Brevet FR2336679A1 — publié le 19770722

L'invention se rapporte d'une manière générale à l'examen en laboratoire - à des fins médicales, biologiques ou expérimentales - des processus de changement de phase dans un échantillon convenablement préparé d'une suspension colloi- dale. Plus particulièrement, l'invention concerne les mesures relatives à la coagulation du sang ou autres liquides physiologiques, ou inversement, à la lyse d'un gel ou coagulum de semblable origine organique. De telles mesures sont couramment pratiquées, notamment en milieu hospitalier, pour contribuer au diagnostic ou à la surveillance de l'évolution de nombreuses affections pathologiques. L'utilité incontestable de ces mesure a suscité pour leur mise en oeuvre des procédés de types très variés, mais qui jusqu'à ce jour ne sont pas exempts d'inconvénients Ainsi et par exemple, pour les tests d'hémostase de pratique courante, les éléments figurés du sang sont séparés par centrifugation avec éventuelle addition d'un réactif, pour produire un échantillon de plasma ou serum qui est placé dans une éprouvette de volume limité à quelques centimètres cubes au plus, de forme et dimensions bien déterminées et dont la paroi doit éventuellement présenter des caractéristiques physiques - optiques, électriques ou autres également normalisées. L'échantillon ainsi conditionné étant maintenu à température constante, une première méthode de mesure consiste à plonger en son sein une palette ou tige vibrante, ou bien une bille agitée par action électrmagnétique extérieure, et à déceler par le truchement de l'amortissement de ses mouvements l'accroissement de la viscosité puis la coagulation de l'échantillon. Cette méthode a pour inconvénient de perturber par principe le phénomène de coagulation, et de surcroît se prête mal à l'étude des sérums hypervisqueux. Une seconde méthode connue consiste à suivre les variations de la transparence ou turbidité de l'échantillon par mesure et enregistrement de l'atténua- tion d'un faisceau lumineux le traversant. Cette méthode très sensible aux er reurs d'étalonnage se prête mal à l'examen des sérums ictériques ou anormalement colorés, ce qui restreint le choix et la dilution du réactif éventuellement mis en oeuvre. Enfin, une troisième méthode connue, qui consiste à mesurer à l'aide d'une sonde appropriée et à enregistrer les variations de la résistivité électrique de l'échantillon liées à sa coagulation, est également très sensible au choix et à la dilution du réactif, et de surcroît aux anomalies qualitatives ou quantitatives du fibrinogène. Au totaux et en pratique, ces trois méthodes connues ont pour inconvénients communs d'exiger un échantillon de très faible volume convenablement conditionné, de ne iSccommoder que de l'addition d'un seul réactif à dose maximale critique, d'être sujettes à des erreurs systématiques d'étalonnage, notamment en cas d'anomalie, et enfin de se mal prêter à la détermination du paramètre significatif de la courbe de coagulation -point d'inflexion, seuil ou plateau. L'invention vise à pallier ces inconvénients des méthodes antérieurement connues en proposant un nouveau procédé pour l'examen des changements de phase dans un échantillon d'une suspension colloidale, qui soit indifférent à ses ans malies éventuelles, à son volume et à la nature de son conditionnement, au nombre et à la dose des réactifs éventuellement ajoutés, tout en permettant une mesure précise et fidèle des parametres significatifs des changement de phase sans en affecter le processus. A cet effet, le procédé conforme à l'invention est essentiellement ci ractérisé en ce qu'il consiste à soumettre l'échantillon à une excitation ultrasonore continue ou récurrente, dont la fréquence et l'intensité sont adaptées à la nature et au volume dudit échantillon, et à détecter et/ou enregistrer l'évo- lution des changements de phase en son sein par mesure différentielle depuis 1' extérieur des variations d'au moins un paramètre de propagation de excitation dans ledit échantillon. L'excitation ultrasonore est appliquée à l'échantillon de préférence sous forme radiante - donc sans contact matériel ni pollution - sur sa surface libre ou à travers son réceptacle de conditionnement, avantageusement plongé dans un bain liquide - qui peut être celui du thermostat. La mesure différentielle s'effectue de préférence en comparant les caractéristiques relatives d' ondes issues d'une même source mais ayant ou non interféré avec l'échantillon. Le paramètre significatif peut être le taux d'amour tissement, de transmission ou atténuation, le facteur de réflexion ou diffusion sous un angle déterminé, ou un changement de fréquence dQ à des phénomènes d' interférence liés à la taille des micelles ou aggrégats. I1 peut être prévu un temps préparatoire, au cours duquel la fréquence et/ou l'intensité de l'excitation ultrasonore sont choisies pour assurer l'homo- généité initiale de l'échantillon. En cours de mesure, la fréquence et/ou l'intensité de cette excitation peuvent être en outre déterminées pour assurer le maintien des micelles et aggrégats de coagulation en suspension quasi-henogène, pour éviter l'influence pertur- batrice des surfaces de séparation entre phases à échelle macroscopique, cause de réflexions ou réfractions parasites. Enfin, l'évolution des changementsde phase peut être suivie sous forme purement cinétique par le truchement des variations du paramètre considéré dans l'ensemble de l'échantillon, et éventuellement en considérant les modifications géomètriques liées à la formation ou disparition du coagulum. Quel que soit son mode de mise en oeuvre, le procédé conforme à l'invention a pour avantages essentiels d'une part d'éviter toute introduction d'un corps étranger dans l'échantillon, dont le volume et la dilution peuvent être quelconques, et d'autre part d'être indifférent aux éventuelles anomalies de viscosité, couleur ou résistivité de cet échantillon, puisque la nature et la forme des mesures proposées éliminent tout problème d'étalonnage initial. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte en combinaison un générateur d'énergie ultrasonore, des moyens pour appliquer à l'échantillon au moins une fraction de l'énergie engendrée, des moyens de détection sensibles aux variations d'au moins un paramètre de propagation de ladite énergie dans ledit échantillon, et des moyens pour l'affichage, l'enregistrement et/ou l'exploitation des mesures. Le générateur peut être couplé à l'échantillon et aux moyens de détection par l'intermédiaire d'un bain de liquide maintenu de préférence à température constante, comme l'exigent la plupart des mesures en cause. Enfin, le résultat des mesures peut être de type analogique - par exemple par visualisation sur écran cathodique de l'état de 11 échantillon constaté par échographie - et/ou de type numérique Dans tous les cas, le facteur temps peut être commodément pris en compte en utilisant une excitation ultrasonore pulsée à une fréquence de récurrence constante et en dénombrant les impulsions par exemple jusqu'à obtention de la plus grande différence ou de l'identité de deux impulsions consécutives ayant traversé l'échantillon, selon que le point d'inflexion ou le plateau de la courbe sigmotde d'une lyse ou coagulation doit tre déterminé. Dans un tel cas, les résultats des mesures peuvent être directement exploités sous forme numérique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de mise en oeuvre nullement limitatifs, tous relatifs à l'application principale de 1' q invention, à savoir les divers tests et mesures couramment pratiqués en laboratoire pour déterminer les caractéristiques de la coagulation du sang. Il reste toutefois bien entendu que l'invention pourrait être utlisée avec avantage pour d'autres applications par exemple pour l'étude de processus de lyse inverse, ou la surudUlance du fractionnement de micro-structures organiques. L'examen de la coagulation du sang peut faire appel à des mesures de types très divers, par exemple temps de Quick, céphaline/kaolin ou thrombine, dosage des facteurs ou du fibrinogène, consommation de prothrombine, tests de von Kaulla ou de Fernley etc..., qui ont pour points communs de mettre en oeuvre un échantillon de sang convenablement conditionné par séparation centrifuge des éléments figurés et éventuellement du fibrinogène pour fournir un plasma ou sérum qui peut être additionné d'un réactif tel qu'un extrait d'organes, un dérivé de la prothrombine ou des phospholipides, des minéraux dont le chlorure de calcium. Pour la mise en oeuvre des mesures classiques, le volume de l'échantillon est généralementde l'ordre de 100 à 200 ml, qu'il soit ou non additionné de réactif.Les mesures durent ou bien de 15 à 90 secondes avec lecture toutes les secondes, ou bien de 2 à 10 minutes avec lecture toutes les 15 à 30 secondes. Enfin, l'échantillon doit impérativement être maintenu à une température constante de 37 C, à l'aide d'un bain thermostaté. Cette grande variété des types de mesure, des modes de préparation de l'échantillon comme les anomalies dont il peut être le siège s'opposent à l'au- tomatisation des mesures que laisseraient souhaiter le conditionnement normalisé de l'échantillon et la fréquence des relevés nécessaires. L'invention vise précisément à supprimer ces con train tes pour permettre des mesures entièrement automatiques dont les résultats puissent être exploités sous toute forme désirée. Pour ce faire, il convient en premier lieu d'utiliser un agent de mesure qui soit indifférent au volume, au mode de conditionnement et aux éventuelles anomalies de l'échantillon à étudier. Il s'est avéré qu'une excitation ultrasonore de fréquence et intensité appropriées satisfait à ces critères, et peut être commodément mise en oeuvre grâce à l'immersion de l'échantillon dans un bain thermostaté, requise pour d'autres raisons. Il convient ensuite d'exploiter cet agent de mesure de manière à s'affranchir de toute nécessité d'étalonnage préalable et donc, d'éliminer toute influence des anomalies. Les mesures du type différentiel - dans l'espace ou dans le temps - satisfont à cette condition, puisqu'elles ne prennent en compte que les variations du phénomène observé. Or, ces variations reflètent la cinétique du processus de coagulation, qui constitue l'objet propre de l'examen. Il convient enfin de pouvoir présenter le résultat de ces mesures sous toute forme intelligible désirée, analogique et/ou numérique, en faisant tintez venir comme il se doit le facteur temps, et en se réservant la possibilité d'un tri automatique des échantillons. Pour ce faire, l'utilisation d'une excitation pulsée est particulièrement intéressante. En conséquence, dans un exemple préféré de réalisation, un dispositif conforme à l'invention comprend un bain thermostaté dans lequel est plongé un réceptacle contenant l'échantillon à examiner et sur lequel agit un générateur d'ondes ultrasonores - par exemple du type à-magnétostriction - à fréquence relativement basse - par exemple limitée à quelques dizaines de kilohertz - afin d'éviter tout phénomène nuisible de cavitation, de réflexion ou réfraction parasite, compte-tenu de la taille des aggrégats.Ce générateur est avantageusement couplé à un oscillateur électronique piloté par un circuit relaxateur, de manière à engendrer au sein du bain des impulsions calibrées en amplitude et durée se succédant à une fréquence de récurrence constante, de préférence avec un rapport cyclique élevé (par exemple, une impulsion durant un centième de seconde chaque dixième de secondes. Enfin, les parois du récipient délimitant le bain sont de préférence agencées pour absorber intégralement les ondes incidentes, afin de supprimer tout phénomène d'écho, et les interférences corollaires. Dans le même bain est immergé un ensemble de détection et mesure comprenant au moins un capteur dont la nature et la disposition correspondent à la géomètrie du dispositif comme au paramètre de propagation observé. Si par exemple la mesure concerne la fraction réflécmie ou diffusée par l'échantillon d'un faisceau d'ondes dirigées, un capteur de type pièzoélectrique peut autre disposé dans le bain à l'angle relatif voulu par rapport au générateur et à 1' échantillon, et activé par des circuits appropriés uniquement pendant les périr des d'émission, notamment dans le cas de mesures séquentielles portant sur plusieurs échantillons différemment disposés dans le même bain et irradies par le même générateur. Si la mesure est de type différentiel spatial, il suffit d'immerger dans le même bain un autre capteur disposé pour recevoir directement du générateur des ondes non interceptées par un échantillon. Si la mesure est de type différentiel temporel, il suffit de coupler chaque capteur à des circuits de mémoire permettant la comparaison de deux impulsions successives au moins. Dans ce dernier cas, le point d'inflexion de la sigmutde de coagulation peut être déterminé par voie incrémentale (plus grande différence entre deux impulsions consécutives), tandis que son plateau se traduit par l'identité d'impulsions successives (ou l'annulation de 1' incrément). On remarquera que dans tous les cas la période de récurrence des impulsions d'excitation peut fournir la référence de temps des mesures, par simple dénombrement des impulsions. Ces modes de réalisation particulièrement simples se prêtent notamment aux déterminations quantitatives portant sur un grand nombre d'échantillons trai tés de manière automatique, les résultats des mesures étant enregistrés sous forme numérique. D'autres modes de réalisation plus élaborés pourraient permettre en outre des déterminations qualitatives pour l'analyse fine des phénomènes en temps réel ou a posteriori, avec présentation des résultats des mesures sous une forme analogique et/ou syhthétique, par exemple par emploi des techniques d'écographie avec visualisation sur écran cathodique couleur, après traitement informatique si besoin est. Dans ce cas, il pourrait être intéressant d'assurer l'exploration des échantillons soit par balayage d'un faisceau d'ondes très directionnel, soit par activation séquentielle de capteurs disposés en réseau. Il pourrait également être utile de moduler la fréquence des ondes ultrasonores pour mettre en évidence la distribution des dimensions des aggrégats, ce même résultat pouvant aussi bien être obtenu par l'emploi simultané ou séquentiel de générateurs rayon- nant à des fréquences discrètes différentes et de jeux de capteurs sélectivement accordés sur ces fréquences. La réalisation concrète d'un dispositif de l'un quelconque des types susmentionnés dépend évidemment du nombre et de la nature des mesures à effectuer. Ainsi, en milieu hospitalier, l'examen de routine de paramètres bien définis portant sur un grand nombre d'échantillon implique l'emploi d'un dispositif pourvu de moyens automatiques de conditionnement, manipulation, mesure et enregistrement. Par contre, en laboratoire de recherche biologique, un dispositif d'utilisation plus souple (fréquence règlable, configuration adaptable...) capable de mesures plus variées présentées sous une forme plus complexe (échographie ou image synthétique...) sera préféré pour sa versatilité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de mise en oeuvre décrits ou mentionnés à titre d'exemples, mais au contraire comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux spécifiés, considérés séparément ou en combinaison et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V EN D I G A TI O N 5 1. Procédé pour l'examen en laboratoire de changements de phase dans un échantillon d'une suspension colloïdale ou d'un gel, applicable notamment aux mesures et tests de la coagulation du sang, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre l'échantillon à une excitation ultrasonore continue ou récurrente dont la fréquence et/ou l'intensité sont adaptées à la nature et au volume dudit échantillon, et à assurer la détection et/ou suivre l'évolution de changements de phase en son sein par mesure depuis l'extérieur des variations d'au moins un paramètre de propagation de l'excita- tion dans l'échantillon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'excitation ultrasonore est appliquée sous forme radiante sur la surface libre de l'échantillon ou a travers son réceptacle, avantageusement plongé dans un bain liquide. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la mesure du paramètre précité est effectuée en mode différentiel. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'excitation ultrasonore est effectuée sous forme d'impulsions calibrées récurrentes, et en ce que la mesure des variations du paramètre précité inclut la détection de la plus grande différence et/ou de l'identité de deux impulsions sucessives. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce la fréquence de récurrence des impulsions est constante et en ce que les mesures de temps sont effectuées par dénombrement desdites impulsions. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un temps préparatoire au cours duquel la fréquence et/ou l'intensité de l'excitation ultrasonore sont choisies pour assurer l'homogénéité initiale de l'échantillon. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant les mesures, la fréquence et/ou l'intensité de l'excitation ultrasonore sont choisies pour assurer le maintien en suspension quasi-homogène des micelles ou aggrégats. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un générateur d'énergie ultrasonore et des moyens associés de modulation, conditionnement et/ou balayage pour appliquer à l'échantillon au moins une fraction de ladite énergie pendant au moins certaines fractions du temps d'examen, au moins un capteur sensible aux variations d'un paramètre de propagation de l'énergie ultrasonore au sein de l'échantillon, et des moyens associés pour la conversion, l'exploitation, l'affichage et/ou l'enregistrement des mesures fournies par ledit capteur au cours du temps d'examen. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'échantillon est placé dans un réceptacle plongé dans un bain thermostaté, dans lequel sont immergés le générateur et le capteur précités. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour la conversion, l'exploitation, l'affichage et/ou l'enregistrement des mesures comprennent des circuits de traitement de l'information assurant la présentation des résultats sous forme synthétique, numérique ou analogique et notamment échographique.