АППАРАТ ДЛЯ ГИСТОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТКАНЕЙ

Полезная модель относится к аппаратным средствам для обработки биологических образцов тканей в процессе осуществления операционной или биопсийной проводки при гистологических исследованиях.
Основные этапы приготовления гистологических препаратов включают: взятие материала, фиксацию, промывку в воде, обезвоживание и уплотнение, заливку, приготовление срезов, окрашивание, заключение срезов (https://www.liveintemet.ru/users/tufelka/post424314108).
Эти операции могут выполняться вручную. При этом лаборант опускает кассеты с гистологическими образцами в резервуар, заливает требующимися жидкостями, взбалтывает, сливает, помещает в устройство для охлаждения или нагрева и т.д.
Срезы тканей из приготовленных образцов получают с помощью микротомов - приспособлений, характеризующихся ротационной ручной или механизированной подачей образца на жестко закрепленный нож. При этом необходимо получить равномерно тонкие срезы высокого качества, исключающие как смятие ткани, так и ее чрезмерное уплотнение. Такое качество срезов обеспечивается предварительной подготовкой образцов тканей постепенным их уплотнением после фиксации путем обезвоживания с последующим парафинированием. Данный процесс весьма длителен по времени, трудозатратен и требует высокой квалификации лаборанта, чтобы получить гарантированно воспроизводимый результат.
Поэтому в лабораториях, специализирующихся на гистологических исследованиях, операции обезвоживания и парафинирования тканей осуществляют автоматизированными средствами их обработки, представляющими собой гистопроцессоры карусельного типа.
Наиболее распространенными аппаратами являются АТ-4М (Россия), Leica TP1020 (Германия), Thermo Scientific STP120 (Германия), Thermo Scientific Citadel 2000 (Великобритания) и Sakura Rotary (Япония). («Основы обеспечения качества в гистологической лабораторной технике», руководство под ред. П.Г. Малькова и Г.А. Франка, 2-е изд., перераб. и дополн., М., «ГЭОТАР - Медиа», 2014, с. 51-55, табл.1-3).
Известные гистопроцессоры содержат основание, на котором радиально установлены емкости для обезвоживания и парафинирования образцов ткани и расположенную над основанием карусель, снабженную корзинками с защитными крышками, подвешенными к карусели соосно емкостям основания. В корзинки помещают кассеты с образцами ткани, а в качестве обезвоживающей жидкости в емкости наливают этанол или изопропанол в возрастающей концентрации. Несколько емкостей используют для парафинирования обезвоженной ткани, применяя электроподогрев.
Проводка выполняется в автоматическом режиме по заданной программе с помощью микропроцессора. В процессе проводки осуществляют выдержку образцов в растворе, перемешивание и встряхивание. С целью повышения качества пропитки образцов, обработку материала могут проводить в вакууме.
Известен также аппарат для гистологической обработки тканей АГ-12 «Изотерм», предназначенный для автоматизированной обработки рабочими растворами биологических образцов при подготовке к проведению гистологических исследований (http://medprom.ru/medprom/mpp_0000957).
Аппарат АГ-12 представляет собой настольную конструкцию карусельного типа с контейнерным способом обработки тканей.
Аппарат включает каркас с основанием, на котором установлены емкости с растворами для обработки образцов. Рабочим органом аппарата является подвеска с двенадцатью крышками. На крышках в пружинных защелках закрепляется либо кассеты с образцами на стеклянных пластинках, либо корзинки с образцами в пластиковых кассетах.
Подъем и опускание подвески осуществляется путем возвратно-поступательного движения вала основания.
Поворот подвески осуществляется двенадцатилучевым мальтийским крестом с помощью кривошипа. За один оборот кривошипа подвеска поворачивается на 1/12 оборота, т.е. на 30 градусов. Аппарат работает в автоматическом режиме по программе, управляемой микропроцессором.
Аппарат АГ-12 «Изотерм» можно принять за ближайший аналог (прототип) заявленной полезной модели по наибольшему количеству одинаковых с ней существенных признаков.
Недостаток прототипа заключается в его ограниченных возможностях. На нем можно обезвоживать и промывать образцы тканей, но он не предназначен для парафинирования образцов. Механика привода подвески сложна по конструкции и ненадежна в работе: мальтийский крест не обеспечивает плавность поворота подвески.
Задача полезной модели - создать новый настольный медицинский прибор - аппарат для гистологической обработки тканей простой и надежной конструкции с оптимально коротким сроком проводки биологических образцов на этапах обезвоживания и парафинирования.
Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства привода карусели и повышения надежности работы аппарата в целом.
Поставленная задача может быть реализована, а ее технический результат может быть достигнут посредством конкретного технического решения полезной модели, заключающегося в том, что аппарат для гистологической обработки тканей включает корпус с основанием в виде нижнего диска, содержащего емкости для обезвоживания образцов биологической ткани и термоемкости для ее парафинирования, и карусель в виде смонтированного над нижним диском на поворотно-выдвижном штоке подъемно-поворотного верхнего диска, содержащего корзинки для размещения гистологических кассет с образцами тканей, снабженные крышками и размещенные над емкостями для обезвоживания, а также привод подъема-опускания верхнего диска, привод его поворота и управление аппаратом, включающее программируемый логический контроллер с дисплеем отображения информации.
Корзинки для размещения гистологических кассет вместе с крышками подвешены к верхнему диску при помощи коромысел, подъем-опускание штока осуществлено посредством кривошипно-шатунного механизма, а поворот верхнего диска осуществлен посредством зубчатой передачи.
При этом шестерня зубчатой передачи, сопряженная со штоком, связана с водилом, расположенным параллельно штоку с возможностью поворота вокруг последнего посредством взаимодействия с хомутом, жестко закрепленном на штоке.
Управление аппаратом содержит инкодер контроля параметров направления вращения и угла поворота верхнего диска.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленной полезной модели в сравнении с ее аналогами свидетельствует, что из известного уровня техники на дату подачи заявки не известно и не следует явным образом для «среднего специалиста» в данной области техники устройство того же назначения, что и заявленная полезная модель, в котором бы применялась вся совокупность приведенных в независимом пункте формулы и раскрытых в описании существенных признаков.
При этом предложенная совокупность существенных признаков не является очевидной и обеспечивает возникновение у заявленной полезной модели новых свойств, позволяющих реализовать поставленную задачу, что означает ее соответствие критерию «новизна».
В целом конструкция заявленной полезной модели технологична в изготовлении, поэтому ее производство не представляет технических трудностей, что свидетельствует о соответствии полезной модели также и критерию «промышленная применимость».
Заявленная полезная модель проиллюстрирована рисунками, где изображено:
на фиг.1 - общий вид заявленного аппарата, аксонометрия;
на фиг.2 - то же самое, аксонометрический разрез;
на фиг.3 - то же самое, прямоугольный разрез;
на фиг.4 - схема алгоритма операционной и биопсийной проводок.
Аппарат для гистологической обработки тканей (фиг.1, 2) включает корпус (7), на котором закреплено основание в виде нижнего диска (4), содержащее размещенные на нем радиально с постоянным шагом шесть емкостей (5) для обезвоживания образцов биологической ткани и две термоемкости (12), для последующего парафинирования тканей, снабженные разъемами электропитания (11).
Над нижнем диском (4) на поворотно-выдвижном штоке (19) закреплена карусель в виде подъемно-поворотного верхнего диска (1), к которому напротив емкостей (5, 12) подвешено с помощью коромысел (20) восемь одинаковых корзинок (3) с крышками (2) для размещения гистологических кассет с образцами ткани, которые прижимаются грузом (на рисунках условно не показано).
Шесть емкостей (5) заполняют изопропиловым спиртом, (поз.1-6), фиг.4, являющимся мягким дегидрантом и обеспечивающим постепенное уплотнение образцов ткани путем обезвоживания посредством плавного увеличения концентрации спиртового раствора (50, 60, 70, 80 и 96%) и строгого соблюдения выдержки по времени в емкостях (5), определенной заданной программой работы, ибо следует помнить, что длительное пребывание ткани в спиртах низкой концентрации приводит к ее мацерации, а передержка в спиртах высокой концентрации чрезмерно уплотняет их. Спиртовый раствор в процессе обезвоживания быстро загрязняется экстрагируемыми из тканей веществами, особенно жирами, поэтому его необходимо своевременно менять.
Приготовление высококачественных гистологических препаратов требует наличия равномерно тонких срезов. Для этого образцы ткани надо пропитать и залить такой средой, которая превратит их в хорошо режущуюся массу. Наиболее употребительным для этой цели является парафин высокой степени очистки, поэтому обезвоженные ткани проводят последовательно через две порции расплавленного парафина в термоемкостях (12), - (поз.7-8), фиг.4.
Подъем или опускание верхнего диска (1) выполняет мотор-редуктор (14) посредством кривошипно-шатунного механизма (21, 22). Поворот верхнего диска (1) выполняет мотор-редуктор (17) посредством зубчатой передачи. При этом шестерня (25) зубчатой передачи, сопряженная со штоком (19), связана с водилом (23), расположенном параллельно штоку (19) с возможностью поворота вокруг штока (19) посредством взаимодействия с хомутом (24), жестко закрепленном на штоке (19). Контроль за направлением вращения диска (1) и углом его поворота осуществляет энкодер (18).
Выполнение программы и контроль за работой исполнительных механизмов (фиг.2, 3) осуществляет программируемый логический контроллер (16) с отображением режимов работы и значений контролируемых параметров на сенсорном цветном жидкокристаллическом дисплее (6), смонтированным на передней панели корпуса (7).
Ниже дисплея (6) расположены переключатели панели управления работой контроллера (16): «питание включено, выключено» (10), «режим автоматический, ручной» (9), «вращение влево, стоп, вправо» (8). Питание от сети переменного тока 220 В поступает на аппарат через вилку (13), после поворота переключателя (10) в положение «питание включено». Выбор режима работы аппарата осуществляется сменой положения переключателя (9) «режим автоматический, ручной». В ручном режиме поворот верхнего диска (1) осуществляется переключателем (8) «вращение влево, стоп, вправо».
При отключении питания от сети переменного тока 220 В, аппарат переходит в режим «бесперебойного питания» от аккумуляторной батареи (15), выполняя функцию завершения программы, сохраняя при этом качество растворов спирта и парафина. Аппарат имеет функцию работы в режиме отложенного старта.
В автоматическом режиме аппарат выполняет функцию двух видов проводки (фиг.4). В процессе выполнения проводки осуществляется смена растворов, а также выполняются режимы «выдержка», «перемешивание» и «встряхивание». Программа, выполняемая на аппарате, может редактироваться, создаваться и сохраняться под новым индексом.
Подготовка аппарата к работе (настройка аппарата) осуществляется следующим образом.
Оператор в ручном режиме наливает в емкости (2) изопропиловый спиртовой раствор переменной концентрации и загружает термоемкости (12) кусочками парафина. Подключает аппарат к сети, переводит переключатель 10 в положение «Питание включено» и на панели управления аппаратом в окне «НАСТРОЙКИ» включает кнопку «Нагрев». Работать на аппарате разрешается через час после его включения при достижении температуры в термоемкостях (поз.7, 8 фиг.4) более +57°С.
Для работы в автоматическом режиме оборудование аппарата должно находиться в исходном состоянии. Исходным считается состояние, при котором верхний диск (1) аппарата находится в начальной точке (поз.1, фиг.4).
Запуск автоматического режима работы в соответствии с алгоритмом проводки осуществляется следующим образом.
Оператор переводит переключатель 9 в положение «Режим автоматический» и на панели управления в окне «СИСТЕМА» нажимает на виртуальную кнопку «Пуск».
Посредством вертикального перемещения штока (19) вниз диск (1) опускается вниз, корзинки (3) с образцами ткани погружаются в емкости (5), заполненные изопропиловым спиртом и выдерживаются в них в течение определенного времени согласно алгоритма проводки. Во время выдержки аппарат будет осуществлять режим «Перемешивание», которое включает в себя перемещение диска (1) из нижнего, фиксированного положения, вверх на 5 мм и возвращение его нижнее положение. Образцы ткани в это время, находясь в емкости со спиртовым раствором, перемещаются в растворе вверх-вниз в пределах 5 мм, оптимизируя, таким образом, интенсивность обезвоживания. Число циклов перемещения задается технологией процесса. Режим «Перемешивание» задается программно.
По окончании выдержки посредством вертикального перемещения штока (19) вверх диск (1) поднимется вверх и будет осуществляться режим «Встряхивание».
«Встряхивание» включает в себя перемещение диска (1) из верхнего, фиксированного положения вниз на 5 мм и возвращение его в верхнее положение, оптимизируя стекание реактива в емкость. Число циклов перемещения задается технологией процесса. Режим «Встряхивание» задается программно.
После режима «Встряхивание» будет осуществляться выдержка вверху, т.е. зависание корзинки над емкостью для обеспечения окончательного стекания реактива.
По окончании выдержки диск (1), начинает поворот, перемещаясь к следующей емкости со спиртовым раствором другой концентрации, более высокой. Образцы ткани вновь погружаются в спиртовый раствор, опять повторяется выдержка, перемешивание и встряхивание и так постепенно несколько раз из емкости в емкость, до тех пор, пока не завершится проводка образцов во всех емкостях со спиртовым раствором.
После завершения обезвоживания корзинки с образцами опускаются в термоемкость (12) с расплавленным парафином, выдерживаются в нем заданное время, после чего попадают в следующую термоемкость с новой порцией парафина посредством подъема-поворота-опускания диска (1). По окончании работы программы диск (1) аппарата находится в крайнем нижнем положении на позиции 8 (фиг.5),идентифицируемой на экране и сопровождаемой звуковой сигнализацией о завершении работы программы. Далее оператор в ручном режиме производит выгрузку обработанных кассет с образцами и сливает излишки парафина.
Завершение работы системы управления аппаратом осуществляется следующим образом.
Оператор останавливает работу аппарата виртуальными кнопками «СТОП» в режимах ручного и сервисного управления, в автоматическом режиме отключает виртуальную кнопку «ПУСК» и переводит переключатель 10 в положение «Питание выключено».
Использование заявленной полезной модели позволит автоматизировать процесс операционной или биопсийной проводки с минимальной затратой времени на его осуществление и обеспечить высокое качество подготовки образцов тканей для последующего получения равномерно тонких, не менее качественных срезов на микротоме.