Brevet FR2624273A1 — publié le 19890609

La présente invention se rapporte à un système de détection pour détecter les résultats de réactions d'agglutination de particulesproduites dans une lame pour test de diagnostic et en particulier à un système de détection utilisant un scanneur à laser pour détecter l'apparition de réactions d'agglutination de particules dans une lame pour test de diagnostic. Une lame pour test de diagnostic pour réaliser une réaction agglutinographique est décrite dans la demande américaine N de série 932. 067, intitulée AGGLUTINOGRAPHIC SLIDE, déposée au nom du présent inventeur, Hugh V. Cottingham, (ci-après "lame pour test Cottingham"). La lame pour test Cottingham amène une réaction d'agglutination à se produire et amène la réac- tion à être visualisée dans une zone de visualisation en fenêtre. La présence ou l'absence d'une réaction d'agglu- tination est destinée à être lue par l'oeil humain. Le désavantage de l'utilisation d'une lame pour test de diagnostic Cottingham ou, pour ce domaine, un quelconque test d'agglutination qui est lu par l'oeil humain est que la sensibilité de la réaction est limitée par la capacité de l'oeil humain à résoudre des diffé- rences entre des particules ayant réagi et n'ayant pas réagi. Quand la différence entre la taille des particules ayant réagi et n'ayant pas réagi devient plus petite, l'erreur et la subjectivité d'une lecture visuelle augmente. En conséquence, un système de détection de réaction agglutinographique qui utilise un scanneur laser en combinaison avec une lame pour test pour détecter par un diagnostic la taille et la distribution des particules est souhaité. De-manière générale selon la présente invention, un dispositif de détection d'agglutination est fourni pour détecter l'agglutination des particules dans une lame pour test ayant une zone de visualisation d'une épaisseur et d'une longueur prédéterminées et définissant un espace ou intervalle. Le dispositif de détection comprend un boîtier pour positionner la lame pour test. Une source de lumière laser est disposée dans le boîtier et focalise un faisceau de lumière pour définir un point limité de diffraction dans l'espace. Un photodétecteur disposé sur le côté opposé de la lame détecte le degré de lumière transmise à travers la lame au point. Le faisceau de lumière focalisé est adapté pour balayer un trajet de points à travers la lame afin que le photo- détecteur produise des signaux représentatifs des mesures de lumière transmise prisesà des intervalles de distance prédéterminés le long du trajet de balayage. La distance de chaque intervalle est choisie pour être une fraction du diamètre des particules étant balayées. Un circuit détec- teur est adapté pour recevoir chaque signal produit par le photodétecteur et pour produireun i.gnal représentatif de la taille et du nombre des particules balayées. En conséquence, un objet de la présente invention est un système de détection d'agglutination amélioré. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de détection d'agglutination qui est simple d'utilisation et qui ne dépend pas pour la lecture d'une acuité visuelle des individus. L'invention a également pour objet de fournir un système de détection qui détecte de manière digitale la taille et la distribution des particules agglutinées. L'invention a encore pour objet de fournir un instrument de balayage laser pour lire une lame aggluti- nographique et pour produire une lecture basée sur la taille et la distribution des particules balayées. L'invention a finalement pour objet de fournir un dispositif de détection d'agglutination qui soit capable de lire une réaction d'agglutination surve- nant dans une lame pour test,qui soit sensible aux changements de taille des particules, qui soit facile à utiliser et qui évite la contamination d'un échantillon à l'autre. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un instrument de détection d'agglutination construit selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure la est une vue en perspective d'une lame pour test à réactif agglutinographique pour une utilisation dans le détecteur de la figure 1; - la figure lb est un bloc-diagramme illustrant une représentation électrono-optique de l'instrument laser représenté à la figure 1; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe agrandie prise le long de la ligne 4-4 de la figure 1; - la figure 5 est une vue agrandie de la figure 4; - la figure 6 est une vue agrandie de la figure 5 montrant un faisceau de lumière laser passant à travers une suspension de particules monomères; - la figure 7 est une vue agrandie de la figure 5 montrant un faisceau de lumière laser passant à travers une suspension de particules agglutinées; - les figures 8a à 8e illustrent graphiquement l'interaction faisceau-particules et le changement en sortie du photodétecteur qui survient quand une particule est balayée; - la figure 9 est un tracé montrant un segment réel des points de donnéesde l'échantillon monomère quand il est balayé; et - la figure 10 est un tracé montrant un segment de points de donnéEsréelles d'un échantillon de particules agglutinées quant il est balayé. Il est tout d'abord fait référence aux figures 1, lb, 2 et 3 dans lesquelles un instrument de détection de réactif d'agglutination, généralement indiqué par 10, et construit selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, est représenté. L'instrument 10 comprend un boîtier, indiqué généralement par 11, comprenant une base 12, un couvercle 13 et un capot 14. Une paire de tiges ou barres 20 est maintenue par le boîtier 11 et s'étend en parallèle. Un chariot mobile 22 est monté de façon coulissante sur les barres afin que le chariot 22 puisse être déplacé en va-et- vient,à décrire plus en détail ci-dessous. Une diode laser 24 est montée sur le chariot 22, la diode laser 24 émet une lumière laser 52 qui est dirigée par des instruments optiques de diffraction, généralement identifiés par 25, et comprend un polariseur 26, une lentille de collimation 28, un prisme réflecteur et un ensemble de focalisation optique 32. La lentille de collimation 28 fournit un faisceau laser collimaté 52. Le faisceau 52 est dévié par un prisme réfléchissant et passe à travers un ensemble de focalisation optique 32. L'ensemble de focalisation 32 fait converger le faisceau laser collimaté en un point limité de dif- fraction dans la lame d'agglutination 44. Un photo- détecteur 34 est monté sur le chariot 22 dans le trajet optique du faisceau 52 produit par la diode 24 à une position avoisinant l'ensemble de focalisation électronique 32 et détecte la lumière laser transmise par la lame 44. Une crémaillère 36 est également montée sur le chariot 22. Un train d'engrenages 38 est supporté par une plate-forme 37 et est couplé mécaniquement à la crémail- lère 36. Un moteur à direction double 40 entraîne le train d'engrenages 38 afin que le chariot 22 soit déplacé dans un mouvement de va-et-vient le long de l'axe défini par les flèches A dans la figure 3. Un circuit imprimé 42 est supporté par un cadre 18 et contrôle le fonctionnement d'dn détecteur photodiode 34 et de la diode laser 24. Des fils flexibles 58 connectent le détecteur 34 au circuit imprimé 42 tandis que des fils flexibles 60 connectent la diode laser 24 au circuit imprimé 42. Le circuit imprimé 42, comme cela sera expliqué ci-dessous, détermine quand la sortie du détecteur 34 correspond à une agglutination et indiquera un tel résultat à l'opérateur par des moyens tels qu'un affichage électro- nique 59 ou par imprimante (non représenté). La lame pour test Cottingham44 (figure la) amène une réaction d'agglutination à se produire dans une zone en fenêtre 46. La lame pour test Cottingham 44 est placée dans l'instrument par une fente 48 définie par un espace entre le capot 14 et le couvercle 13. Dans un mode de réalisation préférentiel une lame du type décrit dans la demande de brevet américaine NI 932.067 est préférée et de ce fait la description de cette demande américaine est incorporée en référence comme si ici détaillée complètement. Cependant, toute lame et tout réactif o la combinaison de la géométrie de la lame pour test et le type de réactifs pour l'agglutination de particules qui fournira une densité optique combinée, en référence ici comme un "espace", qui n'atténue pas complètement le faisceau laser peut être utilisée avec l'instrument 10. Par exemple pour une lame de test ayant un échantillon de 150 fm d'épaisseur, un réactif d'agglutina- tion de 0,1 à 0,5% de latex en poids peut être utilisé. Quand la lame pour test Cottingham 44 est déplacée dans la fente, le couvercle du bottier est placé afin que la lame soit positionnée contre une butée 50, disposée à l'intérieur du capot 14. La butée 50 positionne la lame pour test Cottingham 44 par rapport au faisceau de lumière 52 d'une diode 24. Comme expliqué auparavant, le faisceau collimaté 52 sort de l'ensemble de focalisation électronique 32, tel un faisceau convergent, qui est focalisé avec précision tel un point limité de diffraction dans l'espace 47 de la lame. Le faisceau 52 est focalisé au point limité de diffraction qui a environ 1 micron de diamètre à un point dans la suspension de particules liquide contenue dans la fenêtre 46. Le faisceau laser 52 passe à travers la lame 44, diverge et ensuite touche le détecteur photodiode 34. La photodiode 34 produit un signal de détection ayant un degré de tension représen- tatif de la quantité de lumière touchante détectée par la photodiode. Le signal de détection est ensuite traité par un circuit 42 et appliqué à urevisualisation 59. Lorsque le faisceau 52 est focalisé vers la lame, le moteur 40 entraîne le train d'engrenages 38 pour provoquer le déplacement du chariot 22 suivant une ligne à travers la lame 44 traçant un trajet de balayage dans la direction de la flèche A et de ce fait permettant à la diode laser 24 et au photodétecteur 34 de balayer à travers la fenêtre 46. Pendant ce premier passage à travers la lame 44, l'ensemble de focalisation 32 est ajusté de manière continue pour balayer à un certain nombre de différents niveaux de focalisation lorsque le chariot 22 se déplace le long du premier passage. Une fois que le premier passage a été achevé, la focalisation optimale dans l'espace 47 est déterminée à partir de chacune des positions de focalisation du premier balayage. Le moteur 40 est ensuite inversé en direction pour accomplir un second balayage dans lequel le laser 24 et le détecteur photodiode 34 rebalayentla lame pour collecter les données. A la fin de ce second passage, le chariot 22 est ramené à son point de départ. Il est fait maintenant référence aux figures 4 à 9 dans lesquelles l'action du faisceau lorsqu'il passe à travers la fenêtre 46 est illustrée plus en détail. Comme discuté ci-dessus, le faisceau 52 converge lorsqu'il pénètre la lame 44 et diverge lorsqu'il sort de la lame 44. Le faisceau converge en un spot approximativement de la taille d'une particule simple d'un échantillon de non agglutination (monomère). Dans le présent exemple la taille d'une particule de monomère est de 0,8 pm. La sortie de tension V du détecteur est échantillonnée chaque fois que le chariot 22 traverse une distance prédéterminée. La distance d est une petite fraction de la taille réelle d'une particule monomère. Dans un mode de réalisation préféré, le détecteur de tension de sortie est échan- tillonné tous les 155 nanomètres de la distance linéaire de balayage pour obtenir une information de la taille. Dans le système présent une particule de 1 um sera mesurée à 6 points lorsque le faisceau laser 52 balaye à travers la particule. Le procédé est mieux illustré à la figure 8, dans laquelle le faisceau laser 52 passe à travers une particule monomère 54. Le faisceau laser 52 est dirigé dans la direction de la flèche B et lorsqu'il balaye la lame se déplace dans la direction de la flèche C. Le faisceau laser de balayage 52 a un niveau de transmission nominale qui est détecté comme un certain niveau de tension par le détecteur photodiode 34 (figure 8a). Lorsque le faisceau de lumière 52 devient partiellement atténué par la particule 54 dans le trajet de la lumière, la tension V détectée par le photodétecteur 34 commence à diminuer (figure 8b) jusqu'à atteindre un point d'atté- nuation maximum qui représente le bas d'un graphique de tension (figure 8c). Lorsque la particule 54 quitte le trajet du faisceau de lumière laser 52, le faisceau laser 52 devient moins atténué (figure 8d) et retourne au niveau de tension nominale d'un faisceau de-lumière non bloqué totalement (figure Be). Comme mentionné ci-dessus, la sortie de tension du détecteur 34 est échantillonnée tous les 155 nanomètres de la distance d de balayage linéaire du faisceau laser. De ce fait, il devient possible de mesurer précisément la taille de la particule en calculant la distance traversée par le faisceau 52 entre des lectures succes- sives du niveau de tension nominale. De plus, puisque la particule spécifique est mesurée à un nombre de points, le système a une résolution élevée de manière inhérerte. Aussi une agglutination peut être détectée quand la taille et le nombre des particules détectées diffèrent de la taille et du nombre (distribution) attendus pour la particule particulière devant être étudiée. En conséquence, des agglutinations peuvent être déterminées même quand la réaction est à un tel stade précoce que seulement deux particules sont jointes. Le fonctionnement réel du détecteur d'agglutination est montré avec les données réelles des Tableaux 1 et 2 et des figures 9 et 10. La figure 9 est un tracé de données réelles à travers une section de 100 microns d'un balayage de 1 centimètre à travers la fenêtre 46. Les points le long du tracé représentent la tension de sortie du détec- teur telle que mesurée tous les 150 nanomètres du balayage. Chaque picdans le tracé représente une particule étant balayée par le faisceau laser, c'est-à-dire une atténuation. La figure 9 est une donnée à partir d'un échantillon monomère (1/100ième des données) du type représenté à la figure 6. Le Tableau 1 fournit un résumé du nombre de particules égalant la taille de chaque canal et du nombre de particules détectées à chaque taille de canal, quand chaque canal égale 155 nonomètres. TABLEAU 1 ECHANTILLON MONOMERE Canaux +0 21 41 61 101 141 181 221 1 - 17 - -. 2 - 5 - I - - - 3 - 8 - -. 4 - 13 2 - - - - - 2 9 - -. 6 23 7 - -. 7 1006 - - - - - 8 145 - - - 9 150 3 I - - - - - 120 3 - - - - il 98 1 - -. 12 57 2 - - - - 13 53 2 - - - 14 41 - - - - 31 2 - - - 16 21 - - - - - - - 17 19 - - - 18 17 - - - - - - 19 22 - - - - - - - 17 - - - Comme cela est attendu dans un champ monomère, quand la taille moyenne de chaque particule est 0,8 micron la majorité des particules ont une taille entre 6 canaux et 12 canaux. Ceci est illustré par le Tableau 1 et le grand nombre de particules identifiées autOur de la taille moyenne attendue. Un tel tableau peut être imprimé par un détecteur 16 pour indiquer l'étendue d'agglutination ou de non agglutination. Cependant, si ce résultat est comparé avec des lectures de détection prises à partir d'un échantillon tel que celui de la figure 7 o une agglutination est survenue, un type totalement différent de rang survient. TABLEAU 2 ECHANTILLON D'AGGLUTINATION Canaux +0 21 41 61 101 141 181 221 1 - 16 5 1 - - - - 2 - 16 2 - - - - 3 - 15 1 - - - - - 4 - 7 2 - -. 3 13 5 - -. 6 8 6 - - - 7 33 6 1 - -. 8 29 il - - - - - - 9 46 11 1 1 - - - 34 6 1 - - - 11 40 4 1 - - - 12 37 4 2 - 1 - - - 13 38 4 2 - - - - - 14 29 3 - - - - - 22 2 - 1 1 - - - 16 35 2 - - - 17 21 1 - - - 18 21 1 - - - - - - 19 20 1 2 - - - - - 26 3 -.. Comme attendu, la taille et la distribution des particules ou des agglutinations a un nombre plus élevé de tailles plus grandes survenant au contraire des nombres plus élevés de particules de dimension plus petite survenant dans le tableau de données monomères. Cela apparaît également dans la forme générale des pics de tension illustrés aux figures 9 et 10. De ce fait, il est possible de détecter, sur la base de ce type de données, lorsqu'une agglutination est survenue. A cause de la résolution élevée de l'instrument détectant l'agglutination 10, des réactions à un point de réaction o seulement une agglutination dimère est arrivée, peut être détectée bien avant le point délectable par l'oeil humair De plus, en générant des données de taille et de distribution à partir du balayage, le système de détection laser peut utiliser plus qu'un paramètre pour fournir des lectures plus précises. En réalisant un détecteur laser qui passe un faisceau de lumière laser à travers un échantillon pour test agglutinographique, o le faisceau de lumière est grossièrement de la taille d'une particule monomère attendueet o la sortie d'un détecteur de lumière est échantillonnée à des distances d'une fraction du diamètre de l'échantillon monomère, un détecteur d'agglutination ayant une résolution élevée est fourni Il apparaît donc que les objets évoqués ci-dessus et ceux qui apparaissent de la présente description sont efficacement atteints. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Dispositif pour détecter le degré d'agglutina- tion de particules dans une réaction d'agglutination dans une lame pour test ayant une zone de visualisation (46) d'une longueur et d'une épaisseur prédéterminées, ladite épaisseur définissant un intervalle (47), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de source de lumière (24, 26, 28, 30 et 32) pour diriger un point limité de diffraction vers ledit espace (47) à des intervalles de distance prédéterminés le long de la longueur de la zone ds visualisation (46), et un moyen de détection (34) pour détecter le degré de lumière atténuée par les particules dans ledit espace (47), et pour fournir un signal de détection représentatif de la taille et du nombre des particules balayées. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de source de lumière dirigent un point limité de diffraction ayant une taille de l'ordre du diamètre d'une particule simple. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen de visualisation pour recevoir ledit signal de détection à partir dudit moyen de détection(34) et pour fournir une visuali- sation (59) représentative du degré d'agglutination des particules dans un réactif. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque intervalle de distance prédéterminé est inférieur à 20% du diamètre de ladite particule. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de source de lumière comprennent une diode laser (24). 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de détection (34) comprend une diode photodétectrice. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen de détection est une diode photodétectrice (34).