Brevet FR2402196A1 — publié le 19790330

La présente invention concerne un : Densimètre pour le dosage quantitatif de fractions protéiques séparées par électrophorèse, particulièrement pour le diagnostic clinique. L'objet de lginvention se rattache notamment au secteur technique de la mesure de liquides, en particulier le sang ou ses composants. La présente invention se réfère à un densimètre, clest-à-dire à un appareil servant à doser llintensité de coloration de substances réparties sur un support. En particulier, cet appareil est capable de doser quantitativement les fractions protéiques d'un liquide donné particulier, par exemple du sang, séparées par électrophorèse, généralement dans un but de diagnostic clinique. En se référant en particulier au domaine du diagnostic clinique, on sait que I 'électrophorèse est une recherche de la variation quantitative de quelques protéines sériques. Dans cette étude une certaine quantité de sérum (dont on a au préalable dosé la teneur protéique totale) est déposée sur un support, par exemple d acétate de cellulose. En appliquant une différence de potentiel donnée et en utilisant des cellules spéciales d'électrolyte, les protéines sériques migrent le long du support à une vitesse différente en fonction de leur charge électrique, de leur poids, de leurs dimensions, etc..... La bande ou support est alors "développée"par immersion dans une solution d'un colorant spécifique qui, se fixant sur les protéines met en évidence les fractions selon lesquelles les protéines se sont divisées et sur la base de l'intensité de la coloration, on obtient le dosage quantitatif des protéines elles-mêmes. En particulier, sur un support d'acétate de cellulose, les protéines peuvent se subdiviser en cinq groupes : albumine et, alpha I, alpha 2, beta et gamma globulines. Le dosage quantitatif des différentes fractions mises en évidence sur la bande est confié à un densimètre qui mesure de la coloration et qui effectue le calcul en pourcentage et/ou le calcul absolu de chaque groupe des protéines présentes. Les densimètres actuels peuvent autre représentés schématiquement comme suit: un système de translation horizontal à vitesse constante fait passer le support à travers une source lumineuse monochromatique et une cellule photo-électrique, dont la sortie, proportionnelle à la coloration, donc à la concentration des protéines, est appliquée à un enregistreur po tenticmétrique Xi, (sur les ordonnées duquel sont tracées les ordonnées optiques, en fonction de la mobilité des protéines), ainsi qu a un système de calcul qui, en individualisant les minima d'absorbtion lumineuse, élabore les données et transmet à un viseur ou à une imprimante directement les pourcentages et/ou les g/100 ml de chaque fraction protéique.Les densimètres actuels ne spécifient pas à quelle fraction ou groupe se réfèrent de telles données (pourcentages ou g/100 ml) et l'opérateur est donc chargé de jumeler les données numériques avec la fraction particulière ou le groupe protéique. De plus, dans quelques cas pathologiques, le nombre des fractions dans lesquelles les protéines se subdivisent peut être supérieur aux cinq fractions habituellement rencontrées (albumine et alpha 1 alpha 2, beta et gamma globulines) ; cela signifie qutune fraction ou plus s'est sous-fractionnée. Les densimètres connus n'indiquent pas laquelle des fractions s'est sous-fractionnée et cette détermination est donc subordonnée à l'intervention de ltopérateur et à son habileté et experience. En outre, les densimètres traditionnels sont munis d'échelles de sensibilité différentes, pouvant être sélectionnées par ltopérateur, pour adapter l'instrument à l'intensité de coloration des tracés lorsqutils sont trop ou trop peu colorés. D'où la nécessité d'effectuer parfois plusieurs enregistrements avant de trouver la sensibilité adéquate. Un but de la présente invention est de réaliser un densimètre qui soit en mesure de reconnaître avec une très grande probabilité les différentes fractions et sous-fractions de protéines sur la base de leur mobilité et de les indiquer par les lettres universellement adoptées pour identifier les différentes fractions protéiques. Un autre but de la-présente invention est de réaliser un densimètre en mesure de mettre en appendice aux lettres de reconnaissance les indications(+) ou (-) indiquant que la fraction examinée a une valeur supérieure ou respectivement inférieure à la normale. Encore un autre but de la présente invention est de réaliser un densimètre se servant d'une imprimante à aiguilles aussi bien pour le tracé du graphique que pour l'écriture des informations alpha-numériques. Un autre but de la présente invention est de réaliser un densimètre qui se prête avec des modifications évidentes à présenter sur un moniteur la courbe d'absorption et les données tracées ainsi qu'à recevoir à l'entrée les données tracées sur un clavier différent de celui qui-est essentiellement numérique avec lequel il est équipé. Un but ultérieur de la présente invention est de réaliser un densimètre très compact, efficace, et dlune utilisation facile. Ces buts, ainsi que d'autres qui seront mieux montrés par la description détaillée qui suit, sont atteints dans un densimètre caractérisé essentiellement par le fait que le dispositif de traçage est une imprimante avec tete à aiguilles et que le lecteur et l'imprimante sont commandés par des moteurs pas-àpas agissant à travers un micro-calculateur comprenant au moins un micro-processeur. L'invention sera mieux comprise par la description qui suit donnée à simple titre d'exemple, donc non limitative, d'une forme préférée de réalisation illustrée dans le dessin annexé où la figure 1 montre le schéma fonctionnel du densimètre selon l'invention. La figure 2 représente une vue en plan schématique du lecteur de tracés mobiles dans deux directions orthogonales entre elles au moyen de moteurs pas-à-pas commandés par une calculatrice. La figure 3 montre une vue dans le sens du lecteur prive dans le sens de la flèche III avec quelques pièces connexes pour des raisons de clarté. Si l'on se réfère aux figures, 1 indique le support, par exemple cn acétate de cellulose, sur lequel sont présent un ou plusieurs tracés d'électro,phorèse, chacun desquels correspondant à l'analyse des protéines appartenant à des sérums différents. Le support 1 est monté sur un châssis 2 muni de deux lames élastiques qui en retiennent les extrémités. Le support 1 monté sur le châssis 2 est enfilé dans des guides fixes 3 et en fin de Course, un micro-rupteur 4 assure la fermeture et peut permettre la préparation au fonctionnement du densimètre. Avec le support 1 ainsi disposé, on peut commencer l'exploration de la première bande electro-phorétique par le lecteur, repérée dans son ensemble par le chiffre 5, comportant un bâti fixe substantiellement en U, dont la base est reperée par le chiffre 6, tandis que ses bras sont repérés respectivement par les chiffres 7 et 8.Sur le bras 7 est fixé un moteur pas-à-pas 9 entraînant une vis sans fin 10, dont l'autre extrémité tourne librement dans l'autre bras 8 La vis 10 traverse un trou comportant un filetage correspondant prévu dans un bloc 11 solidaire d'un chariot 12 monté coulissant dans des glissières de haute précision 13 fixées le long de bords parallèles de la base 6. il est évident que l'entraînement de la vis 10 fait exécuter au chariot 12 les mouvements dans le sens A, sens qui correspond à l'explo- ration des tracés électro-phorétiques. Le chariot 12 présente une forme substantiellement en L, dont la base est indiquée en 14 et dont l'aile verticale est repérée en 15. L'aile 15 supporte un moteur pas-à-pas 15A actionnant une vis faisant saillie 16 traversant un trou avec filetage correspondant dans un bloc 17 solidaire d'un second chariot 18. Ce second chariot se déplace le long de glissières de precision 19 sur la base 14 du premier chariot 12. Le second chariot 18 présente une forme substantiellement en C (voir figure 3) dont la base 20 présente une source lumineuse monochromatique ou non 21 ayant une partie optique (condenseur) 21A dont l'aile opposée 22 présente en confidence avec la source 21, un transducteur photo-électrique 23, par exemple une cellule photo-é,Iectrique ou une photo-diode. Il resulte de ce qui précède que le second chariot peut se déplacer perpendiculairement au premier. Ce mouvement perpendiculaire permet la lecture de tracés successifs parallèles au premier.Le densimètre selon l'invention est en outre équipé d'une imprimante 24 servant à imprimer sur papier, par exemple sensible aux chocs, non seulement la courbe de la densité optique ou de l'absorption lumineuse correspondant à la bande électro-phorétique analysée de temps en temps, mais également une série de données comme : la date, le numéro de référence, la densité optique maximale, le type de fraction protéique, le pourcentage de cette dernière ; les valeurs ncrmales des protéines et autres données pouvant servir à l'opé- rateur. L'imprimante utilisée est du type DMTP-6 de Practical Automation Inc. de Trap Falls Road, Shelton, Connecticut 06484, U.S.A., citée dans le bulletin 911. Une telle imprimante est munie d'une tête imprimante magnétique 25 à 7 aiguilles DM 101 et l'avance du papier est confiée à un moteur pas-à-pas 28. Dans l'imprimante habituelle, la commande de la tête 25 est confiée à un moteur synchrone, tandis que dans l'exécution prévue ici, ce moteur est remplacé par un moteur-pas-à-pas 29 et également l'interface électronique est remplacée par une autre adaptée à la fonction diverse de l'imprimante, c'est-à-dire à la présence des moteurs pas-à-pas, à la commande d'une seule aiguille de la tette de l'imprimante, dans la phase de tracé du graphique, et à l'écriture de- symboles divers comme ceux de l'alphabet grec, dans la phase d'écriture. Le densimètre comprend également un clavier 30 pour l'enregistrement manuel des données auxquelles il sera fait allusion dans la suite.Le clavier 30 est relié à une interface électronique d'entrée (mémoire centrale des données ou data input) -31 également reliée au transducteur photo-électrique 23 par l'intermédiaire d'un convertisseur de tension fréquence 32 et à un compteur d'entrée (input counter) 33. A l'interface 31 sont reliés également : a) les différents dispositifs de contrôle comme le microrupteur 4 et les micro.rup- teurs 35, 36, 36A de commencement et de fin de course des chariots 12, 18 du lecteur 5 ; b) l'imprimante 24 ; c) les moteurs pas-à-pas 9 et 15A du groupe lecteur faisant l'objet des figures 2 et 3 ; d) les diodes émettrices de lumière (leds) 37 qui indiquent l'état de fonctionnement du densimètre ainsi que lesÎindica- teurs visuels ou viseurs (display) 38 L'interface 31 est reliée à une micro-calculatrice 39 constituée d'une fiche électronique 39A du type SPC 80/10 produite par la Intel Corporation de SANTA CLARA, Californie, USA et comprenant une calculatrice CPU reliée à une mémoire rapide programmable ROM, avec mémoire programmée RAM et deux horloges à une fréquence différente 40, 41. La calculatrice CPU est reliée à une interface électronique de sortie (data output) 42 qui est à son tour reliée avec :a) les moteurs pas-à-pas 9, 15A du lecteur faisant l'objet des figures 2,3 ; b)avec les moteurs pas-à-pas 28, 29 et la tête 25 de l'imprimante 24 ; c) avec le clavier 30 ; d) avec le viseur 38 et les leds 37. Le fonctionnement est le suivant Supposons qu'un support 1 à plusieurs bandes électro-phorétiques parallèles soit monté dansle densimètre, comme cela a déjà été décrit et que les deux chariots 12 et 18 se trouvent à leur position de commencement de course, c'est-à-dire que le premier chariot 12 soit déplacé à fond et à gauche et le second 18 à fond et en haut (en se référant à la figure 2). L'opérateur enregistre successivement sur le clavier les données suivantes a) la date du jour en enfonçant les touches numériques correspondantes et le signe d'intervalle nécessaire 50, puis la touche "IN" de façon à mémoriser les données b) la longueur du tracé électro-phorétique préalablement mesuré en millimètres (ainsi que la touche pour la virgule - repère 50 aux positions nécessaires) puis la touche "IN". c) L'entr'axes entre les tracés électro-phorétiques (s'il y a plus de l'unité sur le support 1) puis la touche "IN". d) Le nombre de tracés que l'on veut analyser puis la touche "IN". e) Le numéro d'ordre ou de référence que l'on veut affecter à chaque tracé électro-phorétique individuel, en enfonçant après chaque nombre, la touche "IN". f) La valseur des protéines totales (préalablement déterminée par une autre méthode connue d'analyse) pour chaque tracé électrophorétique, en enfonçant alors, après chaque valeur, la touche rrIN". Lorsque les dernières données ont été introduites, la microcalculatrice 39 met en route le moteur pas-à-pas 9, ce qui fait que le premier chariot 12 se déplace vers la droite, si l'on se réfère à la figure 2, à une vitesse régulière grâce à la commande appropriée fournie au moteur pas-à-pas 9. Le mouvement s'arrête lorsque le déplacement colncide avec la longueur enregistrée du tracé électro-phorétique. Ensuite le mouvement est inversé, toujours à une vitesse régulière. Pendant cette phase de retour se produit une première exploration du tracé électro-phorétique. Le convertisseur 32 émet des fréquences différentes suivant l'absorption différente du faisceau lumineux. De telles fréquences sont introduites dans la mémoire d'entrée 31- à travers le compteur d'entrée 33 et constituent la mesure de la densité optique (ou de l'absorption lumineuse) instantanée du tracé électro-phorétique analysé. Si la valeur maximale des densités optiques dépasse la valeur au-delà de laquelle il ne subsiste pas de proportionnalité directe entre l'absorption de la lumière et la concentration de la substance (c'est-à-dire de la protéine) la micro-calculatrice 39 linéarise la courbe d'absorption (concentration) jusqu a un maximum de D,O. = 3 et emmagasine ces données dans la mémoire ROM associée et programmée dans ce but. Toujours au cours de cette course de retour, l'interface d'entrée 31 fournit à la calculatrice les informations pour la détermination d'une moyenne mobile pour établir la position des minima de la courbe d'absorption. En outre, la micro-calculatrice détermine le zéro des ordonnées, c'est-à-dire la position de l'axe X sous forme de moyenne de la lecture au commencement et à la fin de la bande électrophorétique et emmagasine ces données dans la mémoire ROM. Lorsque cette course active est terminée, commence une course en sens opposé, appelée seconde course active, au cours de laquelle est dessinée sur le papier de l'imprimante, la courbe du tracé électro-phorétique (c'est-à-dire la courbe d'absorption lumineuse) et à la fin de celle-ci, les données ou informations, sous forme alpha-numérique, qui sont tirées de l'analyse du tracé électro-phorétique. Au cours de la seconde course active, les moteurs 9, 28, 29 sont actionnés par la micro-calculatrice à des vitesses variables mais en corrélation. En particulier, la vitesse du moteur 9 diminue dans les zones de plus grande absorption lumineuse ; le moteur 28 est synchronisé avec le moteur 9, tandis que le moteur 29 de la texte 25 tourne à une vitesse substantiellement inverse de celle des moteurs 9 et 28. Aux minima d'absorption, la microcalculatrice agit en arrêtant pendant un très bref laps de temps les moteurs 9 et 28 tandis qu'elle donne de la vitesse au moteur 29 pour le tracé de courts segments parallèles à l'axe Y de la courbe. Toujours à cette phase, six des sept aiguilles de la tête ne fonctionnent pas, ce qui signifie que l'on affecte à une seule aiguille le tracé de la courbe. En outre, s'effectue au cours de cette phase une nouvelle moyenne mobile pour déterminer les minima qui sont comparés avec ceux qui sont mémorisés lors de la première course active pour commander l'imprimante de façon à avoir une courbe effective et non pas fictive. En correspondance avec les minima, l'imprimante trace comme nous l'avons déjà dit des lignes parallèles à l'axe Y du plan cartésien dans lequel se trouve la courbe.Le mouvement longitudinal du lecteur 5 s'arrête lorsqu'on a atteint les données enregistrées, relatives à la longueur du tracé, et le moteur pas-à-pas tranversal ISA qui comporte le lecteur en coîncidence avec le second tracé électrophorétique à analyser intervient selon les modalités déjà décrites. Lorsque le tracé de la courbe est terminé, se produit l'impression des données sous le contrôle de la micro-calculatrice, sur la base des informations disponibles dans les mémoires as sociées. L'impression des données est confiée à l'imprimante 24 au moyen de la tête 25 et dans cette phase on utilise les sept aiguilles et les deux moteurs pas-à-pas 28,29 relatifs en fonction de l'avance du papier et du mouvement de la tête de l'imprimante 25. Les informations transmises à l'imprimante sont dans cet exemple : la date initialement enregistrée sur le clavier 30 ; le numéro d'ordre pré-enregistré; la valeur de la densité optique correspondant au pic le plus élevé de la courbe et déterminé au cours de la première course active du lecteur, les pourcentages rencontrés pour les protéines individuelles avec le nom correspondant et les valeurs normales et les g/100 ml en ajoutant au nom le signe plus ou moins, selon que les pourcentages rencontrés sont supérieurs ou inférieurs aux valeurs normales; le pourcentage total et le poids total ; le rapport-albumine/globuline et une classification des tracés à la suite d'une comparaison-avec quelques tableaux cliniques enregistrés en mémoire. La valeur de la densité optique correspondant au pic le plus élevé est déterminée par la micro-calculatrice par comparaison entre une valeur enregistrée en mémoire et la valeur maximale qui lui est parvenue au cours de la lecture. Les pourcentages rencontrés des protéines individuelles sont obtenus par une opération d'intégration totale de la courbe de densité optique ou d'absorption lumineuse, par une série d'opérations d'intégration partielle de cette courbe entre deux minima consécutifs et par le rapport en pourcentage entre les intégrales partielles et les intégrales totales, en attribuant un rapport à une protéine plutôt qu'à une autre (dans le cas de sous-fractionnement des fractions protéiques) si les deux minima entre lesquels s'opère l'intégration partielle se trouvent sur une longueur de la courbe ou de la bande électro-phorétique sur laquelle il peut seulement y avoir des protéines d'un groupe donné (c'est-à-dire du groupe des albumines, des alpha-globulines et ainsi de suite). Les poids sont déterminés en multipliant les fractions individuelles en pourcentages avec le poids total des protéines enregistrées sur-le clavier. Le rapport albumine/globuline est une opération immédiatement prévisible comme le sont les autres données. Si dans les mémoires associées à la micro-calculatrice sont accumulées des données relatives à des cas pathologiques bien identifiés, il est possible de comparer au moyen de la calculatrice de telles données avec celles résultant de l'analyse particulière et d'en tirer des indications sur l'existence d'une pathologie ou de pathologies déterminees, pouvant être indiquées sur le papier par l'imprimante. Bien qu'une seule forme de realisation de l'invention ait été décrite, il est facile pour un expert de la branche, parvenu ici en possession de l'idee inventive, d'imaginer de nombreuses variantes et modifications qui doivent cependant être consdé- rées toutes comme comprises dans le domaine de l'invention elle-même. Ainsi l'invention est applicable à la lecture des tracés sur n'importe quel support exigeant ou non une exploration par transparence ou reflex in et/ou un développement chromatique au moyen de colorants. REVENDICATIONS 7, Densimètre pour l'analyse de tracés électro-phorétiques, en particulier pour les applications de diagnostics, appareil comprenant un lecteur mobile par rapport au tracé électro-phorétique, un dispositif. pour le tracé de courbes d'absorption (ou de densité optique), et un dispositif de calcul des pourcentages ou des valeurs absolues de chaque fraction de la bande électrophorétique, caractérisé par le fait que le dispositif de tracé est une imprimante avec tête à aiguilles et que le lecteur et l'imprimante sont commandés par des lecteurs pas-à-pas au moyen d'une micro-calculatrice comportant au moins un micro-processeur. 2. Densimètre selon la revendieation 1, caractérisé par le fait que l'exploration du tracé électro-phorétique, au moyen du lecteur, s'effectue pendant deux courses actives du lecteur lui-même, une à vitesse constante, l'autre à vitesse variable. 3. Densimètre selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le lecteur comporte un second moteur pas-à-pas pour son passage de l'analyse d'un tracé, à d'autres tracés paral lèles situés sur le même support. 4. Densimètre selon les revendications 1, 2, 3, prises ensemble, caractérisé par le fait que le lecteur comporte un premier chariot actionné par le premier moteur pas-à-pas, au moyen d'un accouplement à vis sans fin, ainsi qu'un second chariot supporté par le premier et actionné par le second moteur pas-à-pas, monté sur le premier chariot. 5. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le second chariot comporte des moyens d'exploration du tracé électro-phorétique avec une source lumineuse et un transducteur photo-électrique. 6. Densimètre selon l'une quelconque desrevendieations 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que le signal provenant du transducteur est appliqué à un convertisseur tension/fréquence à-travers un compteur d'entrée et une interface électronique d'entrée à une micro-calculatrice associée à des mémoires program muées, micro-calculatrice qui, par une interface électronique de sortie commande les moteurs pas-à-pas et la tête imprimante. 7. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que dans la seconde course active, les moteurs du lecteur et de l'imprimante sont actionnés à une vitesse variable, en corrélation avec l'absorption.