在处理、包埋和切片程序中用于操作和保持组织样品的盒子及其方法

专利名称：在处理、包埋和切片程序中用于操作和保持组织样品的盒子及其方法
技术领域：
本发明一般涉及用于操作和包埋病理分析用组织样品的支架，更具体地，涉及能够接收一个或者多个组织样品并能在带有一个或多个组织样品的情况下被包埋和后续切片的盒子。
背景技术：
为了准确诊断各种各样的组织疾病与症状，医务人员必须要从患者身体上取出一个或者多个组织样品。从身体上获取组织的这一过程称之为活检。当一个或者多个组织样品被取出并被送往病理实验室时，为了诊断该组织，该组织要经过由组织学技术人员以及最后由病理学者执行的一系列程序。本发明通常涉及这些程序，即通常由组织学技术人员执行的将一个或者多个组织样品制备到载玻片上，然后由病理学者在显微镜下对载玻片进行分析。
虽然在整个说明书中使用了单数术语“样品(sample)”，但应该理解，该术语也包括复数“样品(samples)”。当组织样品从患者身体上取出后，通常被放置到装有组织固定液的样品容器内，然后将该容器送到病理实验室。该组织将在病理实验室中经过称为“取净材(grossing-in)”的处理，在此处理过程中组织学技术人员从容器内取出组织样品，通常将该组织切成合适的尺寸用于组织处理，将各个样品放置到适当大小的小塑料组织盒内，并为每个盒子分配跟踪号码。然后将这些跟踪号码录入到实验室内使用的跟踪系统中。对于可能仅仅是一些碎片的最小的组织样品，盒子将在侧面和底面具有微细网孔。对于特别小的组织样品，将样品放置到类似于茶叶袋的袋子内，以防止最小的组织样品丢失。对于较大的样品，则放置到具有更大网孔的盒子内，该盒子的网孔同样要比盒子内的组织样品小。
然后将盒子放置到不锈钢多孔笼内，在组织处理机中进行处理，常常要处理一个通宵。该机器组合使用真空、热、和化学药品来除去组织液。当除去组织样品中的液体之后，处理机将组织样品浸到熔融的石蜡溶液中，使组织内的空隙充满石蜡。然后，组织学技术人员将笼从机器中取出并取出各个组织盒。在具有熔融石蜡容器和分配器的包埋工位，组织学技术人员将从每个盒子中取出组织。组织学技术人员必须根据组织的类型仔细确定组织样品的方向并将其放置到不锈钢包埋模内，该包埋模与组织盒大小相当并且部分填充有熔融石蜡。必须手动(通常使用镊子)将组织样品放置到模的底部。否则，可能会影响后面在切片机中对组织的正常切片。然后，熔融石蜡在冷却板上快速冷却，使石蜡部分凝固，从而使组织样品相对于模的底部保持正确的方向，其中所述冷却板可以是热电制冷器(TEC)。然后将盒子放置到包埋模的顶端，石蜡通过盒子的开放顶端倾倒到包埋模内。在此过程中，盒子的功能从组织容纳构件变为固定装置，用于后面在切片机中从凝固石蜡上切出切片。包埋模一直冷却直到熔融石蜡全部凝固，然后组织学技术人员将不锈钢包埋模从包埋的石蜡块中取出。然后将组织样品包埋到方形石蜡块内，该组织样品的相对一侧具有塑料组织盒，其将被用作切片机卡盘中的固定器。由于使用了组织处理机，包埋过程可批量完成，其中普通的组织学技术人员每小时可以包埋大约40～60个盒子。
然后将具有包埋的组织样品的硬化石蜡块切成非常薄的切片，放置到显微镜载玻片上。组织学技术人员将包埋的组织块安装到切片机的卡盘内，该卡盘的大小能容纳具有包埋的塑料盒的组织块的侧面。然后组织学技术人员可以开始对石蜡块进行切片，该石蜡块在与塑料盒表面相对的方向具有包埋的组织样品。由此制备出包埋在石蜡内的一条多个组织切片。切片机的作用是，如果操作适当的话，能使各个切片粘在一起，接下来将特别薄的一条多个切片悬浮在水溶液中，并且仔细地将载玻片放置到切片的下面。然后将内部包埋有薄的被切开的组织样品的切片粘结到载玻片的顶端。
当组织学技术人员具有足够多的组织样品载玻片时，将载玻片放置到自动染色机内。该染色机经过一系列渗透工序，将载玻片中的不同组织和细胞染成不同颜色。这有助于病理学者识别不同的结构，容易发现组织中的任何异常。在染色工序完成之后，将载玻片的盖玻片拿开，让病理学者放置到显微镜下进行分析。根据上述的工序概述，可以理解传统的组织样品的处理和加工是一个劳动非常密集的过程，包含由组织学技术人员执行的多道手动工序。因此，重复性劳损如腕管综合症很普遍。这对于组织样品的包埋工序尤其如此。这种多道人工操作和重复的组织处理增加了人为出错的可能性，并且需要经过专门训练的熟练的组织学技术人员来保证最终被粘结到载玻片上被病理学者分析的组织样品能具有最好的状态和方向用于精确诊断。
USP 5,817,032(032号专利)公开了该技术领域中的多种改进，包括在取净材、包埋、和微切片或切片程序中的多种新的组织样品固定方法。具体而言，032号专利涉及一种组织获取和支撑装置，该装置可以是盒子并且可以使用切片机进行切割。当使用盒子时，将组织样品稳固在盒子内并要经过使用石蜡替换组织液的过程。然后，对组织样品和盒子同时切片，并固定到显微镜载玻片上。因为自从在组织处理机中进行处理时直到使用切片机进行切割时，一直没有将组织样品从盒子中取出，所以能节省大量的时间。并且由于省去了单独的组织处理工序，所以能显著降低人为误差或者，例如，由于在处理过程中丢落组织而使组织损失的几率。该专利还讨论了自动化处理，结合新型的组织盒而进一步减少了整个操作中的处理工序。
尽管在本领域中已经作出了各种各样的改进，但是仍然迫切需要进一步简化组织样品的处理程序以及增加产量和改进包埋的组织样品和待诊断的包埋组织切片的质量。

发明内容
本发明通常提供一种用于保持组织样品的盒子。该盒子包括主体，并且还可以包括盖子。主体包括底壁和一个或多个侧壁，该侧壁相对于底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品。在一个方面，多个查询点(例如，传感元件)与主体和/或盖子相关联，并设置成允许自动传感系统确定盒子的至少一个特征。该特征可以是尺寸、形状、或其它一些结构或功能特征。盒子优选包括与主体连接的盖子，该盖子可以在打开和关闭位置之间活动。凸缘沿着至少两个所述侧壁的上部延伸，并且传感元件可以位于凸缘上。传感元件还能包括孔或其它可检测的、计算机可读的特征或元件。检测能够以接触或非接触方式发生。这个发明方面还能够或者作为选择应用到在处理和/或包埋过程中用于保持盒子的框架部件上。盒体的底壁优选以圆角过渡到多个侧壁。底壁还包括多个孔，这些孔的形状在大致从用于制造盒子的模型中盒体的浇口或填充位置朝向多个侧壁的方向为径向细长和/或加宽。这些特征中的每个特征能在注模过程中帮助引导形成盒子的材料流动。底壁中的孔优选大致位于底壁的中心，并具有泪状物形状和/或椭圆形状。
至少两个侧壁彼此以相对的关系设置，这两个相对侧壁之间的尺寸沿着相对侧壁的长度变化。这可以通过使侧壁沿着它们的长度成角度、波动或弯曲来形成，有助于在切片机中更容易地进行切片。例如，侧壁的角度可以从其一端开始到相对端结束，或者从其相对两端中间的位置开始分别到相对两端结束。
另一方面，盒子内部空间内的止挡部件设置成将盖子阻挡在距离底壁上表面最小距离处。该止挡部件可以是盒体的一部分或者盖子的一部分。
在其它实施方式中，定向盒包括从底壁向上延伸的多个柱子。该柱子设置成将组织标本定向在柱子之间以保证样品的切片能最适合诊断目的。可以容纳在内部空间中的盖子包括孔，该孔可拆卸地容纳柱子。柱子还设置成在垂直于或者平行于任何一个侧壁的方向彼此都不成直线对准。这有助于保证在切片机中进行更有效的切割以及减弱对切片机刀片的钝化。


通过结合附图阅读下面针对优选实施方式的详细说明，本领域普通技术人员将会更加清楚这些和其它目的、优点和特征。
图1是根据本发明设计的示例性活检盒的俯视透视图。
图1A是图1中圆圈部分1A的放大图。
图1B是图1中所示的盒子底壁的放大俯视图。
图2是图1中所示的活检盒的仰视透视图。
图3是大致沿着图1中的线3-3获取的截面图。
图4是大致沿着图1中的线4-4获取的截面图。
图5是大致沿着图1中的线5-5获取的截面图。
图6是根据本发明设计的示例性组织定向盒的俯视透视图。
图7是图6中所示的组织定向盒的俯视图。
图8是根据本发明设计的并适于承载盒子的框架部件的透视图。
具体实施例方式
盒子结构/类型检测参照图1和2，盒子10可用在自动包埋设备中，如上述结合的申请号为PCT/US02/30779的PCT申请中公开的一种设备。更具体地，该设备能利用光电识别特征，该特征可以使用机器人系统来确定从输入笼中取出的是至少两种类型的盒子10中的哪一种盒子。盒子10的不同类型可以是，例如，具有不同的尺寸或者具有其它不同特征和/或功能。多个查询点允许使用光学扫描器来为盒子10上的每个查询点分配一个二进制信号，这些查询点可以是位于盒体16周围的凸缘14中的孔12。由于此时所有的盒子10使用相同的包埋框架是有益的，所以所有的盒子10都被设计成能通过类似的上下位置对准方向装配到框架内。因为开发出了附加的盒子特征，或者客户识别变得必须，所以，例如，可以将类似的检测特征包含到容纳盒子10的框架中。该特征可以包含到多种不同类型的盒子中与自动机器结合使用。
在共同待审申请PCT/US02/30779中，传感器能够在盒子从输入笼中取出之后查询每个盒子10。机械手在单个传感头下面移动框架中的盒子10。该传感器检测盒子的存在，确定盒子10没有从输入笼中掉落或者被不正确地夹持，更具体地，检测二进制(信号vs无信号)，与机器控制器进行通信以继续包埋盒子10。可以改进该特征，使传感器和控制器根据盒子尺寸、类型和/或其它参数来继续确定如何处理盒子10。其它参数可以包括包埋模(base mold)类型和用于处理和/或包埋特定类型盒子所需的任何特定的热或冷参数。传感器用于在每个输入位置查询每个盒子/框架部件，该位置例如可以是对控制器进行编程以检查信号的多个位置中的每个位置。如上所述，目前位于凸缘14拐角处的四个孔12用作输入位置。盒子凸缘14的中心部分14a，14b可用于增加机器能识别的盒子结构的数量。如下文所述，孔12的拐角位置允许检测三种盒子结构，且由于盒子10是对称的且能被操作人员以两种不同的方向安装到框架(未图示)中，所以这包括冗余程序，框架将在整个过程中一直承载着盒子10。自动机器正确检测和核实盒子结构必须具有高度的确定性。使用冗余检测区域是方便提高确定性的一种方法。
优选实施方式中的传感器是一种发射器/监测器型传感器，该传感器将检测光束(红外的或者其它色谱的)发射到调谐传感器。如果查询点是打开的(例如，检测到盒子凸缘14中的孔12)，发射器接收足够的信号到寄存器。如果查询点是不透明的或者扩散的(例如，没有检测到孔12)，调谐传感器将接收不到足够的光来记录信号对应。由于盒子组件在组织处理机中被预处理，该处理机使用到含有石蜡的溶液，所以可能会出现石蜡半月面阻挡了一个检测孔12。检测孔12能够形成的足够大，使这种可能性最小化。
另外，盒子10是具有两个长边和两个短边的矩形，如上所述，该盒子10能沿着盒子10的长轴以两种不同的方向安装到框架中。设计检测结构时考虑到这种情况，即该结构允许机器识别三种盒子类型而与盒子10在框架中的方向无关。一个长边为正确检测盒子类型提供足够信息，而另一长边则具有冗余信息。如果需要多于三种的结构，则可以在中心线的任何一侧边缘上设置附加的检测孔(未图示)。
关于实际检测方案，如下面三种可能的盒子所示大组织盒所有拐角不透明(没有孔12)信号两个传感器都关活检盒(小盒)10相对拐角不透明(没有孔12)，其它拐角打开(孔12)(对角线对称)信号一个传感器开，一个传感器关(顺序无影响)定向盒所有拐角都打开(孔12)信号两个传感器都开可以理解，可以使用多种不同类型的传感系统来实施本发明的上述原理，包括接触式或非接触式传感器。例如，可以使用多种不同类型的光传感系统、磁传感系统、条码型系统或RFID型系统，可以正确识别盒子和/或框架或能被自动包埋和/或处理系统的控制器检索的其它形式的信息。作为一种附加实施例，图8所示的框架部件80中包括嵌入的RFID元件81，允许将正确的包埋信息输送给，例如，自动处理和/或包埋设备的控制系统。传输的信息可具有宽的范围，例如可以包括各种诊断信息、患者历史、组织样品信息、或者对组织学或病理学过程有帮助的任何其它信息。
盒子存框架部件中的固定参照图1和8，在凸缘14的顶面上沿着盒体16的长边形成有多个凹陷80、82和84、86。框架部件90(图8)用于承载盒子10，凹陷80、82和84、86分别容纳突起或舌片102、104和106、108。在凸缘14的顶面上沿着盒体16的短边形成有附加凹陷110、112和114、116。这些凹陷分别容纳框架部件80中形成的突起或舌片120、122和124、126。在处理和包埋操作中，对准的舌片和凹陷将盒子10牢固地保持在框架部件80中。
在包埋过程中的气体消除组织包埋过程在利用传统盒子手动进行时，要经过消除或者降低石蜡(或包埋材料)块中残留气泡的步骤或者技术。气泡因为能弱化石蜡块以及后续的微切片操作能“炸开”或者劈开石蜡主体，所以是有害的。这会在处理过程中必须从切片处连续流动的切片“带(ribbon)”中遗留不一致的边缘或者孔洞。这能导致不成功的带和质量差的载玻片用于诊断。减少气泡存在的一种方法是敲打或者快速运动盒子组件来消除气泡。然而，使用高速自动包埋法，机器不会被设计成执行这种步骤。因此，在空气集聚的位置，可以提供尽可能最大的孔洞，以便在石蜡填充步骤中使空气逸出。还是参照图1和2，在盒子10的凸缘14内和框架的书写面(writing surface)下方提供孔12、20让空气逸出。因此将会理解，传感器孔12具有双重目的。这些孔12、20应当足够大以便让空气逸出，并且没有飞刺或毛刺。障碍物如凸缘下面的肋会阻碍上升的气泡。位于凸缘14顶侧的加强凸缘22将消除空气阻碍。框架部件80在其内表面上还包括空气逸出槽或通道83。
材料流向注模盒再次参照图1和2，盒子10的特定特征允许在其制造中使用有效的注模技术。首先，用于填充盒体16和盖子24的浇口应该具有流道直接通向盒子侧壁26的边缘。在盒体16的底壁28内，最好避免具有其中组织会阻挡用于处理组织的液体通道的区域。虽然底壁28的中心28a具有一些可避免的浇口部分(avoidable gatescction)，但主要区域被流通孔30覆盖。对于注模，通常优选具有实心流通肋24a用于盖子24。在这个发明方面，用于形成中央孔30a(图1B)的模型销钉构成泪状物形状以将盒子材料引流到侧壁26外面。用于形成孔30b的其他模型销钉的形状在径向朝向侧壁26为细长的。这些形状有助于将盒子材料从浇口或填充位置(例如中央区域28a)有效引出。从底壁28到形成侧壁26的肋40的过渡区域29(图3)被倒圆角以降低注模的流动限制。
非线性侧壁图1和2还显示了侧壁26相对于框架侧边为非线性的，其也决定了切片机的切割平面。这意味着，侧壁26通常从所示的大约中点26a开始成角度，或者说相对的侧壁26之间的尺寸由于侧壁26在长度方向成角度或者弯曲而改变。盒子侧壁26能够例如沿着其长度具有大的半径，或者相对于框架侧边波动。该特征的目的是避免相对于框架侧边具有平行侧壁以增加切片机的切片效率。可以理解，许多结构都能够实现这一目的。
最小的盖子接合高度参照图1A、3和4，盖子24接合侧壁突出物或突起50a、50b或50c，以便保持盖子24在相对于组织样品在合适的高度与盒体16接合，从而在处理时保持组织样品封装和固定在盒子10中。使用极小的组织样品如能够小到1mm3的活检样品时，盖子24不应当一直向下而破坏脆弱的活检样品。在盒体16中具有止挡52来防止盖子24一直向下扣在样品上。可替换地，这种止挡可以设置在盖子24上。每个止挡52的高度大约为0.75mm，但可以位于大约0.25mm至大约1mm高度之间的范围内。另外，极薄的盒子底壁28(优选大约为0.38)允许样品被保持，但不允许被施加不适当的压力，否则会导致人为破坏活检切片和后续的诊断切片。
定向活检盒子参照图6和7，定向盒子60用于定向必须“竖着”切割的特殊组织(未图示)。从第一实施方式使用的但在图6和7中具有撇标记(’)的标记数字是指对应的结构元件。组织如皮肤、gal膀胱、膀胱等，需要定向使病理学者观察活检的完整横截面。这些样品能够非常小，因此需要保持在具有小孔的盒子中如活检盒10。定向活检盒60允许组织技术人员将组织放置到正确方向以便在取净材时进行切片。这种预定方向将在组织处理和包埋程序中一直保持，因此可相对于切割面保持正确的方向，而不需要取出组织并为切割为石蜡模型而重新定向。组织被放置在注模到盒子60底壁64中的立柱62之间。这些立柱62布置的结构考虑到盒子60中使用的组织的平均厚度和长度。立柱62还布置成使得它们相对于平行于或者垂直于切刀路径的方向都不是直接彼此直线对齐。因为立柱壁侧比肋66具有更多的塑料材料，所以它们能导致部分切片刀在不理想的速率下重复使用后会变钝。因此，定位立柱62以最小化连续切割相同刀片路径的立柱62数量。定向盒子60的盖子70具有用于立柱62的对应的间隙孔72。组织被固定在立柱62之间，盖子70被压到立柱62上以固定组织不运动，正如在这里或者在结合的申请中所公开的其他组织保持盒的结构。在盖子间隙孔70与立柱62之间具有微小间隙，保持任何组织不会从盒子60中逃逸。
虽然已经通过描述各种实施方式说明了本发明，同时非常详细地描述了这些实施方式，但目的并不是为了将附属权利要求的范围限制到这些细节。除了这里公开的细节和原理之外，这里描述的构件可以利用上面结合的PCT申请中描述的细节或者原理进行修改。其他优点和修改对本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此，本发明更宽的方面不限于显示的和描述的特定的细节、代表性的设备和方法以及示例性的实施例。因此，在不背离申请人一般发明原理的范围和精神的前提下可以有所偏离。这里列举的本发明的各种特征可以单独使用，或者进行各种组合使用，无论这种组合是否在详细显示和描述的实施方式中被具体公开。
权利要求
1.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；以及与所述主体相关的多个查询点，该查询点设置成允许自动传感系统确定盒子的至少一个特征。
2.如权利要求1所述的盒子，其特征在于，还包括盖子，该盖子设置成与所述主体接合，并且可以在打开位置和关闭位置之间活动，所述盖子比所述底壁坚硬。
3.如权利要求1所述的盒子，其特征在于，还包括沿着所述侧壁的上部延伸的凸缘，该凸缘包括所述查询点。
4.如权利要求3所述的盒子，其特征在于，所述传感元件还包括孔。
5.如权利要求1所述的盒子，其特征在于，所述传感元件还包括孔。
6.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；以及与所述主体相关的传感元件，该传感元件设置成允许自动传感系统确定盒子的至少一个特征。
7.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；以及沿着所述侧壁的上部延伸的凸缘，该凸缘包括多个孔。
8.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；其中所述底壁利用圆角过渡到所述侧壁。
9.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；其中所述底壁包括多个孔，这些孔的形状在朝向所述侧壁的方向加宽，从而引导用于形成盒子的材料在注模过程中流动。
10.如权利要求9所述的盒子，其特征在于，所述孔具有泪状物形状。
11.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和多个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；所述底壁和所述多个侧壁的构造材料能够在切片机中被切割；其中至少两个所述侧壁彼此以相对的关系定位，并且所述相对侧壁之间的尺寸沿着所述相对侧壁的长度变化。
12.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括具有上表面的底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；可以容纳到所述内部空间中的盖子；以及位于所述内部空间中的止挡部件，该止挡部件设置成将所述盖子阻挡在距离所述底壁的上表面最小距离处。
13.一种用于保持和定向组织样品的盒子，包括主体，该主体包括具有上表面的底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；从所述底壁向上延伸的多个柱子，所述柱子设置成将组织样品定向在柱子之间；以及可以容纳在所述内部空间中的盖子，该盖子具有可拆卸地容纳所述柱子的孔。
14.如权利要求13所述的盒子，其特征在于，所述主体具有长度方向的尺寸，所述柱子还设置成在垂直于或者平行于所述长度尺寸的方向上都不是彼此直线对准。
15.一种在包埋程序中处理含有组织样品的盒子的方法，该盒子包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于底壁向上延伸以限定内部空间来保持组织样品，以及与盒子相关的查询点，该方法包括将查询点盒子设置在传感器附近，以及使用传感器从查询点提取信息。
16.一种处理用于保持带有组织样品的盒子的框架部件的方法，该框架部件包括查询点，该方法包括将查询点盒子设置在传感器附近，以及使用传感器从查询点提取信息。
17.一种用于保持组织样品的盒子，包括主体，该主体包括底壁和至少一个侧壁，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品；设置成与所述主体接合的盖子；以及与所述主体和所述盖子中的至少一个相关的多个查询点，该查询点设置成允许自动传感系统确定盒子的至少一个特征。
全文摘要
一种用于保持组织样品的盒子(10)，包括主体，该主体具有底壁(28)和多个侧壁(26)，该侧壁相对于所述底壁向上延伸以限定内部空间来容纳组织样品。盖子(24)设置成容纳在内部空间中，并且盒子(10)可以在切片机中被切割。传感元件(12)与主体(16)或者盖子(24)相关，并设置成允许自动传感系统确定盒子(10)的至少一个特征。凸缘(14)沿着至少两个所述侧壁(26)的上部延伸，并包括多个孔(12、20)。包括其他特征以更有效地制造和使用盒子(10)。
文档编号G01N1/31GK1898022SQ200480036600
公开日2007年1月17日 申请日期2004年10月12日 优先权日2003年10月17日
发明者沃伦·P·威廉森四世, 托马斯·J·沃德, 斯蒂芬·P·惠特拉奇 申请人:比欧帕斯自动化公司