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La solution ODM « Cubic CPET » garantit des performances fiables et précises lors des tests d'effort cardiopulmonaires

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Comment les technologies de détection et les capacités de développement de Cubic permettent de proposer des solutions CPET sur mesure à ses partenaires du secteur des dispositifs médicaux

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Contexte : Faire progresser la normalisation et la fiabilité dans les applications du test d’effort cardiopulmonaire (CPET)
Les recommandations de 2025 de la Société européenne de pneumologie (ERS) relatives aux tests d’effort cliniques mettent en évidence une évolution croissante du rôle du test d’effort cardiopulmonaire (CPET).[1] Au-delà des résultats individuels des tests, on attend de plus en plus des systèmes modernes de CPET qu’ils fournissent des données physiologiques normalisées, fiables et comparables, utiles à la prise en charge des maladies, à l’évaluation de la rééducation, à l’évaluation des traitements et au suivi à long terme des patients.

Pour atteindre cet objectif, l’ERS met l’accent sur des procédures de test standardisées, un étalonnage rigoureux et une assurance qualité, permettant ainsi aux cliniciens de comparer en toute confiance les résultats entre des tests répétés, différents sites cliniques et les différentes étapes de la prise en charge des patients.

Défi : garantir des performances fiables et cohérentes du CPET au fil du temps
Pour les applications longitudinales du CPET, il est essentiel que les performances de mesure restent cohérentes d’une évaluation à l’autre. Une comparaison fiable des données des patients au fil du temps nécessite non seulement des mesures précises, mais aussi une stabilité et une répétabilité à long terme sur l’ensemble du système de mesure. Cela dépend de multiples facteurs, notamment une détection stable des gaz, une mesure précise du débit, une synchronisation précise des signaux, des procédures d’étalonnage normalisées et un contrôle qualité strict de la fabrication tout au long du cycle de vie du produit.

Parmi ces facteurs, les technologies de détection avancées constituent le fondement d’une mesure CPET fiable en garantissant une réponse rapide, une haute précision et une stabilité à long terme dans la capture des variations dynamiques des signaux d’oxygène, de dioxyde de carbone et de débit respiratoire à chaque respiration.
La synchronisation des signaux entre les mesures du débit respiratoire et celles de la concentration en gaz représente l’un des principaux défis techniques pour obtenir une analyse précise « respiration par respiration ». Dans les systèmes d’échantillonnage de gaz en dérivation, le gaz prélevé traverse la ligne d’échantillonnage et la pompe avant d’atteindre le module d’analyse des gaz, où les concentrations en O₂ et en CO₂ sont mesurées. En raison du trajet de transport du gaz, de la dynamique d’échantillonnage et des caractéristiques de réponse des capteurs, les signaux de concentration en gaz subissent inévitablement des retards par rapport au signal de débit respiratoire. Sans synchronisation efficace ni compensation dynamique de ces retards, ces différences temporelles peuvent affecter la précision des calculs des paramètres «respiration par respiration» et réduire la comparabilité des données entre les évaluations répétées.

Au-delà des performances des capteurs et de la synchronisation des signaux, des procédures normalisées d’étalonnage et de vérification sont essentielles pour garantir la cohérence des mesures tout au long du cycle de vie du produit. Un étalonnage régulier garantit que les sorties des capteurs et les mesures du système restent traçables et comparables dans le temps, tandis que les processus de vérification contribuent à assurer des performances système constantes d’un appareil à l’autre et dans différents environnements de test.

Alors que les applications du CPET ne cessent de se développer dans les domaines de l’évaluation clinique, de la rééducation et de la prise en charge à long terme des patients, les fabricants de dispositifs médicaux ont besoin de solutions capables de garantir des performances fiables tout au long du cycle de vie du produit. Pour relever ces défis, il est nécessaire de disposer de capacités complètes en matière de détection des gaz, de mesure du débit, de traitement du signal, d’intégration des systèmes, d’étalonnage et de contrôle qualité de la fabrication.

Solution : le système CPET ODM de Cubic pour des données normalisées et hautement fiables
Dans ce contexte, les systèmes CPET doivent disposer simultanément de capacités de mesure de haute précision, de synchronisation des signaux et d’assurance qualité de bout en bout. En tant que fabricant leader de capteurs et d’analyseurs de gaz, Cubic, s’appuyant sur ses technologies propriétaires de détection de gaz développées en interne, sa fabrication en interne ainsi que ses tests et validations de prototypes, s’engage à fournir des solutions ODM complètes de systèmes CPET standardisées et hautement fiables à ses clients du secteur médical à l’échelle mondiale.

• La précision des mesures CPET repose sur des technologies de détection avancées
Cubic intègre dans les modules centraux CPET des technologies de détection de l’oxygène basées sur le TDLAS, de mesure du CO₂ basées sur le NDIR et de détection de débit par ultrasons. Le capteur d’oxygène TDLAS offre une large plage de mesure de 0 à 100 % d’O₂ et un temps de réponse rapide ≤ 170 ms à un débit de 150 ml/min, permettant un suivi fiable de l’oxygène pour l’analyse de la VO₂. Le capteur de CO₂ NDIR assure une mesure rapide et stable du dioxyde de carbone pour faciliter le calcul du VCO₂ et du RER. Parallèlement, la détection de débit par ultrasons avec une résolution de 0,1 ml/s garantit une mesure précise du débit respiratoire lors de l’analyse respiration par respiration.

• Contrôle en temps réel pour une analyse précise respiration par respiration
Pour pallier la latence des données, Cubic a développé une plateforme propriétaire de traitement en temps réel sur circuit imprimé (PCB), intégrant des algorithmes de compensation dynamique. Grâce à une acquisition de données à haut débit et à une gestion unifiée des horodatages, le système synchronise en temps réel les signaux de débit respiratoire, d’O₂ et de CO₂. Il surveille en continu les conditions d’échantillonnage, la réponse des capteurs et l’état du circuit de gaz, tout en compensant dynamiquement les retards de signal en fonction du temps de transport des gaz et des caractéristiques de réponse de l’analyseur. Cela garantit que les données de concentration en gaz sont alignées avec précision sur le débit respiratoire correspondant à chaque cycle respiratoire.

Une fois la synchronisation des signaux effectuée, les données compensées de débit et de concentration en gaz sont utilisées pour calculer la VO₂, la VCO₂, le RER et d’autres paramètres métaboliques, fournissant ainsi une base fiable pour des analyses avancées telles que le seuil anaérobie (AT). En intégrant un contrôle en temps réel à une compensation dynamique des retards, Cubic minimise les erreurs de calcul causées par les retards d’échantillonnage et les variations du temps de réponse des capteurs, améliorant ainsi la précision et la répétabilité du calcul des paramètres « respiration par respiration ». Cela fournit une base de données plus fiable pour le suivi longitudinal, l’évaluation des traitements et les soins cardiopulmonaires de précision.

• Assurance qualité standardisée pour des mesures CPET fiables
Au niveau des mesures, Cubic garantit la précision des modules de détection principaux grâce à un étalonnage automatisé du zéro et de la plage d’O₂, à l’étalonnage du CO₂ et à l’étalonnage débit-volume. Ces procédures garantissent que chaque composant de détection fonctionne dans le respect des spécifications de performance définies et minimisent les écarts de mesure causés par la dérive des capteurs ou les variations environnementales.

Au niveau du système, Cubic vérifie l’intégrité de l’ensemble du circuit de mesure grâce à la compensation des conditions ambiantes, à la détection des fuites dans le circuit de gaz et à la vérification de la synchronisation des signaux. En surveillant en permanence l’interaction entre les modules de détection, les circuits de gaz et le traitement des signaux, le système garantit des performances de mesure fiables dans différentes conditions de fonctionnement.

Grâce à l’intégration de routines d’étalonnage automatisées et à la vérification du système en temps réel, Cubic améliore la répétabilité et la cohérence des mesures lors de tests répétés et dans différents environnements cliniques. Cette approche standardisée d’assurance qualité offre une base fiable pour le suivi longitudinal des patients, l’évaluation des traitements et la précision des soins cardiopulmonaires.

Pourquoi choisir Cubic ?
Fort de plus de deux décennies d’expertise dans les technologies de détection des gaz, Cubic a développé des plateformes de détection propriétaires couvrant les technologies de mesure NDIR, TDLAS et ultrasoniques. Grâce à ces technologies développées en interne, des produits tels que le capteur d’oxygène laser Gasboard-2510, le capteur de CO₂ MED-CD1001 et le capteur de débit à ultrasons ont été largement adoptés dans les applications médicales et de santé, offrant une grande précision de mesure, une stabilité à long terme et des performances fiables.

Grâce à ses capacités de R&D et de fabrication intégrées verticalement, Cubic développe et fabrique en interne ses capteurs principaux et ses composants clés, en s’appuyant sur une gestion stricte de la qualité tout au long des étapes d’assemblage optique, d’étalonnage des capteurs, d’intégration électronique et de vérification de la production. Cela garantit une qualité constante des produits, une traçabilité complète et un approvisionnement fiable, du développement à la production en série.

Au-delà des technologies de détection, Cubic propose des solutions OEM et ODM complètes tout au long du cycle de vie du développement des produits CPET. De l’architecture matérielle et de la conception structurelle au développement logiciel et à l’intégration système, Cubic accompagne ses clients dans la transformation de leurs concepts de produits en solutions CPET complètes, adaptées aux exigences spécifiques de chaque application.

Cubic propose également des services de développement de prototypes, de tests de vérification et de conception de moules afin de faciliter la transition entre la conception initiale et la production en série. Grâce à une gestion intégrée de la chaîne d’approvisionnement et à une capacité de fabrication évolutive, Cubic aide ses partenaires à raccourcir les cycles de développement, à garantir une qualité de produit fiable et à mettre en place des plateformes de produits CPET durables.

Références :
1. Norme technique de l’ERS sur les valeurs de référence pour les tests d’effort cardiopulmonaire : rapport de synthèse et appel à l’action https://publications.ersnet.org/content/erj/67/6/2502463