DE19740324A1 - Einrichtung zum Manipulieren von zytotechnischen Instrumenten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Gattungsgemäße Einrichtungen kommen zum Einsatz bei zytotechnischen Ein­ griffen. Mit dem Begriff Zytotechnik wird im weiteren Sinne die Untersuchung und Behandlung einzelner Tier-, Pflanzen- oder Bakterienzellen bzw. von Zell­ kulturen oder auch organisierten Zellstrukturen verstanden. Ein wesentlicher Anwendungszweck ist z. B. die pränatale Präimplantationsdiagnostik, bei der Embryonen Zellproben entnommen werden und auf das Vorliegen eventueller genetisch bedingter Erkrankungen bzw. zur Geschlechtsdiagnostik untersucht werden.

Die bei zytotechnischen Eingriffen eingesetzten Instrumente werden im Rahmen der Anmeldung als zytotechnische Instrumente bezeichnet. Es kann sich dabei insbesondere um Kapillaren oder Pipetten, aber auch in Abhängigkeit von dem gewünschten Anwendungszweck um feine Stech- oder Schneidinstrumente bzw. Elektroden handeln.

Ein typischer zytotechnischer Eingriff sieht etwa folgendermaßen aus:
Das zu behandelnde Zellmaterial, z. B. ein Embryo, wird in einer Petrischale in einem Tropfen Kulturmedium angeordnet und mit Öl überschichtet. Das Zellma­ terial wird dann mit z. B. einer Haltekapillare kontaktiert und an deren Öffnung mittels Unterdruck fixiert. Unter mikroskopischer Kontrolle wird mit einer weite­ ren Kapillare (Ätzkapillare) saure Kulturlösung auf die Zellwand des Embryonen appliziert und auf diese Weise ein Loch in die Wand geätzt. Die Ätzkapillare wird dann entfernt und mit einer weiteren Kapillare (Biopsiekapillare) dem Em­ bryonen durch das entstandene Loch in der Zellwand eine Blastomere entnom­ men.

Zytotechnische Eingriffe werden in der Regel unter optischer Kontrolle mittels eines stark vergrößernden Mikroskopes vorgenommen, wobei dem Operateur nur ein sehr begrenztes Blickfeld zur Verfügung steht. Ein Problem beim Wechsel von Instrumenten, z. B. dem oben erwähnten Wechsel von Ätz- und Biopsieka­ pillare, besteht darin, daß das nächste gewünschte Instrument sich u. U. nicht im Blickfeld befindet, und das Wiederfinden bzw. Justieren seines freien Endes in der Fokusebene des Blickfeldes relativ zeitaufwendig ist.

Gattungsgemäße Einrichtungen weisen daher z. B. einen Halter auf, der für jedes Instrument eine separate, bewegliche Aufnahme bereitstellt. Die Aufnahmen sind jeweils mit Antriebseinrichtungen gekoppelt, die sie zwischen einer Park- und einer Arbeitsposition verstellen können. Vor Beginn des Eingriffes wird der mit den Instrumenten bestückte Halter makroskopisch vorjustiert und dann jede sei­ ner Aufnahmen mittels z. B. Stellschrauben soweit feinjustiert, daß in Arbeitspo­ sition der Aufnahmen die freien Enden darin befestigten Instrumente im Blickfeld des Mikroskopes abgebildet werden. Man stellt auf diese Weise sicher, daß bei Verstellen einer definierten Aufnahme in die Arbeitsposition das freie Ende des in der Aufnahme gehaltenen Instrumentes automatisch im Blickfeld und damit in unmittelbarer Nähe des zu bearbeitenden Zellmateriales angeordnet wird und nicht vom Operateur jedesmal wieder zeitaufwendig einjustiert werden muß.

In der Arbeitsposition befindet sich das freie Ende des gerade eingesetzten In­ strumentes auf der gleichen Ebene wie die und in unmittelbarer Nähe zu der be­ handelnden Zelle. Durch Verfahren der Petrischale bzw. auch des Halters kann dann z. B. das freie Ende einer Kanüle bzw. eines sonstigen Instruments in die gewünschte Position an der Zelloberfläche gebracht werden.

Wie oben angesprochen können die Aufnahmen zwischen der erläuterten Arbeits- und einer Parkposition verstellt werden. Die Einstellung der Parkposition ist nun insbesondere beim Wechsel der zu bearbeitenden Zellmaterialprobe erforderlich. In den meisten Fällen sind mehrerer solcher Proben entweder in einer Reihe oder aber auch willkürlich auf einer Petrischale angeordnet. Beim Wechsel zwischen zwei Proben wird die Petrischale soweit verfahren, bis die gewünschte Probe im Blickfeld des Mikroskopes justiert ist. Hierbei muß sichergestellt sein, daß sich keines der Instrumente (bzw. der die Instrumente haltenden Aufnahmen) in Ar­ beitsposition also mit seinem freien Ende auf Hohe des Zellmaterials befindet, da ansonsten beim weitgehend unkontrollierten Verfahren der Petrischale die Gefahr einer Verletzung des Zellmateriales durch das Instrument bestünde.

Aus diesem Grund ist vorgesehen, daß die Antriebseinrichtungen die Aufnahmen nicht nur in eine definierte Arbeitsposition, sondern aus dieser Position auch in eine definieite Parkposition verstellen können. In der Parkposition sind die In­ strumente so ausgerichtet, daß ein ausreichender Sicherabstand zu dem auf der Petrischale angeordnetem biologischen Material gewährleistet ist dergestalt, daß die Petrischale gefahrlos und ohne extensive optische Kontrolle mit dem Mikro­ skoptisch bewegt werden kann.

Bei herkömmlichen Haltern muß jede Aufnahme zur Verstellung ihrer Position separat aktiviert werden. Wird z. B. gewünscht, die Ätzkapillare aus der Arbeits­ position in die Parkposition zu verstellen, so wird die entsprechende Aufnahme auf geeignete Weise, z. B. pneumatisch, elektrisch oder sonstwie, aktiviert. Soll im Gegenzug die Biopsiekanüle aus der Parkposition in die Arbeitsposition ver­ stellt werden, so ist hierfür wiederum eine separate Aktivierung erforderlich. Es ist daher insbesondere beim Austausch mehrerer Kanülen zwischen Park- und Arbeitsposition erforderlich, vorher genau zu überlegen, welche Aufnahme wie aktiviert werden muß. Dies ist für den Operateur relativ lästig und es kann dar­ über hinaus insbesondere bei längeren Eingriffen aufgrund nachlassender Kon­ zentration zu ungewollten Fehlbedienungen kommen, die zumindest Zeit kosten, gegebenenfalls aber auch das Zellmaterial schädigen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Bedienung einer gattungsgemäßen Ein­ richtung soweit zu verbessern, daß die Auswahl und Positionierung der jeweils gewünschten Instrumente in einfacherer und sicherer Weise möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Danach ist vorgesehen, daß die die Aufnahmen stellenden Antriebseinrichtungen dergestalt miteinander gekoppelt sind, daß bei Aktivierung mindestens zwei der Aufnahmen jeweils in die Arbeits- oder Parkposition verstellt werden. Befindet sich also während eines Eingriffes die oben erwähnte Ätzkapillare in der Arbeits­ position und die Biopsiekanüle in der Parkposition, so kann erfindungsgemäß mittels einer Aktivierung (also in einem Bedienungsschritt) gezielt ein Positions­ tausch zwischen beiden Kanülen vorgenommen werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Halter mit zwei Aufnahmen be­ schränkt. Es ist ohne weiteres möglich, daß der Halter noch weitere Aufnahmen bereitstellt. In diesem Fall ist es auch möglich, daß mit einer Aktivierung nicht nur zwei, sondern weitere Aufnahmen in eine gewünschte Position verstellt wer­ den.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß im Zuge einer Aktivierung immer minde­ stens zwei Aufnahmen eines Halters in eine gewünschte Position gestellt werden. Der Begriff Stellen ist im Rahmen der Erfindung weit auszulegen. Er umfaßt auch den Fall, daß die Aufnahme in einer Position belassen wird, falls dies die Position war, in die die Aufnahme durch Aktivierung gestellt werden sollte. Die­ ser Fall kann z. B. eintreten, wenn im Rahmen der Justierung beide Aufnahmen eines Halters in die Arbeitsposition abgesenkt sind und dann für den Eingriff das zunächst nicht benötigte Instrument aus der Arbeitsposition in die Parkposition weggeschwenkt werden soll. In diesem Fall würde also bei Aktivierung die eine Ätzkapillare tragende Aufnahme die Arbeitsposition "gestellt", in der sie sich bereits befindet, während die Biopsiekapillare tatsächlich in die Parkposition be­ wegt wurde.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nunmehr nach einer einzigen Aktivierung sichergestellt ist, daß sich mindestens zwei vorzugsweise alle in einem Halter aufgenommene Instrumente in definierten Positionen befin­ den. Die Anzahl der Bedienungsschritte sowie die Fehlermöglichkeit während eines zytotechnischen Eingriffes wird damit drastisch reduziert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Wie oben bereits besprochen, stellt die Arbeitsposition der Aufnahme eine Posi­ tion dar, in der ein Instrument während eines Eingriffs mit seinem freien Ende im Blickfeld eines beobachtenden Mikroskopes angeordnet ist. Die Parkposition da­ gegen ist eine Position, in der sichergestellt ist, daß die Instrumente relativ und im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Probenträgers verfahren werden können, ohne daß dabei die Gefahr einer Verletzung von auf dem Träger ange­ ordnetem Zellmaterial besteht. Dies läßt sich besonders sicher ausschließen, wenn in Parkposition die Instrumente insgesamt oberhalb des Zellmateriales an­ geordnet sind. Vorzugsweise wird die Parkposition so gewählt, daß die freien Enden der Instrumente die die Proben umgebende und darüber befindliche Öl­ schicht nicht verlassen. Man vermeidet so, daß z. B. Luftblasen in die Kanüle ge­ sogen werden etc.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß mindestens zwei der Aufnahmen infolge einer Aktivierung in eine der beiden zur Verfügung stehenden Positionen, Park- oder Arbeitsposition, verstellt werden. Die Verstellung der beiden Aufnahmen kann, falls gewünscht, mit zeitlichem Abstand erfolgen. Bevorzugt insbesondere im Hinblick auf die damit verbundene Zeitersparnis ist jedoch, daß beide Auf­ nahmen zeitnah verstellt werden, d. h. während z. B. die Ätzkanüle aus der Ar­ beitsposition in die Parkposition verfahren wird, wird die Biopsiekanule aus der Park- in die Arbeitsposition abgesenkt.

Üblicherweise ist der erfindungsgemäße Halter nicht ortsfest an z. B. einem Mi­ kroskoptisch angeordnet (obwohl auch dies möglich wäre), sondern an einer Stelleinrichtung befestigt, die mit einem Feintrieb ausgerüstet ist, der eine drei­ dimensionale Bewegung erlaubt. D.h. der Halter kann durch entsprechende An­ steuerung in allen drei Raumachsen hochgenau verfahren werden, was z. B. in Verbindung mit der makroskopischen Vorjustierung etc. erforderlich ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Feinjustierung der Instrumente. Die Feinjustierung ist insbesondere des­ wegen erforderlich, da auch bei geringsten Herstellungstoleranzen zumindest mi­ kroskopisch bemerkbare Abweichungen zwischen Instrumenten mit grundsätzlich gleichen Abmessungen auftreten. Es müssen daher alle in den Aufnahmen eines Halters befestigten Instrumente vor Beginn des Eingriffes so justiert werden, daß ihre freien Enden bei Einstellung der Arbeitsposition der jeweiligen Aufnahme im Blickfeld des Mikroskopes sichtbar und scharf abgebildet sind.

Eine Möglichkeit ist, den Halter zunächst vorzujustieren, dann in der vorjustier­ ten Position zu fixieren und jede einzelne seiner Aufnahmen separat mittels z. B. daran vorgesehener Stellschrauben so zu justieren (Feinjustierung), bis die In­ strumente die gewünschte Position einnehmen. Diese Art der Feinjustierung er­ fordert die Betätigung gegebenenfalls mehrerer Stellschrauben pro Aufnahme, was insbesondere, wenn mehr als zwei Aufnahmen im Halter vorgesehen sind, relativ aufwendig ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, daß die Feinjustierung der Instrumente in der Arbeitsposition mittels der Stelleinrichtung vorgenommen wird, an der der Halter befestigt ist und mit der er in den drei Raumachsen ver­ fahren werden kann.

Zur Justierung wird z. B. jeweils eine Aufnahme des Halters in die Arbeitspositi­ on verstellt und der Halter mittels der Stelleinrichtung soweit verfahren, bis das freie Ende des von der Aufnahme gehaltenen Instrumentes im Blickfeld des Mi­ kroskopes abgebildet wird. Dieser Wert wird dann als Sollwert in der Spei­ chereinrichtung abgespeichert und der Vorgang für die nächste Aufnahme des Halters wiederholt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Speichereinrichtung mit den Antriebseinrichtungen des Halters dergestalt gekoppelt ist, daß bei Akti­ vierung der Speichereinrichtung zur Einstellung eines gewünschten Sollwerts der Halter insgesamt mittels des oben angesprochenen Feintriebes verfahren und die Aufnahme des Halters, für die der spezifische Sollwert ermittelt wurde, in Ar­ beitsposition verstellt wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die aufwen­ dige Justierung der einzelnen Aufnahmen mittels Verstellschrauben entfällt, was wiederum die Bedienungsfreundlichkeit erhöht.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand zweier Abbildungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt auf eine Einrichtung zum Manipulieren von zyto­ technischen Instrumenten.

Fig. 2 zeigt von oben den in dieser Einrichtung eingesetzten Halter.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 10 zum Manipulieren von zytotechnischen Instru­ menten 11 und 12, bestehend aus jeweils einer Kanüle 11b, 12b, die in Halterun­ gen 11a, 12a eingespannt ist. Die Einrichtung 10 weist einen Halter 13 auf, an dem mehrere Aufnahmen 14, 14' (Fig. 2) für die Instrumente enthalten sind, von denen in Fig. 1 nur die Aufnahme 14 zu erkennen ist. Die Aufnahme 14 weist eine Schiene 15 auf, die das Instrument 12 z. B. in Klemmeingriff befestigt. Die Schiene 15 ist mit ihrem einen Ende am Halter 13 verschwenkbar gelagert. Ihr anderes Ende ist über eine Stellschraube 16 auf einem flächigen Stellelement 17 des Halters 13 abgestützt gelagert. Das Stellelement 17 ist mit seinem einen Ende am Halter 13 gelagert und kann mittels einer Antriebseinrichtung 18 in zwei un­ terschiedliche Endpositionen verstellt werden. Diese Endpositionen entsprechen den Positionen, die oben als Arbeits- bzw. Endposition für die Aufnahme defi­ niert wurden. Im gezeigten Fall befindet sich das freie Ende der Kanüle 12b des Instruments 12 in der Arbeitsposition, während das Instrument 11 in einer nicht gezeigten Aufnahme befestigt ist, die in Parkposition gestellt wurde. Der Halter 13 seinerseits ist an einer Stelleinrichtung 19 befestigt, die ihn mittels eines Feintriebs hochgenau dreidimensional verfahren kann.

Zur weiteren Erläuterung der unterschiedlichen Positionen ist in Abb. 1 eine Petrischale 20 dargestellt, in der rein schematisch eine Zellmaterialprobe 21 angeordnet ist. Gewöhnlicherweise und auch wie hier dargestellt, ist die Probe 21 in einem Tropfen Kulturmedium 22 eingeschlossen und insgesamt von einer Öl­ schicht 23 umgeben.

Schematisch dargestellt ist ein Mikroskoptisch 24, auf dem die Petrischale 20 steht sowie ein Objektiv 25 eines Mikroskopes, das zur optischen Kontrolle des zytotechnischen Eingriffes erforderlich ist. Im gezeigten Fall ist die Kanüle 12b des Instrumentes 12 durch die Aufnahme 14 so positioniert, daß sich ihr freies Ende in unmittelbarer Nähe der Zellprobe 21 möglichst im Kulturmedium 22 und auf jeden Fall im scharf abgebildeten Blickfeld des Objektives 25 befindet. Das Instrument 11 dagegen ist von der nicht zu erkennenden Aufnahme in der Park­ position angeordnet, in der das freie Ende der Kanüle 11b sich im Abstand ober­ halb der Zellprobe 21, aber noch in dem Ölfilm 23 eintauchend befindet. Die ge­ zeigten Positionen stellen die Idealpositionen dar. Denkbar sind selbstverständ­ lich auch in Grenzen anders gewählte Einstellungen.

Wie oben bereits mehrfach angesprochen, ist es vor Beginn eines Eingriffes er­ forderlich, die Instrumente 11 und 12 bzw. die sie tragenden Aufnahmen so zu justieren, daß bei Einstellung z. B. der Aufnahme 14 in Arbeitsposition das freie Ende des darin aufgenommenen Instrumentes 12 im Blickfeld eines Mikrosko­ pobjektives 25 scharf abgebildet wird. Hierzu wird, wie besprochen, der Halter 13 makroskopisch vorjustiert, dann jede Aufnahme 14 des Halters 13 nacheinan­ der in Arbeitsposition verfahren und mittels Feinjustierung so eingestellt, daß das jeweilige Instrument die gewünschte Ausrichtung hat. Die Feinjustierung kann mittels der dargestellten Stellschraube 16 erfolgen, mit der die das Instrument 11 aufnehmende Klemmschiene 15 gegenüber der mittels der Stelleinrichtung 18 bewegten Auflage 17 in Grenzen verschwenkt werden kann, wobei selbstver­ ständlich auch noch weitere Stellschrauben oder dergleichen für andere Stell­ richtungen vorgesehen sein können.

Die Justierung kann aber auch mittels der Stelleinrichtung 19 erfolgen, an der der Halter 13 befestigt ist. Hierzu wird wiederum nacheinander jede Aufnahme des Halters 13 zunächst in die Arbeitsposition verfahren, dann das Instrument mit seinem freien Ende in der gewünschten Weise mittels der Stelleinrichtung 19 ausgerichtet und dann die Position der Stelleinrichtung als Solleinrichtung abge­ speichert. Diese Justierung mit nachfolgender Speicherung wird für jede Auf­ nahme separat durchgeführt. Während des Eingriffes kann dann auf Bedarf die das gerade gewünschte einzusetzende Instrument abgespeicherte Sollposition abgerufen werden, worauf die Stelleinrichtung den Halter zunächst in die betref­ fende Position verfährt und dann weiterhin die für die betreffende Aufnahme zu ständige Antriebseinheit zu dessen Absenkung in die Arbeitsposition aktiviert wird. Auf diese Weise läßt sich eine besonders einfach justierbare und bedienba­ re Einrichtung bereitstellen.

Fig. 2 dient lediglich zur weiteren Erläuterung des eingesetzten Halters 13. Man erkennt hier wiederum die Einspannhalterungen 11a und 12a, die in Klemm­ schienen 15 und 15' befestigt sind. Die Klemmschienen 15 und 15' sind an dem Halter 13 angelenkt und stützen sich über Stellschrauben 16, 16' auf den mit nicht erkennbaren Antriebseinrichtungen gekoppelten Stellelementen 17 und 17' ab. Diese Abbildung dient lediglich zur Vervollständigung der Abbildung aus Fig. 1, insbesondere zum besseren Verständnis, wie die Aufnahmen im Halter 13 ange­ ordnet sind.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten Einrichtungen be­ schränkt. Es sind eine Reihe weiterer Realisierungen denkbar. So wird z. B. im vorliegenden Text die Verstellung der Instrumente zwischen Park- und Arbeits­ position jeweils durch Verschwenken der Aufnahme erreicht. Denkbar ist aller­ dings auch, daß die Instrumente in Richtung z. B. ihrer Längsachse verschoben oder insgesamt angehoben oder sonstwie zwischen den Positionen bewegt wer­ den. Wichtig ist lediglich, daß das freie Ende der Instrumente in Arbeitsposition für den Operateur durch das Mikroskop erkennbar ist und daß in Parkposition eine Verletzung des Zellprobenmateriales ausgeschlossen wird. Der Antrieb der Aufnahmen kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen. Denkbar sind pneuma­ tisch arbeitende Antriebseinrichtungen genauso wie elektrische Stellmotoren oder auch piezoelektrische Elemente. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Kapillaren bzw. Feinkanülen beschränkt. Denkbar ist, wie oben ange­ sprochen, auch, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung Elektroden oder sonstige Werkzeuge manipuliert werden.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Manipulieren von zytotechnischen Instrumenten, mit einem Halter, der mindestens zwei separate, bewegliche Aufnahmen für jeweils ein Instrument bereitstellt, die mit je einer Antriebseinrichtung ge­ koppelt sind, mit der die Aufnahmen zwischen zwei definierten Positionen verstellbar sind, von denen die eine einer Arbeitsposition entspricht, in der das in der Aufnahme befindliche Instrument während eines zytotechni­ schen Eingriffes mit seinem freien Ende in der Nähe des zu behandelnden Zellmateriales ausgerichtet ist und von denen die andere einer Parkpositi­ on entspricht, in der das in der Aufnahme gehaltene Instrument in Sicher­ heitsabstand zu dem zu behandelnden Zellmaterial gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (18) derart miteinander gekoppelt sind, daß sie bei Aktivierung mind. zwei der Aufnahmen (14, 14') jeweils in die Park- oder Arbeitsposition verstellen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Parkposition, bezogen auf die Ebene, in der das Zellmaterial (21) ange­ ordnet ist, in ausreichendem Abstand oberhalb des Zellmateriales (21) be­ findet dergestalt, daß das in der Parkposition befindliche Instrument (11) frei über das Zellmaterial (21) bewegbar ist.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Aktivierung die Aufnahmen (14, 14') zeitgleich, oder zeitlich gestaffelt zwischen den unterschiedlichen Positionen verstellt werden.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halter (13) in einer Stelleinrichtung (19) aufgenommen ist.

5. Einrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stelleinrichtung (19) einen Feintrieb aufweist, mit dem der Halter (13) dreidimensional verfahren werden kann.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feintrieb eine Speichereinrichtung zur wiederabrufbaren Speicherung von Stellposi­ tionen aufweist und dergestalt mit den Antriebseinrichtungen (18) gekop­ pelt ist, daß bei Aktivierung der Speichereinrichtung zur Einstellung einer Sollposition der Halter (13) mittels des Feintriebs verfahren und gezielt mind. eine der Aufnahmen (14, 14') in die Arbeitsposition verstellt wird.