CN101435753B - 用于保持组织标本的盒 - Google Patents

Abstract

一种用于保持组织标本的盒，包括：一主体，其包括一底壁和至少一个相对于所述底壁向上延伸的侧壁，从而限定出用于接收组织标本的内部空间；以及与所述主体相连的传感元件，其设计成允许一自动传感系统确定所述盒的至少一个特征。

Description

用于保持组织标本的盒

本申请是2002年9月26日提交的、02829687.7号中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明一般涉及用于自动处理和包埋组织标本的设备和方法。

背景技术

为了准确诊断各种各样的组织疾病与症状，医务人员必须要从病体中取出一个或多个组织标本。从身体上获取组织的这一过程称之为活检。当一个或多个组织标本被取出并被送往病理实验室时，为了对该组织进行分析，该组织要经过由组织学技术员以及最后由病理学者执行的一系列操作。本发明一般涉及这些操作，即通常由组织学技术员将一个或多个组织标本制备到载玻片上，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只使用了单一的术语“标本”，但应该理解，该术语还包含多种“标本”。当组织标本从病体中取出后，通常被放置到装有组织固定液的标本容器内，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，在此过程中组织学技术员从容器内取出组织标本，通常将该组织切成合适的尺寸以进行组织处理，将各个标本放置到适当的小尺寸塑料组织盒内，并为每个盒分配跟踪号码。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标本，在盒的侧面和底面具有微小网孔。对于特别小 的组织标本，将标本放置到袋子内，如茶叶袋内，以防止最小的组织标本丢失。对于较大的标本，则放置到具有更大网孔的盒内，该盒的网孔同样要比盒内的组织标本小。

然后将盒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、和化学制品来除去组织液。当除去组织标本中的液体之后，处理机将组织标本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，组织学技术员从每个盒中取出组织。组织学技术员必须根据组织的类型仔细确定组织标本的方向将其放置到不锈钢包埋模内，该包埋模与组织盒大小基本相当并且部分填充有熔融石蜡。然后，熔融石蜡在冷却板上快速冷却，使石蜡部分凝固，从而使组织标本保持正确的方向，其中所述冷却板可以是热电制冷器(TEC)。然后将盒放置到包埋模的顶端，石蜡通过盒的开放顶端倾倒到包埋模内。在此过程中，盒的功能从组织容纳构件变为固定装置，用于在后面切削凝固的蜡或石蜡。包埋模一直冷却直到熔融石蜡全部凝固，然后组织学技术员将不锈钢包埋模从包埋的石蜡块中取出。这样组织标本就包埋到方形石蜡块内，该组织标本的相反一侧具有塑料组织盒。由于使用了组织处理机，所以包埋过程可批量完成，其中普通的组织学技术员每小时可以包埋大约40～60个盒。

然后将包含包埋的组织标本的硬化石蜡块切成非常薄的切片，放置到显微镜载玻片上。该切片操作在被称为切片机的装置中完成。组织学技术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反的方 向具有包埋的组织标本。由此制备包埋在石蜡内的组织的各个带状切片。切片机的操作如果适当的话，能使各个切片粘在一起，接下来将特别薄的带状切片悬浮在水溶液中，并且小心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标本的切片粘结到载玻片的上面。

当组织学技术员具有足够多的组织标本载玻片时，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标本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。这对于组织标本的包埋工序尤其如此。这种多道人工操作和大量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员，保证最终被粘结到载玻片上被病理学者分析的组织标本能具有最好的状态和方向用于精确诊断。如上所述，用于制备组织活检载玻片的传统方法是批量式过程，其中组织学技术员要根据其能够操作的速度对预选数量的盒子进行一个工序一个工序的操作。

已经开发出一种系统和方法，用于在制备活检分析用组织标本的过程中增加生产率和减小人为误差的几率。在这方面，USP5817032涉及一种组织获取和支撑装置(tissue trapping andsupporting device)，该装置可以是盒子并且可以使用切片机进行切割，该专利的公开内容通过参考被结合于此。当使用盒子时，将组织标本稳固在盒子内并要经过使用石蜡替换组织液的过程。然后，对组织标本和盒子同时切片，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，一直没有将组织标本从盒子中取出，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失误的几率。该专利还讨论了自动化处理，其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处理和增加产量以及改进包埋的组织标本的质量一致性。

发明内容

本发明提出了一种用于保持组织标本的盒子和框架组件，包括设置在框架组件内的切片盒子，用在一个用于将组织标本包埋于切片盒子的自动化机器中，其中，所述盒子和框架组件的尺寸和/或结构能够由所述自动化机器中的一个传感元件检测。

所述尺寸和/或结构区别于另一个盒子和框架组件的尺寸和/或结构的特征是一个或多个孔是否存在。

区别于另一尺寸和/或结构的盒子和框架组件的特征是一个或多个孔是否存在。

所述盒子和框架组件还包括置于所述盒子和框架组件上的机读标识，用于检测所述盒子和框架组件的尺寸和/或结构。

所述机读标识允许所述盒子和框架组件在机器内可以被识别和跟踪。所述机读标识是条形码。

本发明一般涉及在各个切片机组合载体中制备组织标本的自动化机器。该机器包括输入构件，该输入构件用于在组织包埋操作之前容纳切片机的多个组合载体。输出构件用于在组织包埋操作之后容纳切片机的多个组合载体。制冷单元优选用于在组织包埋操作过程中容纳切片机的至少一个组合载体。更优选地，为了加快处理，使用多个热电冷却(TEC)单元，但在不背离本发明原理的前提下可以使用其他冷却装置。TEC是优选的，因为它们能在加热过程和制冷过程之间快速转换。根据本发明，首先操作TEC来加热切片机组合载体有助于正确包埋载体。安装机动输送器构件用于移动和夹持切片机的至少一个组合载体。该输送构件将支架从输入构件移动到制冷单元，并最终移动到输出构件。在包埋操作中，分配装置将包埋材料分配到切片机组合载体上以及至少一个由切片机组合载体容纳的组织标本。

优选地，切片机组合载体容纳在框架内，可以在框架内的第一位置与第二位置之间移动，其中在第二位置，包埋的组织标本暴露在切片机中进行切片。在这方面，机器优选地还包括转送装置(staging device)，用于操作支架从第一位置移动到第二位置。转送装置和分配器可以是同一机器人的一部分，从而它们能在多个制冷单元之间一起移动。一个传感器用于检测被分配到切片机组合载体上的包埋材料的数量。另一个传感器用于检测盒子的尺寸和/或结构，以便该盒子能够被放置到一个制冷单元上的结构适当的包埋模中。输入构件优选包括伸长的笼，该笼用于容纳和分配切片机的多个组合载体。该笼可以被容纳在热容器内，并包括分配口。定位装置将切片机组合载体推向分配口，例如通过弹簧压力和/或重力。

在优选的实施方式中，在机器中可以处理两种不同结构的切片机组合载体，但应该理解的是通过机器处理的结构的数量可以变化。由此，机器还包括与每个制冷单元热连接的第一和第二模。第一模用于接收切片机的第一组合载体，第二模用于接收切片机的第二组合载体，该第二组合载体的结构与第一组合载体的结构不同。这种不同结构，例如，可以是不同尺寸、不同形状、或者是切片机的第一和第二组合载体之间的任何其他特征的不同。盒子方向传感器用于检测切片机的第一和第二组合载体的各自结构，从而使得输送构件将切片机组合载体传送给对应的第一或第二模。

本领域的普通技术员通过结合附图阅读下面的详细说明将会更加清楚本发明这些及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1是根据本发明的优选实施方式设计的用于处理和包埋组织标本的自动化机器的透视图。

图2是显示该机器内部的后侧透视图。

图3是放大的后侧透视图，其中为了清楚而拿去了机壳的外面板和控制构件壳体部分。

图4是机器的输入门部分的分解透视图。

图4A是输入门内表面的分解透视图，显示盒子和框架组件分配器。

图4B是一个输入笼的透视图，显示一个盒子和框架组件以及插入到笼内的固位夹。

图5是机器内部的俯视图。

图6是机器内转送机器人的放大透视图。

图7是带有转送器/填充器的转送机器人的分解透视图。

图8是基本上沿图6中的线8-8截取的横截面图。

图9是类似于图8的放大的横截面图，但显示的是盒子通过与其相连的框架转送到包埋模内的转送状态。

图10A和10B是类似于图9的放大的横截面图，也是逐步显示转送操作。

图11A是沿图12中的线11A-11A截取的横截面图，显示在夹持盒子和框架组件之前的夹持组件。

图11B是类似于图11A的局部横截面俯视图，但显示的是被夹爪夹持的盒子和框架组件。

图12是沿图5中的线12-12截取的横截面图，显示的是从输入笼内取出盒子和框架组件过程中的夹持组件。

图13是显示将盒子和框架组件放置到包埋模内的夹持组件的放大透视图，其中包埋模与热电冷却(TEC)单元连接。

图14是显示在冷却操作完成之后由夹持组件将盒子和框架组件取出的放大透视图。

图15是用于接收盒子和框架组件的输出托盘的横截面图，其中包埋操作已经在机器中完成。

图16是类似于图15的横截面图，但显示输出托盘从机器中取出。

图17是图1中机器的控制系统的示意框图。

图18是图17中的控制系统所用的热电三态控制器的示意框图。

图19是图17中的控制系统所用的电磁线圈驱动器的示意框图。

图20是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于连续地将笼中的盒子和框架组件装入到图1中机器的模内。

图21是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于从输入笼中取出盒子和框架组件。

图22是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于测试从图1的机器中的输入笼内取出的盒子和框架组件。

图23是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于将盒子和框架组件装入到图1的机器中的模内。

图24是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于将 石蜡分配到图1的机器中的模内。

图25是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于连续地将盒子和框架组件装入到图1的机器中、填充盒子和框架组件、以及将盒子和框架组件从机器中取出。

图26是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于将盒子和框架组件从图1的机器中的模内取出。

图27是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于测试从图1的机器中的模内取出的并经过填充的盒子和框架组件。

图28是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于将经过填充的盒子和框架组件插入到图1的机器中的输出托盘内。

图29是通过图17中的控制系统执行的操作的流程图，用于连续地将经过填充的盒子和框架组件从模内输送到图1的机器中的输出托盘内。

具体实施方式

参照图1和2，根据本发明设计的自动化机器10包括外壳12，该外壳12的前侧具有主门14。当如图1所示打开主门14时，输入门16和四个独立的可拆卸输出托盘18a、18b、18c、18d暴露，其功能将在下面说明。所示托盘18c沿着其底边部分地向外转出以便从机器10中提起并取出。门14和16也从它们的底边向外转出，但门14和16通过各自的铰链14a、16a连接到外壳12上。外壳12的前侧包括开口20，开口20可以让相对较冷的室内空气进入到在下面将要说明的热电冷却装置中。外壳12包括用于操作机器10的控制面板22，位于外壳12顶侧的石蜡输入口24，以及位于外壳12底侧的活动脚轮26。外壳12的内侧底部27包括用于操作机器 12所必须的各种各样的控制元件，这将在下面进行说明。再如图2所示，石蜡输入口24连接到用于容纳液态石蜡的容器28。加热容器28使液态石蜡保持在大约60℃的适当温度。大体上如图2所示，输入门16连接到盒子和框架组件分配器30，而输出托盘18a、18b、18d、18c(图1)则包括位于外壳12内的独立的盒子和框架组件接收器32a、32b、32c、32d。每个接收器32a-d具有两列竖直的弹簧加力式槽，在包埋操作完成之后，每个槽固位一个盒子和框架组件。机器10将盒子和框架组件装入盒子和框架组件分配器30内，其中每个盒子和框架组件内装有一个或多个组织标本。盒子和框架组件，或者更广义地说是切片机组合载体，可以具有任何适当的形式。优选地，这些载体通常是如USP5817032中所述的形式，这将在下面进一步说明。组织标本在被单独放置到各个盒子和框架组件接收器32a、32b、32c、32d内之前，使用下面将要说明的元件和方法包埋到石蜡中。

现在参照图3，抓放机器人40包括可三维运动的抓放头42。更具体地，底座44在导轨46、48上沿着水平的x-轴(从机器10的前侧看)左右移动，抓放头42进一步在导轨56、58上沿着y-轴移动、即靠近和远离机器10的前侧。竖直托架50携带抓放头42在导轨52、54上沿着竖直的z-轴上下移动。为了实现这些运动，提供了三个独立的电机和驱动丝杠组件60、62和64。电机60a和驱动丝杠60b使底座44沿着导轨46、48移动。电机62a和驱动丝杠62b使抓放头42沿着导轨52、54竖直移动。电机64a和驱动丝杠64b使抓放头42沿着导轨56、58反向移动。虽然示出的是带式驱动丝杠，但应该理解的是也可以替代使用直接驱动装置或任何类型的动力装置。对于电机和控制元件所需的所有的各种电线来说，提供软管66、68、70能方便抓放机器人40的各种运动。

仍然参照图3，抓放机器人40将盒子和框架组件从分配器30运送到各个包埋模组件或TEC单元80，更具体地说，是运送到位于每个TEC单元80顶端的两个可选的包埋模82、84中的一个中。为了清楚起见，拿掉了多个TEC单元80。使用集成到单元或组件80内的TEC是有益的，原因在于TEC可以在加热功能和冷却功能之间快速循环。如下所述，每个TEC单元80可以首先用来加热包埋模82或包埋模84，使液态石蜡能更完全地流入并装满装有一个或多个组织标本的盒子。这可以避免在硬化后的石蜡内形成气泡，若形成气泡会导致在后续的工序中使组织学技术员或病理学者遇到困难。冷却/加热单元的数量和类型可以变化。并且，作为例子，为了容纳在机器10中处理的具有一定范围的结构和/或尺寸的盒子和框架组件，使用的包埋模82、84的数量也可以更多或更少。在将盒子和框架组件输送给对应的包埋模82或84之前，使用合适的传感器86检测盒子和框架组件的尺寸和/或结构。例如，小的活检盒可以具有通过传感器86检测的一个或多个孔，而大的盒子可以不具有这种孔。作为选择，可以在盒子和框架组件上设置机器可读标记，例如条形码，然后由安装在任意合适位置的适当装置读取。因此，盒子和框架组件在机器内可以被识别和跟踪。因此，机器的控制装置能够识别哪一个包埋模82或84内放置有盒子。

当冷却过程完成后(下面将作详细说明)，抓放机器人40将盒子和框架组件从TEC单元80移动到接收器32a、32b、32c、32d之一的各个狭缝形容器90内。在每个接收器32a-d上设置有传感器92、94，用于指示控制系统相关的接收器32a-d内是否装有任何盒子和框架组件。提供锁止组件96将外壳12前侧的托盘18a、18b、18c、18d与它们各自的盒子和框架组件接收器32a-d固位在一起。优选地，这些锁止组件96为电磁控制件，使机器10的控制系统能 监控具体的托盘18a-d是否已经拆除。如果有一个托盘被拆除，则机器10将停止操作或者至少停止向该打开托盘的位置传送包埋的盒子和框架组件。

参照图4、4A和4B，为了分配的目的，提供了多个输入笼100，例如四个输入笼100来容纳盒子和框架组件以及它们各自的组织标本。抓放头42的进出通过内盖101上的开口101a实现。每个笼100被固位在门16内表面上的热容器102内。优选地，每个容器102包括一个或多个筒形加热器103，使笼100以及笼100内的盒子和框架组件保持在预定的较高温度，使在前次的组织处理工序中剩余的石蜡继续保持液态直到开始冷却处理。也就是说，防止石蜡凝固，以便各种需要移动的构件能在移动时不受阻碍。在容器102之间可以设置适当的绝热件105。石蜡在笼100内和/或在笼100内的盒子和框架组件上凝固或部分凝固会阻碍容器102内的笼100或者阻碍笼100内的盒子和框架组件。笼100优选由操作人员如组织学技术员直接从组织处理机转送到容器102内，但这也可以由自动转送操作代替。笼100是多孔的并且是由合适的材料制造，该材料在组织处理过程中具有耐热、耐化学反应、耐微波或耐其他外界条件的性质。合适的材料是指可以从General Electric Co.获得的 

。通过铰链机构16a、104(图4)打开门16，然后打开笼容器102顶端的弹簧加力式铰接罩106，可以访问笼100。每个笼容器102还包括位于底部的弹簧加力式固位构件110，该构件110在从笼100中取出盒子和框架组件时向外弹开，然后被推压到所示的竖直位置用于将下一个盒子和框架组件固位到特定位置以备抓放头42抓取。笼存在传感器112安装在门16的内表面上，当笼100完全向下插入到容器102内时启动，向控制系统指示笼100是否存在。但是这种传感器可以具有多种形式，在此情况下在笼100的狭 缝116内具有启动元件114(图4A)，该启动元件114向下移动，从而使连接元件118竖直运动到存在传感器119内并被存在传感器119所检测。

进一步如图4所示，使用定位组件120保证每个笼100内的所有盒子和框架组件都能自动地、连续地运动到它们的最低位置以待单独配送。该组件120包括通过独立的杆128a、128b连接在一起的上板124和下板126。杆128a、128b具有各自的夹爪130，该夹爪130可以竖直运动但不可以转动。可以理解的是，虽然示出的杆128a、128b与每个夹爪130连接，但也可以替代使用其他方法来防止夹爪130的转动或者保证夹爪130具有正确的方向。夹爪130通过预载弹簧132向下受力。另外，或者作为选择，夹爪130可以具有重物，例如一至二个数镑的重物(未示出)，以便对笼100内的盒子和框架组件150施加恒定的向下的力。这保证每个连续的盒子和框架组件被移动到特定位置以待抓持和取出，如下文所述。活动板134通过电机136和拧入到螺母140内的丝杠138操作。板134从图4所示的位置向上移动，将每个夹爪130移动到最高的原位，以便从容器102内取出一个或多个笼100。螺母140刚性连接到板134并具有凸缘件142，该凸缘件142用于启动位于各个行程终止位置的存在传感器144、146，向控制系统指示在每个方向何时停止电机136。

如图4B所示，使用固位夹148将一摞盒子和框架组件150(包含组织标本，未示出)固位在笼100内。为了说明的目的，仅仅显示了一个盒子和框架组件150。组件150包括内盒150a和外框架150b，其中内盒150a优选根据上述的USP 5817032或国际专利申请号为PCT/US02/30775中公开的内容制造，该公开的内容通过引用而结合于此，外框架150b也是优选根据该引用的专利或专利申 请制造。通常，笼100内填充有，例如，30-40个盒子和框架组件150，固位夹148用在一摞组件150的顶端，防止在处理过程中笼100内的组件150发生任何移动。笼100包括一对狭缝152、154，通过该对狭缝152、154，最下面的盒子和框架组件150被抓放头42抓持。笼100还包括用于访问其内部的可拆卸盖156。所述盖156包括狭缝156a，一个前述夹爪130(图4)的突起130a插入到该狭缝156a内并抵靠在盒子和框架组件150的顶端，以保证盒子和框架组件150总是靠近狭缝152、154以便于抓持。盖156的底端还包括凹口158、160，用于抓放头42的夹爪进入，这将在下面说明。

现在参照图5-7，在外壳12内还安装有可活动的转送机器人170，该机器人170包括可以沿着三个坐标轴(u、v、w，见图6)运动的转送器/填充器172。转送机器人170通过电机174和驱动丝杠176可沿着导轨178、180左右(w-轴)移动。转送器/填充器172还可以通过电机184和驱动丝杠186(图7)沿着导轨182上下(v-轴)移动。转送机器人170通过电机192和驱动丝杠194可沿着导轨188、190前后(u-轴)反向移动。软管191、193包含在操作转送机器人170过程中所必须的电线和石蜡管路。当抓放机器人40将盒子和框架组件150放置在一个包埋模82或84内时，转送机器人170沿着导轨178、180和188、190运动到装有盒子和框架组件150的包埋模82或84的正上方的正确位置。然后，使用电机184和驱动丝杠186将转送器/填充器172竖直定位，如下文所述。

参照图7-10A和10B，更具体地，转送器/填充器172包括支架组件195，该支架组件195刚性紧固到沿着导轨188、190移动的四个直线衬套或轴承座188a、190a上。支架组件195还刚性紧固到通过螺母197沿着丝杠194移动的安装构件196上。因此，电 机192驱动丝杠194在螺母197内旋转，使支架组件195沿着导轨188、190运动。大致为U-形的支撑构件198是组件195的一个刚性零件。如前文所讨论的，另一个电机184为转送器/填充器172的竖直运动提供动力。电机184包括可旋转部分184b以及与支架组件195的安装部分195a刚性连接的安装部分184a。轴承199位于安装孔198b内并支撑丝杠186旋转。电机184的可旋转部分184b刚性连接到丝杠186，使丝杠186可以在U-形的支撑构件198内旋转。转送器/填充器172还包括竖直支撑构件202，该支撑构件202具有与丝杠186啮合的螺母204。从而，竖直支撑构件202可以通过刚性紧固到竖直支撑构件202的直线衬套182a沿着导轨182移动。导轨182刚性紧固到支架组件195的部件195b上。竖直支撑构件202具有四个夹爪或推进器203，其用于推动盒子150a通过框架150b且在包埋模82内到达如图9和10所示的位置。在推进器203上还连接有加热器205，使推进器203能保持较高温度(例如60-65℃)。推进器203的竖直运动的实现是通过启动电机184和丝杠186，使由螺母204支承的竖直支撑构件202沿着导轨182向下移动，从而使推进器203向下靠在盒子150a的顶角部分。同时，竖直支撑构件202使四个弹簧加力式夹持构件206(仅示出二个)向下运动并靠在框架150b的顶角部分，以便在转送过程和石蜡填充过程中固定框架150b(图10A)。在转送过程完成之后，盒子150a的底部暴露于框架150b的外部而位于包埋模84的内部。

在这一点上，如图10B所示，夹爪或推进器203通过电机184向上缩回到一个位置，在该位置其不会接触到任何石蜡205，但弹簧加力式夹持构件206仍然通过一些弹簧压力将框架150b压靠在包埋模84内。然后，液态石蜡205被分配到包埋模84内并充满盒子150a，从而包埋组织标本210。为此，分配管212从适当的阀214 以及与容器28(图2和3)相连的管路216(图9)接收石蜡。由于所有这些构件将与石蜡紧密的热接触，所以这些构件优选保持在大约为60-65℃的较高温度。分配管212优选通过由电阻式温度传感器(RTD)和热熔组件224控制的筒形加热器220加热。如果需要，管路216可以类似的方式加热。石蜡优选通过重力供应，但是如果需要也可以使用泵。限动开关230、232(图9)监控竖直支撑构件202在上下极限处的位置。在填充工序中使推进器203上升到石蜡液面之上的中间位置可以通过简单地旋转丝杠186一定程度加以控制。超声波液位传感器234(从Cosense，Inc.of Hauppauge，Long Island，New York获得的型号ML102)安装到转送器/填充器172上，用于检测何时液态石蜡的液位是正确的，即优选为接近框架150b的顶端。在此，将阀214关闭以停止从分配管212供应石蜡。液位检测是优选的，原因在于根据每个盒子150a内的组织的数量需要向每个包埋模内加入不同数量的石蜡。因此，液位检测能保证包埋模82或84内不会出现石蜡溢流或填充不充分。

当填充操作完成之后，启动TEC单元80冷却和固化包埋模84内的液态石蜡使之凝固。例如，这可以进行一至三分钟。由于TEC使用珀尔帖类(peltier-type)装置，在加热操作和冷却操作之间可逆，所以可以开始使用TEC单元80加热包埋模84使液态石蜡更好地流过盒子150a的孔。流动性好是因为石蜡在加热条件下粘度较低。这有助于防止气泡并且能保证最终形成优选的硬化石蜡固体块。如图8所示，每个TEC单元80具有两个TEC，其包括常规的陶瓷/金属板组件并作为peltier装置工作，通过与包埋模82、84底部的传导提供表面冷却(或加热)。每个TEC单元80包括位于TEC236下面的气流通路238，该气流通路238具有入口和出口风扇240、242，用于通过机器外壳12前侧的开口20(图1)吹入空气以及通 过连接到外壳12下部的适当排出管路244排出空气。这使得在冷却循环中能够从单元80适当地带走热量。

图11A和11B显示具体的夹持机构250，该夹持机构250用于将盒子和框架组件150夹持到抓放头42上。更具体地，一对对置的夹爪252、254包括各自的突起252a、252b和254a、254b，这些突起与每个框架150b上的缺口256(图14)对准。使用由电磁线圈260操作的偏心机构使夹爪252、254在如图11A所示的打开或释放位置与如图11B所示的闭合或夹持位置之间移动。连杆机构262、264在如图11A所示的位置移动到如图11B所示的转动的偏心位置。促动构件266连接到电磁线圈260的往复输出端268并与每个连杆机构262、264的各个枢轴点270、272枢接。每个连杆机构262、264还在枢轴点274、276与夹爪252、254枢接，使促动构件266的往复运动旋转连杆机构262、264，并同时根据电磁线圈输出端268相对于电磁线圈260是向外运动还是向内运动而使夹爪252、254向内运动或向外运动。可以理解，可以使用多种其他类型的夹持装置替换所述类型的装置。在优选的实施方式中，在夹持机构250上还设置有红外线存在传感器280，用于指示盒子和框架组件150是否存在于笼100内。如果存在传感器280没有检测到盒子和框架组件150，则控制系统控制抓放机器人40将抓放头42与夹持机构250一起运动到下一个笼100。

下面将结合前文所述的附图以及图12-16来说明机器10的操作过程。如图4所示，容器102内装有输入笼100，每个输入笼100内装有多个盒子和框架组件150。这些输入笼100优选从组织处理机(未示出)中直接取出，其中每个盒子150a内的组织标本210(图10)已经在组织处理机中通过公知的方式处理过，组织标本210内的液体被替换成石蜡或其他合适材料。为了将笼100装入到 容器102内，必须将盒子定位装置120上升到其最高位置，以便能打开输入门16。然后在关闭输入门16后，定位装置120使板134下降，从而使夹爪130、130a在弹簧132和/或重物(未示出)的作用力下下降。如图12所示，移动抓放机器人40，使抓放头42、更具体地说是夹爪252、254进入到开口101a和一个笼100的分配狭缝152、154(图4、4B)内。夹爪252、254夹持最低处的盒子和框架组件150。然后，抓放机器人40将夹持的盒子和框架组件150移动到传感器86(图3)。根据盒子传感器86的检测结果，将盒子和框架组件150移动到一个空的并与检测的盒子和框架组件150的结构(例如尺寸和/或形状)相对应的包埋模82或84。抓放头42将盒子和框架组件150放置到选择的包埋模82或84内，然后抓放机器人40返回到输入笼100并重复上述操作。在正常的作业工程中，抓放机器人40会将冷却的/硬化的组件150移动到一个输出狭缝90(图15)，然后返回到输入笼100。

然后，转送机器人170运动到刚刚装入包埋模82内的盒子和框架组件150的正上方，如图6所示。如上述参照图8-10的图示和说明，盒子150a被转送(即运动)到包埋模82内，并且从分配管212将液态石蜡填充到该包埋模82内。当分配操作完成之后，根据传感器234的检测结果，转送机器人170运动到下一个位置，即位于TEC单元80的另一个包埋模82或84的上方，在该包埋模82或84内抓放机器人40已经放置了另一个盒子和框架组件150。然后对下一个盒子和框架组件150重复上述转送和填充操作。如图14所示，抓放头42运动到已经在TEC单元80上完成了冷却或硬化处理的包埋的盒子和框架组件150位置，然后使用夹爪252、254抓住盒子和框架组件150。然后，抓放机器人40将已经抓住了盒子和框架组件150的抓放头42运动到如图15所示的具有狭缝90 的一个输出托盘18a，此时该组件150包括具有组织标本210的硬化的石蜡块290。该包埋的盒子和框架组件150通过弹簧加力式夹具300保持在狭缝90内，该夹具300与包埋的盒子和框架组件150摩擦配合。在此，夹爪252、254松开盒子和框架组件150。如图16所示，可以通过致动电磁线圈96移开输出托盘18a，使托盘18a向外转出并从机器11中升起托盘18a。

机器10的操作通过图17所示的控制系统350控制。该控制系统350包括与用户I/O 354如触摸屏监视器连接的控制器352。可选择的是，该控制器352还可以连接到以太网356，以便与另一台计算机(未示出)的控制器352通信。控制器352从机器10上的各种传感器如超声波接收器358接收输入，该超声波接收器358则从石蜡填充传感器234和容器液面传感器359接收输入。其他控制输入连接到数字I/O接口360，该接口360则连接到各种传感器，例如框架/盒子传感器86、接收器传感器92、94、框架存在传感器280、和笼存在传感器112。

控制器352向步进电机控制器362提供命令信号，该步进电机控制器362则向步进电机60a、62a、64a和192、174、184和136以公知方式提供参照命令信号。控制器362从限动开关如用于检测v-轴上的行程极限的限动开关230、232接收反馈信号。另外，编码器364连接到各个步进电机并向各个步进电机控制器362提供各个反馈信号，以便确认每个步进电机的受控运动。如果步进电机控制器362没有检测到各个步进电机的受控运动，该控制器则向控制器352反馈错误信号并显示在监视器354上。

控制器352还连接到热电三态控制器366，该控制器366控制着与8对包埋模82、84分别相连的16个TEC板236中每个TEC板236的操作。每个TEC板236具有对应的RTD368，该RTD368 向控制器366提供温度反馈信号，表示每个TEC板236的温度。参照图18，热电三态控制器366具有通过时钟372控制的微控制器370。值得注意的是，虽然该机器只有16个TEC板236，但控制器366也可以设计成容纳24个TEC板236。微控制器370包括用于提供系统接口374的软件模块，TEC环路状态机376，校正算法378以及A/D转换器和信号处理器380。控制器370控制所有的16个TEC板236，另外还能设计成控制更少或更多的TEC板236。为了适应更多的设备，即24个TEC板236和24个RTD368，使用复杂可编程逻辑单元(CPLD)388作为微控制器370与TEC板236和RTD368之间的接口设备。环路时钟(loop clock)382提供连续的时间窗(time window)，可通过CPLD388的环路时钟状态机393对它们进行调节。在每个时间窗内，响应微控制器370的命令，CPLD388内的A/D转换器状态机389使得所有RTD的输出被多路复用到A/D转换器384内。在每个时间窗内，RTD输出通过微控制器370读取并作为微控制器370的一部分，用于响应控制器352的命令来调节每个TEC板236的操作(图17)。如果要改变任意一个TEC板236的操作状态，则TEC接口392内的MOSFET电流开关395必须改变；同时新的状态被传送给CPLD388的MOSFET控制状态机391。该新的状态然后通过各个驱动器390供应给各个电流开关395。因此，然后由各个RTD368所测定的温度保持与控制器352控制的温度密切对应(图17)。

再次参照图17，控制器352提供命令信号给电磁线圈驱动器394，该电磁线圈驱动器394在可操作连接到夹具电磁线圈260、石蜡阀214和四个托盘锁闭电磁线圈97中的每一个。参照图19，电磁线圈驱动器具有用于微控制器398的时钟397，所述微控制器398包括软件模块，该软件模块提供系统接口400、夹具控制器402、 脉宽调制器404、406和I/O控制器408。I/O控制器408提供输出信号给I/O接口410以驱动电磁线圈状态LED412。为了使机器10内的热量最小化，电磁线圈驱动器394提供用于操作机器10内的各电磁线圈所必须的最小电流。例如，夹具控制器402通过首先提驱动电流给驱动器414，然后再通过放大器415提供输出电流给电磁线圈260来操作夹具电磁线圈260。启动电流能够快速地启动和改变电磁线圈260和夹具250的状态；因此，夹具控制器402提供保持电流给驱动器416，然后再提供能使电磁线圈260保持其通电状态所必须的最小电流。

用于请求四个托盘锁闭元件之一打开的信号可通过输入装置417提供，例如机器上的输入按钮或者用户I/O354(图17)的触摸屏上的按钮。响应该请求，微控制器398操作脉宽调制器(pulsewidth modulator，PWM)404向PWM选择开关418提供输出信号，该选择开关418继而通过放大器422向合适的一个MOSFET电流开关423提供启动电流和保持电流。该MOSFET电流开关423操作四个托盘锁闭电磁线圈97中的对应一个，从而松开锁闭或互锁，使托盘能够向外转动并被取出。类似地，响应控制器352的命令，微控制器398操作PWM406，以通过双路PWM开关选择器420、放大器424和MOSFET电流开关425向阀电磁线圈215提供启动电流信号和保持电流信号。

再次参照图17，加热器控制器426响应控制器352的命令来控制与容器28、阀214、喷嘴212、供应管路216和输入门16上的8个容器102相连的加热器220。加热器控制器426可操作地开启或关闭加热器220的开关，以便保持由控制器352指令的温度。加热器是电阻式AC加热器和电阻式DC加热器，RTD124靠近每个加热器220以提供用于表示每个装置被加热温度的温度反馈信 号。为了使加热器控制微控制器控制多个加热器和RTD，可以使用环路状态机和CPLD，其工作方式与上述图18中的TEC控制器的工作方式类似。能够以公知的方式使用过零检测可控硅触发电流开关来分别控制DC加热器和AC加热器的操作。

使用过程中，为了将笼100装入到容器102内，操作人员使用触摸屏监视器354命令盒子定位装置120上升到其最高位置，从而打开输入门16。当笼100被放置到机器10内之后，关闭输入门16。操作人员再次使用触摸屏监视器来命令定位装置120使板134下降，从而使夹爪130、130a在弹簧132和/或重物(未示出)产生的力的作用下下降。可以理解的是，盒子定位装置120的运动过程和输入门16的开闭过程可以全部实现自动化。另外，操作人员将输出托盘18放置到机器10内。

盒子和框架组件150的处理以三个操作模式进行。在第一模装载模式中，盒子和框架组件从笼100中被连续输送给8对模之一的一个模82、84(图3)内；然后开始填充和冷却循环。当8对模82或84被装载、填充及冷却完成后，控制器352开始连续的处理模式，其中冷却的盒子和框架组件150连续地从模82或84中运动到输出托盘18内。腾空的模立即被装入来自笼100中的另一个盒子和框架组件150，连续执行该模式直到笼100内的所有的盒子和框架组件150都被取出。然后，控制器352开始模卸载模式，其中保持冷却的盒子和框架组件被从模82或84内运动到托盘18中。

为了开始处理，操作人员再次使用触摸屏监视器354来命令循环开始。响应于该命令，控制器352执行如图20所示的模装载循环。控制器352首先在步骤450通过监视限位开关364的状态来确定输送机器人40和转送机器人170是否位于其原位。输送机器人40的原位定义为：x-轴上最靠近待填充第一模的行程极限，z-轴上 的上极限，y-轴上相对于机器10的前侧极限。转送机器人170的原位定义为：x-轴上最靠近待填充最后模的行程极限，z-轴的上极限，y-轴相对于机器10的前侧极限。如果有一个机器人没有处在其原位，控制器352在步骤452提供命令信号给步进电机控制器362，以操作步进电机使机器人运动到其原位。在步骤454确定暂停计时器没有工作后，控制器352在步骤456命令控制器362将夹具250移出到非常靠近笼100附近的开口101(图4)处的位置。然后，控制器352在步骤458执行输入笼抓取子程序，如图21所示。

在执行该子程序的过程中，控制器352首先在步骤602命令电磁线圈驱动器394启动夹具电磁线圈260并打开夹爪252(图11A)。然后，控制器352在步骤604命令合适的控制器362操作步进电机64a以及运动夹爪252通过开口101a(图12)并进入到笼100内。然后，控制器352在步骤606命令夹爪252关闭(图11B)；然后在步骤608命令步进电机64a反向运动，使夹爪252返回到其紧挨着开口101a的原位。随后，在步骤610，控制器352读取位于夹具250上的框架传感器280的状态。图20所示的模装载循环操作通过控制器352在步骤460确定框架150b是否存在于夹具250内而连续进行。

如果是，则控制器352在步骤462命令步进电机将夹具250运动到盒子传感器86(图3)。在步骤464，控制器352执行装载盒子测试子程序，如图22所示。在步骤620执行一些测试，使用传感器86确定盒子和框架组件150在夹具250内的方向是否正确。例如，组件150有可能不小心被上下颠倒或前后颠倒。接下来，在步骤622，控制器确定盒子150a(图4B)位于框架150b内。夹具250上的传感器280仅仅能够检测盒子和框架组件150中的框架部 分150b的存在；因此，重要的是要确定框架150b确实支撑着盒子150a。另外，机器10能够处理两种不同尺寸的盒子；因此，在步骤624，控制器352操作夹具250使传感器86能被用来检测夹具内当前盒子的尺寸。当检测完尺寸后，在步骤626、628设置合适的标记。如果在任何一个测试中检测到错误，则在步骤630，控制器352将错误显示在监视器354上；操作循环终止直到错误被更正。

回到图20所示的模装载循环，当装载盒子测试成功后，在步骤466，控制器352命令夹具250运动到位于一个空的、与检测的盒子大小相对应的模如第一个模82(图3)上方的竖直清空位置(vertical clearance position)。另外，控制器352命令转送机器人170从其原位向右运动到紧挨着模82的位置。另外，控制器352提供输出信号命令热电控制器366打开与模82连接的TEC板236。热电控制器366使用RTD368的温度反馈信号来操作TEC板236，使模82被加热到理想温度。

当输送机器人40使夹具运动到竖直清空位置之后，在步骤468，控制器352如图23所示在模子程序中装载框架。首先，在步骤632，控制器352命令步进电机62a使夹具250下降，使盒子和框架组件150位于模82a上或稍微高于模82a(图13)。然后，在步骤634，控制器352命令夹爪252打开(图11A)；然后，在步骤636，控制器352反向操作步进电机62a将夹具250上升到其竖直清空位置。然后在步骤638，控制器读取框架传感器280，确定框架150b不再位于夹具250内。如果检测到框架，则在步骤640，控制器352显示适当的错误信号并停止操作。

接下来，控制器352命令步进电机174将转送机器人170运动到模上。然后在步骤472，控制器启动内部暂停计时器，然后在步骤474启动模填充循环子程序，如图24所示。在执行模填充循环 过程中，控制器352首先在步骤650命令步进电机184下降转送器/填充器172(图8)。竖直支撑构件202使四个弹簧加力式夹持构件206向下运动靠在框架150b的顶角上以便在石蜡填充过程中固定框架。同时，推进器203(图9)向下运动靠在盒子150a的顶角部分，从而将盒子和框架组件150紧紧地推进模84内。然后在步骤652，控制器352命令电机184将转送器/填充器172上升到使推进器203在填充过程中接触不到任何石蜡的位置。应该注意的是，夹持构件206通过弹簧压力仍然将框架150b固位在模上。然后在步骤654，控制器352提供输出信号给电磁线圈驱动器394，命令石蜡阀214打开并开始填充石蜡(图10)。另外，控制器352启动内部制冷打开计时器工作。实验已经表明，如果在模填充循环刚要结束之前便冷却模，能得到更高质量的处理。但是，这种应用必须依赖于将TEC切换到制冷模式的准确时间。因此，当控制器352在步骤656确定了制冷打开计时器终止后，控制器352在步骤658将每个TEC板236从加热模式切换到制冷模式，并且启动内部的制冷关闭计时器。然后，控制器352在步骤660确定从石蜡填充传感器234接收到指示模84已经被填充的信号的时间。在此，控制器352在步骤662提供输出信号给电磁线圈驱动器394，命令填充阀关闭。另外，控制器352命令步进电机184将转送器/填充器172上升到其最高位置。

参照图20，在开始模填充操作子程序476时，控制器352还确定当前被填充的模是否是最后被填充的模。如果不是，控制器352在步骤454确定暂停计时器是否终止，暂停计时器能简单地使输送机器人40的操作暂停一段短的时间；如果是，控制器则命令步进电机60a、62a、64a将夹具运动到靠近笼的开口的位置。针对步骤454-476所述的操作对于8个模位置中的每个位置都重复执 行。当控制器352在步骤476检测到最后一个模被填充时，控制器然后在步骤478命令电机60a将夹具250运动到第一模上方的竖直清空位置，然后图20所示的模装载周期结束。需要注意的是，如果控制器352在步骤460确定框架150b不在夹具250内，控制器352则在步骤480检查当前笼是否为空。控制器352保持从当前笼内取出的盒子和框架组件的计数。如果从当前笼内取出的盒子和框架组件的数量等于其最大容量，控制器则在步骤482确定所有的笼是否为空。如果不是，控制器则命令夹具运动到输入门16上的相邻笼的开口。

当所有的模初始都填充有盒子和框架组件并且开始填充循环后，控制器352切换到如图25所示的连续运行模式。该模式的第一步是在步骤500确定模装载模式完成。应该记得，输送机器人40当前位于第一模上方的竖直净高。控制器352然后在步骤502确定该模的制冷关闭计时器是否终止。如果终止，则控制器在步骤504执行如图26所示的从模中取出框架子程序。

为了从模84中取出框架和盒子组件，如图14所示，控制器352在步骤670-676提供输出信号，命令夹爪252打开、命令步进电机64a使夹具下降至模、命令夹爪252关闭、以及命令步进电机62a使夹具升回到其竖直清空位置。然后，控制器352读取框架传感器280的状态，确定框架是否存在。如果框架不存在，则控制器在步骤680显示错误，操作终止。

回到图25，控制器随后在步骤506提供命令信号给步进电机60a、62a、64a，将夹具运动到传感器86(图3)。当运动到所述位置时，控制器352在步骤508开始如图27所述的取出盒子测试子程序。首先，控制器352命令步进电机60a、62a、64a使夹具250相对于传感器86运动，通过监视传感器86的输出信号，控制器 352在步骤682能够确定框架150b存在。然后，控制器命令夹具250运动到能使控制器352在步骤684确定盒子150a是否位于框架内的位置。在填充和冷却过程中或者在卸载过程中，盒子可能会与框架分离。框架还可能没有正确夹持在夹具内。例如，参照图11A，框架150b可以仅仅由夹具的前销钉252a、254a夹持。在此情况下，框架稍微旋转，则后销钉252b、254b就不会正确地固定在框架内。为了检测这种情况，控制器352命令夹具250运动到使控制器在步骤686能够确定框架正确固定在夹具内的位置。如果检测到任何错误，控制器则在步骤688在监视器354上显示错误，该操作终止。

如果取出盒子测试子程序成功执行，回到图25，控制器352命令电机60a、62a、64a使具有盒子和框架组件150的夹具运动到靠近如图15所示的一个输出托盘18a的一个狭缝90，该组件150此时包括含有组织标本210的硬化的石蜡块290。然后，控制器352开始如图28所示的松开框架子程序。为了松开盒子和框架组件150，控制器352首先在步骤690命令步进电机62a将夹爪25运动到托盘缝90内。包埋的盒子和框架组件150通过弹簧加力式夹具300夹持在缝90内，所述夹具300摩擦配合包埋的盒子和框架组件150。然后在步骤692，控制器命令夹爪252打开，并且在步骤694进一步命令步进电机62a反向运动，从而将夹爪从托盘缝中移出。接下来，控制器352读取框架传感器280的状态并在步骤696确定框架是否存在。如果检测到框架，则控制器352在监视器354上显示错误。

回到图25，控制器然后在步骤514提供命令信号给步进电机60a、62a、64a，将夹具运动到笼的开口。然后输送机器人40响应控制器352的命令根据步骤514-532从输入笼装载另一个盒子和框架组件。该装载操作与前面图20中的步骤456—470所述的装载操 作相同。在将另一盒子和框架组件150装入第一模后，控制器随后在534开始一个与前面图24所述相同的模填充循环。同时开始模填充操作，控制器352在步骤536提供命令信号给步进电机60a，将夹具运动到待清空的下一个模。然后，控制器在步骤502确定该模的制冷关闭计时器是否已经终止。步骤502-536的操作连续执行直到控制器352在步骤522确定所有的笼都被清空。在此，连续运行模式结束，控制器352切换到如图29所示的清空模循环。

在步骤540，连续运行模式被确认结束后，控制器352在步骤542命令步进电机174、184和192将转送机器人运动到原位。然后，控制器352在步骤544确定当前模的制冷关闭计时器是否终止。如果终止，控制器352根据步骤546-554从该模中取出框架，这一过程与前面针对图25所述的步骤504-512相同。该过程重复执行直到控制器352在步骤556检测到所有模都被清空。此时，从机器10中取出输出托盘。如图16所示，可通过启动电磁线圈9、使托盘18a向外旋转、以及从机器10中提升托盘18a而取出输出托盘18a。

虽然通过对优选实施方式的描述说明了本发明并且对实施方式进行了详细的描述，但申请人的意愿并不是为了以任何方式来限制附属权利要求书的范围。对于本领域的技术人员来说其他优点和修改是显而易见的。根据使用者的需要和喜好，本发明的各种特征可以单独使用或者部分组合使用。例如，在说明的实施方式中，使用了8对模来容纳两种不同尺寸的盒子。可以理解，在其他实施方式中，通过提供24个模则能够容纳三种不同尺寸的盒子，这24个模可以设置成8行模，每行模中有3个模的矩阵形式。

在说明的实施方式中，使用传感器86测试从笼中拣选出的以及从模中取出的框架和盒子组件。可以理解，可以在另一个位置设 置另一个传感器来测试从模中取出的框架和盒子组件。这种不同的传感器对于提高机器10的操作时间可能是有益的。还可以理解的是，不同类型的传感器可以改变框架和盒子组件的检查过程。

这是目前所知的本发明以及用于实践本发明的优选方法的说明书。但是，本发明本身仅通过附属的权利要求书加以限制。

Claims (7)

1.一种用于保持组织标本的盒子和框架组件，包括设置在框架内的切片盒子，用在一个用于将组织标本包埋于切片盒子的自动化机器中，其中

所述盒子和框架组件的尺寸和/或结构能够由所述自动化机器中的一个传感元件检测。

2.如权利要求1所述的盒子和框架组件，其特征在于，所述尺寸和/或结构区别于另一个盒子和框架组件的尺寸和/或结构的特征是一个或多个孔是否存在。

3.如权利要求1所述的盒子和框架组件，其特征在于，区别于另一尺寸和/或结构的盒子和框架组件的特征是一个或多个孔是否存在。

4.如权利要求1所述的盒子和框架组件，其特征在于，还包括置于所述盒子和框架组件上的机读标识，用于检测所述盒子和框架组件的尺寸和/或结构。

5.如权利要求4所述的盒子和框架组件，其特征在于，所述机读标识允许所述盒子和框架组件在所述自动化机器内可以被识别和跟踪。

6.如权利要求4或5所述的盒子和框架组件，其特征在于，所述机读标识是条形码。

7.两个盒子和框架组件，其中每一个盒子和框架组件均如权利要求1至6所述的盒子和框架组件，两个盒子和框架组件具有不同的尺寸和/或结构，并且能够由所述自动化机器中的一个传感元件鉴别。

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