Brevet FR2410270A1 — publié le 19790622

L'invention a pour objet un appareil de détection et de dénombrement des éléments constitutifs d'un tissu. D'une manière générale. ces éléments se présentent sous deux grandes formes : des éléments fibrillaires intercellulaires (collage ne, réticuline, elastine) et des éléments granulaires (cellules ou noyaux des cellules3. Les diamètres de ces dernières varient de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres. L'étude quantitative des structures histologiques porte à la fois sur la quantité de ces éléments et sur leur mode de groupement, qui donne à chaque tissu, normal ou pathologique, sa structure propre, dont les motifs ont une dimension de l'ordre du mm. Une méthode simple consiste à déterminer la densité des éléments étudiés tclest- -dire la proportion de la surface occupée par ces éléments) dans de nombreux champs de petites dimensions, afin d' obtenir un histogramme de la fréquence de répartition des champs de différentes densités. Cette méthode a été utilisée depuis quelques années pour l'étude du tissu osseux ou du tissu cartilagineux. Dans l'article de L. Auquier, J. Mignot, J.B. Paolaggi, A. Bergue et E. Baviéra, intitulé "Etude histomorphométrique des disques invertébraux', publié dans INSERM, Colloque de synthèse 1975, Série Action Thématique, Rapport No S Physiopathologie de l'articulation, Années 1972-1973-1974, on a décrit l'application de cette méthode à l'étude histologique des disques intervertébraux et un appareil utilisé pour la mesure des densités des fibres collagènes.Cet appareil repose sur le principe connu de l'analyse linéaire d'une image microscopique, qui consiste à mesurer, le long d'une ou de plusieurs droites prises au hasard dans le plan de la préparation étudiée, le pourcentage des longueurs traversées par la structure considérée. Dans l'appareil décrit, la ligne de mesures est matérialisée par le déplacement de la préparation sur la platine du microscope, grâce à un moteur électrique dont la vitesse est parest faitement contrôlée. L'image de la préparation/projetee par le microscope sur un écran translucide, dont le centre est occupé par un photodétecteur au silicium. Ce dernier mesure l'intensité lumineuse après chaque déplacement d'un micron de la préparation.Le passage des fibres collagènes se traduit par une diminution importante de l'intensité lumineuse en raison du grand contraste de la coloration adoptée. Le nombre des impulsions électriques ainsi engendrées est proportionnel aux longueurs des traversées des fibres collagènes. Par comptage des impulsions recueillies le long de segments successifs de longueur prédéterminée de la ligne de mesures, 140 microns par exemple), et par classement, en vingt classes par exemple, des densités élémentaires ainsi mesurées, 1' appareil détermine finalement la courbe de répartition des fréquences cumulées des différentes classes de densités. Cette courbe facilite le diagnostic anatomo-pathologique des lésions humaines ou animales. La présente invention a pour objet un appareil du type susvisé, muni de perfectionnements qui permettent de supprimer certaines causes d'erreur, et d'effectuer en un temps très court (3 minutes par exemple) , l'exploration d'une préparation histologique suivant plusieurs lignes représentant une longueur totale importante t20 mm par exemple). La simplicité de conception de cet appareil, sa rapidité et sa facilité d'emploi autorisent son utilisation dans des travaux de routine. Selon une particularité importante de l'invention, l'organe photo-détecteur de l'appareil comporte une barrette de cellules disposée perpendiculairement à la direction principale de déplacement de la préparation et l'appareil comporte une mémoire dans laquelle les signaux d'analyse des cellules sont stockés suivant plusieurs colonnes correspondant à plusieurs pas dudit déplacement principal, des moyens étant prévus pour synchroniser ce dernier sur la cadense d'analyse de la barrette. Dn définit ainsi un champ de comptage comportant un grand nombre de points et mobile, de façon continue et automatique, le long de la ligne étudiée. Ceci facilite les études de répartition de densité par comptage et la distinction entre les éléments fibrillaires intercellulaires Clequels se traduisent par des séries de points jointifs] et les noyaux cellulaires (lesquels, s' il advient accidentellement qu'ils soient colorés par le colorant des fibres, se traduisent par de petits groupes de points isolés3. Suivant un mode d'exécution préféré de l'invention, les signaux d'analyse des cellules sont appliqués à un circuit dérivateur et la dérivée est comparée à un seuil prédétermine et numérisée pour être stockée en mémoire lorsqu'elle est supérieure audit seuil. Suivant une autre particularité de l'invention, plusieurs compteurs sont associés à la mémoire de façon à compter les points correspondant respectivement à la totalité et à des fractions décroissantes de la surface de celle-ci, et des moyens de déterminer la répartition des fréquences cumulées de différentes classes de densité sont conjugués à chacun desdits compteurs. D'autres particularités, ainsi que les avantages de 1' invention, apparaitront clairement à l'aide de la description ciaprès. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma général de principe d'un appareil conforme à l'invention et la figure 2-illustre un mode d'exécution préféré de 1' ensemble de compteurs qui servent à l'exploitation des signaux stockés en mémoire. A la figure 1, on a représenté un microscope 1 associé à une lampe 2 qui éclaire une préparation placée sur la platine 3 du microscope. Celle-ci se déplace dans deux directions orthogonales sous là commande de deux moteurs électriques pas à pas 4 et 5 eux-mêmes commandés par un dispositif électronique d'asservissement 6. A titre d'exemple, le microscope est muni d'objectifs à sec de grossissements propres 2,5 , 5, 10, 25 et 40, associés à un oculaire de projection permettant d'obtenir une image agrandie 500 fois au maximum. Les déplacements sont de l'ordre du cm et le spot d'exploration sur la préparation a une taille de l'ordre du micron. La vitesse de déplacement Est de l'ordre de 50 à 100 microns par seconde. Le dispositif 6 est agencé pour programmer les déplacements suivant trois données : longueur de balayage d'une ligne, 2 à 20 mm par exemple, (suivant la direction définie par le moteur 43 ; distance séparant deux lignes et nombre de lignes (moteur 5). L'image est projetée par l'intermédiaire de deux prismes accolés 9 et d'un miroir 10 sur un écran de contrôle 7 qui permet de surveiller la mise au point optique. Comme on le verra plus loin, les signaux détectés et les signaux stockés en mémoire sont simultanément visualisés sur l'écran d'un oscilloscope cathodique 6, ce qui permet d'effectuer en pernanence la comparaison de l'image électronique détectée et de l'image optique. L'image est par ailleurs formée sur une barrette 11 constituée par exemple de 64 photo-diodes au silicium, disposée dans le plan image perpendiculairement à la direction des lignes. A titre d'exemple, la portion d'image formée sur la barrette correspondant à une bande du champ exploré de 1 micron de largeur et de 64 microns de longueur, perpendiculaire à la direction des lignes; cette portion se déplace le long de la ligne sont. explorez par pas oe n micron. four chaque bande, 64 informations/ emmagasinées dans la barrette, correspondant respectivement aux soixante-quatre photo-diodes de celles-ci. A cet effet, la barrette Il est associée. à un circuit d'exploration séquentielle 12 excité par une horloge 13. Celle-ci émet des impulsions, par exemple à la fréquence de-100 KHz et le circuit est agencé pour fournir, à partir de chaque impulsion d'horloge, soixante-quatre impulsions qui permettent d'explorer les soixante-quatre diodes successives. Un tel circuit est par exemple du type commercialisé par la société RETICDN CORPORATION sous la référence RL-64P. On recueille, à la sortie du circuit 12, un signal vidéo modulé par des trains de soixante-quatre impulsions d'amplitude proportionnelle à l'intensité lumineuse en chacun des soixante-quatre points de la bande explorée. A chaque impulsion d'horloge, le circuit 6, synchronisé par l'horloge 13, commande l'avance d'un pas du moteur 4. Pour chaque préparation, une pré-exploration, dans laquelle les déplacements sont commandés manuellement, permet de déterminer la longueur des lignes à explorer. Le dispositif 6 peut alors etre programmé pour fixer les instants où une avance du moteur 5 doit être déclenchée pour passer d'une ligne d'exploration à la suivante, ainsi que le nombre de lignes. La réalisation d'un circuit programmable 6 approprié à la commande des moteurs est à la portée de 1' homme de l'Art. Le signal vidéo, après amplification en 14, est dérivé dans un circuit 15 et, par ailleurs, appliqué à un détecteur de seuil 16. Le seuil de référence de ce détecteur 16 est réglé en prenant la moyenne des niveaux extrêmes d'amplitude qui sont déterminés au cours de la pré-exploration mentionnée ci-dessus. Le dérivateur 15 est lui-même suivi d'un détecteur de seuil 17, réglé de façon à ne transmettre un signal à sa sortie qu'au moment où le contraste lumineux danse champ exploré dépasse une valeur pré-déterminée (ce qui indique que l'on franchit la frontière d'une fibre). Ce signal fait basculer une bascule bistable 18, laquelle passe ainsi dans un état propre à débloquer une porte 19. Celle-ci transmet, lorsqu'elle est ouverte, les impulsions issues du circuit 12.La bascule 16 est remise dans son état initial par la sortie du détecteur de seuil 16, c'est-à-dire que la ports 19 est bloquée pendant toutes les portions du signal vidéo qui correspondent à des zones claires. Finalement, on recueille, à la sortie de la porte 19, signal comportant une impulsion à chaque passage suffisamment contrasté d'une zone claire à une zone plus sombre. Ces impulsions sont inscrites dans une mémoire 20, suivant la disposition ci-après La mémoire correspond à une matrice de 64 x 64 adresses. Chaque impulsion d'exploration issue du circuit 12 et appliquée à l'entrée 201 incrémente l'adresse d'écriture d'une unité, en commençant par le premier point de la colonne de gauche et en explorant successivement les soixante-quatre points de la colonne de gauche de la mémoire, puis les soixante-quatre points de la colonne suivante, et ainsi de suite. Un point est ou non mis en mémoire (sortie 202 de la porte 193 à chacune des 64 x 64 adresses ainsi explorées, ce qui aboutit à la formation d'une image électronique complète d'une portion de champ de 64 x 64 microns. A chaque pas du moteur 4, la portion de champ mise en m6- moire se déplace de un micron en direction de la ligne d'exploration. La mémoire possède une sortie 203 reliée au tube cathodique 6 qui permet ainsi de visualiser cette image dès qu'une image électronique complète de 64 x 64 adresses est mémorisée. L'opérateur peut alors interdire le transfert sur le dispositif d'exploration 21, de celles des colonnes d'information qui correspondent à des zones du champ où la visualisation de l'image optique et/au de l'image électronique a révélé la présence d'artefacts (tels que déchirures et plis dans la coupe histologique). L'avantage de procéder à une dérivation du signal vidéo avant sa mise en mémoire est que cette opération élimine l'influence des variations éventuelles de la coloration de base de la coupe d'une région à une autre de celle-ci et l'influence de l'appréciation de l'utilisateur relativement au seuil de référence audelà duquel il considère que l'exploration traverse un élément à compter. On va maintenant décrire un mode d'exécution préféré du dispositif d'exploration 21, en se référant à la figure 2. Celui-ci comporte un premier compteur 220, un groupe de quatre compteurs 231 à 234, un groupe de seize compteurs 241 à 256 et un groupe de soixante-quatre compteurs 261 à 324. Le compteur 220 est relié à la mémoire 20 de manière telle que l'ensemble des informations provenant de la matrice de 64 x 64 adresses soit pris en compte. Lorsque 64 x 64 informations ont été prises en compte, il est remis à zéro. Un certain pourcentage de ces informations correspond à des signaux mis en mémoire (impulsions transmises par la porte 193. Ce pourcentage est obtenu en divisant par 4096, dans un diviseur 221, le contenu du compteur 220. Il est comparé, dans un comparateur numérique 222, aux va leurs 12,5 ; 25 , 37,5 , 50 ; 62,5 ; 75 ; 87,5 et 100 et, suivant qu'il est compris entre 0 et 12,5 ; 12,5 et 25, etc..., il est transmis à l'un des huit compteurs 223 à 230.Ceux-ci accumulent ainsi, au cours de l'exploration en plusieurs lignes de la totalité d'une certaine longueur de préparation, un histogramme de la répartition des fréquences des différentes densités en fibres. De leur coté, les compteurs 231 à 234 reçoivent respectivement les informations provenant des quatre portions de la même matrice, définies par les deux médianes de celles-ci, portions correspondant chacune à 32 x 32 adresses. Ils sont chacun suivi d'un ensemble (2310, 2320, 2330 ou 23403 du même type que l'ensemble 221 à 230, c'est-à-dire, comportant un diviseur de pourcentage (effectuant une division par 1024), suivi d'un comparateur numérique, lui-même suivi de huit compteurs. De même, les compteurs 241 à 256 reçoivent respectivement les informations provenant des seize portions de la matrice, obtenues en divisant en quatre parties égales chacune des quatre portions susvisées. Ils sont suivis d'ensembles 2410 à 2560, comportant chacun un diviseur de pourcentage (effectuant une division par 256t, lui-même suivi d'un comparateur numérique et de huit compteurs. Enfin, les compteurs 261 à 324 reçoivent respectivement les informations provenant des soixante-quatre portions de la matrice obtenues en divisant en quatre parties égales chacune des seize portions susvisées. Ils sont suivis d'ensembles 2610 à 3240, comportant chacun un diviseur par 64, lui-même suivi d'un comparateur numérique et de huit compteurs. On obtient ainsi généralement des histogrammes correspondant à des définitions de plus en plus fines de la surface du champ exploré. L'expérience montre que cette méthode fournit des informations intéressantes et permet de distinguer facilement entre elles des préparations dont l'analyse globale ne révèlerait pas les différences. Il va de soi que le dispositif décrit n'est pas limitatif en particulier, le nombre des cellules de la barrette, le nombre des colonnes de la matrice de mémoire et le nombre de groupes de compteurs pourront varier, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Appareil de détection et de dénombrement des éléments constitutifs d'un tissu, comportant un microscope, des moyens de provoquer un déplacement linéaire relatif de la préparation, un organe détecteur apte à traduire en signaux électriques les variations de l'intensité lumineuse en divers points d'une image de celle-ci formée par le microscope et des moyens de compter le nombre desdits signaux qui correspondent à un déplacement prédéterminé, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement sont agencés pour effectuer des déplacements pas à pas suivant une direction principale et suivant une direction orthogonale, de façon à définir des lignes successives d'exploration, en ce que ledit organe détecteur comporte une pluralité de cellules photosensibles alignées dans le plan de l'image dans une direction perpendiculaire à celle des lignes et par une mémoire dans laquelle les signaux fournis par les cellules sont stockés suivant plusieurs colonnes correspondant chacune à un pas du déplacement suivant la direction principale, des moyens étant prévus pour synchroniser ce dernier sur la cadence analyse de 1' ensemble des cellules. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par des moyens de former une image optique de la région explorée sur un écran de contrôle et par des moyens de former simultanément, sur l'écran d'un oscilloscope cathodique, une image électronique obtenue à partir desdits signaux. 3. Appareil selon la revendication I ou 2, caractérisé par un circuit dérivateur des signaux fournis par les cellules, par des moyens de comparer la dérivée à un seuil d'amplitude prédéterminée et par des moyens de numériser la derivée pour la stocker en mémoire lorsque son amplitude est supérieure audit seuil. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par une pluralité de compteurs associés à la mémoire et agencés pour compter les signaux correspondant respectivement à la totalité et à des fractions décroissantes de la surface de celle-ci, et par des moyens associés auxdits compteurs, pour déterminer la répartition des fréquences cumulées de différentes clases de densité. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par des moyens de comparer les signaux issus de cellules à un seuil égal à la moyenne des niveaux extrêmes d'amplitude de la dérivée, déterminés au cours d'une pré-exploration manuelle de la préparation, et par des moyens d'inhiber la numérisation de la dérivée lorsque les signaux issus de cellules ont une amplitude supérieure audit seuil.