Brevet FR2625563A1 — publié le 19890707

2655C63 DISPOSITIF POUR MESURER LE TEMPS DE MODIFICATION DE L'ETAT PHYSIQUE D'UN MILIEU FLUIDE. La présente invention concerne un dispositif pour mesurer le temps de modification de l'etat physique d'un milieu fluide, et, en particulier, pour mesurer le temps de coagulation du sang, du genre comprenant pn godet vertical qui contient le fluide, tel que le plasma et les réactifs nécessaires, et dans lequel est placée une bille ferromagné- tique entraînée en rotation par un champ magnétique exté- rieur. Un tel dispositif est décrit notamment dans le bre- vet européen n' 90.192, selon lequel la bille ainsi entrai- née se déplace librement sur le fond plat et horizontal du godet. Lorsqu'intervient la coagulation du fluide qui est contenu dans ce dernier, et qui est ici du plasma sanguin additionné de réactifs, la bille se déplace sur une courbe dirigée vers l'intérieur à cause, semble-t-il, de l'accrois- sement de la résistance mécanique opposée par le contenu du godet, et on détecte son déplacement radial par des moyens bien connus en eux-mêmes. La précision des mesures ainsi réalisées laisse à désirer, parce que le déplacement radial d'une bille vers le centre d'un godet de très faibles dimensions est une grandeur physique qui est difficile à détecter et à évaluer de manière satisfaisante. En outre, la reproductililité de telles mesures n'est pas bonne, à cause notamment de la com- plexité des phénomènes qui leur servent de base. Aussi, le but de la présente invention est de propo- ser un dispositif pour mesurer le temps de coagulation du sang du genre spécifié ci-avant qui pallie les inconvénients des dispositifs connus et, en particulier, qui permette des mesures dont la précision, la fiabilité et la reproductibi- lité soient supérieures à celles obtenues jusqu'alors avec des appareils de ce type. D'autre part, un objet de l'inven- tion est un tel dispositif de mesure qui soit pratiquement automatique et dans lequel l'intervention humaine soit réduite au strict minimum, sans que son coût soit prohibitif pour autant. Ce but et cet objet, ainsi que d'autres qui apparaî- tront par la suite, sont atteints selon l'invention grâce à un appareil de mesure du genre spécifié ci-avant qui est caractérisé par le fait que son godet présente à sa partie inférieure un chemin de roulement annulaire pour la bille spécifiée ci-avant, et qu'il comporte un dispositif de détection qui délivre un signal électrique chaque fois que cette bille passe devant lui et qui est associé à une unité de mesure déterminant les variations de l'intervalle de temps entre deux passages consécutifs de la bille en ques- tion. On comprend que le déplacement de la bille sur un chemin de roulement fixe, et non plus, de manière quasi aléatoire, sur le fond plat d'un godet comme dans le brevet européen n' 90.192 précité, permet une grande précision et une bonne reproductibilité des mesures, puisqu'il suffit de détecter des variations de la fréquence de signaux élec- triques, ce qui est une opération aisée pour les spécialis- tes en la matière. En outre, cette détection est, de toute évidence, plus facile et moins entachée d'erreurs que celle qui consiste à déterminer l'échappement vers le centre du godet d'une bille de très faibles dimensions. Selon une forme de réalisation avantageuse du dispo- sitif selon la présente invention, l'entraînement en rota- tion de la bille ferromagnétique spécifiée plus haut a lieu à partir d'un moteur électrique dont l'arbre de sortie est solidaire d'une tige ferromagnétique qui est disposée sous le godet contenant la bille en ayant le même axe que lui, qui traverse une bobine alimentée en courant et qui se ter- mine à sa partie supérieure par un doigt ferromagnétique excentré par rapport à l'axe commun de cette tige et du godet. Ce doigt excentré devient un pôle magnétique sous l'effet de la bobine traversée par le noyau qui en est 26ú5563 :3 solidaire, et il entraîne en rotation la bille contenue dans le godet avec une vitesse angulaire qui est égale à la sien- ne propre tant que la coagulation du sang n'a pas ralenti la bille en question. Cette vitesse peut être réglée, comme on le verra plus loin, ce qui procure divers avantages qui seront précisés au moment voulu. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend un premier détecteur réflex de type classique asso- cié à la bille en rotation, un second détecteur reflex simi- laire au premier et associé au doigt excentré qui entraîne la bille, et un comparateur relié à un microprocesseur per- mettant de repérer tout défaut de synchronisme entre les signaux délivrés par les deux détecteurs ci-dessus. Il suffit alors de comparer les signaux provenant de ces derniers, qui sont identiques entre eux, pour détecter la coagulation du plasma contenu dans le godet. Du fait qu'il s'agit alors d'une comparaison de deux signaux, et non du traitement d'un signal unique, et qu'en outre ces signaux proviennent. de deux détecteurs identiques, on augmente la précision de la mesure et on facilite son. traitement par des moyens électroniques. Pour entraîner en rotation la bille ferromagnétique selon l'invention, et selon une variante, le doigt excentré tournant spécifié ci-dessus peut être remplacé par une plu- ralité de p8les fixes qui entourent le godet contenant la bille, sensiblement sur le même plan que cette dernière, et qui sont magnétisés par des bobines alimentées par des cou- rants variables de façon à produire un champ tournant dans le plan db la bille. 30. Quel que soit le mode d'entraînement de la bille, le dispositif de mesure selon l'invention comporte avantageuse- ment des moyens pour imprimer à la bille une vitesse de rotation et une force, d'entraînement variables en fonction du test réalisé et de la durée de la mesure. Selon une forme de réalisation avantageuse, cette vitesse de ro{ation et cette force d'entraînement sont plus fortes au début de la mesure qu'à la fin, avec, de préféren- ce, un palier au début de la mesure o la vitesse de rota- tion et la force d'entraînement de la bille sont relative- ment élevées, et un palier à la fin de la mesure o ces valeurs sont plus faibles, ces deux paliers étant reliés par une diminution progressive et, par exemple, linéaire. Cette loi de pilotage repose sur le fait que, dans les essais d'hemostase dont il est question ici, des cail- lots de viscosités très différentes sont créés dans des intervalles de temps qui sont, eux aussi, très différents, les caillots forts apparaissant au début et les caillots faibles à la fin. La régulation selon l'invention de la vitesse de rotation de la bille et de sa force d'entraîne- ment permet de concilier une bonne précision, de l'ordre de 0,1 seconde pour les caillots forts, et une grande sensibi- lité pour les caillots faibles, la précision s'obtenant avec une vitesse élevée qui peut être de l'ordre de 10 tours par seconde, et la sensibilité avec une force d'entraînement et une vitesse réduites, cette dernière pouvant être égale à 3 tours par seconde environ. Dans la forme de réalisation spécifiée ci-avant o la bille est entraînée par un doigt tournant excentré, cette régulation est avantageusement obtenue grâce au fait que son moteur d'entraînement est un moteur à courant continu et qu'il est alimenté, ainsi que sa bobine d'aimantation, par l'intermédiaire de moyens de régulation respectifs commandés par un microprocesseur. On règle alors très simplement la vitesse en faisant varier la tension continue aux bornes du moteur, et la force d'entraînement en agissant sur le cou- rant qui traverse la bobine, la loi de variation en fonction du temps de ces deux valeurs étant commandée par le micro- processeur. Dans une forme de réalisation avantageuse, le dispo- sitif selon la présente invention peut inclure également un densitomètre optique comprenant une diode électroluminescen- te qui est alimentée à partir d'un microprocesseur et qui éclaire une photodiode à travers un filtre optique passe- bande, le faisceau lumineux passant à travers le godet de l'appareil de l'invention, au-dessus de la bille qu'il con- tient, et les informations de la photodiode étant transmises au microprocesseur spécifié ci-avant. Bien que ce densitomètre destiné aux mesures dites de colorimétrie soit indépendant du coagulomètre mécanique qui vient d'être décrit, l'association de ces deux appareils dans une même unité simplifie notablement un certain nombre d'opérations. Elle permet en outre de diminuer les coûts, du fait que l'on peut utiliser à deux fins différentes divers organes annexes, comme les dispositifs de régulation de la température, les alimentations et/ou une partie au moins des interfaces homme/machine, ces organes pouvant en outre être communs à plusieurs godets de mesure logés dans le même appareil. D'ailleurs, la bille du coagulomètre mécanique peut également servir d'agitateur pour le densitomètre. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre com- ment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lequels: - La figure 1 représente une vue en coupe axiale schématique du dispositif de mesure selon l'invention; - La figure 2 montre un diagramme schématique qui représente les circuits électriques principaux de ce dispo- sitif;.et: - La figure 3 représente deux courbes qui traduisent la loi de pilotage de ce dispositif en fonction du temps. Dans sa forme de réalisation représentée sur la figure 1, l'appareil de mesure selon l'invention comprend un godet cylindrique 1 qui est inséré verticalement à frotte- ment doux dans une platine supérieure 2 et dont le fond com- *porte un plot central 3, ce qui définit entre ce dernier et la paroi du godet 1 un chemin de roulement annulaire 4 destiné à une bille 5 en une matière ferromagnétique qui est généralement de l'acier. A la partie inférieure de la platine 1 est vissé un bloc de mesure 6 qui est solidaire d'un bâti inférieur 7 sur la base horizontale 8 duquel est monté un moteur électrique 9 à courant continu dont l'arbre 10 est vertical, dirigé vers le haut et coaxial avec le godet 1. Un noyau en fer doux 11 coiffe à son extrémité inférieure l'arbre 10 du mo- teur 9 avec lequel il est coaxial et sur lequel il est serré par une vis 12. Ce noyau 11 traverse une bobine verticale 13 reliée à une source de courant continu non représentée et entourée par un blindage magnétique 13a. Le noyau 11 traver- se ensuite un palier de guidage 14 monté dans la partie supérieure 15 du bâti 7, au-dessus duquel il fait saillie par un doigt 16 excentré par rapport à l'axe commun du godet 1, du moteur 9 et du noyau 11. Un premier détecteur réflex 17, de type connu, est monté à l'extérieur du godet 1, mais à son voisinage immé- diat, son axe étant horizontal et situé sensiblement au ni- veau de la bille 5. Un second détecteur réflex 18, similaire au premier, est monté à la hauteur du doigt excentré 16 qui surmonte le noyau tournant 11, et son axe est également horizontal. Ces détecteurs 17 et 18 sont avantageusement montés sur une plaquette de circuit imprimé 19 qui est fixée à son tour sur le bâti 7. On comprend que l'amenée de courant électrique con- tinu à la bobine 13 aimante le noyau tournant 11 qui la tra- verse, et ceci transforme le doigt excentré 16 de ce dernier en un pôle magnétique qui, à son tour, entraîne en rotation la bille 5 le long de son chemin de roulement annulaire 4. Lorsque du plasma a été versé dans le godet 1 de façon à recouvrir la bille 5, celle-ci tourne en synchronis- me avec le doigt excentré 16, et les signaux électriques fournis par les deux détecteurs 17 et 18 coïncident exacte- ment dans le temps. Au contraire, lorsque le plasma commence à se coaguler dans le godet 1 à la suite de l'introduction de réactifs appropriés, la bille 5 ralentit et les signaux du détecteur 17 associé à la bille 5, d'une part, et ceux du détecteur 18 correspondant au doigt d'entraînement 15, d'autre part, commencent & se décaler les uns par rapport aux autres. Cette information est détectée et exploitée par le dispositif électronique dé la figure 2. Sur le schéma de cette figure, on retrouve la bille entraînée en rotation dans le godet 1 par le doigt excen- tré 16 sous l'influence du moteur 9 et de la bobine 13, ain- si que les détecteurs 17 et 18 associés respectivement à la bille 5 et au doigt tournant 16. Les 'capteurs 17 et 18 sont reliés par l'intermé- diaire de cellules de filtrage, 20 et 21 respectivement, à un compteur comparateur 22 dont les informations alimentent un microprocesseur 23. Ce dernier commande également l'ali- mentation en courant continu du moteur 9 et de la bobine 13 par l'intermédiaire de régulateurs 24 et 25, respectivement, et d'amplificateurs respectifs 26 et 27. Ainsi, le comparateur 22 détecte le ralentissement de la bille 5 lorsque le plasma commence à se coaguler. Le microprocesseur 23 qui lui est associé exploite cette infor- mation, par exemple en affichant la valeur du temps de coa- gulation, en l'imprimant, en la mettant en mémoire, etc. De telles opérations sont bien connues des spécialistes en la matière, ainsi que les dispositifs qui sont nécessaires pour les mener à bonne fin, et ils ne seront donc pas décrits ici de manière plus détaillée. D'autre part, et comme on l'a dit plus haut, il est avantageux d'imposer une loi de pilotage en fonction du temps à la vitesse de rotation et à la force d'entraînement de la bille 5, ce'qui a lieu en agissant sur la tension aux bornes du moteur 9 et, respectivement, sur l'intensité du courant qui traverse la bobine 13. La valeur de ces gran- deurs électriques à chaque instant est imposée par le micro- processeur 23 à travers les régulateurs 24, 25 et les ampli- ficateurs 26, 27. Cette loi de pilotage peut se traduire par les cour- bes de la figure 3 qui représentent, en fonction du temps t en secondes, les variations de la vitesse de rotation V du moteur 9, et donc de la bille 5, pour la courbe I, et celle de la force d'entraînement F de cette même bille 5 pour la courbe II. Comme on le voit sur cette figure, en partant de l'instant du démarrage to, et jusqu'à un instant t. légère- ment inférieur au début de l'essai qui correspond A l'origine O des coordonnées, la vitesse croit linéairement Jusqu'à une valeur Vi qui peut être égale à 10 tr/s, cependant que la force d'entraînement reste égale à une va- leur relativement élevée F1. La vitesse reste ensuite cons- tante jusqu'à un temps t2 postérieur, de 10 secondes par exemple, au début O de l'essai, cependant que la force reste également constante, mais après avoir pris une nouvelle valeur F2 inférieure à la précédente. Les deux grandeurs en question décroissent alors linéairement Jusqu'à un temps t3 qui peut être égal à 60 secondes - comptées, bien entendu, à partir du début 0 de l'essai - pour rester constantes jus- qu'au temps t. de fin de l'essai. Ce deuxième palier corres- pond à une vitesse V2 qui peut être égale à 3 tr/s environ, et à une force F3 égale environ à la moitié de F2. Ainsi qu'on l'a exposé plus haut, cette loi de pilo- tage permet d'obtenir une bonne précision, de l'ordre de 0,1 seconde, au début de la mesure, et une bonne sensibilité à la fin. Le dispositif selon l'invention autorise donc la détection de caillots forts, puis faibles, grâce à une variation progressive et commandée dans le temps des paramè- tres du système. En revenant à la figure 1, on notera encore que le dispositif selon la présente invention peut comporter en outre un densitomètre optique destiné aux mesures dites de colorimétrie et monté sur le bloc de mesure 6 qui sert éga- lement de support pour le coagulomètre mécanique décrit ci- avant. Ce densitomètre comprend essentiellement une source lumineuse constituée par une diode électroluminescente 30, 26'5563 un filtre optique passe-bande 31 et un récepteur optique constitué par une photodiode 32 suivie d'un filtre électro- nique. La diode 30 est montée sur une plaquette de circuit imprimé 30a fixée au bloc de mesure 6, cependant que le filtre 31 et la photodiode 32 le sont sur une autre plaquet- te de circuit imprimé 32a, également fixée au bloc de mesure 6. On retrouve ces éléments, représentés de manière schema- tique, sur la figure 2 à laquelle on se référera maintenant et sur laquelle le filtre électronique de la photodiode 32 est désigné par le repère 33. Selon un exemple de réalisation particulier donné à titre d'exemple non limitatif, la diode électroluminescente , dont l'intensité lumineuse maximale se situe vers 480 nm, est alimentée à partir du microprocesseur 23 par un courant régulé et haché à quelques kilohertz, et ce, à travers le filtre 31 qui transmet la lumière jusqu'à 500 nm environ. Cette diode 30 éclaire la photodiode 32 avec laquelle elle est placée en ligne, de façon que le faisceau lumineux traverse le plasma et le godet 1 dans un plan hori- zontal au-dessus de la bille 5. Les informations fournies par la photodiode 32 sont transmises au microprocesseur 23 à travers le filtre 33 qui permet de ne retenir que le signal haché émis par la source 30. Enfin, des amplificateurs 34 et sont interposés, respectivement, entre les filtres 31, 33 et les diodes 30, 32. 1 0 - REVENDICATIONS - 1. Dispositif pour mesurer le temps de modification de l'état physique d'un milieu fluide, et, en particulier, pour mesurer le temps de coagulation du sang, du genre comprenant un godet vertical qui contient le fluide et dans lequel sont introduits les réactifs nécessaires, tandis qu'y est placée une bille ferromagnétique entraînée en rotation par un champ magnétique extérieur, caractérisé par le fait que son godet (1) présente à sa partie inférieure un chemin de roulement annulaire (4) pour ladite bille (5), et qu'il comporte un dispositif de détection (17) qui délivre un signal électrique chaque fois que cette bille (5) passe devant lui et qui est associé à une unité de mesure (23) déterminant les variations de l'intervalle de temps entre deux passages consécutifs de ladite bille (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour entraîner en rotation ladite bille (5), il comprend un moteur électrique (9) dont l'arbre de sortie (10) est solidaire d'un noyau ferromagnétique (11) qui est disposé sous le godet (1) contenant la bille (5) en ayant le méme axe que lui, qui traverse une bobine (13) alimentée en courant et qui se termine à sa partie supérieure par un doigt ferromagnétique (16) excentré par rapport à l'axe commun de ce noyau (11) et du godet (1), et situé immédiate- ment au-dessous de ce dernier (1). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier détecteur réflex (17) associé à ladite bille (5), un second détecteur réflex (18) similaire au premier (17) et associé au doigt excentré (16) qui entraîne la bille (5), et un comparateur (22) relié à un microprocesseur (23) permettant de repérer tout défaut de synchronisme entre les signaux délivrés par lesdits deux détecteurs (17, 18). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour entraîner en rotation ladite bille, il il comprend une pluralité de pôles fixes qui entourent ledit godet (1) sensiblement sur le même plan que la bille (5) et qui. sont magnétisés par des bobines alimentées par des cou- rants variables de façon à produire un champ tournant dans le plan de la bille (5). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour imprimer à ladite bille (5) une vitesse de rotation et une force d'entraînement variables en fonction du test réa- lisé et de la durée de la mesure. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour imprimer à ladite bille (5) une vitesse de rotation et une force d'entraînement varia- bles sont tels que les valeurs de ces grandeurs présentent au début de la mesure un palier o elles sont relativement élevées, et un autre palier à la fin de la mesure o ces valeurs sont plus faibles, ces deux paliers étant reliés par une diminution progressive. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 5 et 6, caractérisé par le fait que ledit moteur (9) d'entraînement de la bille (5) est alimenté, ainsi que ladi- te bobine (13), par l'intermédiaire de moyens de régulation respectifs (24 à 27) commandés par un microprocesseur (23). 8. Dispositif melon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il inclut un densitomètre optique comprenant une diode électroluminescente (30) qui est alimentée à partir d'un microprocesseur (23) et qui éclaire une photodiode (32) à travers un filtre optique (31), le faisceau lumineux passant & travers ledit godet (1), au-dessus dedite bille (5), et les informations de la photodiode 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications- 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend, dans un même bâti (2), une pluralité de godets (1> associés chacun à un ensemble de mesure (9, 13, 16, 17, 18) indépendant. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 g 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de régulation de la température, une alimentation électrique et/ou des interfaces homme/machine.