熟并因此特別適合在本發(fā)明中應(yīng)用。
成像優(yōu)選包括IO微米范圍內(nèi)的分辨率。現(xiàn)代的成像方法可以達(dá)到 該范圍內(nèi)的分辨率并因此有助于滿足本方法中對(duì)特別高的分離精確度 的要求。作為選擇，體積模型也可以根據(jù)參數(shù)化直接由使用者制作或 描繪。
光學(xué)參數(shù)優(yōu)選用于校驗(yàn)和/或者參考，以便可以使三維體積模型的
位置和定向與裝入3D顯微解剖系統(tǒng)內(nèi)的試樣的位置和定向相一致。光
學(xué)參數(shù)可以是試樣中現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)特征或者可以人工添加或者加入。為 可以實(shí)施一種全自動(dòng)的分離方法，有益的是試樣與體積模型相關(guān)盡可 能精確地定向。優(yōu)選通過(guò)光學(xué)參數(shù)進(jìn)行定向，因?yàn)榭梢岳弥辽俨糠?現(xiàn)有的光學(xué)元件軟件支持實(shí)施定向。因此可以達(dá)到特別高的定向精確 度，其有助于滿足本發(fā)明中對(duì)特別高的分離精確度的要求。
本發(fā)明的方法此外優(yōu)選包括在步驟b)之前實(shí)施的步驟al)，即準(zhǔn)備 試樣，以便可以從中提取所要分離的體積，其中，試樣的準(zhǔn)備包括下
列方法之一試樣埋入塑料材料內(nèi)、試樣埋入長(zhǎng)鏈有機(jī)物質(zhì)如蠟或者 石蠟內(nèi)、利用塑化加工的液體浸透試樣、低溫冷凍試樣；這樣準(zhǔn)備的 試樣有助于避免三維冷激光消融方法中的構(gòu)架轉(zhuǎn)換，從而可以分離未 退化或者至少很少退化的結(jié)構(gòu)。試樣的準(zhǔn)備優(yōu)選包括將試樣冷凍到4'C以下的溫度。試樣的冷卻 是一種減少處理過(guò)程期間構(gòu)架轉(zhuǎn)換的特別簡(jiǎn)單、快速和成本低廉的可 能性。
三維冷激光消融方法依據(jù)步驟b)優(yōu)選包括下列其他步驟 bl)在采樣頭上固定試樣，采樣頭可沿軸線V運(yùn)動(dòng)并環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸 線R轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，運(yùn)動(dòng)可借助與控制單元連接的各自調(diào)整裝置自動(dòng)進(jìn)
行；
b2)確定試樣夾持器為順序處理試樣的運(yùn)動(dòng)順序，并將該運(yùn)動(dòng)順 序儲(chǔ)存在控制單元的存儲(chǔ)單元內(nèi)；
b3)通過(guò)完成運(yùn)動(dòng)順序?qū)嵤┫诜椒?，其中，控制單元根?jù)運(yùn)動(dòng) 順序控制調(diào)整裝置。通過(guò)該方法可以連續(xù)切除試樣的薄層，以便釋放 出VOI。由此達(dá)到減少由于激光輻射的構(gòu)架轉(zhuǎn)換的目的。此外，本發(fā) 明的方法保證所提取的體積達(dá)到迄今不能達(dá)到的精確度。特別是全自 動(dòng)的分離方法有助于此，其中，借助計(jì)算的運(yùn)動(dòng)步驟控制激光器和采 樣頭，從而可以降低特別是通過(guò)手動(dòng)切割VOI不可避免的不精確性。
作為選擇，激光焦點(diǎn)與試樣之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也可以通過(guò)一種設(shè)備 實(shí)現(xiàn)，其中激光設(shè)備安裝在機(jī)器人系統(tǒng)上并因此可以以足夠的自由度 運(yùn)動(dòng)和固定安裝試樣。
作為選擇，所需的自由度在激光設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與試樣的運(yùn)動(dòng)之間分
配。 .
所要分離結(jié)構(gòu)的釋放優(yōu)選借助激光裝置進(jìn)行，該激光裝置至少部 分裝入在其中釋放所要分離結(jié)構(gòu)的消融室內(nèi)。激光器最近作為切割工 具具有重要意義，因?yàn)樗鼈兛梢允骨衅_(dá)到特別高的精確度。切片可 以按照一種方式精確實(shí)施，從而不影響或者僅很少影響周?chē)Y(jié)構(gòu)。因 此未退化或者至少很少退化的結(jié)構(gòu)可以很高的精確度進(jìn)行分離。步驟b)優(yōu)選在至少部分冷凍的試樣上進(jìn)行。本方法可以在低溫冷 凍的試樣上進(jìn)行分離，這樣明顯有助于避免構(gòu)架轉(zhuǎn)換。
此外，該方法的特征在于，試樣的一個(gè)空間尺寸比另外兩個(gè)空間 尺寸小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
依據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選包括在使用攝像機(jī)設(shè)備的情況下監(jiān)測(cè)消融 方法的步驟。為確保所要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，建議通過(guò)安裝簡(jiǎn)單和成本低 廉的攝像機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
攝像機(jī)設(shè)備優(yōu)選與控制單元連接，其借助圖像處理方法和特征性 的光學(xué)參數(shù)用于試樣絕對(duì)定位的校驗(yàn)和/或者參考，其中，該方法包括 在步驟bl)與b3)之間實(shí)施的附加步驟，利用三維體積模型校驗(yàn)試樣。 攝像機(jī)設(shè)備可以適當(dāng)?shù)姆绞匠吮O(jiān)測(cè)操作過(guò)程外也用于試樣的定向。 因此由于雙重功能而節(jié)省成本和空間需求。
作為選擇，成像系統(tǒng)可以市場(chǎng)上常見(jiàn)的攝像機(jī)可與其連接的顯微 鏡為基礎(chǔ)。
本發(fā)明的方法優(yōu)選包括在步驟b)期間和/或者之后實(shí)施的步驟c)， 分開(kāi)和提取已分離的結(jié)構(gòu)，其中，該步驟包括下列方法至少之一將 落下的已分離結(jié)構(gòu)收集在收集容器內(nèi)、借助激光射擊打掉部分已分離 的結(jié)構(gòu)、通過(guò)粘附提取、通過(guò)抽吸提取、通過(guò)沖洗提取、通過(guò)超聲波 提取、通過(guò)靜電提?。簧鲜龇椒ㄌ貏e適用于提取VOI和需要時(shí)最終分 開(kāi)VOI，因?yàn)樗鼈兛梢院?jiǎn)單和成本低廉地實(shí)施。
本發(fā)明的目的此外利用一種用于從試樣中分離確定的三維結(jié)構(gòu)的
3D顯微解剖系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括
控制單元；
消融室連同里面所具有的試樣夾持器，試樣夾持器上安置所要處理的試樣和試樣夾持器可沿軸線V運(yùn)動(dòng)并可環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn)動(dòng)，其 中，試樣夾持器具有與控制單元連接的調(diào)整裝置，控制單元可以安排 調(diào)整裝置使試樣夾持器沿軸線V運(yùn)動(dòng)并環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn)動(dòng)；以及
激光裝置，其至少部分通過(guò)消融室內(nèi)所具有的激光窗口置入消融 室內(nèi)，其與控制單元連接并具有可調(diào)整的鏡組，鏡組可以借助控制單
元這樣調(diào)整，使激光射束聚焦在試樣的區(qū)域內(nèi)或者試樣可以通過(guò)附加 的調(diào)整件沿光軸移動(dòng)到激光焦點(diǎn)內(nèi)。借助這種顯微解剖系統(tǒng)可以利用 其上述優(yōu)越性和優(yōu)點(diǎn)實(shí)施上述方法。
試樣夾持器此外優(yōu)選可以借助調(diào)整裝置沿第三軸線H移動(dòng)，其中， 控制單元與該調(diào)整裝置連接和調(diào)整裝置可以安排試樣夾持器沿該軸線
H移動(dòng)。激光需要準(zhǔn)確聚焦到所要切割的區(qū)域上。具有使試樣的精確
定向變得容易的其他自由度有助于將試樣所要切割的區(qū)域這樣置入聚 焦的區(qū)域內(nèi)，即使周?chē)膮^(qū)域很少受到干擾。因此可以分離未退化或 者至少很少退化的結(jié)構(gòu)。
出于同一原因，激光裝置優(yōu)選具有與控制單元連接的激光調(diào)整裝 置，其中，激光射束的偏轉(zhuǎn)角可以通過(guò)控制單元進(jìn)行調(diào)整。
試樣夾持器優(yōu)選為機(jī)械夾持器或者試樣借助埋入凝膠或者這類(lèi)材 料內(nèi)而固定于其上的夾持器。
消融室優(yōu)選具有可以對(duì)室進(jìn)行冷卻的冷卻裝置，從而可以冷卻(優(yōu) 選低溫冷卻)試樣或者優(yōu)選在保持在冷卻狀態(tài)下，優(yōu)選保持低溫冷卻 狀態(tài)。試樣的冷卻是一種在處理過(guò)程期間減少構(gòu)架轉(zhuǎn)換的特別簡(jiǎn)單、 快速和成本低廉的可能性。
為此消融室內(nèi)的溫度優(yōu)選低于4°C，典型地約為-18"C，因?yàn)樵谶@ 種溫度下構(gòu)架轉(zhuǎn)換隨著時(shí)間明顯降低。激光器的光軸優(yōu)選垂直處于旋轉(zhuǎn)軸線R上(其中旋轉(zhuǎn)軸線R和V
重疊)，并垂直處于軸線H上。軸線的垂直或平行設(shè)置可以高精確度
實(shí)施。此外，這種設(shè)置簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)順序的計(jì)算。
消融室內(nèi)優(yōu)選在試樣下面具有兩個(gè)收集容器Al和A2。 VOI的提 取和分開(kāi)借助收集容器可以簡(jiǎn)單和成本低廉地實(shí)施。
作為選擇，本發(fā)明的目的利用一種用于從試樣中分離確定三維結(jié) 構(gòu)的3D顯微解剖系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括 控制單元，
安裝在機(jī)器人系統(tǒng)上具有足夠的運(yùn)動(dòng)自由度的激光單元，從而激 光焦點(diǎn)可以有針對(duì)性地置放在試樣上，
激光透射材料制成的微型冷卻室，
用于觀察試樣和過(guò)程進(jìn)展以及試樣夾持器或微型冷卻室容納情況 的光學(xué)顯微鏡。


圖1示意示出一種依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于從試樣中分離確定 三維結(jié)構(gòu)的裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1示意示出一種依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用于從試樣中分離確定 三維結(jié)構(gòu)的裝置。所要?jiǎng)冸x的體積下面也稱(chēng)為VOI (感興趣體積)。
在本實(shí)施方式中，處于消融室1內(nèi)的是具有試樣2的采樣頭。消 融室1包括外殼，在外殼內(nèi)從試樣中剝離確定的三維結(jié)構(gòu)。采樣頭可 沿垂直軸線V和水平軸線H移動(dòng)并可環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置。軸線 V和R可以如在本實(shí)施方式中那樣相同。采樣頭沿軸線V和H以及環(huán) 繞軸線R的運(yùn)動(dòng)借助相應(yīng)的調(diào)整裝置電動(dòng)進(jìn)行，該裝置圖1中未示出。 采樣頭和試樣依據(jù)這種實(shí)施方式可以三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。試樣夾持器例如可以是機(jī)械夾持器或者這樣構(gòu)成，即使試樣借助埋入凝膠或者這類(lèi) 材料內(nèi)固定。消融室1包括圖中未示出的冷卻裝置，從而試樣可以在 室內(nèi)低溫冷卻或者可以保持在低溫冷卻的狀態(tài)下。冷卻裝置可以包括 傳統(tǒng)的冷凍機(jī)和傳感器，以便可以將消融室1內(nèi)部的溫度調(diào)整到所要 求的數(shù)值上并保持在該數(shù)值上。
試樣的標(biāo)本制作借助激光裝置6進(jìn)行，其除了高能量脈沖式UV
激光器外還包括具有物鏡的可調(diào)激光鏡組并至少部分通過(guò)激光窗口 3 置入消融室1內(nèi)。在本實(shí)施方式中，激光裝置6的物鏡處于消融室1
的內(nèi)部。不言而喻，作為對(duì)采樣頭的可沿三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的設(shè)置的附
加或者選擇，激光裝置6或者激光裝置的一部分也可以轉(zhuǎn)動(dòng)和/或者移 動(dòng)設(shè)置。特別是可以具有激光射束相對(duì)于激光光軸的偏轉(zhuǎn)功能，以便 移動(dòng)激光器的焦點(diǎn)P。
試樣沿可供使用的自由度定向的控制通過(guò)控制單元5進(jìn)行，其在 本實(shí)施方式中包括PC。該P(yáng)C與激光裝置6和調(diào)整裝置連接。此外， PC與冷卻裝置連接，以便監(jiān)測(cè)消融室1內(nèi)部的溫度。
標(biāo)本制作過(guò)程利用同樣與PC連接的攝像機(jī)裝置4監(jiān)測(cè)。雖然攝像 機(jī)裝置4在圖中處于消融室1的外面，但其也可以設(shè)置在消融室1的 內(nèi)部。攝像機(jī)裝置4不僅用于監(jiān)測(cè)和質(zhì)保，而且也用于特征性光學(xué)參 數(shù)的校驗(yàn)和參考，以便使試樣如下面進(jìn)一步介紹的那樣與體積模型相 一致。
下面介紹上面裝置使用的用于確定三維結(jié)構(gòu)分離的方法。
首先制作或者產(chǎn)生試樣或者至少所要分離區(qū)域的三維體積模型。 為此可以使用試樣的己經(jīng)可供使用的模型，例如也可以是理論模型。 但在這種情況下，通常使用成像方法，例如像核磁共振成像、計(jì)算機(jī)X 線斷層成像術(shù)、超聲波或者光學(xué)顯微鏡的方法。在拍攝三維圖像后，將該圖像儲(chǔ)存在控制裝置中適用于在計(jì)算機(jī)上處理的計(jì)算機(jī)模型內(nèi)。 所要?jiǎng)冸x的體積通過(guò)三維數(shù)據(jù)段確定，其中，該數(shù)據(jù)段由使用者通過(guò) 選出所要選擇的體積確定。VOI的確定既可以借助預(yù)制完成的體積模
型，也可以從所要處理物體的直接3D可視化中完成。作為選擇，VOI 也可以直接從由使用者輸入的參數(shù)或者手工描繪中計(jì)算和制作。
隨后將試樣裝入優(yōu)選冷卻到-18'C的消融室1內(nèi)并利用試樣夾持器 固定。為使可視化體積的位置可與裝入3D顯微解剖系統(tǒng)內(nèi)的試樣相一 致，必須使用如校驗(yàn)點(diǎn)或者通過(guò)特征性光學(xué)參數(shù)參考的參考方法。參 考可以或者通過(guò)人工標(biāo)注的參考點(diǎn)，或者也可以通過(guò)所要處理物體的 特征性結(jié)構(gòu)進(jìn)行?？梢詫?shí)現(xiàn)光學(xué)可視化的是，利用攝像機(jī)裝置4內(nèi)所 含有的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和宏觀物鏡觀察試樣。物鏡和攝像機(jī)可以直接設(shè)置 在消融室1內(nèi)。參考和校驗(yàn)可以借助攝像機(jī)裝置4和公知的圖像處理 方法進(jìn)行。試樣以體積模型的定向，也就是數(shù)據(jù)段相對(duì)于所夾住的試 樣的坐標(biāo)系通過(guò)參考法確定。
運(yùn)動(dòng)順序的計(jì)算同樣可以軟件支持進(jìn)行，控制單元5按照該運(yùn)動(dòng) 順序控制調(diào)整裝置和激光器，以便使該激光器分開(kāi)所要分離的區(qū)域。 從VOI中也計(jì)算出運(yùn)動(dòng)算法，其可以使VOI以其整體或者片段的方式 全自動(dòng)剝離。
下一步激光器通過(guò)激光窗口 3插入并借助透鏡在試樣上聚焦。激 光器的光軸在此方面與旋轉(zhuǎn)軸線R基本上垂直。激光器參數(shù)如激光器 功率和焦點(diǎn)位置可以調(diào)整并可以適當(dāng)?shù)姆绞接煽刂茊卧?調(diào)整。
消融過(guò)程優(yōu)選在試樣的最低點(diǎn)上開(kāi)始并在試樣環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn) 動(dòng)和試樣沿軸線V和H移動(dòng)期間根據(jù)所計(jì)算的運(yùn)動(dòng)順序切除材料。所 切除的材料落入設(shè)置在消融室1內(nèi)試樣下面的收集容器Al內(nèi)。如果剝 離目標(biāo)體積，那么該目標(biāo)體積通過(guò)激光射束從剩余的試樣上切下并落 入同樣設(shè)置在消融室1內(nèi)試樣下面的收集容器A2內(nèi)。在這種情況下，可以或者交換或者移動(dòng)收集容器Al和A2，或者采樣頭可以借助調(diào)整
裝置直接設(shè)置在各自的收集容器上面。
借助例如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以記錄全部處理過(guò)程。附加的圖像處理模 塊可以確定所分離的體積并因此承擔(dān)自動(dòng)的質(zhì)量控制。
權(quán)利要求
1. 三維顯微解剖方法，用于借助冷激光消融或者借助多光子吸收而從試樣分離在亞毫米范圍內(nèi)的確定結(jié)構(gòu)，其中，所要分離的結(jié)構(gòu)的釋放借助所有空間方向上的方向信息進(jìn)行。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述試樣由生物學(xué)材料制成。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，激光器發(fā)射脈沖 時(shí)間小于5ns的脈沖。
4. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，此外包括在所述釋放之前實(shí) 施的步驟提供至少所述所要分離的結(jié)構(gòu)的三維體積模型。
5. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，三維體積模型的制作 借助成像方法進(jìn)行，所述成像方法至少能夠以所述所要分離的結(jié)構(gòu)的 三維結(jié)構(gòu)檢測(cè)所述所要分離的結(jié)構(gòu)。
6. 按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述成像方法包括下 列方法之一核磁共振成像、計(jì)算機(jī)X線斷層成像術(shù)、超聲波、光學(xué) 顯微鏡可視化方法中的3D模擬。
7. 按權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述成像包括IO 微米范圍內(nèi)的分辨率。
8. 按權(quán)利要求4 - 7所述的方法，其特征在于，三維體積模型的 所述制作以通過(guò)使用者確定的參數(shù)化或者手工描繪為基礎(chǔ)。
9. 按權(quán)利要求4 - 8之一所述的方法，其特征在于，特征性的光學(xué)參數(shù)用于校驗(yàn)和/或者參考，以便使所述三維體積模型的位置和定向 與裝入3D顯微解剖系統(tǒng)內(nèi)的所述試樣的位置和定向相一致。
10. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法此外包括在所述釋放之前實(shí) 施的步驟準(zhǔn)備所述試樣，以便能夠從中提取所述所要分離的體積，其中， 所述試樣的所述準(zhǔn)備包括下列方法中的至少一個(gè)-所述試樣埋入塑料材料內(nèi)、所述試樣埋入長(zhǎng)鏈有機(jī)物質(zhì)如蠟或者 石蠟內(nèi)、利用塑化加工的液體浸透所述試樣、冷凍所述試樣。
11. 按權(quán)利要求io所述的方法，其中，所述試樣的所述準(zhǔn)備包括 將所述試樣冷凍到4'C以下的溫度。
12. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述三維冷 激光消融方法包括下列其他步驟在采樣頭上固定所述試樣，所述采樣頭能夠沿軸線(V)運(yùn)動(dòng)并環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線(R)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)能夠借助與控制單元(5)連 接的各個(gè)調(diào)整裝置自動(dòng)進(jìn)行；確定試樣夾持器為順序處理所述試樣的運(yùn)動(dòng)順序，并將該運(yùn)動(dòng)順 序儲(chǔ)存在所述控制單元(5)的存儲(chǔ)單元內(nèi)，通過(guò)完成所述運(yùn)動(dòng)順序?qū)嵤┧鱿诜椒ǎ渲?，所述控制單?(5)根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)順序控制所述調(diào)整裝置。
13. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述所要分 離的結(jié)構(gòu)的所述釋放借助激光裝置(6)進(jìn)行，所述激光裝置至少部分 裝入消融室(l)內(nèi)，在所述消融室中進(jìn)行所述所要分離的結(jié)構(gòu)的釋放。
14. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述釋放在 至少部分冷凍的試樣上進(jìn)行。
15. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述試樣的 一個(gè)空間尺寸比另外兩個(gè)所述空間尺寸小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
16. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，此外包括在使用攝像機(jī)裝 置(4)的情況下監(jiān)測(cè)所述消融方法的步驟。
17. 按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述攝像機(jī)裝置(4) 與所述控制單元(5)連接，并借助圖像處理方法和所述特征性的光學(xué) 參數(shù)而用于所述試樣絕對(duì)定位的校驗(yàn)和/或者參考，其中，所述方法包 括利用所述三維體積模型校驗(yàn)所述試樣的附加步驟。
18. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法具 有分開(kāi)和提取已分離結(jié)構(gòu)的步驟，其中，所述步驟包括下列方法至少之一將落下的所述已分離結(jié)構(gòu)收集在收集容器內(nèi)、借助激光射擊打掉部分所述已分離結(jié)構(gòu)、通過(guò)粘附進(jìn)行提取、通過(guò)抽吸進(jìn)行提取、通 過(guò)沖洗進(jìn)行提取、通過(guò)超聲波進(jìn)行提取、通過(guò)靜電進(jìn)行提取。
19. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述激光器 為UV激光器。
20. 用于從試樣中分離確定的三維結(jié)構(gòu)的3D顯微解剖系統(tǒng)，包括 控制單元(5);消融室(1)連同里面所具有的試樣夾持器，在所述試樣夾持器上 安裝所要處理的試樣并且所述試樣夾持器能夠沿軸線(V)運(yùn)動(dòng)并能夠 環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線(R)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述試樣夾持器具有與所述控制單元 (5)連接的調(diào)整裝置，所述控制單元能夠安排所述調(diào)整裝置使所述試 樣夾持器沿所述軸線(V)運(yùn)動(dòng)并環(huán)繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(R)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及激光裝置(6)，所述激光裝置至少部分通過(guò)在所述消融室(1) 內(nèi)的激光窗口 (3)置入所述消融室(1)內(nèi)，所述激光裝置與所述控 制單元(5)連接并具有可調(diào)整的鏡組，所述鏡組能夠借助所述控制單元(5)這樣調(diào)整，使激光射束在所述試樣的區(qū)域內(nèi)聚焦或者所述試樣 能夠通過(guò)附加的調(diào)整件而沿光軸移動(dòng)到激光焦點(diǎn)內(nèi)。
21. 按權(quán)利要求20所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在于，所述 試樣夾持器此外借助調(diào)整裝置能夠沿第三軸線(H)移動(dòng)，其中，所述 控制單元(5)與所述調(diào)整裝置連接，以及所述控制單元(5)能夠令 所述試樣夾持器沿所述第三軸線(H)移動(dòng)。
22. 按權(quán)利要求20或21所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光裝置(6)具有與所述控制單元(5)連接的激光調(diào)整裝置， 其中，所述激光射束的偏轉(zhuǎn)角能夠通過(guò)所述控制單元(5)進(jìn)行調(diào)整。
23. 按權(quán)利要求20 - 22之一所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在 于，所述激光器的所述光軸垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線(R)，所述旋轉(zhuǎn)軸線(R)和(V)重疊，并且所述激光器的所述光軸垂直于所述軸線(H)。
24. 按權(quán)利要求20 - 23之一所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在 于，所述消融室(1)內(nèi)具有兩個(gè)收集容器(Al、 A2)。
25. 用于從試樣中分離確定三維結(jié)構(gòu)的3D顯微解剖系統(tǒng)，包括 控制單元，安裝在機(jī)器人系統(tǒng)上的激光單元，其具有調(diào)焦裝置并具有運(yùn)動(dòng)自 由度，從而激光焦點(diǎn)能夠有針對(duì)性地置放在所述試樣上，光學(xué)顯微鏡，用于觀察所述試樣和過(guò)程進(jìn)展以及試樣夾持器或微 型冷卻室的容納情況。
26. 按權(quán)利要求20 - 25之一所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在 于，所述試樣夾持器裝入由激光透射材料制成的微型冷卻室內(nèi)。
27. 按權(quán)利要求20 - 26之一所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在于，所述試樣夾持器為機(jī)械夾持器，或者所述試樣夾持器為所述試樣 借助埋入凝膠或者這類(lèi)材料內(nèi)而固定在其上的夾持器。
28. 按權(quán)利要求20 - 27之一所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在 于，所述消融室(1)或所述微型冷卻室具有能夠?qū)λ鍪疫M(jìn)行冷卻的 冷卻裝置，從而能夠冷卻所述試樣或者將所述試樣保持在冷卻狀態(tài)下。
29. 按權(quán)利要求28所述的3D顯微解剖系統(tǒng)，其特征在于，所述 消融室(1)或所述微型冷卻室內(nèi)的溫度低于4"C，典型地約為-18°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維顯微解剖方法，用于借助冷激光消融或者借助多光子吸收而分離在亞毫米范圍內(nèi)的確定結(jié)構(gòu)，其中，所要分離的結(jié)構(gòu)的釋放借助所有空間方向上的方向信息進(jìn)行。本發(fā)明此外涉及一種3D顯微解剖系統(tǒng)，用于從試樣中分離確定的三維結(jié)構(gòu)，包括控制單元；消融室連同里面所具有的試樣夾持器，試樣夾持器上安裝所要處理的試樣并且試樣夾持器可沿軸線V運(yùn)動(dòng)并可環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，試樣夾持器具有與控制單元連接的調(diào)整裝置，控制單元可以安排調(diào)整裝置使試樣夾持器沿軸線H運(yùn)動(dòng)并環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn)動(dòng)；以及激光裝置，其至少部分通過(guò)消融室內(nèi)所具有的激光窗口置入消融室內(nèi)，激光裝置與控制單元連接并具有可調(diào)整的鏡組，鏡組借助控制單元這樣調(diào)整，使激光射束在試樣的區(qū)域內(nèi)聚焦。
文檔編號(hào)G01N33/48GK101419223SQ20081017005
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者斯特凡·尼耶倫 申請(qǐng)人:Mmi分子機(jī)械工業(yè)有限公司