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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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FACHGEBIET
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein einfaches, robustes und genaues
Instrument zur Konstruktion von Gewebearrays. Das Instrument kann manuell
oder automatisch betrieben werden.
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BESPRECHUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Einige
Krebspatienten sprechen gut auf eine bestimmte Krebstherapie oder
Kombination von Therapien an. Andere nicht, sie können aber
auf eine andere Behandlung ansprechen. Wissenschaftler am National
Human Genome Research Institute (NHGRI) an den National Institutes
of Health (NIH) entwickeln derzeit in Zusammenarbeit mit der University
of Tampere in Finnland und der Universität Basel in der Schweiz ein
neues Forschungswerkzeug, das sie „Gewebechip" nennen und von dem
sie erwarten, dass es sie dabei unterstützt zu lernen, wie man Untergruppen
von Krebspatienten unterscheiden kann und wie man vorhersagt, welche
Untergruppen auf bestimmte Therapien ansprechen. Die Gewebechiptechnologie
hilft ihrer Auffassung nach auch dabei, den Vorgang der Krebsentstehung
zu erforschen. Diese detaillierten neuen Informationen können dann verwendet
werden, um Moleküle
zu identifizieren, die für
die Entwicklung von Krebstherapien entscheidend sind.
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Der
Gewebechip ist ein dünner
Abschnitt eines Gewebemikroarrays, der die Massenparallelverarbeitung
von biologischen Proben erlaubt und es den Forschern ermöglicht,
gleichzeitig ein Vielzahl von molekularen Markern wie DNA, RNA und
Proteine in Krebsgeweben von Hunderten oder Tausenden von Patienten
zu vergleichen. Bis zu 1.000 Gewebebiopsien von einzelnen Tumoren
können
in einem einzigen Tumorgewebemikroarray untersucht werden. Der Gewebechip
ermöglicht
es so, gleichzeitig Tausende von Patientengewebeproben zu testen,
die herkömmlich
in Pathologielabors Probe für
Probe analysiert werden mussten. Es wird erwartet, dass die Leistungsfähigkeit
dieser Technologie zahlreichen Forschungsgebieten Impulse geben
wird, einschließlich
der Untersuchung von neu isolierten Genen, um zu bestimmen, ob sie
als molekulare Krebsmarker klinisch nutzbar sind.
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In
einer Untersuchung von Brustkrebsgewebemikroarrays (Kononen et al „Tissue
microarrays for high-througput molecular profiling of tumor specimens", Nature Medicine
Vol. 4, Number 7 July 1998 pp. 844–847) haben Forscher sechs
Genamplifikationen und die Expression des p53- und Östrogenrezeptor-Gens
analysiert, von denen angenommen wird, dass sie bei Brustkrebs eine
Rolle spielen. Diese Forscher haben Genkombinationen bei der Suche nach
krebsanfälligen
Orten, komparative Genom-Hybridisierung (CGH) für Kopienummeränderungen
sowie die cDNA-Mikroarray-Technologie für Genexpressions-Untersuchungen
verwendet und kürzlich die
Amplifikation eines Steroidrezeptor-Koaktivators, AIB1, bei Brustkrebs
sowie die Amplifikation eines Androgenrezeptor(AR)-Gens bei rezidivierendem hormonunempfindlichem
Prostatakrebs entdeckt.
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Jedes
Mikroarray ist ein Block, der aus 1.000 einzelnen zylinderförmigen Gewebebiopsien
oder „Kernen" bestehen kann. Jedes
Mikroarray kann mit herkömmlichen
Mitteln (d. h. mit Mikrotomen usw.) in 200 aufeinanderfolgende Abschnitte
von je 5 Mikrometern zerschnitten werden. Das Ergebnis sind viele annähernd identische
Abschnitte (Gewebechips), von denen jeder für einen gewöhnlichen Mikroskop-Objektträger verwendet
wird. Mit jedem der Kerne, die dann auf jedem der 200 Mikroskop-Objektträger als
winziger Punkt in der gleichen Position in der Matrix repräsentiert
sind, wurde es möglich,
schnell Hunderte von molekularen Markern im selben Probensatz zu
analysieren. Die Abschnitte des Mikroarrays liefern Ziele für die Parallel-in-situ-Erkennung von
DNA-, RNA- und Protein-Zielen in jeder Probe auf dem Array, und
aufeinanderfolgende Abschnitte ermöglichen die schnelle Analyse
von Hunderten von molekularen Markern im selben Probensatz. In der Studie
von Kononen et al machte es der Gewebechip möglich, in etwa einer Woche
das zu schaffen, was mit herkömmlichen
Methoden 6 bis 12 Monate gedauert hätte.
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Es
wird auch erwartet, dass der Gewebechip besonders nützlich bei
der Analyse von Tausenden von Gewebeproben sein wird, die in Pathologielabors weltweit
gelagert werden. Früher
wäre es
nicht als praktisch angesehen worden, diese Tausende von archivierten
Tumorgewebeproben Probe für
Probe auf Hunderte von molekularen Markern zu untersuchen. Nun,
mit dem Gewebechip, können
die Pathologen ihre Archivbestände
hernehmen, sie in Tumorarrays umwandeln und ein gesamtes Archiv
mit nur wenigen Experimenten analysieren. Die Pathologen können auch
archivierte Gewebeproben aus klinischen Versuchen mit vorhandenen
Krebsmedikamenten in Arrays umwandeln und nach Markern wie einem
Gen-Expressionsmuster oder einer Gruppe genetischer Veränderungen
in dem Gewebe suchen, die damit in Zusammenhang stehen, ob ein bestimmter
Versuchsteilnehmer auf die Therapie ansprach oder nicht.
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Zwar
können
Gewebechips den Versuchsvorgang erheblich beschleunigen, ist dadurch
eine neue Herausforderung entstanden – eine erheblicher Aufwand
an Zeit und Arbeit ist notwendig, um Proben manuell aus Spendergewebe
zu extrahieren und diese Proben zu einem Gewebearray zusammenfügen (Battifora,
H., „The
multitumor (sausage) tissue block: novel method for immunohistochemical
antibody testing",
Laboratory Investigation Vol. 55, pp. 244–248, 1996).
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U.S.
Patent 4,820,504 mit dem Titel „Multi-specimen tissue blocks
and slides" (Battifora)
zeigt eine Methode zur Herstellung eines Mehrprobengewebeblocks
und Abschnitten davon, die die Bildung einer Vielzahl von verschiedenen
allogen reaktiven Gewebeproben in Form von Stäbchen mit einem relativ kleinen
Querschnitt und einer relativ großen Länge umfasst, wobei die Stäbchen im
Wesentlichen in paralleler Beziehung zueinander auf einem Gehäuse gebündelt werden,
die Stäbchen
in dem Gehäuse eingewickelt
werden und die eingewickelten Stäbchen
in ein Einbettungsmedium eingebettet werden, um einen Gewebeblock
zu bilden, in dem die Stäbchen
senkrecht zur Vorderseite des Blocks stehen und der Block in Abschnitte
unterteilt wird, die jeweils einen Querschnitt von jedem Stäbchen enthalten.
Da viele Proben in einem kompakten Bereich untergebracht werden
könnten,
wäre es
schwierig oder unmöglich,
die Identität
der verschiedenen Proben zu ermitteln.
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U.S.
Patent 5,002,377 mit dem Titel „Multi-specimen slides for
immunohistologic procedures" (Battifora)
wendet sich diesem Identitätsproblem
zu, und lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Objektträgers, der
eine regelmäßige Anordnung
von Probenfragmenten trägt.
Das Verfahren umfasst: (i) das Schneiden mindestens einer Probe
in eine Vielzahl von schmalen Streifen; (ii) die Einteilung der
Vielzahl in Gruppen von Probenstreifen; (iii) die getrennte Positionierung
der Streifen aus den Gruppen in parallele Rillen in einer Form;
(iv) die Einbettung der Streifen in der Form in ein erstes Einbettungsmedium
zur Schaffung einer Struktur, die ein Grundelement umfasst, das
eine erste und zweite Oberfläche
hat, die sich gegenüberliegen.
Die erste Oberfläche
ist im Wesentlichen eben; die zweite Oberfläche hat Riefen, die daraus
hervorstehende Probenstreifen enthalten; (v) die Bildung eines Stapels
von Elementen, wobei jedes Element der Struktur entspricht, wobei die
letzte Oberfläche
der Riefen einer oberen Struktur an die im Wesentliche ebene erste
Oberfläche
der nächsten
tieferen Struktur angrenzt, wobei die Abstände zwischen den Riefen Kanäle für die Aufnahme
einer Flüssigkeit
bilden; (vi) die Einbettung des Stapels in ein zweites Einbettungsmedium,
um einen Block zu bilden, in dem eine regelmäßige Anordnung aus parallelen
Probenstreifen eingebettet ist; die Streifen sind so angeordnet,
dass ein Abschnitt des Blocks eine regelmäßige Anordnung aus Querschnitten
von jedem der eingebetteten Probenstreifen umfasst; (vii) die Einteilung
des Blocks in Abschnitte, von denen jeder eine regelmäßige Anordnung
aus Querschnitten von jedem der eingebetteten Probenstreifen enthält; (viii)
das Anbringen mindestens eines solchen Blockabschnitts auf einem
Objektträger. Durch
diese Methode wird zwar aus Gewebeproben ein Raster gebildet, in
dem es möglich
ist, die Identität
der einzelnen Proben zu ermitteln, sie ist jedoch zeitaufwändig. Außerdem ist
die Methode nicht dazu geeignet, Hunderten von Kernproben von Hunderten von
einzelnen Spendern zu einem einzigen Array zusammenzufügen.
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Vor
kurzem wurde eine Technik entwickelt, mit der biologische Gewebearrays
einfach als Arrays (Reihen und Spalten) aus Kernen von biologischem Gewebe
konstruiert werden, wobei jeder Kern aus einer einzelnen Spendergewebeprobe
herausgestanzt wurde und an einer bestimmten Rasterkoordinatenstelle
in einem zertrennbaren Block eingebettet wurde, der typischerweise
aus dem gleichen Einbettungsmaterial hergestellt wird, das für das Spendergewebe
verwendet wird. Der Vorgang der Konstruktion von Mikroarrays erfordert
zwei hohle nadelartige Stanzen. Eine, die „Empfängerstanze", ist etwas kleiner und wird verwendet,
um ein Loch in einem Empfängerblock
herzustellen, der typischerweise aus Paraffin oder einem anderen
Einbettungsmedium besteht. Die andere, die „Spenderstanze" ist größer und wird
verwendet, um eine Kernprobe aus einem Spenderblock aus eingebettetem
biologischem Gewebe von Interesse zu gewinnen. Die Stanzen sind
so dimensioniert, dass die aus dem Spenderblock gewonnene Probe
(die dem Innendurchmesser der Spenderstanze entspricht) genau in
das im Empfängerblock
hergestellte Loch (das dem Außendurchmesser
der Empfängerstanze
entspricht) passt. So passt die Probe genau in den Empfängerblock,
und es kann ein exakter Array hergestellt werden. Entweder der Spender-
oder der Empfängerblock
kann während
des Vorgangs der Herstellung eines Mehrprobenarrays entnommen und
je nach Wunsch durch einen oder mehrere andere Spender- oder Empfängerblöcke ersetzt
werden. Mikrometerantriebe oder andere Präzisionsmittel zur linearen
Positionierung werden verwendet, um die Stanzbaugruppe bezüglich des
Empfängerblocks
oder den Empfängerblock bezüglich der
Stanzbaugruppe zu positionieren.
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Zwar
ist es möglich,
mit Zeit, Geduld und Geschick das oben beschriebene Gewebearray
unter Verwendung der gegenwärtig
verfügbaren
Instrumente herzustellen, doch gibt es eindeutigen Verbesserungsbedarf.
Die Verwendung von Schiebern und Antriebsmechanismen, um zuerst
die Empfängerstanze
und alternativ die Spenderstanze in Position zu bewegen, ist umständlich,
teuer, langsam und anfällig
für Ausrichtungsfehler.
Es ist eindeutig wünschenswert,
dass die Spenderstanze genau dieselbe Position erreicht, die die
Empfängerstanze
auf dem Empfängerblock
bei einer bestimmten Einstellung der Mikrometerantriebe erreicht.
Wird dies nicht erreicht, passt die aus dem Spenderblock gewonnene Probe
nicht genau in das für
sie vorgesehene Loch im Empfängerblock,
sondern wird stattdessen beschädigt
oder geht verloren.
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Die
manuellen Methoden wurden größtenteils
durch instrumentengestützte
Methoden ersetzt, in Anbetracht der Geschwindigkeit, Genauigkeit
und höheren
Musterdichte letzterer. Es wurde zumindest ein halbautomatisches
System vorgeschlagen, aber nicht realisiert. Dieses halbautomatische
System umfasst eine Stanzplattform, die zum Zweck der Auf- und Abwärtsbewegung
(Z-Achse) montiert wird. Ein Stilett und ein Stilettantrieb befinden
sich mittig auf der Stanzplattform. Auf einer Seite des Stiletts
ist ein schräg
gelagerter Empfängerstanzenantrieb
vorgesehen, der einen sich auf und ab bewegenden Kolben umfasst,
der an seinem distalen Ende eine röhrenförmigen Empfängerstanze trägt. Auf
der anderen Seite des Stiletts ist ein schräg gelagerter Spenderstanzenantrieb
vorgesehen, der einen sich auf und ab bewegenden Kolben umfasst
der an seinem distalen Ende eine röhrenförmigen Spenderstanze trägt.
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Zum
Betrieb wird zunächst
ein Gewebearrayblock unter die Stanzplattform platziert, die Empfängerstanze
wird ausgefahren, bis die Empfängerstanze
unterhalb des Stiletts ist, und die Stanzplattform (einschließlich der
ausgefahrenen Empfängerstanze,
des eingezogenen Stiletts und der eingezogenen Spenderstanze) wird
abgesenkt, um einen Empfängerkern
aus dem Paraffingewebearrayblock zu schneiden. Die Stanzplattform
wird angehoben, ein Abfallbehälter
wird unter der ausgefahrenen Empfängerstanze platziert, und das
Stilett wird abwärts
in die Empfängerstanze
ausgefahren, um das Paraffin aus dem Bohrloch zu entfernen. Dann
wird das Stilett eingezogen, und dann wird die Empfängerstanze
eingezogen. Als nächstes
wird ein Spenderblock unter die Stanzvorrichtung platziert, und
die Spenderstanze wird ausgefahren, bis sie den zuvor von der Empfängerstanze
eingenommenen Platz einnimmt. Die Stanzvorrichtung wird abgesenkt,
und die Spenderstanze schneidet eine Kernprobe aus dem Spenderblock.
Die Stanzvorrichtung wird dann angehoben, und der Empfängerblock
wird unter die Stanzvorrichtung platziert. Die Stanzvorrichtung
wird abgesenkt, bis sich die Spenderstanze über dem leeren Empfängerloch
befindet, und das Stilett wird in die Spenderstanze ausgefahren,
um die Kernprobe in das Empfängerloch
auszustoßen.
Das Verfahren wird hunderte Male wiederholt, um einen Gewebearrayblock
zu bilden.
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Es
sind jedoch eine Reihe von Nachteilen mit dieser Vorrichtung verbunden.
Erstens, da es nur ein Stilett gibt und da der Außendurchmesser
des Stiletts so dimensioniert ist, dass es genau in den Innendurchmesser
der Stanze passt, ist es nur möglich, zwei
Stanzen zu verwenden, die den gleichen Innendurchmesser (und somit
Außendurchmesser)
in diesem Instrument haben. Da nadelartige Spender- und Empfängerstanzen
gewöhnlich
unterschiedliche Größen haben,
ist dieses Instrument nicht zur Herstellung von Mikroarrays geeignet.
Zweitens, bedenkt man, dass die Schritte zur Bohrung und Einsetzung jedes
Kerns möglicherweise
1.000 Mal wiederholt werden müssen,
um ein Gewebearray herzustellen, und bedenkt man, dass bei jedem
Schritt Bedienfehler möglich
sind, besteht die Notwendigkeit, die Anzahl der Schritte zu verringern.
Drittens, die Tatsache, dass ein einziges Stilett mit zwei verschiedenen Stanzen
verbunden ist, macht es zwingend notwendig, dass die Stanzen, wenn
diese ausgefahren sind, genau unter dem Stilett und genau über der
Zielposition auf dem Spender- oder Empfängerblock positioniert werden.
Die Tatsache, dass die Stanzen, wenn diese sich unter dem Stilett
befinden, in ihrer voll ausgefahrenen Position sind, bedeutet, dass
die Stanzen in ihrer strukturell schwächsten Position sind, und außerdem,
bedenkt man, dass jedes Spiel oder jeder Ausrichtungsfehler durch
die Ausfahrlänge
verstärkt
wird, so wird jede Ungenauigkeit bei der Positionierung vergrößert. Jede
Falschausrichtung der Stanze könnte
zur Beschädigung
des Stiletts führen und/oder
das korrekte Einsetzen der Spenderkernprobe im Empfängerblock
verhindern. Ein weiterer Mangel ist, dass die Positionierung der
Stanzen zum Stilett nicht eingestellt werden kann. Weiterhin erfordert
diese Vorrichtung drei Betätigungsmittel – eines für das Ausfahren
und Einziehen des Stiletts, eines für die Empfängerstanze und eines für die Spenderstanze.
Da sich die Zahl der beweglichen Teile erhöht, erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit
eines Gerätfehlers.
Schließlich
ist der Betrieb der Stanze auch ergonomisch oder intuitiv nicht
logisch, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit von Bedienfehlern erhöht.
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Bei
J. Kononen et al. (1998) Nature Med. 4, 844–847 wird eine Vorrichtung
zur Konstruktion eines Gewebearrays veröffentlicht, die nur eine Stanzeinheit
hat, die auf eine z-bewegliche Führung
montiert ist, die ihrerseits auf einen x-y-beweglichen Gestell montiert ist. Diese
veröffentlichte
Vorrichtung umfasst nur eine Stanzeinheit.
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Es
ist somit ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu liefern, mit
der die genaue aufeinanderfolgende Positionierung von mehreren Stanzen
zuverlässig
und kostengünstig
durchgeführt
werden kann. Es ist ein weiteres Ziel, dass diese Stanzenpositionierung
sowie die Stanzbewegung leicht von Hand mit einem manuell betriebenen
Instrument zu betätigen
ist. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Instrument für die halbautomatische
oder automatische Produktion von Gewebearrays zu liefern.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Umständlichkeit
und Ungenauigkeit des Stands der Technik zu beseitigen und ein einfaches und
genaues Mittel zur abwechselnden Positionierung der zwei nadelartigen
Stanzen in einem Instrument zur Konstruktion von Gewebemikroarrays
zu liefern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfinder hat die Schritte bei der Konstruktion eines Gewebearrays
und die Mängel
der Geräte
nach dem Stand der Technik analysiert und nach einer Reihe von Prototypenexperimenten
ein Instrument entwickelt, das die oben beschriebenen Mängel beseitigt.
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Die
Erfindung betrifft daher ein einfaches, robustes und doch genaues
Instrument zur Konstruktion von Gewebearrays. Das Instrument kann
manuell oder automatisch betrieben werden.
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Das
Instrument umfasst:
einen auf der Z-Achse verschiebbaren Stanzplattformschlitten;
eine
Stanzplattform, die auf dem besagten Stanzplattformschlitten montiert
ist und mindestens zwischen der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten
Stanzplattformschlittens verschiebbar ist, wobei die besagten Positionen
genau durch Arretierungen definiert sind;
mindestens eine erste
und zweite Stanzeinheit, die auf der besagten Stanzplattform montiert
sind, wobei jede Stanzeinheit eine Stanze und ein in gleicher Richtung
wirkendes Stilett umfasst;
Mittel zum Halten eines Empfängerblocks;
Mittel
zur selektiven Umpositionierung des besagten Empfängerblocks
und der Stanzplattform zueinander auf der X- und Y-Achse;
Mittel
zur Führung
der Bewegung mindestens des besagten Empfängerblocks oder des Stanzplattformschlittens
zueinander auf der Z-Achse;
wobei die besagte erste Stanzeinheit
eine Empfängerstanze
und ein zugehöriges
Stilett umfasst und die besagte zweite Stanzeinheit eine Spenderstanze und
ein zugehöriges
Stilett, wobei die besagte Spenderstanze einen Innendurchmesser
aufweist, der dem Außendurchmesser
der Empfängerstanze
entspricht,
wobei die besagte Empfängerstanze in Position über dem
besagten Empfängerblockhalter
und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte
Stanzplattform in der besagten ersten Position ist, und wobei die
besagte Spenderstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter
und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte
Stanzplattform in der besagten zweiten Position ist.
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Die
Stanzplattform kann in jeder beliebigen Weise auf dem Stanzplattformschlitten
montiert werden, so dass sie zwischen mindestens der ersten und zweiten
Position bezüglich
des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist. Zum Beispiel
kann die Stanzplattform um eine horizontale X- Achse schwenkbar sein, wobei die Stanzen
radial von der Rotationsachse abstehen (Drehkreuztyp). Alternativ kann
die Stanzplattform um eine vertikale Z-Achse geschwenkt oder gedreht werden,
wobei die Stanzen parallel zur Rotationsachse verlaufen (Revolvertyp). Außerdem kann
die Achse der Stanzplattform in einem Zwischenwinkel (z. B. 45 oder
60 Grad von der X-, Y- oder
Z-Achse, wie eine Revolverdrehmaschine) verlaufen. Weiterhin können die
Stanzen linear entlang einer horizontalen Führung verschiebbar sein (Schiebertyp).
Schließlich
kann die Verschiebung der Stanzen auch entlang einer gebogenen Führung erfolgen,
womit einige der Merkmale des Revolvertyps und des Schiebertyps
kombiniert werden.
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Das
wichtige Merkmal ist, dass die mechanischen Arretierungen oder Anschläge vorgesehen werden,
die die Bewegung der Plattform in genau definierten Positionen festhalten.
Das spart enorm viel Zeit und verbessert die Genauigkeit im Vergleich
zur Verwendung herkömmlicher
Präzisionsmittel
zur linearen Positionierung. Durch den einfachen Schritt der Bewegung
der Stanzplattform von der ersten Position zur zweiten Position,
oder umgekehrt, wobei die Positionen genau durch Arretierungen oder
Anschläge
definiert werden, kann jede Stanze schnell entweder manuell oder
durch automatische Mittel in Position gebracht werden, wodurch es
möglich
wird, schnell von der einen zur anderen Stanze zu wechseln.
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Das
Instrument kann mit Mitteln zur Einstellung der Grenzen der Bewegung
der Stanzplattform bezüglich
aller Arretierungen oder Anschläge
versehen werden.
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Es
ist natürlich
auch nicht notwendig, dass sich die Rotations- oder Schiebeachse
in der Y-, Y- oder Z-Achse befindet; es ist lediglich notwendig, dass
eine Stanze bezüglich
der anderen verschoben wird und dass die Stanze in Betriebsposition
in der Stanz-Z-Achse ausgerichtet wird. Das Lager oder der Schieber
und die zugehörigen
Anschläge
oder Arretierungen, die den Weg und die Grenzen der Bewegung der
Stanzplattform definieren, sind so beschaffen, dass sie jedes Wackeln
oder jede andere unerwünschte
Bewegung verhindern und sicherstellen, dass die beiden Stanzen abwechselnd
genau die gleiche Position einnehmen.
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Die
Mittel zur selektiven Umpositionierung des besagten Empfängerblocks
und der Stanzplattform auf der X- und Y-Achse zueinander können Schieber
und Antriebsmechanismen oder Mikrometerantriebe sein.
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Eine
abnehmbare Brücke
kann zum Halten der Spenderblöcke über den
Empfängerblöcken, oder
umgekehrt, verwendet werden. Dadurch wird es möglich, den Empfängerblock
in Registratur zu halten, und die Notwendigkeit der Umpositionierung
der Blöcke
unter Verwendung der X- und Y-Positionierungsmittel
zu minimieren.
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Das
Instrument kann voll manuell, halbautomatisch oder automatisch betrieben
werden und mit Mitteln wie einem elektromagnetischen Betätigungsmittel
oder hydraulischen oder pneumatischen Zylinder versehen werden,
um die besagten Elemente zwischen der besagten ersten und zweiten
Position zu schwenken.
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Der übrige Teil
des Instruments, bei dem die Verbesserung, die die vorliegende Erfindung
darstellt, zum Einsatz kommt, kann dem bereits vom Stand der Technik
beschriebenen ähnlich
sein. Zum Beispiel können
Mikrometerantriebe oder Ähnliches verwendet
werden, um die Stanzmechanismen in der X- und Y-Richtung bezüglich der Blöcke, oder
die Blöcke
bezüglich
der Stanzplattform, zu verschieben.
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Es
ist möglich
und oft wünschenswert,
eine Feder vorzusehen, die in einer Spannkonfiguration angeordnet
wird, um das schwenkende Element an dem einem oder anderen Ende
der Strecke fest zu halten. Somit kann eine der Stanzen von der
besagten Feder sicher in der ersten Position gehalten werden, und
zugleich kann eine angemessene manuelle oder motorisierte Kraft
die Schwenkmittel in die zweite Position schwenken lassen. Kleine
Kräfte,
zum Beispiel solche, die versehentlich vom Bediener während der
Steuerung der Stanzbewegung ausgeübt werden, führen nicht
zu einer Änderung
der seitlichen Stanzposition. Alternativ können Feder- oder Schwerkraftmittel
vorgesehen werden, um die schwenkende Plattform nur in Richtung
der besagten ersten oder zweiten Endposition zu neigen, wobei ein elektrisches,
pneumatisches oder hydraulisches Bedienelement betätigt wird,
das die Federkraft überlagert
und die schwenkende Plattform in Richtung der anderen Position treibt.
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Die
vorliegende Erfindung liefert somit ein Mittel zum sehr festen und
genauen Halten des Empfänger-
oder Spenderblocks, das es dem Bediener ermöglicht, den Block leicht zu
entfernen und diesen oder einen anderen umzupositionieren. Einer
oder mehrere fest an eine Grundplatte angebrachte Magneten, die
mit seitlichen Positionieranschlägen
oder Einfassungen versehen werden, die auch an der Grundplatte befestigt
sind, erfüllen
diese Funktion, indem sie eine ferromagnetische Platte, die an den Boden
des Empfängerblockhalters
befestigt ist, anziehen.
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Das
erfindungsgemäße Instrument
ist einfach, genau und leicht einzustellen, auszurichten und zu
verwenden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung hat die vorstehenden sowie andere Ziele, Merkmale
und Vorteile, die in Verbindung mit der folgenden ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten.
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Ausführungsart
besser einleuchten werden, die gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen
erfolgt, in denen:
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1 eine
erhöhte
Perspektivansicht einer isometrischen Teilschnittzeichnung einer
ersten Ausführungsart
(Schwenktyp) des erfindungsgemäßen Instruments
ist, gesehen aus der Perspektive des Bedieners.
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2a–2e die
Empfängerstanze
bei der Abfolge der Schritte zur Herstellung eines zylindrischen
Loches im Empfängerblock
zeigt.
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3 eine
erhöhte
Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsart (Schiebertyp) des
erfindungsgemäßen Instruments
ist.
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4 eine
seitliche schematische Teildarstellung eines Systems ist, in dem
das feste Stilett durch Pneumatik ersetzt wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung liefert ein einfaches, robustes und genaues Instrument
zur Konstruktion von Gewebearrays. Der Einsatz des Instruments spart
Zeit, Arbeitskraft und mindert die Kompliziertheit des Zusammenfügens von
Hunderten von Proben zu gleichmäßigen Arrays
aus Kernen von eingebetteten biologischen Geweben in einem zertrennbaren
Block.
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Die
Arrays werden konstruiert, indem einzeln Proben aus einer Reihe
von Spendergewebe entnommen werden, wobei eine hohle, vorzugsweise nadelartige
Spenderstanze verwendet wird und die Proben nacheinander durch eine
Empfängerstanze in
einen Empfänger
mit komplementärer
Form in einem Empfängermaterial
platziert werden, wodurch im Empfängerblock ein Array von Geweben
gebildet wird. Jede Stanze umfasst eine Stanzröhre und ein zugehöriges Stilett,
das in der Stanzröhre
geführt wird.
Das Stilett hat einen Außendurchmesser,
der etwa dem des Innendurchmessers der Spenderstanze entspricht,
und wird so dimensioniert, dass er innerhalb der Stanzröhre gleiten
kann. Der Vorgang der Herstellung eines Lochs in einem Empfängermaterial
wie Paraffin, der Entnahme einer Gewebeprobe aus einer Spenderprobe
und der Einsetzung dieser Probe in das Loch im Empfängermaterial
wird so lange wiederholt, bis das Gewebearray hergestellt ist und
Hunderte von Gewebeproben umfasst, die an bestimmten Stellen im
Empfängermaterial
angeordnet sind.
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Die
aus der Spendergewebeprobe gestanzte Probe ist vorzugsweise zylindrisch,
etwa 1–8
mm lang und hat einen Durchmesser von etwa 0,4 bis 4,0 mm, vorzugsweise
etwa 0,3 bis 2,0 mm. Die Empfängerstanze
ist etwas kleiner als die Spenderstanze und wird verwendet, um ein
Loch in einem Empfängerblock
herzustellen, der typischerweise aus Paraffin oder einem anderen
Einbettungsmedium besteht. Die Stanzen sind so dimensioniert, dass
die aus dem Spenderblock gewonnene Probe genau in das Loch im Empfängerblock passt.
Somit passt die Probe genau in den Empfängerblock, und ein genaues
Array kann hergestellt werden.
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Der
Spender- und/oder der Empfängerblock kann
abwechselnd entfernt und während
des Vorgangs in einen geeigneten Halter platziert werden, oder der
Spender- und der Empfängerblock
oder einer von beiden kann in bestimmten Spender- oder Empfängerhaltern
festgehalten werden, von denen einer aus der Stanzbetriebsposition
wegbewegt werden kann, wie zum Beispiel durch Schwenken des Halters
um eine vertikale Achse. Außerdem
kann der Spender- oder
Empfängerblock
entfernt werden und mit einem oder mehreren Spender- oder Empfängerblöcken abgewechselt
werden, um mehr als ein Array aus einer Gruppe von Spenderblöcken herzustellen. Außerdem kann
der/können
die Halter dazu vorgesehen werden, zwei oder mehr Spender- oder
Empfängerblöcken oder
andere Element wie Empfänger oder
Abfallbehälter
für Kerne
zu halten, die bei der Herstellung der Empfänger vom Empfängerblock entfernt
werden.
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Der
entsprechende Punkt, an dem der Spenderblock gestanzt werden soll,
kann auf jede herkömmliche
Weise bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des Spenderblocks
(der für
das im gesamten Spenderblock eingebettete Gewebe als repräsentativ
angenommen wird) auf einen Schieber aufgebracht werden, unter einem
Mikroskop untersucht werden, und Zielstellen können zum Beispiel in einem
Computer dargestellt und aufgezeichnet werden. Dann kann eine verfügbare Zielstelle
ausgewählt
und der Spenderblock an der ausgewählten Stelle entweder durch
manuelle Einstellung der Mikrometerantriebe oder durch Eingabe der
Koordinaten in ein CNC-gesteuertes X-, Y-Positionierungsmittel gestanzt
werden. Alternativ könnte
der aus dem Spenderblock hergestellte Objektträger eingefärbt werden, um nötigenfalls
interessante Strukturen sichtbar zu machen, und auf den Spenderblock
gelegt werden, und die Spenderstanze könnte über der Zielstelle ausgerichtet
werden. Dann kann der Schieber entfernt und die Spenderstanze abgesenkt
werden, um den Spenderblock in der ausgewählten Position zu stanzen.
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Mikrometerantriebe
oder andere Präzisionsmittel
zur linearen Positionierung können
verwendet werden, um die Stanzbaugruppe mit regelmäßiger Schrittweite
von einer Position zur nächstliegenden Position
bezüglich
der Empfängerblockmatrix
oder des Arrays umzupositionieren, oder den Empfängerblock und/oder Spenderblock
bezüglich
der Stanzbaugruppe umzupositionieren.
-
Es
ist eindeutig wünschenswert,
dass die Spenderstanze genau dieselbe Position erreicht, die die
Empfängerstanze
auf dem Empfängerblock
bei einer bestimmten Einstellung der Mikrometerantriebe erreicht.
Es ist außerdem
wünschenswert,
dass diese Bewegung leicht von Hand mit einem manuell betriebenen
Instrument betätigt
werden kann. Das wird erreicht, indem mindestens eine erste und
zweite Stanzeinheit auf einer Stanzplattform geliefert wird, die
auf einem Stanzplattformschlitten montiert ist und mindestens zwischen
der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar
ist, wobei die besagten Positionen genau durch Arretierungen oder
Anschläge
definiert werden. In einer ersten Ausführungsart der Erfindung sind
die Stanzen Spender- und Empfängerstanzen, die
auf einen horizontal oder vertikal schwenkbaren Arm montiert werden,
und zwar so, dass, wenn das schwenkbare Element in der ersten Position
ist, die Empfängerstanze
in Position zum Stanzen ist, indem der schwenkbare Arm in Richtung
des zu bearbeitenden Blocks bewegt wird, und wenn das schwenkbare Element
in der zweiten Position ist, die Spenderstanze in Position zum Stanzen
ist, indem der Arm in Richtung des zu bearbeitenden Blocks bewegt
wird. In einer zweiten Ausführung
der Erfindung wird die Stanzplattform auf einen horizontalen Schieber
montiert. In jedem Falle sind die Stanzen abwechselnd über dem
Spender- oder Empfängerblock
positionierbar, um durch Relativbewegung zwischen der Stanze und
den Blöcken
Bohrlöcher
zu stanzen (d. h., entweder die Stanzen sind bezüglich der Blöcke beweglich, oder
die Blöcke
bezüglich
der Stanzen).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden mindesten zwei Stanzen eingesetzt – eine Spenderstanze
und eine Empfängerstanze;
jedoch ist es möglich
nach Wunsch drei oder mehr Stanzen einzusetzen. Zum Beispiel ist
es möglich,
drei Stanzen vorzusehen, wobei die erste Stanze den kleinsten Durchmesser
hat und als Aufnahmestanze bezüglich der
zweiten Stanze mit mittlerem Durchmesser dient, die als Spenderstanze
für die
erste Stanze dient. Die dritte Stanzen hat den größten Durchmesser
und dient als Spenderstanze bezüglich
der zweiten Stanze mit mittlerem Durchmesser, die als Aufnahmestanze
für die
dritte Stanze dient. Dies ermöglicht dem
Bediener, die für
eine bestimmte Spendergewebemorphologie am besten geeignete Stanzengröße auszuwählen.
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Jede
Stanze ist mit einem eigenen Stilett versehen, um Material innerhalb
der Stanze zu entfernen. Jedes Stilett hat einen Außendurchmesser,
der etwa dem Innendurchmesser der jeweils zugehörigen Stanze entspricht, aber
etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Stanze, so dass es
gleitend in der Stanze geführt
werden kann. Das Stilett kann manuell betrieben werden oder durch
mechanische (z. B. Aufrollen), elektrische, elektromagnetische,
pneumatische oder hydraulische Mittel angetrieben werden. Die Stanzen
haben vorzugsweise einen runden Querschnitt, können aber auch jede andere
beliebige Form haben, wie z. B. oval, quadratisch, rechteckig usw.
Es ist auch möglich,
das Stilett aus Metallen, wie chirurgischem Stahl, aus Plastik,
wie mit Teflon beschichtetem Polyvinylchlorid, oder aus einem Gummimaterial
hergestellt werden. Das Stilett könnte auch mit einheitlichem
Querschnitt oder in Form eines Kolbens, einer Kolbenstange oder
gerippt usw. ausgeführt
werden. Es ist sogar möglich,
das Stilett in Form eines Ballons herzustellen. Die Funktion des Stiletts
kann sogar durch ein flüssiges
Medium wie Luft, Öl
oder Wasser erfüllt
werden, das gepumpt wird, um die Empfängerkerne und/oder Spenderproben
einzuspritzen, ohne dass ein festes Stilett erforderlich ist.
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Eine
weitere Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Instruments
ermöglicht
es, dass die Spenderblöcke
in einen Spenderblockhalter in Position gebracht werden können, um
Probenkerne zu entfernen, ohne dass man den Empfängerblock aus einem Empfängerblockhalter
entnehmen muss. Dies wird in der vorliegenden Erfindung erreicht,
in dem man zum Beispiel eine Brückenplatte
vorsieht, die genau über dem
Empfängerblock
positioniert werden kann und auf der Grundplatte ruht. Diese Brücke kann
leicht abgenommen werden, sobald es notwendig ist, auf den Empfängerblock
zuzugreifen, und kann in Position gebracht werden, um Spenderblöcke zu halten. Durch
Verschiebung des schwenkbaren Arms in X- oder Y-Richtung wird somit
eine Verschiebung der Stanzbetriebsposition sowohl über dem
Spenderblock als auch über
dem Empfängerblock
erreicht. Da der Spender- und der Empfängerblock in ihren jeweiligen
Haltern in Position gehalten werden und nur ein Halter in und außer Position
geschwenkt wird, wir praktisch gewährleistet, dass die Stanzen
in Registratur über
der Spender- oder Empfängerposition
bleiben, und somit einen schnellen, leichten und korrekt positionierten
Betrieb gewährleisten.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Elemente,
die in der ersten und zweiten Ausführungsart identisch sind, werden
mit der gleichen Nummer bezeichnet.
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1 zeigt
in halbschematischer Form die verschiedenen Merkmale des Instruments
gemäß einer
ersten Ausführungsart
der Erfindung. In der dargestellten Ausführungsart ist die Empfängerstanze 1 kleiner
und wird für
die Herstellung von Löchern
im Empfängerblock 4 verwendet.
Die Spenderstanze 2 ist größer und hat einen Innendurchmesser,
der dem Außendurchmesser
der Empfängerstanze 1 entspricht.
Die Spenderstanze 2 wird verwendet, um die Kernproben aus
dem Spenderblock 19 zu gewinnen und diese in die durch
die Empfängerstanze 1 im Empfängerblock 4 hergestellten
Löcher
zu setzen. Die Blöcke
mit den Vertiefungen 24, 25 und den Klemmen 41 (3)
werden verwendet, um die jeweiligen Stanzen auf dem Schwenkarm 26 zu
halten. Der Schwenkarm 26 wird durch das Drehlager 3 schwenkbar
auf einem vertikalen Schlitten oder Schieber 7 montiert.
Der Schieber 7 bewegt sich vertikal (Z-Achse) auf der Schiene 28,
die sich von vorn nach hinten (Y-Achse) auf dem horizontalen Schieber 8 bewegt,
der durch den Antrieb 10 gesteuert wird. Der Schieber 8 bewegt
sich seitlich (X-Achse) auf dem Schieber 9, der durch den
Antrieb 11 gesteuert wird. Der Schieber 9 wird
auf einer Grundplatte 6 befestigt.
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Auf
der Grundplatte 6 werden auch Magneten 23 befestigt,
die die ferromagnetische Platte 22 gegen die Grundplatte
und gegen die Leisten oder Anschläge 21 und 27 halten.
Die ferromagnetische Platte 22 ist Teil des Empfängerblockhalters 5,
der den Empfängerblock 4 hält. Eine
Vielzahl von in einem X-Y-Raster oder einer Gittermatrix in Block 4 angeordneten
Löchern
oder Proben sind zu sehen. Somit kann der Halter 5 mit
der Platte 22, der den Block 4 enthält, leicht
entfernt und wieder in die gleiche Position auf der Grundplatte 6 eingefügt werden,
aber wird fest gehalten, während
er in Position ist.
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Der
Block 4 besteht aus Paraffin oder einem ähnlichen
Material. Einzelne Empfängerlöcher können entweder
unmittelbar vor dem Schneiden und Einsetzen der Spenderprobe in
den Block gestanzt werden, oder ein gesamtes Raster von Empfängerlöchern kann
vor dem Ernten der Proben aus dem Spenderblock in den Empfängerblock
gestochen werden. Aufgrund des amorphen Charakters des wachsigen
Spenderblocks ist es jedoch vorzuziehen, die Empfängerlöcher unmittelbar
vor der Transplantation der Spenderproben zu stanzen, um den höchst möglichen
Grad an Ausrichtung zu gewährleisten.
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In
der dargestellten Ausführungsart
werden die Abstandsstücke 13 und 14 fest
an den Schwenkarm 26 angebracht. Jedes Abstandsstück wird
mit einer Einstellschraube 15 versehen, wobei jede Schraube
eine gegenüberliegende
Seite desselben Anschlags 12 berührt, wobei der Anschlag 12 bezüglich des
Schiebers 7 befestigt wird, wodurch die Schwenkbewegung
begrenzt wird und definiert wird, wann der Schwenkarm in der ersten
oder zweiten Position ist. Die Einstellschrauben ermöglichen
es, das Ende der Bewegung genau festzulegen. Somit wird die Spenderstanze 2 an
einem Ende der Bewegung im Register über einem bestimmten Loch im
Empfängerblock
positioniert (siehe Zeichnung). Am anderen Ende der Bewegung befindet
sich die Empfängerstanze 1 genau über derselben
Stelle, solange die X- und Y-Achsen-Treiber 10 und 11 nicht
betätigt
wurden.
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Der
Schwenkarm kann durch eine Feder in Richtung einer der beiden Endpositionen
geneigt werden, so dass allein die Anregung oder Anwendung einer überlagernden
Gegenkraft nötig
ist, um den Arm in die andere Position zu schwenken, und so dass
allein die Deaktivierung oder das Nachlassen der Kraft nötig ist,
um den Schwenkarm zurück
in die Startposition zu schwenken. Alternativ kann die Feder eine
Spannfeder sein, so dass beim manuellen Schwenken des Schwenkarms
aus der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten
Position in die erste Position der Schwenkarm in der Endposition
bleibt, in der er positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsart
ragt der Stift 17 aus der Rückseite des Arms 26 heraus,
und der Stift 18 ragt aus der Vorderseite des Schiebers 7 heraus.
Die Spannfeder 16, eine Druckfeder, verbindet die beiden
Stifte. Diese Feder hat die maximale gespeicherte Energie, wenn
der Schwenkarm in der Mitte seiner Bewegung ist, und die minimale,
wenn der Arm an einem der Enden seiner Bewegung ist. Somit wird
der Arm, außer,
wenn äußerer manueller
Druck ausgeübt wird,
um die Stanzposition zu ändern,
gegen eine der beiden Anschlagpositionen gehalten. Natürlich kann ein
beliebiges der verschiedenen Mittel verwendet werden, um den Schwenkarm
in Richtung der Endposition zu neigen, z. B. Schwerkraft, Torsionsfedern usw.
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In
der dargestellten Ausführungsart
ruht der Spendergewebeblock 19 auf der abnehmbaren Brücke 20,
die gelagert werden oder frei beweglich den Empfängerblockhalter 22 überspannen
kann. Es leuchtet ein, dass der Spenderblock auch auf einem horizontal
schwenkbaren Arm vorgesehen werden könnte, vorzugsweise ein Arm
mit zwei Drehgelenken, so dass jeder Punkt auf dem Spenderblock
unterhalb der Spenderstanze positioniert werden könnte.
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Auch
wenn es viele Arten der Konstruktion eines Gerätes im Sinne der Erfindung
gibt, würde
das Betriebsprinzip gleich bleiben, und der Betrieb der Ausführung, die
in 1 und 2 dargestellt
ist, bei der das Schwenken manuell erfolgt und bei der das Kernstanzen
automatisch erfolgt, wird nun ausführlicher beschrieben. Der Vorgang
des Stanzens des Empfängerblocks
ist gleich dem Vorgang des Stanzens des Spenderblocks. Somit wird
nur der Vorgang des Stanzens des Empfängerblocks ausführlich besprochen.
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Der
Arbeitsgang des Probentransfers beginnt, wenn der Bediener die Empfängerstanze über den
Empfängerblock
positioniert und die Empfängerstanze
vertikal abwärts
in den Empfängerblock
bewegt, um ein Bohrloch herzustellen. Das Bohren beginnt, wenn die
Spitze der Stanze die Oberfläche
des Blocks berührt.
Bei einem manuellen Vorgang wird dieser Kontakt durch Sehen und
Berühren
festgestellt. Bei einem halbautomatischen oder automatischen Gewebearrayinstrument
muss der Computer oder ein anderes Steuersystem in der Lage sein,
die Oberfläche
der Blöcke
(insbesondere der Spenderblöcke)
zu erkennen. Diese Blöcke
können
sehr verschiedener Herkunft sein, wie z. B. kurz zuvor hergestellte
Blöcke
und Blöcke
aus Archiven sowie Blöcke aus
vielen verschiedenen Labors und Kliniken. Somit kann die Höhe dieser
Blöcke
stark variieren. Sogar Empfängerblöcke, die
alle zur gleichen Zeit und im gleichen Labor hergestellt wurden,
können
aufgrund der Unregelmäßigkeit
des Paraffinmaterials, der Formen und des Kühlvorgangs in der Höhe variieren.
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Falls
die Funktion des Stiletts nicht durch einen festen Stößel, sondern
stattdessen durch ein flüssiges
Medium wie Luft, Öl
oder Wasser ausgeübt wird,
würde sich
das Abtasten der Oberfläche
von Vorstehendem unterscheiden, zum Beispiel, durch Verwendung von
Gegendruck, um abzutasten, wann die Stanze leer, aber nahe der Oberfläche ist.
Das funktioniert gut, insbesondere mit Luft, da Undichtigkeiten
kein Problem wären
und es robust und einfach ist und aufhören würde zu „drücken", sobald der Kern oder die Probe aus
der Stanze heraus ist. Es gäbe zum
Beispiel einfach einen Druckluftanschluss 52 mit Ventil 51,
der über
einen Luftschlauch 53 mit der Oberseite 54 einer
Stanze oder beider Stanzen verbunden ist, mit einem Druckmesser 56 in
Fließverbindung
mit dem Luftschlauch 53 in der Nähe der Stanze (4).
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Wie
in 2a gezeigt, wird die Empfängerstanze 2 vor der
Berührung
des Empfängerblocks 30 über der
Zielstelle des Empfängerblocks
positioniert. Da es beim Betrieb des Instruments gewünscht wird, bis
zu einer festgelegten Tiefe oder einem festgelegten Abstand von
der Oberfläche
des Blocks aus einzudringen, und da diese Oberfläche von Block zu Block und
sogar innerhalb der Oberfläche
eines einzelnen unregelmäßigen Blocks
in der Höhe
variieren kann, muss das Instrument die Stanze die gewünschte Strecke
hinab bewegen, die an der betreffenden Stelle von der Oberfläche aus
gemessen wird. Das Instrument muss daher in der Lage sein, die Oberfläche des
Blocks zu erkennen.
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Die
Instrumententechnik hat diverse optische Oberflächenerkennungssysteme vorgeschlagen,
wie z. B. Triangulationsgeräte
mit Laserdioden (z. B. Dynavision Inc., Model SPR-02 und einige
andere) oder Muster mit strukturiertem Licht, die von einem Bediener
sichtbar gemacht werden (z. B. Coherent-Ealing catalog #31-0458).
Beide sind teuer und umständlich.
Beide sind auch ungenau, da die betreffende Oberfläche in der
vorliegenden Erfindung aus Paraffin oder ähnlichen wachsartigen Verbindungen, die
sehr lichtdurchlässig
sind, bestehen kann. Da das Licht reflektiert und aus verschiedenen
Höhen innerhalb
des Paraffins und des eingebetteten Gewebes gestreut wird, ist es
somit schwierig, unter Verwendung dieser optischen Systeme eine
exakte Anzeige der tatsächlichen
Oberfläche
zu erhalten. Außerdem erfordern
die Systeme mit strukturiertem Licht das Eingreifen eines Bedieners,
was klar den gewünschten
automatischen Betrieb beeinträchtigt.
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Die
vorliegende Erfindung löst
dieses Problem auf einfache Art und Weise und verwendet das Stilett 32,
das als Sonde zum Abtasten der Oberfläche des Blocks bereits in der
Stanzröhre 31 vorhanden
ist. Das Stilett wird so hergestellt, dass es eine festgelegte und
bekannte Strecke aus der Unterseite der Stanzröhre herausragt, wenn die Stanzröhre kein Spender-
oder Empfängermaterial
enthält
und das Stilett den gesamten Weg bis zur Unterseite der Stanze ausgefahren
ist. Da die Stanze zum Block herabgesenkt wird, ist das Stilett
somit das erste Element, das den Block, wie in 2b gezeigt,
berührt. In
diesem Stadium des Arbeitsgangs schwebt das Stilett frei (d. h.
der ggf. eingesetzte Schrittmotor ist inaktiv), somit dringt es
nicht in den Block 30 ein, wenn die Stanzröhre 31 weiter
abgesenkt wird. Die Stilettspitze ruht weiter auf der Oberfläche des Blocks,
aber die Stanze bewegt sich weiter abwärts bezüglich des Blocks und bezüglich des
Stiletts. Mann könnte
genauso gut sagen, dass sich das Stilett bezüglich der Stanzröhre aufwärts bewegt.
Diese Relativbewegung kann auf viele einfache, genaue und robuste
Arten erkannt werden, wobei ein Signal gegeben wird, das zu einem
Computer oder einem anderen Steuermittel (nicht gezeigt) weitergeleitet wird.
Die Steuermittel können
dann das Signal, das der aktuellen Position der Stanze entspricht,
aufzeichnen und zeichnen somit die Position der Oberfläche des
Blocks auf.
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Auch
wenn optische, elektromagnetische oder andere Mittel verwendet werden
könnten,
um diese Bewegung zu erkennen, hat sich ein einfacher elektrischer
Unterbrecherstromkreis als sinnvollste, robusteste und einfachste
sowie extrem kostengünstige
Lösung
erwiesen und benötigt
praktisch keinen Platz in einem ansonsten beengten Bereich des Instruments.
Zum Beispiel, wie in 2a–2e gezeigt,
bestehen der Körper
des Stiletts 32 (nicht in 1 gezeigt)
und die Stanzröhre 31 typischerweise
aus einem elektrisch leitenden Material wie Messing. Das Stilett
und die Stanzröhre
sind an oder in der Nähe
ihrer oberen Enden jeweils mit radialen Flanschen oder Bunden 34 und 33 versehen.
Eine elektrische Isolierung 35 wie eine Plastik- oder Gummimuffe
kann zwischen dem Stilett 32 und dem Stilettflansch 34 vorgesehen
werden. Die Stanzröhre wird über die
Klemme, die sie hält,
geerdet, und der Stilettflansch 34 wird mit einem flexiblen
Draht verbunden. Natürlich
könnte
der Stilettflansch geerdet und die Stanze an den Strom angeschlossen
werden. Wenn das Stilett an der niedrigsten Position der Bewegung
bezüglich
der Stanzröhre
ist, haben die Stanze und die Stilettflansche 33, 34 elektrischen Kontakt,
wie in 2a gezeigt. Sobald das Stilett 34 (sic!
A. d. Ü.)
die Blockoberfläche
während
einer Abwärtsbewegung
der Stanze berührt,
wird dieser elektrische Flansch-zu-Flansch-Kontakt unterbrochen und
ein Signal an die Steuereinheit gesendet (oder unterbrochen), wie
in 2b gezeigt. Der Computer oder die Steuereinheit
(nicht gezeigt) registriert die Oberflächenposition an dieser Stelle
auf dem Array und liefert Steuersignale zur Fortsetzung der Abwärtsbewegung
der Stanze für
eine vorbestimmte Strecke, bis die Stanzröhre 31 bis zur gewünschten Tiefe
in den Block 30 eingedrungen ist, wie in 2c gezeigt.
Da Material aus dem Block in die Stanzröhre gelangt, bewegen sich das
Stilett und der Stilettflansch, die frei schweben, weiter aufwärts bezüglich der
Stanzröhre.
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Wenn
die Stanzröhre
bis zur gewünschten Tiefe
in den Block 30 eingedrungen ist, sendet die Steuereinheit
ein Signal zum Heben der Stanze (d. h. zum Heben des vertikalen
Schlittens oder Schiebers, einschließlich Drehlager 3,
Schwenkarm 26 und die auf den Schwenkarm 26 montierten
Stanzen 1, 2). Da das Material im Inneren der
Stanzröhre
aus dem Block 30 herausgelöst wird und in der Röhre verbleibt,
weist der Empfängerblock
ein zylindrisches Loch 36 auf, nachdem die Stanzröhre herausgezogen
wurde. Falls gewünscht,
wird zur Vereinfachung des Herauslösens von Kernmaterial aus dem
Block vor dem Anheben der Stanze ein Kipphebel 39 vorgesehen,
der vor und zurück
bewegt werden kann, um das vollständige Herauslösen des
Kernmaterials sicherzustellen.
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Als
nächstes
wird entweder ein Abfallbehälter
unter die angehobene Empfängerstanze
platziert oder die Empfängerstanze
wird in die inaktive Position ausgeschwenkt, wobei die Stanzenspitze über einen
Abfallbehälter
positioniert wird und die Steuereinheit ein Signal sendet, damit
das Stilett zur Ausgangsposition zurückkehrt, wobei die Stilettspitze aus
dem Ende der Empfängerstanzenröhre herausragt.
Wenn sich das Stilett zur Ausgangsposition zurückbewegt, stößt das Stilett
das gesamte Material aus dem Inneren der Empfängerstanzenröhre aus. Bei
Kontakt zwischen den Stilett- und den Empfängerröhrenflanschen 34, 33 wird
ein Signal an die Steuereinheit gesendet, dass das Stilett erfolgreich zur
Ausgangsposition zurückgekehrt
ist und einsatzbereit ist. Wenn das Stilett nicht in die Ausgangsposition
zurückkehrt,
kann dies ein Fehlersignal und/oder Alarm auslösen und die automatische Unterbrechung des
Arraykonstruktionsvorgangs verursachen. Angesichts der Leichtigkeit
des manuellen Abwärtsschiebens
des Stilettflansches 34, ist es nahe liegend, dass dieser
Teil des Vorgangs, falls gewünscht,
auch manuell ausgeführt
werden könnte.
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Wie
vorstehend besprochen, wird am Schwenkarm 26 neben der
Empfängerstanze 2 eine Spenderstanze 1 vorgesehen.
Lediglich das manuelle oder automatische Schwenken des Schwenkarms um
die horizontale Achse von einer Endposition zur anderen Endposition
ist notwendig, um einen genau ausgerichteten Wechsel der Stanzen
zu erreichen, in diesem Falle der Austauschen der Empfängerstanze durch
die Spenderstanze. Der Endanschlag 12 und eine Spannfeder 16 ermöglichen
es, dass beide Stanzen parallel zur vertikalen Gleitachse oder Z-Achse
manuell in Position geschwungen und dort gehalten werden.
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Die
Spenderstanze 1 hat eine ähnliche Konstruktion wie die
Empfängerstanze,
außer,
dass der Innendurchmesser der Spenderstanzenröhre so dimensioniert ist, dass
er dem Außendurchmesser
der Empfängerstanzenröhre entspricht.
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Als
nächstes
wird der Spenderblock 19 unterhalb der Spenderstanze 1 platziert.
Dies kann erfolgen, indem der Empfängerblock 4 aus dem
Halter 5 entnommen wird und durch den Spenderblock 19 ersetzt
wird. Alternativ kann der Spenderblock an einem horizontalen Zweistandsschwinghebel
vorgesehen werden, so dass jeder Punkt im Block leicht unter der
Spenderstanze positioniert werden kann. Zum Zweck Bedienungsfreundlichkeit
und einfachen Herstellung kann der Spenderblock einfach auf einer Brücke 20 vorgesehen
werden, die so konstruiert ist, dass sie über den Empfängerblock
passt. Auch wenn eine genaue Positionierung des Spenderblocks nicht notwendig
sein sollte, so ist es doch auf einfache Art und Weise durch einfaches
Ausrichten der Brückenträger mit
den Leisten oder Anschlägen 21 und 27 des
Halters 5 möglich.
Die abnehmbare Brücke
wird mit einem darauf platzierten Spenderblock in Position gebracht.
Ist der Spenderblock genau in Position, wird ein Signal an die Steuereinheit
gesendet, die als nächstes
ein Signal an den unteren Schieber 7 sendet, einschließlich Spenderstempel 1.
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Die
Spenderstanze wird verwendet, um in der selben Art und Weise eine
Kerngewebeprobe aus dem Spenderblock zu entnehmen, wie die Empfängerstanze
einen Materialkern aus dem Empfängerblock
entnommen hat. Eine vertikale Bewegung der Stanze bezüglich des
Spenderblocks (d. h. ein Absenken der Stanze oder ein Anheben des
Spenderblocks, gefolgt von der umgekehrten Bewegung) wird verwendet,
um einen Probenkern aus einem bestimmten Bereich im Spenderblock
zu erhalten, wobei die Steuerung des Vorgangs genauso erfolgt, wie vorstehend
für die
Empfängerstanze
besprochen.
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Als
nächstes
wird die Brücke
und der Spenderblock entfernt, und die Spenderstanze wird vertikal
abwärts
bis genau über
das Loch im Empfängerblock
bewegt, wobei die Position der Empfängerblockoberfläche als
Teil des Schritts der Kernlochherstellung im Empfängerblock
gemessen und aufgezeichnet wird. An diesem Punkt wird das Stilett
dazu verwendet, die Kernprobe aus der Spenderstanzenröhre in das
zylindrische Loch im Empfängerblock auszustoßen. Da
keine Entnahme und kein Ersetzen des Empfängerblocks erfolgte, ist die
genaue Positionierung des Empfängerblocks
gewährleistet.
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Auf
diese Art und Weise wurde ein Arbeitsgang des Vorgangs der Herstellung
des Gewebearrays abgeschlossen. Der nächste Arbeitsgang beginnt,
sobald die Stanze bezüglich
des Empfängerblocks
versetzt ist. Manuelle Mikrometerantriebe ermöglichen die Feineinstellung
des Schwenkarms und somit der Stanzen in der X- und Y-Achse bezüglich des
auf einer Grundplatte durch Magneten abnehmbar gehaltenen Empfängerblocks.
Sobald die seitliche Position mit den Antrieben 10 und/oder 11 schrittweise
zur nächsten
Position gewechselt wurde, wird der Arbeitsgang wiederholt.
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Jede
beliebig Abfolge von Spenderblockersetzungen oder Empfängerblockersetzungen
kann durchgeführt
werden und führt
zu jeder beliebigen gewünschten
Gewebearrayzusammensetzung. Es ist möglich, einen länglichen
Behälter
zur Positionierung von mehreren Spender- oder Empfängerblöcken vorzusehen.
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Computerprogramme
oder Steuereinheiten zur Steuerung der Positionierung und Betätigung von Instrumenten
sind bekannt und brauchen hier nicht ausführlich beschrieben zu werden.
Es kann auf U.S. Patent 4,979,093 (Laine et al) mit dem Titel „XYZ Positioner"; U.S. Patent 3,665,148
(Yasenchak et al) mit dem Titel „Six-Axis Manipulator"; U.S. Patent 5,355,304
DeMoranville et al) mit dem Titel „Clinical Laboratory Work-Flow
System which Semi-Automates Validated Immunoassay and Electrophoresis
Protocols"; U.S.
Patent 4,484,293 (Minucciani et al) mit dem Titel „Dimensional
Measurement System Served by a Plurality of Operating Arms and Controlled by
a Computer System" und
die U.S. Patente 5,567,715 und 5,355,439 (Bernstein) mit dem Titel „Method
and Apparatus for Automated Tissue Assay" verwiesen werden. Sobald die gewünschte Anzahl von
Gewebeproben aus dem/den Spenderblock(s) in den Empfängerblock
transplantiert wurde, können die „Gewebechips" hergestellt werden,
indem man den Gewebearrayblock mit herkömmlichen Mitteln (d. h. Mikrotome
wie Model Cut 4055TM von Olymbus Corp. aus
Tokio, Japan usw.; siehe z. B. U.S. Pat. Nos. 664,118; 2,292,973;
2,680,992; 3,420,130; 3,440,913; 3,496,819; 3,799,029 und 3,975,977)
in Hunderte aufeinanderfolgende dünne Abschnitte, z. B. mit 5
Mikrometer Dicke, zerschneidet, um viele nahezu identische Abschnitte
herzustellen, wobei dann jeder Spenderkern als winziger Punkt auf
einem gewöhnlichen
Glasmikroskopträger
repräsentiert
wird. Untersuchungen, die an den Spenderproben durchgeführt werden
können,
umfassen auch immunologische Untersuchungen, Nukleinsäure-Hybridisierung und
die klinisch-pathologische
Charakterisierung der Proben.
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Als
nächstes
wird eine alternative Ausführungsart
der Erfindung, wie in 3 gezeigt, beschrieben, in der
der Schwenkarmmechanismus, der zur Umpositionierung der Stanzen
in 1 verwendet wird, durch einen horizontalen Gleitmechanismus ersetzt
wird. Eine gleitende Stanzplattform 37 gleitet im Wesentlichen
horizontal auf einem Schieber 38, der am vertikalen Schieber 7 befestigt
wird. Obwohl dies als Bewegung in der X-Achse gezeigt wird, könnte es
auch in der Y-Achse angeordnet werden, oder in jeder anderen im
Wesentlichen horizontalen Richtung. Der Schieber 7 liefert
die vertikale Stanzbewegung wie in der Ausführungsart in 1.
Die X- und Y-Schieber 8 und 9 und ihre jeweiligen
Antriebe 10 und 11 arbeiten wie in 1,
und der Schieber 9 wird an der Plattform oder Grundplatte 6 angebracht.
Auch werden wie in 1 der Empfängerblock 4 und die
zugehörigen
Bauteile 5, 22, 21 und 27 gezeigt.
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Die
gleitende Stanzplattform 37 gleitet zu beiden Seiten bis
beide Einstellanschläge 15 in
den Anschlagträgern 13 und 14 einen
Teil des Schiebers 7 oder ein zugehöriges Teil berühren. Vorspann-
oder Spannfedern können
wie in 1 verwendet werden, und die Bewegung kann manuell
oder automatisch erfolgen. Stanzbaugruppen, ähnlich denen oder identisch
mit denen in 1, werden verwendet und werden
an verschiedenen seitlichen Positionen an der Platte 37 befestigt.
Es ist anzumerken, dass mehr als zwei Stanzbaugruppen an dieser
Platte angebracht werden können.
Sie können
zum Beispiel Stanzsätze
mit verschiedenen Größen oder
Formen halten, die vom Bediener oder der Steuereinheit ausgewählt werden.
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Die
Federklemmen 41 werden gezeigt, eine für jede der beiden Stanzen.
Die Klemmen werden mit Schrauben 42 gehalten und halten
ihrerseits die Stanzen 1 und 2 in den v-Blöcken 24 und 25.
Die Klemme an Stanze 1 wird in zerlegter Anordnung dargestellt,
und die Klemme an Stanze 2 wird an ihrem Platz dargestellt.
Jede Stanze hat eine umlaufende Rille 45, die eine Erhöhung, einen
Dorn oder Stift (nicht gezeigt) in den v-Block einrückt, und
ermöglicht
dabei die Drehung der Stanze um ihre eigene Achse (Es gibt viele
andere Möglichkeiten,
der Umsetzung dieser vertikalen Stellung, wie eine umlaufende Erhöhung an
der Stanze und eine Rille im v-Block oder die Verwendung der oberen
und unteren Fläche
des Stanzkörpers
usw.). Die an den Stanzkörpern
angebrachten Griffe 39 können vom Bediener genutzt werden,
um die Stanzen um ihre eigenen Achsen zu drehen, um die Spender-
und Empfängerkerne
zur Entnahme aus ihren jeweiligen Blöcken loszulösen.
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Eine
Tiefenanschlagschraube 46 an einem Arm 40, der
an Schieber 7 angebracht ist, kann eingestellt werden,
um die vertikale Bewegung des Schiebers 7 anzuhalten, wenn
die Schraube die Enden des Schiebers 28 berührt. Diese
Tiefeneinstellung ist besonders sinnvoll beim manuellen Stanzen des
Empfängerblocks,
da die Löcher
darin normalerweise alle die gleiche Tiefe haben.
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Als
alternative Ausführungsart
der für
die Anbringung des Spenderblocks verwendeten Brücke, wie in 1 gezeigt,
kann zum Halten des/der Spenderblock(s) ein Schwenkarm 29 verwendet
werden, der an der Plattform 6 mit einem Drehbolzen 30 angebracht
ist. Der Schwenkarm kann über
dem Empfängerblock
und -halter in Position oder aus dem Weg geschwungen werden. Wie
vorstehend besprochen, kann natürlich
der Blockhalter oder dieser Schwenkarm auf der Z-Achse bezüglich der
Stanze bewegt werden, ähnlich
der Stanze, die sich auf der Z-Achse bezüglich eines feststehenden Blockhalters oder
Schwenkarms bewegt. Eine ähnliche
Plattform kann verwendet werden, um den entsprechenden Schieber
zu positionieren, oder ein Schieber kann auf einer Brücke über dem
Spenderblock positioniert werden, um die Visualisierung des Spenderblocks
zu unterstützen
und die Zielstelle auszuwählen.