FR2637405A1 - Dispositif d'experimentation destine a usage pedagogique comme outil de stimulation et/ou de mesure, procede de traitement de signaux mis en oeuvre dans ledit dispositif, son application au domaine de la biologie, et element de simulation concu pour ledit dispositif applique a la biologie - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à un dispositif d'expérimentation, notamment destiné à usage pédagogique comme outil de stimulation et/ou de mesure, à un procédé de traitement de signaux mis en oeuvre dans ledit dispositif, à au moins une application du dispositif d'expérimentation au domaine de la biologie, ainsi qu'à un élément de simulation conçu pour ledit dispositif appliqué à la biologie. Le dispositif d'expérimentation 1 en relation avec un échantillon à tester 2; 3, mettant en oeuvre des sondes et/ou capteurs de mesure 4; 5, ainsi que des moyens de dialogue et/ou de calcul et/ou de visualisation tels qu'un micro-ordinateur 6, comporte : - des moyens transducteur 10 pour appliquer et/ou mesurer des signaux de courant et/ou de tension, coopérant avec lesdites sondes et/ou capteurs 4; 5, afin de soumettre ledit échantillon à tester 2; 3 au moins à un signal électrique et/ou de recueillir le signal de réponse dudit échantillon, - des moyens d'intéractivité 11 entre lesdits moyens transducteur 10 et ledit micro-ordinateur 6, aptes à réaliser leur liaison et permettant séquentiellement : . la transformation des signaux de données, issus du micro-ordinateur 6, et la création de signaux respectifs analogiques de stimulation, destinés à l'échantillon 2; 3, . la transformation des signaux mesurés sur ledit échantillon 2; 3, et la création de signaux respectifs numériques de mesure, destinés au micro-ordinateur 6.
Description
L'invention est relative à un dispositif d'expérimentatian.
notamment destiné a usage pédagogique comme outil de stimulation etlou de mesure, à un procédé de traitement de signaux mis en oeuvre dans le dit dispositif. à au moins une application du dispositif d'expérimentatîon au domaine de la biologie, ainsi qu'å un élément de simulation conçu pour le dit dispositif appliqué à la biologie.
L'invention trouvera son application dans le domaine de la fabrication d equipements électriques, de calcul, de traitement, de mesure, de simulation et de stimulation. Elle trouvera également son application pour la réalisation d'éléments mécaniques de simulation en matière de biologie.
Bien que plus spécialement développée pour être utilisée à titre d'élément pédagogique, notamment en biologie,pour l'étude des phenoménes électro-physiologiques et l'analyse des signaux bioélectriques. l'invention ne semble pas limite à cette application et pourrait tout à fait être utilisée industriellement pour des mesures dans tout domaine, ou un élément passif ou actif, en réponse à un signal d'excitation, délivre un signal de sortie typique du dit élément.
Cela étant, dans le domaine de la biologie, il est couramment effectue, dans les écoles et dans les laboratoires. des travaux pratiques pour l'enseignement de la biologie afin de concrétiser cet enseignement théorique.
En effet, au cours des cycles d'études, il fait appel aux travaux pratiques pour analyser différentes séries de phenoménes biologiques en réponse à une stimulation sur des fibres musculaires, squelettiques, cardiaques. nerveuses, etc....
Ces manipulations consistent à mesurer des paramétres tels que polarisation membranaîre de repos, potentiel d'action, conductance de membrane dans des conditions imposées.
Selon les différents degrés d'enseignement, ces travaux pratiques sont plus ou moins approfondis et permettent à l'étudiant de comprendre certains phénomènes théoriques difficilement imaginables.
A titre d'exemple illustratif et non limitatif, il est connu de réaliser des manipulations pour l'étude des conditions d'excitabilité du nerf et de sa réponse électrique, l'étude de la pollarisation membranaire et de son origine ionique. l'étude des conditions de formation de la réponse électrique de l'axone (potentiel d action), l'étude du potentiel complexe du muscle, du potentiel post-synaptique et la mise en évidence du mécanisme chimique de la transmission synaptique, l'étude des propriétés mécaniques et élecîtriques de la fibre musculaire, l'initiation à la notion de message nerveux et au codage en fréquence des messages, l'étude des conditions de formation du message nerveux, la mise en évidence de 1 activité électrique du cerveau et de ses variations en réponse à divers stimulis, l'étude de l'activité mécanique du coeur (cardiogrammel, de l'automatisme cardiaque, et de sa régulation, ou encore l'étude de l'activité électrique globale du coeur et de l'activité électrique des cellulles ventriculaires.
A ce sujet, les techniques employées actuellement en enseignement sont lourdes, délicates à mettre en oeuvre, et bien souvent inadaptées à l'évolution technologique actuelle.
En effet, on utilise diverses préparations ou éléments de simulation, une alimentation en tension ou en courant permettant de générer et d'imposer un signal de stimulation, et divers appareils de mesure tels que par exemple un oscilloscope. Les différents éléments sont câblés à la demande par l'étudiant et les differents réglages s'effectuent de manière indépendante sur chacun des constituants de la manipulation.
Aussi, il est courant d'avoir des erreurs de câblage ou des erreurs de calibration qui engendrent des enregistrements de mesures erronees et donc inexploitables pour un compte rendu de manipulation.
Par ailleurs. dans le cas où l'on veut mémoriser les signaux. on a alors recours à différents systèmes de mémorisation tels que oscilloscope à mémoire ou table traçante. Ces appareils sont également très couteux et ne permettent pas toujours un résultat satisfaisant car les comparaisons entre courbes de signaux d'entrée et de signaux de sortie sont quelquefois délicates à réaliser.
C'est pourquoi, dans certaines écoles ou les budgets sont limités, de telles manipulations, bien qu'enrichissantes pour l'enseignement, ne sont pas exécutées faute de matériel.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'expérimentation, notamment destiné à usage pédagogique comme outil de stimulation et/ou de mesure, qui. en relation avec un échantillon à tester, soit très performant, utilise des techniques modernes. et d'un cout compatible avec les budgets permis dans l'enseignement.
Ainsi, les techniques employées permettront d'une part de mieux suivre les progrès scientifiques et techniques et d'autre part de proposer un outil avantageux facilitant l'assimilation des différentes matières enseignées.
Un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif d'expérimentation, notamment destiné à usage pédagogique, conçu de manière suffisamment universelle et modulaire pour permettre l'étude de toute une sérié de phénomènes en réponse à une stimulation, comme c'est le cas par exemple en biologie. en électricité, en électronique, en physique.
Grâce au dispositif de la présente invention, la démarche expérimentale sera complète et, différentes phases d'études pourront hêtre remplies à savoir: l'observation du phénomène réel, la création d'un modèle d'interprétation de la réalité, la confrontation du modèle et de la réalité.
Pour ce, un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif d'expérimentation, qui, en relation avec un échantillon à tester, des sondes etlou des capteurs de mesure, et des moyens de dialogues etlou de visulation permettent une interactivité entre eux, palliant ainsi les inconvénients des systèmes existants passifs.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'expérimentation, avec un procédé de traitement de signaux, qui, de par sa simplicité d'installation et de câblage, permette à l'opérateur, non pas de se concentrer sur la réalisation de l'expérience. mais au contraire avoir toute son attention attirée par le phénomène à observer.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'expérimentation, ainsi qu'un procédé de traitement de signaux. qui, en combinaison avec un micro-ordinateur au titre de moyens de dialogues etlou de moyens de calculs etlou- moyens de visualisation, permettent un interactivité complète et facilitent le dialogue entre l'opérateur et la machine.
A cet égard. le système permettra le stockage de données en mémoire, le stockage des résultats, l'élaboration visuelle d'un signal d'excitation quelconque par l'opérateur. ce au clavier ou à l'aide d'une *souris". avec possibilité de mise en mémoire de signaux types.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'expérimentation qui présente une configuration de mesure modulaire, ce qui lui ouvre le champ d'application notamment à la biologie. physique, électricité,
A ce sujet, un des buts de la présente invention est d'autoriser une application du dispositif d'expérimentation de la présente invention dans le domaine de la biologie afin d'autoriser l'étude des phénomènes électrophysiologiques et l'analyse des signaux bioélectriques.
A ce sujet, un des buts de la présente invention est d'autoriser une application du dispositif d'expérimentation de la présente invention dans le domaine de la biologie afin d'autoriser l'étude des phénomènes électrophysiologiques et l'analyse des signaux bioélectriques.
Cela étant, un autre but de la présente invention est également de proposer un élément de simulation, conçu pour le dispositif d'expérimentation de la présente invention appliqué à la biologie qui soit commode d'utilisation et qui va dans le sens de la simplicité de la réalisation de l'expérimentation.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.
Selon l'invention, le dispositif d'expérimentation, notamment destiné à usage pédagogique comme outil de stimulation et/ou de mesure, en relation avec un échantillon à tester, mettant en oeuvre des sondes et/ou capteurs de mesure ainsi que des moyens de dialogue et/ou de calcul, etlou de visualisation, tels qu'un micro-ordinateur, est caractérisé par le fait qu'il comporte
- des moyens transducteur pour appliquer etlou mesurer des signaux de courant et/ou de tension, coopérant avec les dites sondes etiou capteurs, afin de soumettre le dit échantillon à tester au moins à un signal électrique etlou de recueillir le signal de réponse du dit échantillon,
- des moyens d'intéractivité entre les dits moyens transducteur et le dit micro-ordinateur, aptes à réaliser leurs liaisons et permettant séquentiellement
la transformation des signaux de données, issus du micro-ordinateur, et la création de signaux respectifs analogiques de stimulation, destinés à l'échantillon,
la transformation des signaux mesurés, sur le dit échantillon, et la création de signaux respectifs numériques de mesure, destinés au micro-ordinateur,
Le dispositif d'expérimentation de l'invention met en oeuvre un procédé de traitement de signaux dans lequel la succession des étapes suivantes est autorisée
- on envoie du micro-ordinateur vers les moyens d'interactivité les différentes données définissant la stimulation, à savoir : la variable mesurée; le calibre; la durée. la forme d'onde, l'amplitude, les niveaux continus du signal d'excitation; la période d'échantillonnage; le delaitentre le début de la mesure et le début de l'excitation: puis on les mémorise,
- on élabore le signal de consigne d'excitation en fonction des différents paramètres précités,
- on mesure le ou les signaux de réponse; puis on les mémorise,
- on envoie des dits moyens d'intéractivité vers le micro-ordinateur les différentes données des signaux en réponse.
- des moyens transducteur pour appliquer etlou mesurer des signaux de courant et/ou de tension, coopérant avec les dites sondes etiou capteurs, afin de soumettre le dit échantillon à tester au moins à un signal électrique etlou de recueillir le signal de réponse du dit échantillon,
- des moyens d'intéractivité entre les dits moyens transducteur et le dit micro-ordinateur, aptes à réaliser leurs liaisons et permettant séquentiellement
la transformation des signaux de données, issus du micro-ordinateur, et la création de signaux respectifs analogiques de stimulation, destinés à l'échantillon,
la transformation des signaux mesurés, sur le dit échantillon, et la création de signaux respectifs numériques de mesure, destinés au micro-ordinateur,
Le dispositif d'expérimentation de l'invention met en oeuvre un procédé de traitement de signaux dans lequel la succession des étapes suivantes est autorisée
- on envoie du micro-ordinateur vers les moyens d'interactivité les différentes données définissant la stimulation, à savoir : la variable mesurée; le calibre; la durée. la forme d'onde, l'amplitude, les niveaux continus du signal d'excitation; la période d'échantillonnage; le delaitentre le début de la mesure et le début de l'excitation: puis on les mémorise,
- on élabore le signal de consigne d'excitation en fonction des différents paramètres précités,
- on mesure le ou les signaux de réponse; puis on les mémorise,
- on envoie des dits moyens d'intéractivité vers le micro-ordinateur les différentes données des signaux en réponse.
Une application spécifique du dispositif d experimentatior.
de la présente invention est notable en matière de biologie afin d'autoriser l'étude des phénomènes électro-physiologiques et l'analyse dss signaux bioélectriques,
Enfin, l'élément de simulation, conçu pour le dispositif d'expérimentation de la presente invention appliqué à la biologie, dans lequel on met en présence deux liquides physiologiques représentatifs d'un milieu intra-cellulaire ou extra-cellulaire séparés par une membrane, est caractérisé par le fait qu'il comporte;;
- deux cuves étanches, définissant chacune un volume interne et au moins une ouverture dite latérale, les dites ouvertures étant placées sensiblement en vis-à-vis et séparées par une membrane, les cuves étant maintenues en contact au niveau de la dite membrane,
- quatre sondes, deux dans chaque cuve, permettant d'imposer soit un potentiel soit un courant. de façon à mesurer la réponse respectivement en potentiel ou en courant,
- chaque sonde se présentant sous la forme d'une douille traversant la paroi de la cuve de façon étanche, la dite douille présentant dans son volume intérieur au moins une électrode, non isolée électriquement vis-à-vis du dit liquide physiologique, apte à imposer etlou capter les signaux bioélectriques du milieu considéré.
Enfin, l'élément de simulation, conçu pour le dispositif d'expérimentation de la presente invention appliqué à la biologie, dans lequel on met en présence deux liquides physiologiques représentatifs d'un milieu intra-cellulaire ou extra-cellulaire séparés par une membrane, est caractérisé par le fait qu'il comporte;;
- deux cuves étanches, définissant chacune un volume interne et au moins une ouverture dite latérale, les dites ouvertures étant placées sensiblement en vis-à-vis et séparées par une membrane, les cuves étant maintenues en contact au niveau de la dite membrane,
- quatre sondes, deux dans chaque cuve, permettant d'imposer soit un potentiel soit un courant. de façon à mesurer la réponse respectivement en potentiel ou en courant,
- chaque sonde se présentant sous la forme d'une douille traversant la paroi de la cuve de façon étanche, la dite douille présentant dans son volume intérieur au moins une électrode, non isolée électriquement vis-à-vis du dit liquide physiologique, apte à imposer etlou capter les signaux bioélectriques du milieu considéré.
la dite douille constituant en outre des moyens de protection de l'électrode aptes à isoler chimiquement l'électrode du liquide physiologique.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe qui en font partie intégrante.
La figure 1 représente le schéma synoptique général du dispositif d'expérimentation de la présente invention dans une application usage pédagogique.
La figure 2 représente un schéma synoptique de la constitution d'une partie du dispositif d'expérimentation de la présente invention et notamment des moyens d'intéractivité.
La figure 3 montre une vue avec coupe partielle d'un élément de simulation selon la présente invention.
La figure 4 représente le schéma de principe du dispositif d'expérimentation tel que représenté à la figure 1.
La figure 5 montre les différentes phases du procédé de traitement de signaux de la présente invention dans une utilisation simulation.
La figure 6 montre les différentes phases du procédé de traitement de signaux de la présente invention dans une utilisation mesure.
La figure 7 représente à titre d'exemple la visualisation d'une courbe de réponse type en matiére de biologie.
L'invention concerne un dispositif d'expérimentation, ainsi qu'un procédé de traitement de signaux mis en oeuvre dans le dit dispositif.
Le dispositif d'expérimentation de l'invention sera notamment destiné à usage pédagogique comme outil de stimulation et/ou de mesure en relation avec un échantillon à tester.
Une application privilégiée du dispositif de l'invention se fera dans le domaine de la biologie afin d'autoriser l'étude des phénoménes électro-physiologiques et l'analyse des signaux bioélectriques.
En effet, le dispositif d'expérimentation de la présente invention a particuliérement été développé pour repondre à ce besoin; cependant, de par sa conception modulaire et son principe, différentes applications en laboratoire ou à usage pédagogique dans d'autres domaines tels que l'électricité, la physique, la chimie, pourraient être envisagées.
En particulier, on pourrait concevoir d'utiliser ce dispositif pour l'analyse des phénomènes transitoires dans des circuits électriques passifs. tels qu'établissement du courant dans une self ou décharge d'un condensateur par exemple.
La figure 1 représente schématiquement les différents constituants du dispositif de la présente invention, tandis que les figures 2 et 4 montrent plus en détail la réalisation du système.
Plus précisément, la figure 1 montre le dispositif d'expérimentation 1, utilisé comme outil de mesure etiou de simulation, en relation avec un échantillon à tester 2, ou encore un élément de simulation 3, et mettant en oeuvre des sondes ou capteurs de mesure 4 ou 5, ainsi que des moyens de dialogue etlou de calcul etlou de visualisation tels qu'un micro-ordinateur 6 ou un ordinateur.
Les différentes liaisons entre le dispositif d'expérimentation I et, d'unepart l'échantillon à tester 2; 3, et d'autre part le micro-ordinateur 6 montrent, par la présence des flèches T, 8, 9, l'intéractivité du système par une circulation des informations dans les deux sens autorisant un bouclage.
Selon l'invention, le dispositif d'expérimentation 1 comporte des moyens transducteur 10 dont la fonction est d'appliquer etlou de mesurer des signaux de courant etiou de tension, coopérant avec les dites sondes et/ou capteurs 4; 5, afin de soumettre le dit échantillon à tester 2; 3 au moins à un signal électrique et/ou de recueillir le signal en réponse du dit échantillon.
Le dispositif d'expérimentation 1 comporte en outre des moyens d'intéractivité 11 entre les dits moyens transducteur 10 et le dit micro-ordinateur 6. Ces moyens sont particulièrement destinés d'une part à réaliser la liaison entre le transducteur 10 et le micro-ordinateur 6 et d'autre part permettent séquentiellement
- la transformation des signaux de données, issus du micro-ordinateur 6, et la création de signaux respectifs analogiques de stimulation, destinés à l'échantillon 2; 3,
- la transformation des signaux mesurés sur le dit échantillon 2; 3, et la création de signaux respectifs numériques de mesure, destinés au micro-ordinateur 6.
- la transformation des signaux de données, issus du micro-ordinateur 6, et la création de signaux respectifs analogiques de stimulation, destinés à l'échantillon 2; 3,
- la transformation des signaux mesurés sur le dit échantillon 2; 3, et la création de signaux respectifs numériques de mesure, destinés au micro-ordinateur 6.
Cela étant, le micro-ordinateur sera chargé d'un ou de plusieurs logiciels, en fonction de l'étude des phénoménes à observer en réponse à une stimulation, permettant ainsi la simulation théorique des phénoménes et la gestion des fonctions de mesure de l'expérimentation.
En particulier, par un dialogue avec l'opérateur au moyen du clavier et des moyens de visualisation, le micro-ordinateur définira les différentes hypothéses et données de base, caractéristiques de la stimulation à savoir notamment : les variables à mesurer; les calibres des dites variables; la durée, la forme d'ondes, l'amplitude, les niveaux continus du signal d'excitation; la période d'échantillonnage entre deux mesures; le délai entre le début de la mesure et le début de l'excitation. D'autres possibilités sont offertes grâce aux techniques traditionnelles du micro-ordinateur à savoir: mémorisation des signaux, mémorisation des mesures, réalisations de courbes, de tableaux synoptiques ou autres.
Cependant, afin de pouvoir exploiter toutes ces ressources et utiliser un micro-ordinateur traditionnel, tel que par exemple un ZIBM PC" ou tout type d'ordinateur compatible, le dispositif d'expérimentation de la présente invention permet d'une part une intéractivité entre les différents éléments et d'autre part la création et la mesure des signaux de courant et/ou de tension nécessaires.
A ce sujet, comme le montre particuliérement la figure 2, les dits moyens d'interactivité il comportent au moins
- une unité centrale 12 de traitement des données en provenance du micro-ordinateur 6 et/ou des moyens transducteur 10,
- un convertisseur numérique-analogique 13 autorisant la création des signaux de stimulation analogiques, schématisé en 14 sur les figures,
- un convertisseur analogique numérique 15 autorisant la transposition des signaux de mesure, schématisés en 16 sur la figure, en des signaux numériques exploitables par le micro-ordinateur 6,
- un circuit mémoire 17 autorisant le stockage des informations, via la dite unité centrale 12, en provenance du micro-ordinateur 6 et destinées à l'échantillon 3, et/ou inversement.
- une unité centrale 12 de traitement des données en provenance du micro-ordinateur 6 et/ou des moyens transducteur 10,
- un convertisseur numérique-analogique 13 autorisant la création des signaux de stimulation analogiques, schématisé en 14 sur les figures,
- un convertisseur analogique numérique 15 autorisant la transposition des signaux de mesure, schématisés en 16 sur la figure, en des signaux numériques exploitables par le micro-ordinateur 6,
- un circuit mémoire 17 autorisant le stockage des informations, via la dite unité centrale 12, en provenance du micro-ordinateur 6 et destinées à l'échantillon 3, et/ou inversement.
Par ailleurs, les dits moyens d'interactivité tl comportent en outre des moyens de connexion 18 avec le dit micro-ordinateur 6 autorisant la gestion de la liaison entre eux. A ce sujet, on utilisera avantageusement une liaison série du type RS 232, technique utilisée universellement sur tous les micro-ordinateurs.
A titre d'exemple, les moyens d'interactivité seront organisés autour d'une unité centrale formée à partir d'un micro-calculateur "monochip 80535" et les circuits mémoires seront constitues à partir d'une REPROM 27128 ou 27256 et d'une RAM DS 1220 ou OS 1225. Pour ce qui est des fonctions convertisseurs analogiques numériques ou numeriques analogiques, celles-ci sont intégrées dans le "monochip" mais pourraient faire l'objet de circuits indépendants.
Naturellement, la constitution structurelle des moyens tl qui vient d'être décrite n'est en aucun cas limitative et on pourrait envisager de réaliser ces circuits à partir d'autres éléments connus de l'Homme de l'Art.
Pour ce qui est des moyens transducteur 10, la figure s montre un exemple de leur constitution à partir d'au moins
- un circuit d'excitation 19, apte à recevoir un signal de consigne 20 en provenance des dits moyens d'intéractivité 11, et particuliérement du convertisseur numérique-analogique 13, et apte à appliquer un signal imposé 21 vers le dit échantillon à tester 2; 3,
- un circuit de mesure de tension 22, apte à capter le ou les signaux 23 mesurés, en provenance du dit échantillon 2; 3 en réponse au signal d'excitation 21,
- un circuit de mesure de courant 24, apte à capter le ou les signaux 25 mesurés en provenance du dit échantillon 2; 3 en réponse au signal d'excitation 21.
- un circuit d'excitation 19, apte à recevoir un signal de consigne 20 en provenance des dits moyens d'intéractivité 11, et particuliérement du convertisseur numérique-analogique 13, et apte à appliquer un signal imposé 21 vers le dit échantillon à tester 2; 3,
- un circuit de mesure de tension 22, apte à capter le ou les signaux 23 mesurés, en provenance du dit échantillon 2; 3 en réponse au signal d'excitation 21,
- un circuit de mesure de courant 24, apte à capter le ou les signaux 25 mesurés en provenance du dit échantillon 2; 3 en réponse au signal d'excitation 21.
- un circuit d'asservissement 25 du circuit d'excitation 19 et du ou des circuits de mesure 22, 25, dont on peut faire varier le gain etZou la bande passante pour avoir une precision maximale et une stabilité dans le fonctionnement.
Ces différents circuits, montrés sur le schéma de principe illustré à la figure X, sont réalisés à partir d'amplis opérationnels tout à fait traditionnels et connus de l'Homme du Métier.
Au titre d'élément de réglage, il est à noter la présence du réglage du gain 27 et/ou de la bande passante 28 du circuit d'asservissement 26; la présence de systéme de commutation de calibre de mesure de tension 29 ou de mesure de courant 30, et de commutation entre ces deux mesures 31.
Par ailleurs, différents systèmes de référence de tension interne 33 ou de réglage de zéro 34 manuel ou automatique ou encore un voltmètre de mesure 35 peuvent etre prévus.
Les dits circuits de mesure 22; 24 des moyens transducteur 10 comportant des moyens de calibration de la mesure 29 à 31, on gérera automatiquement le choix des calibres par l'intermédiaire des moyens d'intéractivité Il qui comporteront à cet effet des moyens de gestion 32 des commutations de calibre afin d'autoriser un maximum de précision de la mesure en fonction des signaux générés etlou mesurés.
Le dispositif d'expérimentation qui vient d'être décrit a donc une fonction d'interface entre le micro-ordinateur et l'échantillon à tester, et peut avoir au moins deux utilisations l'une "passive" et l'autre "active".
Lorsque l'interface est utilisée "passivement", par exemple lors de l'utilisation d'un logiciel de simulation des phénoménes bioélectriques, elle transmettra par la liaison série 9 des données, contenues dans la mémoire 17, vers le micro-ordinateur 6. On assure ainsi une certaine protection du logiciel afin d'éviter les copies.
Lorsque l'interface est utilisée "activement" en mesure, on utilise le convertisseur numerique-analogique 13, le convertisseur analogique-numérique 15 pour transformer respectivement les signaux de données issus du micro-ordinateur 6 en signaux analogiques de stimulation, et les signaux analogiques mesurés en signaux de données utilisables par le micro-ordinateur.
L'histogramme du traitement des signaux est représenté sur les figures 5 et 6.
Dans le cas ou. l'interface est utilisée "passivement", c'est-à-dire en simulation de phénomène, le procédé de traitement des signaux mis en oeuvre dans le dispositif d'expérimentation de la présente invention est illustré à la figure 5 et comporte la succession des étapes suivantes
- on envoie par le micro-ordinateur 6 une demande de transfert des données 36,
- éventuellement l'unité centrale 12 renvoie vers le micro-ordinateur 6 un message d'accusé de réception et de non compréhension du message 37,
- on envoie éventuellement une nouvelle demande de transfert des données 3B si le message précédent avait été non compris,
- on effectue un transfert de données 39 par l'unité centrale 12 Il qui renvoie vers le micro-ordinateur 6 différentes instructions utilisables par l'ordinateur et spécifiques à l'expérimentation, telles que menus, échelles abscisses-ordonnées....
- on envoie par le micro-ordinateur 6 une demande de transfert des données 36,
- éventuellement l'unité centrale 12 renvoie vers le micro-ordinateur 6 un message d'accusé de réception et de non compréhension du message 37,
- on envoie éventuellement une nouvelle demande de transfert des données 3B si le message précédent avait été non compris,
- on effectue un transfert de données 39 par l'unité centrale 12 Il qui renvoie vers le micro-ordinateur 6 différentes instructions utilisables par l'ordinateur et spécifiques à l'expérimentation, telles que menus, échelles abscisses-ordonnées....
- éventuellement, s'il y a un message de non-comprébension 40, on recommence l'opération précédente à savoir un transfert de données 41,
- finalement, on envoie par le micro-ordinateur l'accusé de réception des données 42.
- finalement, on envoie par le micro-ordinateur l'accusé de réception des données 42.
A titre d'exemple, les données seront effectuées en code
ASCII HEXA selon des techniques de programmation traditionnelles.
ASCII HEXA selon des techniques de programmation traditionnelles.
Dans le deuxième mode d'utilisation de l'interface, à savoir l'utilisation "active en mesure", le procédé de traitement de signaux mis en oeuvre dans le dispositif d'expérimentation de la présente invention comporte principalement les étapes suivantes
- on envoie, du micro-ordinateur 6 vers les moyens d'intéractivité 11, les différentes données définissant la stimulation, à savoir : la variable mesuree; le calibre; la durée, la forme d'ondes, l'amplitude, les niveaux continus du signal d'excitation; la période d'échantillonnage; le délai entre le début de la mesure et le début d'excitation, puis on les memorise,
- on élabore le signal de consigne d'excitation en fonction des dits différents paramétres,
- on mesure le ou les signaux de réponse et on les mémorise,
- on envoie des dits moyens d'intéractivité tl vers le micro-ordinateur 6 les différentes données des signaux en réponse.
- on envoie, du micro-ordinateur 6 vers les moyens d'intéractivité 11, les différentes données définissant la stimulation, à savoir : la variable mesuree; le calibre; la durée, la forme d'ondes, l'amplitude, les niveaux continus du signal d'excitation; la période d'échantillonnage; le délai entre le début de la mesure et le début d'excitation, puis on les memorise,
- on élabore le signal de consigne d'excitation en fonction des dits différents paramétres,
- on mesure le ou les signaux de réponse et on les mémorise,
- on envoie des dits moyens d'intéractivité tl vers le micro-ordinateur 6 les différentes données des signaux en réponse.
Le diagramme des phases de la figure 6 illustre ceci plus précisément, à savoir
- le micro-ordinateur S envoie Un ordre de demande de mesure 53 reprenant les différentes données définissant la stimulation telle que précisée ci-dessus-,
- renvoi éventuel d'un ordre de non-compréhension 44 par l'unité centrale 12 suivi dans ce cas d'un nouveau renvoi de la demande de mesure 43',
- on place l'interface en position enregistrement de la mesure d'un éventuel signal de réponse par l'intermédiaire du convertisseur analogique-numérique 15 pendant une durée déterminée par l'opérateur avec une période d'échantillonnage fixe préfixée pour 1' expérience,
- simultanément à la mesure, on rangera en mémoire 17 l'enregistrement 45 effectué, c'est-à-dire l'enregistrement des octets correspondant aux valeurs mesurées,
- on élabore ensuite un signal d'excitation 46, dont les paramètres sont pré-établis, par l'intermédiaire du convertisseur numérique-analogique 13, qui declenchera le signal de réponse de l'échantillon,
- l'enregistrement 45 de mesure terminée on renvoie par les moyens d'intéractivité il vers le micro-ordinateur 6 par l'intermédiaire de 1 unité centrale 12 de la liaison série 9 les différentes valeurs numériques stockées 47,
- éventuellement, si le message a été incompris 48, il y a un nouveau transfert des valeurs 47',
- finalement, le micro-ordinateur accuse réception 49 du message et on est en fin de cycle de mesure.
- le micro-ordinateur S envoie Un ordre de demande de mesure 53 reprenant les différentes données définissant la stimulation telle que précisée ci-dessus-,
- renvoi éventuel d'un ordre de non-compréhension 44 par l'unité centrale 12 suivi dans ce cas d'un nouveau renvoi de la demande de mesure 43',
- on place l'interface en position enregistrement de la mesure d'un éventuel signal de réponse par l'intermédiaire du convertisseur analogique-numérique 15 pendant une durée déterminée par l'opérateur avec une période d'échantillonnage fixe préfixée pour 1' expérience,
- simultanément à la mesure, on rangera en mémoire 17 l'enregistrement 45 effectué, c'est-à-dire l'enregistrement des octets correspondant aux valeurs mesurées,
- on élabore ensuite un signal d'excitation 46, dont les paramètres sont pré-établis, par l'intermédiaire du convertisseur numérique-analogique 13, qui declenchera le signal de réponse de l'échantillon,
- l'enregistrement 45 de mesure terminée on renvoie par les moyens d'intéractivité il vers le micro-ordinateur 6 par l'intermédiaire de 1 unité centrale 12 de la liaison série 9 les différentes valeurs numériques stockées 47,
- éventuellement, si le message a été incompris 48, il y a un nouveau transfert des valeurs 47',
- finalement, le micro-ordinateur accuse réception 49 du message et on est en fin de cycle de mesure.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 7 un aspect type de courbe visualisée correspondant au potentiel d'action
Vab en réponse à un signal d'excitation Vexc.
Vab en réponse à un signal d'excitation Vexc.
Dans ce graphe. le délai d'application dapp est défini par ti - ta, la durée du signal d'excitation dexc par t2 - tl. la période d'échantillonnage At par t4 - t3.
Dans le cas présent, il est à remarquer que le signal d'excitation est défini par un créneau positif, toutefois, il est à noter que selon le procédé de la présente invention, on peut avantageusement définir un modèle de signal d'excitation visuellement au niveau du dit micro-ordinateur, préalablement à la transmission des données du micro-ordinateur vers les moyens d'intéractivité. Ce signal peut être défini soit au clavier, soit par l'intermédiaire d'un lecteur, par exemple du type "souris", le micro-ordinateur réalisant alors la transformation du signal graphique en des valeurs numériques exploitables.
Par ailleurs, la présente invention propose un élément de simulation conçu pour le dispositif d'expérimentation de la présente invention appliqué à la biologie.
Cet élément permettra notamment de simuler des éléments biologiques afin d'autoriser l'étude des phénoménes électro-physiologlques et l'analyse des signaux bioélectriques.
Un tel élément de simulation 50 est représenté à la figure 3..Celui-ci est destiné par exemple à mettre en présence deux liquides physiologiques représentatifs d'un milieu intra-cellulaire ou extra-cellulaire, liquides que l'on sépare par une membrane.
Il est à noter que ces liquides peuvent etre des solutions chimiques, à base de potassium et de sodium, agressives vis-à-vis de certains matériaux.
L'élément de simulation 50 comporte deux cuves St, 52 étanches, définissant chacune un volume interne, respectivement 53, 54, aptes à contenir les dits liquides.
De plus, les dites cuves 51, 52 comportent au moins chacune une ouverture 55, 56, dite latérale, placée sensiblement en vis-à-vis et séparée par la dite membrane 57.
Par ailleurs, dans chaque cuve, on dispose deux sondes, reperées respectivement 58, 59, 60, 61, qui permettront d'imposer, soit le potentiel, soit le courant, de façon à mesurer la réponse respectivement en potentiel ou en courant.
A titre d'exemple, la figure 3 reprend pour faciliter la compréhension les repères A, B, C, O, de l'échantillon de simulation 2 représenté sur la figure 4. De plus, à la figure 3, la sonde 61 est montrée en coupe et la sonde 60 est montrée en vue éclatee.
Chaque sonde se présente sous la forme d'une douille 62 traversant la paroi de la cuve 51 ou 52, de façon étanche. Cette étanchéité est notamment realisee par la présence d'un joint torique 63.
La dite douille 62 comporte, dans son volume interieur 66, au moins une électrode 64, dont la partie métallique 65 n'est pas isolée électriquement vis-à-vis du liquide physiologique contenu dans la cuve. Ainsi, la dite électrode est apte à imposer et/ou capter les signaux bioélectriques du milieu considéré.
Afin d'éviter l'agression chimique du liquide sur l'électrode 65, la dite douille 62 constitue substantiellement en outre des moyens de protection de l'électrode afin de l'isoler chimiquement du liquide physiologique.
En effet, comme le montre la figure 3, la douille 62 définit une enceinte close 66 dans laquelle est dispose l'élément actif 65 de l'électrode. De plus, la partie inférieure de la douille 62 est percée d'un orifice 67 qui permet le cheminement du courant électrique de l'électrode vers le liquide considéré.
Toutefois, cette enceinte close 66 est remplie d'éléments inertes vis-à-vis du liquide permettant la dite isolation chimique. A titre d'exemple, on remplira le fond du volume 66, côté orifice 6?, par une couche de gélose, le reste du volume étant rempli d'une solution visqueuse de type KCl3M.
Enfin, l'électrode 64 comporte un orifice 68 apte å recevoir une fiche pour le contact électrique.
Pour ce qui est de l'assemblage, la liaison mécanique entre la cuve et la douille 62 peut s'effectuer par des systémes à pas de vis rapides. il en est de même pour la liaison entre l'électrode 64 et la douille 62.
Les deux cuves sont réalisées de façon symétrique et sont mises en pression l'une contre 1 autre par tout moyen tel que par exemple par un ou plusieurs crochets 69.
Ainsi, on réalise une étanchéité parfaite et ainsi on prévient tout risque pour l'opérateur si des liquides corrosifs sont utilisés.
Les différentes piéces de l'élément de simulation 50, tel qu'il vient d'être décrit, seront avantageusement réalisées dans des matiéres plastiques inertes vis-à-vis des produits utilisés. Par contre, l'électrode 65 sera constituée par un métal chloruré par électrolyse ou par un fil argenté.
Naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de 1'Homme de l'Art, auraient pu etre envisagees sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.
Claims (10)
1. Dispositif d'expérimentation (1X, notamment destine à usage pédagogique comme outil de stimulation et/ou de mesure, en relation avec un échantillon à tester 12; 3l, mettant en oeuvre des sondes et/ou capteurs de mesure 14; 5X, ainsi que des moyens de dialogue etlou de calcul etlou de visualisation tels qu'un micro-ordinateur (6), caractérisé par le fait qu'il comporte ::
- des moyens transducteur (10) pour appliquer et/ou mesurer des signaux de courant etlou de tension, coopérant avec les dites sondes et/ou capteurs (4; SX, afin de soumettre le dit échantillon à tester (2; 3) au moins à un signal électrique et/ou de recueillir le signal de réponse du dit échantillon,
- des moyens d'intéractivité (11) entre les dits moyens transducteur (10) et le dit micro-ordinateur (6), aptes à réaliser leur liaison et permettant séquentiellement ::
la transformation des signaux de données, issus du micro-ordinateur (6), et la création de signaux respectifs analogiques de stimulation, destinés à l'échantillon (2; 3X,
la transformation des signaux mesures sur le dit échantillon (2; 31, et la création de signaux respectifs numériques de mesure, destinés au micro-ordinateur (6).
2. Dispositif d'expérimentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens d'intéractivité 111) comportent au moins
- une unité centrale 112) de traitement des données en provenance du micro-ordinateur (61 et/ou des moyens transducteur (10).
- un circuit mémoire (17) autorisant le stockage des informations, via la dite unité centrale (12), en provenance du dit micro-ordinateur (6) et destinées à l'échantillon (2; 3 > et/ou inversement.
- un convertisseur analogique-numérique (15) autorisant la création des signaux numériques de mesure (16),
- un convertisseur numérique-analogique (13 > autorisant la création des signaux analogiques de stimulation (14),
3. Dispositif d'expérimentation selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les dits moyens d'intéractivite (tel) comportent en outre des moyens (tus) de connexion avec le dit micro-ordinateur (61 et de gestion de la liaison entre eux.
4. Dispositif d'expérimentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens transducteur (101 comportent au moins
- un circuit d'excitation (19 > , apte à recevoir un signal de consigne (20) en provenance des dits moyens d'intéractivité (11), et à appliquer un signal imposé (21 > vers le dit échantillon à tester (2; 3X,
- un circuit de mesure de tension, apte à capter le ou les signaux (231 mesurés en provenance du dit échantillon (2; 3 > en réponse au signal d'excitation (211,
- un circuit de mesure de courant (2 & , apte à capter le ou les signaux (51 mesurés en provenance du dit échantillon (2;; 3) en réponse au signal d'excitation (211,
- un circuit d'asservissement (26) du circuit d'excitation (19 > et dû ou des circuits de mesure (22, 24) dont on peut faire varier le gain et la bande passante pour avoir une précision maximale et une stabilité de fonctionnement.
5. Dispositif d'expérimentation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les dits circuits de mesure (22, Z41 des moyens transducteur (10) comportent des moyens de calibration de la mesure (29 à 311.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les dits moyens d'intéractivité (Il > comportent en outre des moyens de gestion (32 > des commutations de calibres autorisant un maximum de précision de la mesure en fonction des signaux générés et/ou mesurés.
- on envoie vers le micro-ordinateur (6 > par les dits moyens d'intéractivité (111 les différentes données numériques des signaux en réponse.
- on mesure le ou les signaux de réponse (23, 251 puis on les mémorise,
- on élabore un signal analogique de consigne d'excitation (21) en fonction des dits différents paramètres,
- on envoie du micro-ordinateur (6 > vers les moyens d'intéractivité (t1) les différentes données définissant la stimulation, à savoir : la variable mesurée; le calibre; la durée, la forme d'onde, l'amplitude, les niveaux continus du signal d'excitation; la période d'échantillonnage; le délai entre le début de la mesure et le début d'excitation, puis on les mémorise,
7. Procédé de traitement de signaux mis en oeuvre dans le dispositif d'expérimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les dits moyens transducteur (10 > et les dits moyens d intéractivité (11) permettent la succession des étapes suivantes
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'on définit un modéle de signal d'excitation visuellement etlou graphiquement au niveau du dit micro-ordinateur (6 > préalablement à la transmission des données du micro-ordinateur vers les moyens d'intéractivité (11).
9. Application du dispositif d'expérimentation, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, en biologie afin d'autoriser l'étude des phénomènes électro-physiologiques et l'analyse des signaux bioélectriques
10. Elément de simulation (501, conçu pour le dispositif d'expérimentation 11) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, appliqué à la biologie selon la revendication S, dans lequel élément on met en présence deux liquides physiologiques représentatifs d'un milieu intra-cellulaire ou extra-cellulaire, séparés par une membrane (57), caractérisé par le fait qu'il comporte
- deux cuves étanches (51, 52), définissant chacune un volume interne (53, 541 et au moins une ouverture dite latérale (55, 56), les dites ouvertures étant placées sensiblement en vis-à-vis et séparées par la membrane (57), les deux cuves étant maintenues en contact au niveau de la dite membrane,
- quatre sondes (58 à 601, deux dans chaque cuve, permettant d'imposer soit le potentiel soit le courant de façon à mesurer la réponse respectivement en potentiel ou en courant,
- chaque sonde (58 à 611 se présentant sous la forme d'une douille (62) traversant la paroi de la cuve (51, 521 de façon étanche, la dite douille (621 présentant dans son volume intérieur (661 au moins une électrode (64, 651 non isolée électriquement vis-à-vis du dit liquide physiologique, apte à imposer etlou capter les signaux bîoélectriquos du milieu considéré. la dite douille (62 > constituant en outre des moyens de protection de l'électrode (651 aptes à l'isoler chimiquement du liquide physiologique.
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