Brevet FR2792725A1 — publié le 20001027

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection de variations de propriétés optiques d'un échantillon, telles que, par exemple, une variation colorimétrique obtenue au cours d'un processus d'analyse chimique et/ou biologique. Elle s'applique notamment à la détection de la présence ou de l'absence de micro-organismes tels que des bactéries ou des levures dans un échantillon liquide d'un matériau biologique. Elle convient tout particulièrement, mais non exclusivement, à une détection de ce type dans un processus d'analyse biologique tel que décrit dans la demande WO 96/29427 comportant une phase de séparation "sur gel" consistant à: - introduire un échantillon liquide dans un tube de centrifugation, au-dessus d'un système gélifié préalablement introduit dans le tube, ce système étant conçu de manière à séparer les micro-organismes présents dans l'échantillon en fonction de leur taille et comprenant un milieu de culture propice au développement des microorganismes et un réactif apte à induire une variation de mesure optique détectable; - centrifuger le contenu du tube de manière à provoquer la migration des micro-organismes présents dans l'échantillon, dans le système gélifié et y promouvoir leur développement; - révéler la présence ou l'absence des micro-organismes dans ledit système par une détection de la susdite variation de mesure optique. Jusqu'ici, cette détection s'effectuait visuellement et comportait donc tous les inconvénients de ce type de détection. L'invention s'applique également dans d'autres domaines, dont notamment celui de l'hémostase. Elle peut ainsi être utilisée dans un procédé pour mesurer le temps de coagulation du sang tel que décrit dans le brevet US 4 918 984 déposé au nom de la Société Serbio, qui comporte une mesure densitométrique couplée à une détermination du temps de coagulation d'un échantillon de plasma sanguin. Dans cet exemple, ces deux mesures sont obtenues au moyen d'un dispositif comprenant, de part et d'autre d'un récipient transparent l'échantillon, d'une part, un dispositif déclairage et, d'autre part, un photodétecteur devant lequel est placé un filtre optique passe-bande, ce photodétecteur étant connecté à un circuit électronique de traitement. Ultérieurement, en vue d'améliorer ce dispositif, on a en outre prévu: d'une part, un dispositif de filtrage comprenant plusieurs filtres lumineux mobiles pouvant être amenés successivement dans le trajet du faisceau lumineux émis par la lampe à incandescence (dispositif d'éclairage), et - d'autre part, un circuit d'échantillonnage apte à prélever des échantillons du signal de mesure délivré par le photodétecteur, en synchronisme avec le défilement des filtres et à associer à chaque échantillon un identifiant correspondant au filtre utilisé lors de l'échantillonnage. En théorie, cette solution est susceptible de permettre de suivre en temps réel les variations du faisceau détecté pour chacune des plages de longueurs d'onde des filtres. En réalité, elle ne permet pas d'obtenir des résultats satisfaisants principalement en raison de la période de défilement des filtres qui demeure relativement importante (sans qu'il soit envisageable de la réduire) et qui conduit à un échantillonnage à une périodicité de l'ordre de 2 s. Il est clair que compte tenu de cette périodicité et du décalage temporel des signaux détectés, les comparaisons effectuées entre ces signaux deviennent douteuses et, de toute façon, l'erreur sur la localisation du virage demeure relativement importante. En outre, en raison de la partie électromécanique qu'elle fait intervenir, cette solution est relativement coûteuse et nécessite une maintenance relativement lourde. L'invention a donc également pour but de résoudre ces problèmes de lenteur, maintenance et mécanique lourde. Elle propose donc un procédé de détection de type statique et sans maintenance consistant à exécuter, au cours d'une période de temps relativement courte, de l'ordre de la milliseconde à la dizaine de millisecondes, une séquence opératoire comprenant les étapes suivantes: une première exposition de l'échantillon à une première impulsion lumineuse incidente dont les ondes lumineuses sont comprises dans une première gamme de fréquence, cette impulsion étant émise par une première source lumineuse optoélectronique, - une première mesure de type turbidimétrique par un premier détecteur optoélectronique situé sensiblement dans l'axe de ladite impulsion incidente de l'intensité lumineuse transmise de ladite impulsion, après son passage au travers dudit échantillon, - le stockage du résultat de cette première mesure dans une mémoire, - l'exposition de l'échantillon à une seconde impulsion lumineuse incidente présentant sensiblement la même incidence que la première, dont les ondes lumineuses sont comprises dans une deuxième gamme de fréquence, cette impulsion étant émise par une seconde source lumineuse optoélectronique, - une seconde mesure de type turbidimétrique par ledit premier détecteur de l'intensité lumineuse de ladite seconde impulsion après son passage au travers dudit échantillon, - le stockage, dans ladite mémoire, du résultat de cette seconde mesure. Avantageusement, la durée des susdites impulsions lumineuses pourra aller d'un dixième de milliseconde à quelques millisecondes. Ce procédé comprend en outre pendant ou après la susdite période, l'analyse des résultats stockés dans ladite mémoire. Avantageusement, le susdit détecteur sera de type spectrophotographique de manière à pouvoir effectuer une mesure de la fluorescence de l'échantillon. Cette mesure de fluorescence pourra être en outre conjuguée avec une analyse de type néphélométrique prenant en compte les propriétés de diffusion optique de l'échantillon. Ainsi, dans le cas de la détection de la présence de bactéries, il devient possible de réaliser une table de vérité permettant d'exploiter les variations de propriété optique de l'échantillon mesurées par les détecteurs et d'en déduire une indication sur l'importance des populations de bactéries, étant entendu que: - un nombre peu élevé de bactéries se traduit par une fluorescence, - une augmentation des bactéries engendre une diminution de la fluorescence, l'échantillon devenant transparent, un nombre élevé de bactéries engendre un état non transparent, non fluorescent décelable par la mesure néphélométrique. Grâce à ces dispositions, les différentes mesures qui sont pratiquement simultanées (période de mesure très courte) sont effectuées dans les mêmes conditions, et donc sont très sûres. En outre, l'interprétation des résultats de mesure est beaucoup moins aléatoire et l'on n'a plus à redouter de faux négatifs. Un mode d'exécution d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique illustrant le principe d'un dispositif de détection des variations de propriétés optiques d'un échantillon en présence d'un réactif; La figure 2 est une représentation schématique du détecteur spectrophotométrique utilisé dans le dispositif de la figure 1; La figure 3 est un diagramme illustrant le principe d'une détection simplifiée de la fluorescence de l'échantillon La figure 4 est un diagramme temporel d'une séquence de mesure réalisée dans une période de mesure par le dispositif de la figure 1; La figure 5 est une table de vérité utilisée pour exploiter les résultats des mesures effectuées par le dispositif; La figure 6 est une représentation schématique d'un appareil d'analyse automatique utilisant un dispositif de détection selon l'invention pour effectuer des analyses biochimiques en hémostase. -6- 2792725 Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 4, l'échantillon 1 que l'on désire analyser est contenu dans un récipient transparent 2, par exemple un tube à essai, axé perpendiculairement à l'axe d'un montage optique comprenant un système d'émission d'un faisceau lumineux incident comprenant, d'une part, au moins deux sources lumineuses SLI, SL2 reliées à une tête d'émission 3 située au voisinage du tube 2, par l'intermédiaire de deux guides optiques respectifs 4, 5 constitués chacun par une fibre optique et, d'autre part, une troisième source lumineuse SL3 reliée par un guide optique 6 à une tête d'émission 7 axée perpendiculairement à l'axe de la tête 3. Au moins une source lumineuse SL4 supplémentaire, représentée en traits interrompus, pourra être reliée à la tête d'émission 3 par l'intermédiaire d'un guide d'onde correspondant. Les sources lumineuses SLI, SL2, SL4 sont constituées par des diodes électroluminescentes dont le rayonnement lumineux est filtré par des filtres FI, F2, F4 respectivement rouge (entre 600 nm et 700 nm) pour la source SL1 et vert (entre 550 nm et 650 nm) pour la source SL2. De même, la source SL3 comprend une diode D3 et un filtre rouge F3. Les diodes Dl à D4 sont pilotées par un microprocesseur MP de manière à émettre des impulsions lumineuses successives par exemple de 2 ms, au cours d'une période de mesure, par exemple de 10 ms. Le dispositif comprend par ailleurs au moins un circuit de détection DO, ici deux circuits DO1, DO2 reliés à une tête de réception 3' par deux fibres respectives disposées dans l'axe de la tête d'émission 3, du côté du tube 2 situé à l'opposé de ladite tête 3. Les détecteurs DO, DO2 comprenant chacun une photodiode associée à un filtre sont pilotés par le microprocesseur de manière à prélever des échantillons de mesure pendant la période d'émission des diodes Dl à D4 et de leur attribuer un identifiant. - l - Les signaux de mesure produits par les détecteurs DOI, DO2 sont numérisés par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique A/N avant d'être appliqués au microprocesseur MP. Bien entendu, le microprocesseur MP est associé à des périphériques tels que, par exemple, une console clavier/écran CE, un terminal d'entrée/sortie TES par exemple de type RS232, et une unité de mémoire MEM. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le détecteur DO qui peut se substituer aux détecteurs DO,, DO2 est de type spectrophotométrique. Il se compose d'un objectif OF qui permet de projeter à l'infini le faisceau lumineux produit par la tête 3 ou obtenu par diffusion de la lumière produite par la tête 7 sur un élément dispersif ED tel qu'un prisme ou un réseau par l'intermédiaire d'un filtre F'4. La lumière dispersée par l'élément ED est alors détectée par une barrette d'éléments photosensibles EP, par exemple une barrette de type CCD pilotée par le microprocesseur MP. Grâce à cette disposition, il devient possible d'obtenir le spectre de la lumière transmise au travers de l'échantillon ou diffusée par celui- ci et de déterminer en outre la fluorescence de l'échantillon (qui présente un pic dont la longueur d'onde est décalée par rapport à celle de la lumière incidente). Sur la figure 2, on a représenté un diagramme d'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde faisant apparaître un décalage d'environ 50 nm entre un faisceau de lumière incident provenant de la tête 3 et transmis au travers de l'échantillon (pic Pl) et la lumière émise par fluorescence (pic P2). L'invention ne se limite pas à un tel détecteur spectrophotométrique pour mesurer la fluorescence. - 8 - 2792725 En effet, il est possible d'effectuer un grand nombre de mesures en utilisant des combinaisons appropriées de filtres associées aux sources lumineuses SLi àSL4 et aux détecteurs DO,, DO2. Ainsi, pour effectuer une mesure de fluorescence, il sera possible d'associer à l'une des sources SLI, SL2, SL4 par exemple à la source SL4, un filtre passe-bas F4 qui accentue la lumière verte mais ne laisse pas passer la lumière bleue, et de prévoir un détecteur, par exemple le détecteur DO2 équipé d'un filtre de type passe-haut qui laisse passer la lumière bleue engendrée par la fluorescence. Le diagramme illustré sur la figure 3 (intensité lumineuse I fonction de la longueur d'onde nm montre schématiquement: - la réponse RI de la diode électroluminescente de la source SL4 à une impulsion électrique, - la courbe du filtre passe- bas PB associé à la diode électroluminescente, - la lumière transmise au détecteur DO2 après passage au travers de l'échantillon, la fréquence de cette lumière étant décalée vers le bleu du fait de la fluorescence (courbe R2), - la courbe du filtre passe-haut PH associée au détecteur DO2 qui laisse passer la lumière bleue engendrée par fluorescence. Le détecteur DO, pourra alors consister en une simple photodiode servant à effectuer les mesures turbidimétriques et néphélométriques. Comme précédemment mentionné, le microprocesseur MP commande une succession de séquences de mesure comprenant chacune, à l'intérieur d'une période de mesure très courte T, par exemple de l'ordre de 10 ms, trois impulsions lumineuses de faible durée d, de l'ordre de 2 ms, la première impulsion IL, étant engendrée par la source SL1, la deuxième impulsion IL2 étant engendrée par la source SL2, tandis que la troisième impulsion lumineuse IL3 est engendrée par la source SL3 (figure 4). Au cours de ces trois impulsions lumineuses, sous la commande du microprocesseur MP, le détecteur DO prélève trois échantillons de mesure respectifs, à savoir: - un premier échantillon El à partir duquel sont déterminées: - l'intensité IT, de lumière rouge transmise, en provenant de la source SLI (longueur d'onde 590 nm), - l'intensité IF, de lumière émise par fluorescence, dont la longueur d'onde se trouve décalée par rapport à la lumière incidente, par exemple d'une valeur de 50 nm, - un deuxième échantillon E2 à partir duquel sont déterminées: - l'intensité lumineuse transmise IT en provenance de la source SL2 pour une longueur d'onde de 540 nm et, éventuellement, - l'intensité de lumière émise par fluorescence, - un troisième échantillon E3 permettant de déterminer l'intensité lumineuse diffusée à la suite de l'éclairement par la source SL3 (mesure néphélométrique). Ces différentes mesures permettent de déterminer d'une façon relativement précise et sans risque de faux négatif les variations de propriétés optiques et, en particulier, le virage de l'échantillon par exemple sous l'effet des sécrétions enzymatiques des bactéries sur un substrat chromogène, étant entendu que: - lorsque le nombre de bactéries est faible, on obtient un signal fluorescent important; - 10- 2792725 - lorsque le nombre de bactéries s'élève, la fluorescence diminue, tandis que l'échantillon demeure transparent; - en présence d'un nombre important de bactéries, l'échantillon devient opaque et diffuse le rayonnement lumineux incident; ce signal néphélométrique devient prépondérant; - les intensités détectées des lumières émises par les deux sources SL1, SL2 varient à l'inverse l'une de l'autre en fonction de la couleur de l'échantillon et donc de l'importance de la population bactérienne. La figure 5 montre un exemple de table de vérité simplifiée prenant en compte trois états logiques des valeurs mesurées, à savoir: l'état -1 qui correspond à des valeurs mesurées inférieures à une valeur de seuil inférieur S-, un état 0 qui correspond à des valeurs mesurées comprises entre le seuil inférieur S- et un seuil supérieur S+, et l'état +1 qui correspond à des valeurs mesurées supérieures au seuil supérieur S+. Il est clair qu'en choisissant convenablement les seuils S+ et S-, la détection du virage de l'échantillon sera obtenue par la détection de passage simultané à 0 des valeurs des paramètres LB, LV, N et F. Avantageusement, un dispositif analogue à celui précédemment décrit pourra équiper un appareil d'analyse hémostatique automatique du type de celui décrit dans la demande de brevet FR No 98 07484, déposée le 10juin 1998, au nom de la Demanderesse, et dont une représentation schématique est indiquée sur la figure 6. Cet appareil fait intervenir une pluralité de cuvettes C transparentes destinées à contenir chacune un échantillon liquide à analyser. Ces cuvettes C sont fixées sur une bande support B défilant successivement dans un poste d'incision 23 de la bande B, un poste de pipetage 24, un poste de détection 25 équipé d'un -Il- 112792725 dispositif du type de celui représenté sur la figure 1, et un poste 26 de récupération de la bande B munie de ses cuvettes C usagées. Le poste de pipetage 24 est desservi par une pipette verticale 30 mobile en hauteur. Cette pipette 30 est fixée à l'une des extrémités d'un bras 31 monté rotatif autour d'un axe vertical 32 de manière à pouvoir être amené par rotation, successivement à l'aire de pipetage 24 à une aire de rinçage 33 et à deux aires de prélèvement 34, 35. Les aires de prélèvement 34, 35 sont situées dans le trajet de récipients Rl, R2 portés par deux carrousels respectifs CRI, CR2 mobiles en rotation autour de deux axes verticaux 37, 38 commandés par deux servomoteurs, l'un des carrousels CRI étant destiné à contenir les récipients RI d'échantillons, tandis que l'autre CR2 contient des récipients R2 affectés aux réactifs utilisables dans le cadre des analyses que l'on veut effectuer. Le processeur P commande des séquences de pipetage comportant successivement: - un rinçage préalable de la pipette 30, - le prélèvement d'une dose d'échantillon contenu dans l'un des récipients R1 du carrousel CR1, - l'injection de cette dose dans une cuvette C située dans le poste de pipetage 24, - le rinçage de la pipette 30, - le prélèvement d'une dose de réactif contenu dans l'un des récipients R2 du carrousel CR2, l'injection de cette dose de réactif dans la cuvette C, - le déclenchement d'au moins une séquence de mesures telle que celle précédemment décrite, en vue d'effectuer la détection d'un virage et/ou une évaluation quantitative d'un ou plusieurs constituants de l'échantillon. - 12- 2792725 Revendications 1. Procédé pour la détection d'une variation des propriétés optiques d'un échantillon liquide à analyser, caractérisé en ce qu'il consiste à exécuter, au cours d'une période de temps relativement courte, de l'ordre de la milliseconde à la dizaine de millisecondes, une séquence opératoire comprenant au moins les étapes suivantes: - une première exposition de l'échantillon à une première impulsion lumineuse incidente (IL,) dont les ondes lumineuses sont comprises dans une première gamme de fréquence, cette impulsion (IL1) étant émise par une première source lumineuse optoélectronique (SLI), - une première mesure de type turbidimétrique, par un détecteur optoélectronique (DO) situé sensiblement dans l'axe de ladite première impulsion incidente (IL,) de l'intensité lumineuse transmise de ladite première impulsion, après son passage au travers dudit échantillon, - le stockage du résultat de cette première mesure dans une mémoire (MEM), - l'exposition de l'échantillon à une seconde impulsion lumineuse incidente (IL2) présentant sensiblement la même incidence que la première, dont les ondes lumineuses sont comprises dans une deuxième gamme de fréquence, cette impulsion (IL2) étant émise par une seconde source lumineuse optoélectronique (SL2), - une deuxième mesure de l'intensité transmise de ladite deuxième impulsion après son passage au travers dudit échantillon, - l'analyse des résultats stockés dans ladite mémoire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une succession de séquences opératoires et une analyse comparative des résultats de ces séquences. - 13 - - 13 - 2792725 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la durée des susdites impulsions lumineuses (IL1, IL2) est de l'ordre d'un dixième de milliseconde à quelques millisecondes. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au cours de l'une des deux premières mesures, une détermination de la fluorescence de l'échantillon. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase d'exposition de l'échantillon à une troisième impulsion lumineuse (IL3) et une troisième mesure de type néphélométrique. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdites mesures sont effectuées à l'aide de plusieurs détecteurs dont l'un est spécifiquement utilisé pour la détermination de la fluorescence. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mesure de la fluorescence est obtenue par la conjugaison du filtrage de l'une des susdites impulsions de lumière incidente par un filtre passe-bas qui accentue la lumière verte mais ne laisse pas passer la lumière bleue et d'un filtrage de la lumière transmise en réponse à ladite impulsion par un filtre passe-haut qui laisse passer la lumière bleue engendrée par la fluorescence. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la troisième impulsion (IL3) est orientée perpendiculairement aux deux autres et que les mesures sont effectuées par un même détecteur (DO). -14- - 14- 2792725 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdites mesures sont de type spectrophotométrique. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'analyse des résultats s'effectue grâce à une table de vérité préalablement mémorisée. 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: - une première source lumineuse (SL1) émettant dans une première gamme de longueur d'onde, un faisceau lumineux appliqué par l'intermédiaire d'un premier guide optique (4), à une tête d'émission (3) axée sur un récipient transparent (2) contenant un échantillon (1) à analyser, - au moins une deuxième source lumineuse (SL2) émettant dans une deuxième gamme de longueur d'onde, un faisceau lumineux appliqué à ladite tête d'émission (3), - au moins un détecteur optoélectronique (DO) placé dans l'axe de la tête (3) en un emplacement situé du côté du récipient situé à l'opposé de ladite tête (3), - un microprocesseur (MP) pilotant lesdites sources lumineuses (SLI, SL2) et ledit détecteur (DO), de manière à commander la susdite séquence opératoire, ce microprocesseur (MP) étant programmé pour effectuer une analyse des résultats des mesures effectuées par le détecteur. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les sources lumineuses (SLI, SL2) comprennent chacune une diode électroluminescente (Dl, D2) et un filtre optique (F1, F2). - 15- 13. Dispositif selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que le susdit détecteur (DO) est de type spectrophotométrique. 14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième source lumineuse (SL3) reliée par l'intermédiaire d'un troisième guide optique (6) à une tête d'émission (7) axée sur le récipient transparent (2), perpendiculairement à l'axe de la susdite première tête (3), cette troisième source lumineuse (SL3) servant à effectuer une mesure néphélométrique et étant pilotée par ledit processeur (MP). 15. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il est intégré au poste de mesure d'un appareil d'analyse automatique faisant intervenir une pluralité de cuvettes transparentes (C) destinées à contenir chacune un échantillon liquide à analyser, ces cuvettes (C) étant fixées sur une bande support (B) défilant successivement dans un poste d'incision (23) de la bande (B), un poste de pipetage (24), ledit poste de mesure et un poste de récupération de la bande (B) munie de ses cuvettes usagées.