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Essais & Simulations n°141

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DOSSIER : Spécial Covid-19 Comment les acteurs des essais et de la mesure font face à la crise

MESURES RETOUR

MESURES RETOUR D’EXPÉRIENCE Horiba Medical mise sur la simulation pour développer ses nouveaux dispositifs hématologiques Avec la crise du coronavirus, le domaine de la santé se place aujourd’hui au cœur des problématiques sociales, économiques et industrielles. Mais les acteurs du médical doivent en permanence améliorer leur outil de production pour mieux répondre à la demande. C’est le cas d’Horiba Medical, fabricants d’automates d’analyses hématologiques, qui a notamment eu recours à la simulation multiphysique pour optimiser la conception de ses produits. Cela fait plus de trente ans qu’Horiba Medical conçoit, fabrique et commercialise des automates performants d’analyses hématologiques pour les laboratoires et hôpitaux. Une expertise qui a fait de cette société l’un des acteurs majeurs du diagnostic in vitro. Mais les évolutions du marché, l’apparition de nouveaux concurrents ou encore l’entrée dans le domaine public de technologies historiques brevetées ont Exemple de simulation d’écoulement dans des tuyaux bifurcations amené l’entreprise à développer de nouvelles solutions innovantes pour se différencier et rester compétitive. Aujourd’hui, pour réaliser un bilan sanguin complet (hémogramme), l'analyseur effectue de manière totalement automatisée, en moins d’une minute, le prélèvement de l’échantillon dans le tube de sang, la préparation chimique et, avec différents types de capteurs, la caractérisation et le comptage des différentes cellules sanguines, la recherche d’éventuelles cellules immatures ou pathologiques, et enfin l’analyse et la transmission du résultat. De tels automates, déployés notamment dans les hôpitaux ou les grands plateaux techniques, sont également soumis à des contraintes d’usage telles que, la haute cadence ou l’automatisation complète du diagnostic. Ceci impose donc de compter un nombre important de cellules en un temps très court, ce qui génère des conditions multiphysiques très complexes. La stratégie d’Horiba Medical repose sur le développement de nouveaux produits plus performants, mais aussi l’élargissement de son offre. Améliorer les cadences et l'utilisation des instruments, détecter des pathologies particulières, aider à une meilleure compréhension des mesures à l'échelle cellulaire ou encore déployer les diagnostics médicaux au plus près du patient (POCT : Point Of Care Testing) sont quelques-uns des axes choisis. Ceux-ci imposent de devoir appréhender de nouvelles 28 IESSAIS & SIMULATIONS • N°141 • mai - juin 2020

MESURES Plus précisément, développer des dispositifs hématologiques implique de prendre en compte des phénomènes physiques électriques, optiques, hydrauliques, chimiques, thermiques et microfluidiques, ainsi que les couplages associés. Par exemple, au niveau électrique, les cellules passent dans un micro-orifice entre des électrodes (principe Coulter), afin de mesurer la variation d’impédance qui en résulte et compter les cellules. La tâche est délicate au vu des 5 millions de globules rouges présents dans un microlitre de sang. En outre, des bancs optiques sont utilisés pour différencier les cellules d’après leur contenu intracellulaire. Le transfert des échantillons dans les canaux s'effectue par écoulement de fluide, dont les propriétés sont parfois complexes. Concernant la chimie, des réactifs spécifiques sont conçus en fonction des populations à mesurer. La thermique ayant un impact majeur, il est donc primordial d’en contrôler et réguler la température. Enfin, la microfluidique s'impose pour le développement des nouveaux dispositifs hématologiques miniaturisés, beaucoup plus compacts que les produits existants, et qui nécessitent d'étudier les écoulements à l'échelle micrométrique. Exemple de simulation des impacts de défauts mécaniques dans un système mécanique problématiques que sont la compacité des systèmes et la robustesse. RECOURS À LA SIMULATION NUMÉRIQUE ET MULTI- PHYSIQUE Dans le secteur industriel biomédical, les approches expérimentales sont privilégiées. Cependant ces méthodes restent limitées, notamment au regard de la complexité des phénomènes biomécaniques et physico-chimiques qui entrent en jeu dans les analyseurs sanguins. C’est là que la simulation numérique intervient. Pour élargir son expertise et relever ces nouveaux challenges, Horiba Medical a ainsi décidé de développer depuis plusieurs années l’activité de simulation numérique au sein de sa R&D. L’entreprise a choisi de s’orienter vers la solution logicielle Comsol Multiphysics et ses modules CFD, Heat Transfer, AC/DC et Microfluidics dans le but de mieux comprendre les phénomènes physiques dépendant de l'architecture et des géométries des systèmes, et d’obtenir in fine un design et des performances optimaux. Mais pour déployer des applications métiers au sein de leur organisation, Horiba Medical utilise également Comsol Compiler. Ces applications sont développées à l'aide de l'Application Builder de Comsol Multiphysics, laquelle donne la possibilité de créer des interfaces dédiées facilement utilisables par des non experts impliqués dans le développement de nouveaux produits. L’objectif est le suivant : rendre les ingénieurs et les intégrateurs plus autonomes dans l'utilisation de la simulation afin de développer les nouveaux prototypes. Ces applications dédiées sont directement accessibles sur leurs postes et il leur est ainsi possible de modifier les paramètres des modèles jusqu'à obtenir les résultats visés. Ceci n'élimine pas la mise au point de prototypes et les tests associés, mais réduit le nombre d'essais et permet d'optimiser les designs. « Aujourd’hui, la simulation est utilisée chez Horiba Medical, en R&D en complément de l’expérimentation pour plus d’efficacité dans la conception des systèmes complexes, explique Damien Isebe, responsable de projet chez Horiba Medical. C’est devenu un outil essentiel d’aide à la décision ». ● ESSAIS & SIMULATIONS • N°141 • mai - juin 2020 I29

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