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KR100536462B1 - 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터 - Google Patents

미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터 Download PDF

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KR100536462B1
KR100536462B1 KR10-2003-0063928A KR20030063928A KR100536462B1 KR 100536462 B1 KR100536462 B1 KR 100536462B1 KR 20030063928 A KR20030063928 A KR 20030063928A KR 100536462 B1 KR100536462 B1 KR 100536462B1
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Abstract

개시된 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터(manipulator)는 베이스; 베이스에 설치된 기둥(pole); 기둥의 외주면에 각각 독립적으로 정역 회전 가능하도록 설치된 3개의 롤(roll)들; 롤들의 회전 양을 각각 감지할 수 있도록 개별 롤에 대응되도록 기둥에 설치된 감지부재; 및 감지부재에 의해 감지된 롤의 회전 양에 의해 미세 절제 시스템의 스테이지 장치의 이동을 제어할 수 있도록 베이스에 설치된 제어부재를 구비한다.

Description

미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터{Manipulator for moving Stage Apparatus of Microdissection System}
본 발명은 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광학 현미경으로 관찰되는 조직 절편을 레이저 빔으로 절단하는 미세 절제 시스템에 있어서 조직 절편을 포함하는 슬라이드 기판이 장착된 스테이지 장치를 키보드 또는 마우스와 독립적으로 작동시킬 수 있는 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터에 관한에 관한 것이다.
일반적으로, 미세 절제 기술은 생물 조직의 특정 세포 또는 부위의 DNA, RNA 또는 단백질의 유전적 변화나 후속 연구 등을 위해, 광학 현미경으로 관찰되는 세포 등의 특정 부위를 추출하는 것이다.
종래의 미세 절제 시스템과 관련된 선행자료는 미국특허출원번호 09/043,093호, 국제출원공개번호 WO 99/39176호, 국제출원공개번호 WO 00/34757호, 미국특허번호 6,010,888호 등에 개시되어 있다.
이러한 종래의 미세 절제 시스템은 레이저를 이용하여 조직을 절제하는 것으로서, 그 절제 방식에 따라 크게 2 종류로 구분된다. 그 중 하나는 레이저의 열을 이용하는 방식이고, 다른 하나는 레이저를 나이프(knife)로 이용하는 방식이다.
종래의 미세 절제 시스템은 절제될 세포 또는 그 영역을 수집하기 위한 수집함과, 슬라이드 기판을 단순히 탑재만 하거나 슬라이드에 놓여진 조직 절편을 미리 정해진 경로로 스캐닝 하거나 세포 시료를 절제하기 위해 슬라이드 기판을 수평으로 미세 이동시키기 위한 스테이지 장치가 요구된다. 상기 수집함은 통상적으로 스테이지 장치와 밀접한 관련을 가진 수집함 홀더 또는 트레이에 설치된다. 상기 수집함 홀더와 스테이지 장치는 절제 방식 또는 수집함의 구조에 따라 다양한 구조를 가진다.
그런데, 대부분의 종래의 미세 절제 시스템에 있어서, 스테이지 장치는 컴퓨터와 연결된 키보드 또는 마우스에 의해서만 작동이 가능하다. 따라서, 미세 절제 시스템의 운용에 있어서 사용자의 편의를 위하여 키보드 또는 마우스 이외의 별도의 조작기의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.
이러한 요구에 부응하여 제안된 기술은 X,Y 축과 Z 축을 분리하여 작동시킬 수 있는 매니퓰레이터가 라이카(Leica)에서 개발된 바 있다. 이 기술에 의한 매니퓰레이터는 스테이지 장치의 X,Y 축을 작동하기 위하여 하나의 기둥에 2개의 롤러들이 설치되고, 다른 기둥에는 스테이지 장치의 Z 축을 작동하기 위한 롤러가 설치된 구성이다.
따라서, 상기 라이카사의 매니퓰레이터는 장치의 제조 비용이 많이 소요되고 장치의 부피가 커질 뿐만 아니라, 장치 조작이 곤란한 문제점이 있다.
본 발명의 상술한 문제들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 제조 비용이 저렴하고, 조작이 편리하며 장치의 부피를 최소화시킬 수 있는 구조를 가진 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터는, 베이스; 상기 베이스에 설치된 기둥(pole); 상기 기둥의 외주면에 각각 독립적으로 정역 회전 가능하도록 설치된 3개의 롤(roll)들; 상기 롤들의 회전 양을 각각 감지할 수 있도록 개별 롤에 대응되도록 상기 폴에 설치된 감지부재; 및 상기 감지부재에 의해 감지된 상기 롤의 회전 양에 의해 미세 절제 시스템의 스테이지 장치의 이동을 제어할 수 있도록 상기 베이스에 설치된 제어부재를 구비한다.
바람직하게, 상기 감지부재는: 상기 기둥에 삽입되고 각각의 롤들의 내주면에 고정되어 회전되며, 상기 기둥의 중심선을 기준으로 방사상으로 등간격으로 형성된 다수의 슬릿공을 각각 가진 모듈레이터들; 상기 제어부재와 연결되도록 상기 기둥의 내벽에 설치된 회로 기판; 및 상기 모듈레이터들의 양면에 각각 배치되도록 상기 회로기판에 설치된 한 쌍의 포토 인터럽터들을 구비한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 매니퓰레이터는 상기 기둥의 끝단부에 설치된 캡을 더 구비한다.
본 발명에 따른 매니퓰레이터는 상기 3개의 롤들 중 최상위 롤과 이에 인접되는 부위에 일단이 설치되고 타단은 상기 베이스에 설치된 세퍼레이터를 더 구비한다.
바람직하게, 상기 세퍼레이터 내부의 롤들은 상기 스테이지 장치를 X, Y 방향으로 이동시키기 위한 X 롤 및 Y 롤이고, 상기 세퍼레이터 외부의 단일의 롤은 상기 스테이지 장치를 Z 방향으로 이동시키기 위한 Z 롤이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매니퓰레이터가 채용되는 미세 절제 시스템의 개략적 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 미세 절제 시스템(1000)은 슬라이드(40) 위의 시료(미도시)를 관찰하기 위한 CCD 카메라(34) 등과 같은 제1 광학 채널(10)과 시료의 선택된 소정 영역을 절단하기 위한 레이저 장치(22) 등과 같은 제2 광학 채널(20)을 구비하는 광학 채널(100)과, 시료를 포함하는 슬라이드(40)를 고정하고 그 슬라이드(40)를 X,Y,Z 방향으로 이동시키기 위한 스테이지 장치(200)와, 수집함(70)이 설치된 수집함 홀더(80: 도 2)를 스테이지 장치(200)에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 수집함 스테이지와, 상술한 스테이지 장치(200)의 수평 또는 수직 이동을 제어하거나 광학 채널(100)의 레이저 장치(22), 대물 렌즈(18), 콜리메이션 렌즈(21), 현미경 장치의 램프, 렌즈 등을 제어하기 위한 제어 유니트(300), 광학 채널(10)에 의해 관찰된 시료의 소정 영역을 디스플레이 시키기 위한 모니터(402) 등과 같은 표시 유니트(400), 및 상기 유니트들을 작동시키기 위한 작동 유니트(500)로서 키보드(502) 또는 마우스 외에 매니퓰레이터(504)를 구비한다.
도 2는 도 1에 도시된 매니퓰레이터(504)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 부분 절단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매니퓰레이터(504)는 데스크(미도시) 등에 놓여질 수 있는 베이스(510)와, 베이스(510)에 설치된 중공의 기둥(pole)(520)과, 기둥(520)의 외주면에 설치된 3개의 롤(roll)들(530)과, 각각의 롤들(530)의 회전 양을 감지하기 위해 기둥(520)에 설치된 감지부재(540), 롤들(530)의 회전 양에 따라 스테이지 장치의 이동을 제어할 수 있도록 베이스(510)에 설치된 제어부재(550), 일부 롤들(530)을 서로 분리시키는 세퍼레이터(560), 및 기둥(520)의 끝단에 설치된 캡(570)을 구비한다.
상기 베이스(510)는 외부로부터 인가되는 전원에 연결된 제어부재(550)가 내장된 평판형 케이스 구조를 가진다. 상기 베이스(510)에는 기둥(520)이 설치될 수 있는 기둥(520) 설치공(512)이 상면에 마련된다. 베이스(510)의 상면 커버에는 전원의 온,오프 및 다양한 작동 상태를 현시할 수 있는 램프들(514)과 스테이지 장치의 다른 동작을 위한 버튼들(516)이 설치된다. 상기 램프들(514)과 버튼들(516)은 베이스(510) 내부에 설치된 제어부재(550)에 의해 구동된다.
상기 기둥(520)은 베이스(510)에 설치되는 것으로 베이스(510)의 설치공(512)에 삽입되는 삽입부(522)와 삽입부(522) 주위로 돌출되어 기둥(520)을 베이스(510)에 대하여 지지하는 지지부(524)를 구비한다. 상기 지지부(524)에는 스크류 결합공들(526)이 형성된다. 스크류 결합공(526))은 베이스(510)의 상면 커버의 하부에 위치되는 브라켓(528)에 의해 기둥(520)을 베이스(510)에 고정하기 위한 것이다.
상기 롤들(530)은 도면의 위에서 아래 방향으로 각각 Z축 롤(530a), Y축 롤(530b), X축 롤(530c)이 순서대로 설치된다. 물론, 필요에 따라 그 순서는 얼마든지 변형될 수도 있다.
상기 롤들(530)은 각각 베어링(532)에 의해 기둥(520) 주변을 회전하도록 설치된다. 각각의 롤들(530)은 베어링(532)의 하단에 위치되고 기둥(520)에 고정된 지지체(534)에 의해 서로 분리되어 있으므로 각각 독립적으로 회전될 수 있다. 각각의 롤(530)의 외주면에는 롤(530)의 회전을 용이하게 하기 위하여 소정 패턴의 슬릿이 형성된다. 각각의 롤(530)의 내주면에는 후술할 모듈레이터(542)가 설치될 수 있도록 롤(530)의 내벽으로 인입된 인입부(536)와 베어링(532)이 설치될 수 있도록 롤(530)의 내벽으로부터 돌출된 베어링 설치부(538)를 구비한다. 도면의 참조부호 531은 세퍼레이터(560)의 설치 공간을 위한 스페이서를 나타낸다.
상기 감지부재(540)는 각각 대응되는 롤(530)의 내벽에 마련된 인입부(536)에 고정되는 모듈레이터(542)와, 제어부재(550)와 연결되도록 기둥(520)의 내벽에 설치된 회로 기판(544), 및 모듈레이터(542)의 양면에 각각 배치되도록 회로 기판(544)에 전기적으로 접속된 한 쌍의 포토 인터럽터(546)를 구비한다.
상기 감지부재(540)는 모듈레이터(542)의 간섭에 의한 광의 차단 여부를 감지하여 그 파형에 따라 스테이지 장치의 좌표를 제어하는 신호를 발생시키기 위한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모듈레이터(542)는 일종의 엔코더(encoder)로서, 각각의 모듈레이터(542)는 환형인 것이 바람직하다. 각각의 모듈레이터(542)의 외주면은 대응되는 롤(530)의 인입부(536)에 고정되고, 모듈레이터(542)의 중심에는 기둥(520)의 외주면에 근접 위치되는 관통공(542b)이 형성된다. 모듈레이터(542)의 몸체에는 기둥(520)의 중심선을 기준으로 방사상의 등간격으로 형성된 복수의 슬릿공(542a)이 마련된다. 상기 슬릿공(542a)은 인접되게 설치된 한 쌍의 포토 인터럽터(546)(photo interrupter)의 광 간섭에 있어서, 서로 90도의 위상차를 유지시킬 수 있도록 그 간격과 폭이 결정되는 것이 바람직하다. 즉, 모듈레이터(542)의 슬릿공(542a)은 한 쌍의 포토 인터럽터(546) 사이에서 회전하면서 인접된 포토 인터럽터(546)들이 교호적으로 90도의 위상차를 유지하면서 광을 간섭하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 포토 인터럽터(546)는 적외선 주파수 등의 광을 발광할 수 있는 라이트 다이오드(light diode) 등과 같은 발광부(546a)와 적외선 주파수를 수신하기 위한 포토 트랜지스터(photo transistor) 등과 같은 수광부(546b)를 구비한다. 도 5의 참조부호 546c는 회로 기판(544)에 전기적으로 접속되는 접속부를 타나내고, 참조부호 546d는 모듈레이터(542)가 위치될 수 있는 공간이다.
상기 포토 인터럽터(546)는 슬릿공(542a)을 통해 광이 통과할 때에는 광의 간섭이 발생되지 않고, 슬릿공(542a) 사이의 플레이트에 의해 광이 통과하지 않을 경우에는 광의 관섭이 발생됨으로써 모듈레이터(542)의 회전 동작에 따라 수광부(546b)에 수신되는 신호의 파형은 디지털화 될 수 있다. 포토 인터럽터(546)의 한 쌍의 발광부(546a)는 서로 90도의 위상차를 가지도록 배열된다.
한편, 상기 감지부재는 모듈레이터와 포토 인터럽터와 같은 광간섭 기술 이외에 롤의 회전량을 감지할 수 있도록 그와 유사한 여하한 종류의 알려진 기술들이 모두 채용될 수 있음은 물론이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 회로 기판(544)은 포토 인터럽터(546)를 제어하기 위한 것으로서, 수광부(546b)가 유입하는 모듈레이터(542)의 회전에 의한 전류 임펄스 값을 증폭시키기 위한 증폭기(미도시) 등이 배치된다.
상기 제어부재(550)는 모듈레이터(542)의 회전에 의한 전류 및 그 전류 임펄스 값들의 합과 전류의 종류를 결정하고, 이러한 수치들을 RS-232 인터페이스를 통해 제어유니트(미도시)의 스테이지 컨트롤러로 송신하거나 아니면 직접 스테이지 장치를 제어한다. 즉, 모듈레이터(542)의 회전에 의해 각각의 전류 임펄스는 증감을 하게 되고 이러한 증감에 의해 임펄스의 수치가 결정되면 스테이지 장치의 좌표를 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 제어부재(550)는 셋팅 인터페이스를 통해, 수요자의 요구에 따라 롤(모듈레이터)의 단위 회전 당 스테이지 장치의 좌표 이동 변위를 각각 다르게 셋팅할 수도 있다.
상기 세퍼레이터(560)는 Z축 롤(530a)과 Y,X축 롤들(530b)(53c)을 구별하기 위한 것으로서, Z축 롤(530a)과 Y축 롤(530b) 사이에 그 일단이 설치되고 그 타단은 베이스(510)에 설치된다.
상기 세퍼레이터(560)는 X,Y축 롤들(530b)(530c)이 위치되는 부위에 마련된 경사 플레이트(562) 및 Z축 롤(530a)의 저면과 평행하게 배열되도록 경사 플레이트(562)로부터 굴곡되는 평판 플레이트(564)를 구비한다. 이러한 세퍼레이터(560)의 형상은 인간 환경공학적 설계에 따른 것으로서, 사용자의 손가락 동작을 원할하게 함과 동시에 스테이지 장치의 좌표 변환 시 X,Y 평면 상의 이동과 수직 평면을 서로 구별하기 위한 것이다.
상기 캡(570)은 억지 끼움 방식으로 기둥(520)의 끝단부에 설치되는 것이 바람직하다. 캡(570)의 직경은 롤의 그것과 실질적으로 동일하게 하다.
본 발명에 따른 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 키보드 또는 마우스와 별도로 스테이지 장치를 이동시킬 수 있기 때문에 미세 절제 시스템을 편리하게 운용할 수 있다.
둘째, 스테이지 장치의 좌표 이동에 따른 X,Y,Z축 운용을 하나의 축(기둥)에 통합하여 관리할 수 있으므로 조작의 편리성이 증대된다.
셋째, 하나의 기둥에 3개의 롤들을 인접하여 설치함으로써 장치의 조립 원가를 줄임과 동시에 장치를 소형화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매니퓰레이터가 채용되는 미세 절제 시스템의 개략적 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 매니퓰레이터를 개략적으로 도시한 사시도
도 3은 도 2의 부분 절단면도.
도 4는 모듈레이터의 평면도.
도 5는 포토 인터럽터의 측면 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
504...매니퓰레이터 510...베이스 520...기둥
530...롤(roll) 540...감지부재 542...모듈레이터
544...회로 기판 546...포토 인터럽터 550...제어부재
560...세퍼레이터 570...캡

Claims (5)

  1. 베이스;
    상기 베이스에 설치된 기둥(pole);
    상기 기둥의 외주면에 각각 독립적으로 정역 회전 가능하도록 설치된 3개의 롤(roll)들;
    상기 롤들의 회전 양을 각각 감지할 수 있도록 개별 롤에 대응되도록 상기 기둥에 설치된 감지부재; 및
    상기 감지부재에 의해 감지된 상기 롤의 회전 양에 의해 미세 절제 시스템의 스테이지 장치의 이동을 제어할 수 있도록 상기 베이스에 설치된 제어부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터(manipulator).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부재는:
    상기 기둥에 삽입되고 각각의 롤들의 내주면에 고정되어 회전되며, 상기 기둥의 중심선을 기준으로 방사상으로 등간격으로 형성된 복수의 슬릿공을 각각 가진 모듈레이터(modulator)들;
    상기 제어부재와 연결되도록 상기 기둥의 내벽에 설치된 회로 기판; 및
    상기 모듈레이터들의 양면에 각각 배치되도록 상기 회로기판에 설치된 한 쌍의 포토 인터럽터(photo interrupter)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기둥의 끝단부에 설치된 캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 3개의 롤들 중 최상위 롤과 이에 인접되는 부위에 일단이 설치되고 타단은 상기 베이스에 설치된 세퍼레이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세퍼레이터 내부의 롤들은 상기 스테이지 장치를 X, Y 방향으로 이동시키기 위한 X 롤 및 Y 롤이고, 상기 세퍼레이터 외부의 단일의 롤은 상기 스테이지 장치를 Z 방향으로 이동시키기 위한 Z 롤인 것을 특징으로 하는 미세 절제 시스템의 스테이지 장치 이동용 매니퓰레이터.
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