Brevet FR2777350A1 — publié le 19991015

L'invention concerne un dispositif d'élimination automatique des bulles de gaz de l'optique de collection d'une tête cytométrique. Elle a en particulier des applications dans les appareils d'analyse en hématologie, pour la caractérisation des cellules sanguines et l'obtention des résultats sur les paramètres que l'on cherche à déterminer à partir d'échantillons sanguins. Des analyses pratiquées en hématologie ont pour objet une identification et un comptage de plusieurs catégories de cellules, afin d'établir des diagnostics. Les cellules à reconnaître sont usuellement des globules rouges, des plaquettes et des globules blancs, ces derniers se répartissant en plusieurs familles telles que lymphocytes, monocytes, ou granulocytes. Les analyses en hématologie sont traditionnellement effectuées par la mesure du volume des cellules par mesure d'impédance électrique. Pour cela, on fait circuler des échantillons sanguins dilués contenant des cellules dans un liquide conducteur à travers un orifice de petit diamètre, au niveau duquel est appliqué un courant électrique maintenu constant. Le passage d'une particule y provoque alors une variation transitoire de conductivité, représentative du volume occupé par la cellule traversante. Ce procédé de mesure par variation d'impédance permet de différencier les cellules en fonction de leur volume. Cependant, ces mesures d'identification dites mesures par effet Coulter s'avèrent insuffisantes pour collecter l'ensemble des informations nécessaires. En particulier, des cellules appartenant à des familles distinctes ont parfois des volumes très voisins. Un autre procédé connu consiste à utiliser des moyens optiques. Des cellules passant par un orifice de petit diamètre sont illuminées par un faisceau laser, et diffusent de la 2 2777350 lumière. Cette diffusion doit être prise dans un sens très général et signifie non seulement transmettre, diffuser et diffracter de la lumière, mais également engendrer de la lumière sous l'impact d'un faisceau lumineux, par exemple de la lumière de fluorescence de cellules convenablement marquées. Par la suite, on parlera indifféremment de diffusion de lumière. Le faisceau lumineux éclairant les cellules circulant est très peu épais pour que les cellules soient détectées une par une, et est habituellement constitué de lumière cohérente car on a recours comme source lumineuse à des lasers. La mesure de la lumière diffusée permet d'obtenir des informations sur l'état de surface d'une particule et/ou la structure de son noyau. On appellera par la suite optique de collection, un tel dispositif de mesure. Dans un tel dispositif, les cellules doivent passer dans le faisceau de lumière. Pour cela, elles sont guidées par des fluides qui sont injectés dans la tête cytométrique de telle façon que l'échantillon circulant conserve une direction adéquate. Ce type de guidage est appelé focalisation hydrodynamique. Les fluides et l'échantillon après passage au niveau des différents capteurs sont évacués dans un circuit d'évacuation au niveau de la sortie de la tête. Des mesures par faisceaux lumineux permettent des différenciations distinctes et complémentaires de celles obtenues par la mesure de volume de cellule par conductivité électrique. C'est pourquoi des mesures effectuées par ces deux moyens sont usuellement effectuées corrélativement. On parvient ainsi à un discernement beaucoup plus précis, en cumulant des informations sur le volume et l'état de surface et/ou la structure du noyau des cellules. 3 2777350 Un dispositif permettant d'effectuer ce type de mesures et comportant ces types de capteurs sera nommé par la suite tête cytométrique. L'appariement des mesures entre les différents capteurs est possible car la même cellule produit des signaux dans les différents capteurs selon un décalage temporel relativement fixe dépendant de la vitesse de circulation de la cellule et de la distance entre les capteurs. Chaque passage d'une cellule provoque l'apparition d'un signal qui croît, atteint une valeur crête, puis décroît. Ce signal, qualifié d'événement, est habituellement caractérisé par la valeur crête ou par une intégration temporelle du signal. Pour analyser un échantillon sanguin dilué, on le fait passer par un ou plusieurs capteurs à l'intérieur de la tête cytométrique. L'échantillon circule donc a une certaine vitesse dans la tête cytométrique créant un flux. Un ensemble de cellules sanguines génère ainsi des événements dans chacun des capteurs utilisés. Des valeurs caractéristiques des événements sont mesurées, et réparties selon des plages de valeurs juxtaposées dites canaux. Chaque capteur admet un nombre de canaux dépendant de sa définition. En présence d'un unique moyen de mesure, les événements sont classiquement représentés sous forme d'histogrammes par les moyens de calcul présents dans l'appareil. Un premier axe X correspond aux canaux, classés par valeurs croissantes, tandis qu'un axe Y donne le nombre d'événements par canal. En présence de deux capteurs, un moyen classique de représentation consiste à associer respectivement chaque capteur à un axe, chacun des axes représentant des valeurs croissantes de canaux. Toute particule mesurée produisant dans chaque capteur un événement ayant une valeur 4 2777350 caractéristique, on associe cette particule à un point situé à une intersection de deux canaux. A chaque point, est affectée une intensité croissante en fonction du nombre de particules associées. Une variation de couleurs est souvent employée à la place de cette variation d'intensité. Une telle représentation, qui est désignée par scattergramme, permet de mettre en évidence des groupes de cellules. Dans une tête cytométrique à focalisation hydrodynamique, les fluides servant à la focalisation ainsi que le flux de cellules à analyser doivent circuler. Ces fluides sont des consommables et ils sont ensuite éliminés. Pour diminuer les coûts, la vitesse de circulation donc le débit doit être réduit au maximum afin d'être le plus faible possible. Cependant, en cas de réduction trop importante, les fluides ayant une faible vitesse d'écoulement le long des parois au niveau de l'optique de collection, un phénomène de fixation de bulles de gaz, à partir de bulles préexistantes ou à partir des gaz dissous dans les fluides, peut se produire. Dans un tel cas, la présence d'une bulle au niveau d'un capteur fausse complètement les mesures. En particulier si une bulle se trouve au niveau de l'optique de collection, le capteur est ébloui et ne peut plus détecter correctement les cellules. Dans un tel cas, l'appareil doit être arrêté et une opération de maintenance entreprise, d'o perte de temps et augmentation des coûts. En outre, l'analyse en cours doit être rejetée, au niveau des résultats sur la différenciation des cellules. La présente invention a pour objet de supprimer ces inconvénients. Dans différents modes de réalisation présentant chacun des avantages particuliers et pouvant être utilisés selon différentes combinaisons techniquement possibles, 2777350 cette invention concernant un dispositif de mesure assurant la maintenance automatique de l'optique de collection d'une tête cytométrique traversée par des liquides selon un débit de base et comportant un ou plusieurs capteurs fournissant des signaux électriques, dans un appareil comportant des moyens de calcul il est mis en oeuvre les moyens suivants: - des moyens pour détecter la présence de bulles de gaz au niveau de la tête cytométrique et des moyens pour commander une augmentation du débit par rapport au débit de base afin de détacher et d'entraîner les bulles hors de la tête cytométrique. - les liquides étant évacués dans un circuit d'évacuation, l'augmentation de débit est obtenue par une modification des conditions d'écoulement des liquides dans le circuit d'évacuation, - l'augmentation de débit est obtenue par ouverture d'un circuit en parallèle sur le circuit assurant l'évacuation selon le débit de base des liquides traversant la tête cytométrique, - l'ouverture du circuit en parallèle est obtenue par l'ouverture d'une vanne, - la tête cytométrique possédant un capteur impédancemétrique et un capteur optique et des moyens pour calculer un scattergramme, la détection des bulles est obtenue à partir du scattergramme, le nombre de mesures (Mb) correspondant à une zone caractéristique de la présence d'une bulle, ladite zone correspondant à une plage de faibles amplitudes du signal optique pour une large plage du signal impédancemétrique, est comparé à un taux fonction du nombre total de mesures (Mt) effectuées dans ledit scattergramme, une valeur (Mb) supérieure audit taux indiquant la présence de bulles, ledit taux étant préférentiellement de 10%, 6 2777350 - dans le scattergramme la plage de faible amplitude du signal cytométrique est délimité par Ci et Cs et la large plage du signal impédancemétrique par Di et Ds, Ds correspondant à une valeur sensiblement égale à la valeur S maximale du signal impédancemétrique pour les points correspondant aux neutrophiles, Ci correspondant à une valeur sensiblement nulle du signal optique, Di et Cs correspondant à un point sensiblement éloigné des points correspondant aux lymphocytes, - l'augmentation de débit pendant une durée de temps prédéterminée correspondant à la commande issue de la détection de bulles est constante dans un premier mode ou périodique dans un second mode. La présente invention permet donc de diminuer considérablement les conséquences de la présence de bulles dans la tête cytométrique en les détectant et en les éliminant d'une manière automatique. Elle permet un gain de temps et une réduction des coûts de maintenance. Ce dispositif peut être détaillé. Les moyens de calcul présents dans l'appareil sont utilisés pour détecter la présence de bulles au niveau de l'optique de collection et pour provoquer une augmentation temporaire du débit des liquides dans la tête cytométrique afin de détacher et d'entraîner les bulles dans le circuit d'évacuation. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention donné à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La Figure 1 est un schéma d'un dispositif à tête cytométrique selon l'invention. La Figure 2 est une vue schématique d'un cytomètre utilisé dans le dispositif de la Figure 1. 7 2777350 La Figure 3 représente un scattergramme d'un flux de cellules, obtenu par les deux capteurs présents dans le cytomètre de la Figure 2. Un dispositif à tête cytométrique selon l'invention, S représenté sur la Figure 1, comprend un cytomètre 1 destiné à réaliser des mesures sur des échantillons comportant des cellules biologiques. Il comprend également une unité de traitement du signal 2 reliée au cytomètre 1, et recevant en entrée les signaux du capteur impédancemétrique 25 et optique 20 de la tête cytométrique par l'intermédiaire des liaisons 52, 53. L'unité de traitement 2 fournit l'information de commande de la vanne sur la liaison 54. L'échantillon de cellules à analyser rentre dans la tête selon la direction 15. Les fluides sont injectés en et 51 à l'intérieur de la tête. Après passage au niveau des différents capteurs, les liquides sortent de la tête par un circuit d'évacuation 58. Celui-ci se dédouble en deux branches, une première 56 assurant l'évacuation selon le débit de base et une seconde 57 comportant une vanne 55 commandée par l'unité de traitement. Le débit maximal dans les portions en amont 58 et en aval 59 des deux branches en parallèle doit au moins être égal à la somme des débits maximaux dans les circuits en parallèle 56 et 57. L'unité de traitement 2 est constituée d'éléments électroniques classiques permettant d'effectuer des opérations analogiques et numériques. Le cytomètre 1, détaillé sur la Figure 2, comprend une enceinte 4 d'axe 15 contenant un injecteur 5 destiné à la circulation d'une suspension de cellules biologiques qui sont plus précisément, dans l'exemple présenté, des cellules sanguines. L'injecteur 5 est inclus dans une chambre d'écoulement 6 à l'intérieur de l'enceinte 4. La 8 2777350 chambre d'écoulement contient un liquide entraîneur 8 et est terminé par une buse 7. Le conduit 5 et la chambre d'écoulement 6 sont dirigés suivant l'axe 15, et permettent d'obtenir un écoulement axial du flux. La buse 7 concentre le flux dans la direction 15. Elle est terminée à son extrémité 9 par un orifice de très petite taille, typiquement de l'ordre de 80 Mm de diamètre permettant la mesure de l'impédance électrique. Le liquide 8 entraîneur est de préférence isotonique par rapport à une solution circulant dans le conduit 5. Le cytomètre 1 comporte également un capteur laser 20. Celui-ci comprend un dispositif optique 10 admettant une optique de collection 14. L'élément optique 14 comporte intérieurement une chambre 12, ouverte en deux extrémités opposées selon l'axe 15 et centrées autour d'un point 11. L'élément optique 14 est fixé à l'enceinte 4 de façon que la buse 7 débouche dans la chambre 12 par l'une des extrémités de celle-ci, et que le flux de cellules passe par le point 11 central de la chambre 12. Un dispositif de sortie 13 est fixé à l'élément optique 14. Le flux de cellules, après avoir traversé la chambre 12, est évacué par le circuit d'évacuation 58 par l'intermédiaire du dispositif de sortie 13. Le capteur laser 20 comporte également un laser 23 apte à émettre un faisceau lumineux 22 qui est focalisé sur le flux de cellules, au point 11 central de la chambre 12, dans laquelle il pénètre par l'élément optique 14. Le capteur laser 20 comporte aussi un ensemble de détection (non représenté), qui mesure de la lumière diffusée latéralement par les cellules. Le volume délimité par l'enceinte 4 et la chambre 12 est rempli d'un liquide physiologique 16. C'est un liquide conducteur. Le cytomètre 1 comprend également un capteur d'impédance 25, constitué par des moyens électroniques de 9 2777350 mesure 27 reliés à l'injecteur 5 formant une première électrode, et une seconde électrode 26. L'électrode 26 est disposée dans le volume délimité par l'enceinte 4, rempli du liquide physiologique 16. Les moyens électroniques 27 et les électrodes 5 et 26 permettent de compter électriquement le nombre de cellules passant à travers l'orifice 9 et d'en mesurer électriquement le volume, selon la méthode de Coulter. En fonctionnement, on fait circuler un flux de cellules biologiques à mesurer dans l'injecteur 5. Parvenu à l'extrémité de l'injecteur 5, le flux de cellules est entraîné et manchonné par le liquide entraîneur 8 vers l'orifice 9 de la buse 7. Elles traversent ensuite la chambre 12 et sont finalement évacuées par le dispositif de sortie 13. Le passage des cellules à travers l'orifice 9 par les moyens électroniques de mesure 27 provoque une variation d'impédance proportionnelle au volume des cellules. On obtient ainsi un premier type de mesures. Le second type de mesures est réalisé par le capteur laser 20, lors du passage des cellules par la chambre 12. Le nombre de cellules dans les mesures doit être suffisamment grand pour être représentatif. Typiquement, ce nombre est fixé égal à 10.000, la durée d'analyse étant alors comprise entre 10 et 20 secondes. Des mesures sont portées dans un diagramme dit scattergramme, représenté sur la Figure 3, généré par des moyens de calcul connus. Ce diagramme admet deux axes 40 et 41 correspondant respectivement au capteur d'impédance 25, et au capteur laser 20. Les axes 40 et 41 sont discrétisés en des abscisses associées à des intervalles de valeurs croissantes. Ces intervalles sont donnés par des canaux propres aux capteurs et dépendant de leur définition, chaque canal couvrant une plage de valeurs mesurées. On associe ainsi, à chaque particule mesurée, 2777350 des coordonnées selon les axes 40 et 41. La particule est donc associée à un point du scattergramme. Un scattergramme obtenu avec un échantillon donné, tel que celui représenté à la Figure 3, fait alors apparaître, en l'absence de bulles, des zones 43, 44, 45 significatives, indiquant une grande densité de particules. Ces zones 43, 44, 45 sont représentatives de familles de cellules à identifier, correspondant aux lymphocytes, monocytes et neutrophiles respectivement. Par contre, en présence de bulles, la zone caractéristique 46 se remplit. Elle correspond à une plage de faibles amplitudes du signal optique pour une large plage de valeurs du signal impédancemétrique. L'unité de traitement 2 compte le nombre de mesures (Mb) correspondant à la zone caractéristique 46 du scattergramme. Un test est ensuite effectué à partir du résultat de ce comptage. Ce comptage est effectué en temps réel. Connaissant à chaque moment le nombre total de mesures effectuées (Mt) dans le scattergramme pour le nombre (Mb) correspondant, le système détermine si (Mb) dépasse un taux fonction de (Mt), un dépassement signalant la présence de bulles. Ce taux est préférentiellement fixé à 10 %. Si les bulles sont détectées, l'unité de traitement 2 envoie un signal de commande à la vanne 55. Ce signal provoque l'ouverture de la vanne et l'augmentation du débit par rapport au débit de base. Au bout d'un temps prédéterminé, la vanne est refermée. Au cas o cette opération n'aurait pas été suffisante pour éliminer les bulles du dispositif optique de collection, les détections ultérieures provoqueraient une nouvelle augmentation de débit, ce qui provoquerait des à-coups dans la circulation des fluides. Il 2777350 Dans un autre mode, la vanne pourra être alternativement ouverte et fermée pendant une durée de temps prédéterminée suite à la détection d'une bulle afin de créer des impulsions de débit. Le dispositif tel qu'il vient d'être décrit correspond à un mode de réalisation de l'invention simple, choisi afin de faciliter la description. Néanmoins, des modes de réalisation plus complexes sont envisagés. Dans un autre mode, les calculs sont faits sur un certain nombre de cellules par moyenne. Un comptage des détections positives de bulles jusqu'à un seuil jugé significatif peut aussi être effectué avant d'actionner la vanne. Tout dispositif et appareil permettant la mise en oeuvre du procédé à la base de l'invention et qui seraient envisagés d'une manière évidente par l'homme du métier font partie de cette description. De plus, la description détaillée et les exemples fournis sont simplement illustratifs et indicatifs et ne sauraient limiter la portée de l'invention. 12 2777350 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure assurant la maintenance automatique de l'optique de collection d'une tête cytométrique traversée par des liquides selon un débit de base et comportant un ou plusieurs capteurs fournissant un ou plusieurs signaux électriques correspondant à la détection de cellules dans un appareil comportant des moyens de calcul, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter la présence éventuelle de bulles de gaz et pour provoquer et commander une augmentation du débit des liquides par rapport au débit de base traversant la tête cytométrique afin de détacher et d'entraîner les éventuelles bulles hors de la tête cytométrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'évacuation et que l'augmentation de débit est obtenue par une modification des conditions d'écoulement des liquides dans le circuit d'évacuation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'évacuation comporte un premier et un deuxième circuit, l'augmentation du débit étant obtenue par l'ouverture du deuxième circuit en parallèle sur le premier circuit assurant l'évacuation selon le débit de base des liquides traversant la tête cytométrique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture du deuxième circuit en parallèle est obtenue par l'ouverture d'une vanne. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur impédancemétrique fournissant un signal impédancemétrique, un capteur optique fournissant un signal optique, les signaux optiques et impédancemétriques sont utilisés pour calculer un scattergramme et que dans le scattergramme, le nombre de mesures (Mb) correspondant à une zone spécifique 13 2777350 du scattergramme caractéristique de la présence d'une bulle est comparé à un taux fonction du nombre total de mesures (Mt) effectuées dans ledit scattergramme, une valeur Mb supérieure audit taux indiquant la présence de bulles. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le taux pour indiquer la présence d'une bulle est sensiblement égal à 10 %. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zone spécifique du scattergramme caractéristique de la présence de bulles correspond à une plage de faibles amplitudes du signal optique pour une large plage du signal impédancemétrique. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la plage de faible amplitude du signal cytométrique est délimité par Ci et Cs et la large plage du signal impédancemétrique par Di et Ds, Ds correspondant à une valeur sensiblement égale à la valeur maximale du signal impédancemétrique pour les points correspondant aux neutrophiles correspondant à la famille de cellules 45 du scattergramme, Ci correspondant à une valeur sensiblement nulle du signal optique, Di et Cs correspondant à un point sensiblement éloigné des points correspondant aux lymphocytes correspondant à la famille de cellules 43 du scattergramme. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour commander l'augmentation du débit produisent une augmentation constante du débit pendant une durée prédéterminée après la détection d'une bulle. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour commander l'augmentation du débit produisent une 14 2777350 variation périodique du débit pendant une durée prédéterminée après la détection d'une bulle.