Brevet FR2580814A1 — publié le 19861024

Installation pour le relevé et la mesure multiples et simultanés des réactions chimiques et immunosérologiques en phase solide ou liquide. Dans tous les instruments de laboratoires d'analyses, les mesures chromatiques sont exécutées avec le procédé classique d'un rayon lumineux accouplé à un photo-multiplicateur ou à une photo-diode et avec acquisition analogique consécutive du signal. Depuis peu, on utilise les fibres optiques pour réduire le nombre des éléments émissifs et/ou sensibles dans les dispositifs à lectures multiples mais, en général, en faisant usage d'un balayage purement mécanique, quelquefois servo-commandé par un élaborateur, bien qu'avec des capacités limitées d'auto-correction des positionnements erronés, etc... En pratique, chaque instrument exige une localisation bien précise de l'échantillon à examiner, ce qui entrante des problèmes de nature mécanique et, par conséquent, des problemes de fiabilité. L'utilisation de l'élaborateur, dans les cas où elle a été adoptée est généralement restée au niveau de l'élaboration des données finales, en tant qu'assistance dans le déroulement d'opérations qui, autrement, pourraient être effectuées manuellement. Dans la solution traditionnelle, avant d'effectuer les mesures, on se préoccupe d'optimiser le nombre et la qualité des informations, par un procédé plus ou moins manuel ou mécanique et, par conséquent, coûteux en temps et en frais, ce qui est en outre aux dépens de la souplesse et de la sécurité du dispositif. D'un autre côté, les possibilités apportées par l'avènement des microprocesseurs permettent d'analyser et de discriminer un grand nombre d'informations dans des temps extrêmement réduits, ce qui est tout à-l'avantage de la précision et de la souplesse d'utilisation. La présente invention prévoit au contraire d'utiliser une caméra de télévision ou un autre dispositif analogue, complété d'interfaces appropriées pour acquérir en bloc ou par tableaux partiels les données d'absorption ou d'émission chromatique et de forme d'un échantillon convenablement traité ou même brut, en l'exposant si nécessaire à une source lumineuse, et d'enregistrer les informations ainsi acquises dans une zone de mémoire d'un calculateur-élaborateur qui, ensuite, a pour fonction d'éliminer les parties non nécessaires, d'effectuer des moyennes ou des filtrages sur le signal et, d'une façon générale, de traiter les données de la façon requise par les différentes conditions e::igées. La mission consistant à filtrer et à comparer est donc ainsi transférée de l'opérateur au dispositif de calcul à travers des procédures mathématiques et à travers un programme approprié qui est adapté aux différentes nécessités. Le but de la présente invention est donc de proposer l'utilisation intégrée d'un lecteur d'images et d'un calculateur-élaborateur pour l'exécution de déterminations qualitatives-quantitatives multiples (non seulement sous l'aspect d'un nombre d'échantillon mais également par intervalles rapprochés dans le temps) et simultanées dans le domaine des analyses chimiques, densitométriques et colorimétriques, sérologiques et immunologiques. Comparativement à l'état actuel de la technique, un dispositif de ce genre présente l'avantage, bien qu'en tirant parti d'une série de notions et de techniques déjà connues pour des applications dans d'autres secteurs différents, d'effectuer pratiquement en temps réel un ensemble de détections sur plusieurs échantillons, en identifiant et en corrigeant les éventuelles erreurs ou perturbations présentes dans les données à élaborer. D'un autre côté, ce dispositif ne se limite pas au comptage d'éléments, ni à l'identification de formes mais il permet au contraire une analyse quantitative colorimétrique de ces éléments ; en détectant les défauts d'homogénéité ou les dissymétries et en corrigeant divers types d'erreurs sur la base d'une description formelle du type de préparation à examiner. Les détails de l'invention ressortiront de façon plus évidente de la suite de la description, qui est faite en regard de la figure unique du dessin, lequel représente un schéma-bloc de l'installation. L'installation comprend essentiellement une source lumineuse 1, un logement 2 pour l'échantillon ou le porteéchantillon, un dispositif 3 de balayage et de détection de l'image, un circuit 4 de pilotage et de conversion des données provenant du dispositif 3, une mémoire à lecture/écriture 5, un microprocesseur 6, des composants périphériques tels qu'un clavier 7, un afficheur 8 et un ensemble mémoire sur disque et imprimante 9, ainsi que des dispositifs de support et d'alimentation 10. L'installation peut être utilisée industriellement dans tous les domaines de l'analyse dans lesquels les mesures peuvent s'effectuer à travers des analyses, quantitatives ou non, de variations de la couleur ou de l'aspect d'une image, même si cette dernière est composée de plusieurs parties significatives. Plus précisément, la source de lumière 1 peut être constituée par n'importe quel dispositif d'éclairage (lampes, photo-émetteurs à l'état solide, etc...), l'éclairage devant être éventuellement, bien que non nécessairement, uniforme et stable sur le champ de mesure. Elle peut être équipée de filtres chromatiques ou d'autres dispositifs de sélection de la longueur d'onde. Le logement 2 de l'échantillon ou du porte-échantillon est placé entre la source lumineuse et le détecteur et il pourra supporter indifféremment des matières liquides ou solides. Le dispositif 3 de balayage et de détection continus ou ponctuels de l'image travaillant en lumière réfléchie ou transmise de la préparation à examiner peut être une caméra de télévision à tube ou un dispositif à l'état solide (par exemple CCD) accouplé à un système de lentilles convenablement dimensionné et positionné en fonction du domaine et du type de la mesure. Le circuit 4 de balayage et de pilotage du dispositif 3 est en mesure de permettre à l'élaborateur d'acquérir les signaux d'un tableau complet, ou seulement d'une partie de ce tableau, pour les introduire ensuite dans une mémoire appropriée dans l'attente du calcul. Evidemment, la précision avec laquelle les données doivent être numérisées dépend largement de l'utilisation, aussi bien en ce qui concerne l'étude de l'intensité que celle de la forme. Pour la commodité, on peut introduire des opérations au niveau analogique sur le signal (par exemple, l'utilisation d'un filtre passe-bas) pour éviter le problème des fréquences image. La mémoire à lecture/écriture (par exemple une mémoire RAM à semi-conducteur) est utilisée aussi bien pour permettre le déroulement normal des opérations de l'élaborateur que pour y conserver les données originales et les résultats finaux ou intermédiaires des élaborations effectuées sur l'image numérisée ; elle contient donc des données et des programmes. Le microprocesseur 6 qui peut être constitué à la limite par plusieurs parties microprogrammées, constitue le coeur de l'installation ; le programme qui le commande assure toute une série de fonctions, du dialogue avec les périphériques jusqu'au calcul et au dialogue avec l'opérateur humain. La série de périphériques 7, 8, 9 ont pour mission de favoriser l'interaction avec l'utilisateur et de présenter les résultats finaux ou de mémoriser les programmes d'utilisation Typiquement, ces périphériques sont constitués par le clavier 7 (capacitif, à fermeture de contacts, à effet Hall, etc...), par l'afficheur 8, lequel peut être un afficheur à écran de télévision à caractères ou graphique à vecteurs, ou à matrice de points, ou encore un écran à cristaux liquides, à plasma ou à électroluminescence, par une imprimante 9, thermique, à impact, à laser, à points ou à caractères entiers, et par une mémoire de masse à disquettes (mais elle pourrait également être constituée par une mémoire à bulles ou par n'importe quel autre dispositif de mémorisation magnétoélectrique ou optique). I1 est évident que cet ensemble de dispositifs ne doit pas nécessairement être présent intégralement dans tous les cas. Les différents dispositifs de support et d'alimentation constituent évidemment une partie inévitable de l'installation comme, par exemple, les contrôleurs de périphériques, les circuits de temporisation, de filtrage et de retardement, soit numériques, soit analogiques, les amplificateurs, générateurs de tension et de courant destinés à permettre l'utilisation correcte des parties essentielles de l'installation et à constituer des interconnexions entre les différents types de logiques qui peuvent être présents dans cette installation Un exemple d'application est représenté ci-dessous. Les tracés électrophorétiques sériques obtenus avec le procédé classique sur acétate de cellulose se présentent notamment sous la forme d'une série de bandes présentant des intensités chromatiques différentes mais possédant une même tonalité de base (par exemple rouge), ces tracés étant disposés en groupes de plusieurs échantillons sur une même bande. On étend la bande d'acétate sur un porte-échantillon constitué par une lamelle de verre de dimensions appropriées et qui présente un repère au droiç duquel on positionne le premier échantillon ; cette lamelle est ensuite insérée dans le logement 2 de l'instrument selon l'invention. Le logement 2 est abrité de la lumière ambiante et éclairé avec une lumière diffuse produite par une lampe blanche à courant continu de manière que la lumière réfléchie par l'échantillon, placé contren fond blanc et entouré d'un encadrement noir (servant de référence de fond d'échelle), tombe à travers une lentille focalisatrice sur le capteur constitué par le dispositif CCD dit "du type TCXO21-L" fabriqué par la firme "Sony"). Pendant le balayage , ce capteur est piloté par le calculateur à une vitesse inférieure à celle d'une caméra de télévision standard et les données de la matrice sont acquises par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique numérique fabriqué par la firme dite "Analog Devices", avec une résolution de 8 bits par point sur un total de 290000 points, de telle manière qu'au noir corresponde le zéro et qu'au point moyennement éclairé, corresponde la valeur du bas de l'échelle. L'image ainsi mémorisée est tout d'abord normalisée relativement aux éventuelles variations locales d'intensité de la source lumineuse, qui ont été antérieurement captées ; en outre, on détermine le niveau moyen d'intensité de fond et sur cette base, on identifie le nombre et les dimensions des rectangles qui contiennent les excursions électrophorétiques examinées. En outre, on reconnait séparément le repère qui indique le premier échantillon et on utilise ce repère pour numéroter les différents tracés. A partir de cet instant, on considère le tracé unique dont on calcule l'axe de mesure en se basant sur des considérations d'homogénéité et de symétrie : seules les données situées sur une ligne d'un point (pixel) le long de cet axe seront utilisées pour les calculs suivants. Cet ensemble de valeurs est filtré numériquement en utilisant des méthodes de la moyenne mobile et de la transformée et de l'anti-transformée rapide de Fourier pour éliminer les composantes possédant les fréquences les plus élevées. Par interpolation, on obtient la ligne de base qui peut être représentée par une droite ou par une courbe du deuxième ordre et à laquelle on rapporte les données. A ce stade,le graphique final est déjà présent en mémoire ; on identifie ensuite les minima sur la base desquels on procède au calcul des aires des différentes fractions qui peuvent être exprimées en pourcentage de l'aire totaleet/ou en pourcentage en grammes par rapport à la teneur du sérum en protéines totales. Le graphique et les données sont représentés sur l'écran vidéo 8, ce qui permet à l'opérateur de supprimer ou de déplacer les minima avant l'impression qui est exécutée par l'imprimante 9. Cette séquence finale est répétée pour chacun des échantillons identifiés. Toutes les opérations de traitement des données sont exécutées en temps réel sans intervention extérieure, par exemple à l'aide d'un microprocesseur dit "32008" (version à 8 bits du "32032" de la firme "National"), qui est équipé de 512 koctets de mémoire RAM et d'un programme mémorisé sur différentes EPROM 2764 de 8 koctets. Les avantages de l'installation décrite appliquée à ce procédé consistent en a) temps notablement inférieurs aux temps classiques b) réduction notable des parties mécaniques critiques et, par conséquent, plus grande fiabilité c) plus grande précision grâce à la présence de références multiples de zéro et de bas de l'échelle d) notable réduction des interférences du bruit de fond e) réduction des interventions manuelles et coûts d'exploitation inférieurs. REVENDICATIONS nstallation pour le relevé et la mesure multiples et simultanés des réactions chimiques et immunosérologiques en phase solide ou liquide, caractérisée par l'utilisation intégrée d'un lecteur d'images et d'un calculateur. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée par l'utilisation intégrée d'un lecteur d'images d'un calculateur pour la lecture de tracés électrophorétiques (sur acétate de cellulose, nitrate de cellulose, agarose) de sérolipo et glx7co-proXéine, de l'hémoglobine, d'isoenzymes, et pour les mesures simultanées qualitatives et quantitatives à point final ou cinétiques dans le domaine de la chimie clinique, sérologique et immunologiques, par exemple sur les microplaquettes avec des techniques colorimétriques classiques ou à l'aide des procédés dit "EIA, ELISA".