Manos a la obra: el equipo de respuesta de ingeniería COVID-19 se reúne desde cada rincón de Duke

DURHAM – A principios de 2020, la atención del Dr. Alejandro Pino se centró en diseñar y patentar sondas de alimentación que puedan desatascarse por sí solas, al mismo tiempo que cursaba una beca de neumología y cuidados críticos en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke.

Apenas unos meses después, un nuevo coronavirus puso al mundo patas arriba y las sondas de alimentación ya no eran el proyecto más apremiante de Pino.

“Todos nuestros becarios que estaban trabajando en investigación han sido contratados para ayudar con la crisis”, dijo Pino, quien ahora pasa mucho más tiempo en rotación, trabajando en primera línea para atender a los pacientes con COVID-19 en el Hospital de la Universidad de Duke. “Y ninguno de nosotros puede ver a nuestra familia o a nuestros amigos. Me siento culpable por pasear a mi perro porque trabajo con pacientes de COVID-19 a diario y no quiero poner en peligro a otras personas. Es mucho que manejar”.

Pero Pino no ha abandonado por completo su trabajo inventivo; en cambio, gracias a una asociación innovadora en todo el campus, se ha centrado en el esperanzador trabajo de diseñar soluciones para ayudar a proteger a los pacientes, a él mismo y a sus compañeros trabajadores de la salud.

“Todos nuestros becarios que estaban trabajando en investigación han sido contratados para ayudar con la crisis. Y ninguno de nosotros puede ver a nuestra familia o a nuestros amigos. Me siento culpable por pasear a mi perro porque trabajo con pacientes de COVID-19 a diario y no quiero poner en peligro a otras personas. Es mucho que manejar”.

Pino estaba trabajando en la innovación de su sonda de alimentación como miembro del Programa de salud de diseño de Duke, una iniciativa universitaria dirigida por Duke Engineering que reúne equipos interdisciplinarios de estudiantes en el entorno clínico para identificar, validar y resolver activamente desafíos no cumplidos anteriormente. Y aunque su enfoque ha cambiado, la colaboración de Pino con colegas de ingeniería se ha fortalecido aún más durante el último mes, ya que él y otros becarios de Design Health sirven como vínculo directo entre los ingenieros que intentan resolver rápidamente las necesidades emergentes y los médicos a los que intentan ayudar. .

Es sobre la base sólida ya establecida por colaboraciones entre campus como Duke Design Health, Duke MEDx y Duke Engineering Entrepreneurship (EngEn) que los profesores, el personal y los estudiantes han construido rápidamente el nuevo Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 de Duke.

A las cuatro semanas de su formación, el equipo ha fusionado una línea completamente operativa que abarca todo el desafío de la ingeniería, desde el descubrimiento de problemas hasta la creación rápida de prototipos con pruebas de campo y documentación, hasta la entrega de soluciones finales a los cuidadores. Ya han completado dos productos: protectores faciales impresos en 3D que se están produciendo en masa y una pieza impresa en 3D que ayuda a convertir una bata/casco quirúrgico ortopédico existente en un traje de presión positiva con aire filtrado motorizado que ofrece el más alto nivel de protección. los cuidadores pueden hacer.

Y con más de siete equipos trabajando en una amplia gama de desafíos, solo están comenzando.

hilando hilos en una red

Si bien el Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 se formó rápidamente, comenzó a través de una variedad de llamadas de ayuda. A Chip Bobbert, ingeniero senior y arquitecto de fabricación del Co-Lab de Innovación de Duke, se le había contactado sobre el uso de las numerosas impresoras 3D del Co-Lab para crear protectores faciales. A Ken Gall, decano asociado de emprendimiento en Duke Engineering, se le acercó la idea de convertir una bata quirúrgica en un respirador purificador de aire motorizado (PAPR). Una corporación Fortune 50 se había puesto en contacto con Eric Richardson, profesor asociado de ingeniería biomédica y director de Duke Design Health, para descubrir cómo producir ventiladores de bajo costo.

En otra escuela, estos y otros proyectos en ciernes podrían haber seguido caminos separados. Pero debido a que hay tantas relaciones y programas que vinculan a Duke Engineering con la Escuela de Medicina y la Escuela de Enfermería de Duke, la oportunidad de aunar recursos no pasó desapercibida.

"Estuve en una llamada telefónica con Ravi y Ken el fin de semana después de que todo empezó a cerrar [por el distanciamiento social], y nos dimos cuenta de que necesitábamos formalizar todos estos proyectos en un esfuerzo cohesivo", dijo Richardson, hablando de Ravi Bellamkonda, el Vinik Decano de la Escuela de Ingeniería Pratt. "Al final de la semana teníamos equipos coordinados para centrarnos en proyectos específicos".

Este paso resultó crucial. En lugar de avanzar a ciegas por un túnel hacia productos terminados, el equipo de respuesta de ingeniería COVID-19 liderado por Richardson, Gall y Paul Fearis se tomó una semana para dar un paso atrás, comunicarse a través de sus redes existentes en el sistema de atención médica e identificar exactamente cuál era el problema. realmente eran las necesidades prioritarias.

"Mientras el mundo corría con la cabeza entre las manos lidiando con toneladas de solicitudes de EPP, ventiladores y similares, tomamos la decisión de tomar un respiro, reducir la velocidad y hablar rápidamente con el hospital", dijo Fearis, un estudiante de último año. Profesor asociado de ingeniería biomédica. “Estamos en una posición única en la que todo lo que tenemos que hacer es cruzar la calle y preguntar: '¿Es esto real? ¿Qué ayudará realmente? ¿Y qué tan bueno tiene que ser? Y obtuvimos la participación del hospital con creces, que es lo que realmente nos dio tracción en lugar de hacernos girar las ruedas”.

"El hecho de que nuestra respuesta haya estado tan bien organizada se debe en gran medida a que las facultades de ingeniería y medicina están tan próximas entre sí, tanto metafórica como físicamente", dijo Donna Crenshaw, directora ejecutiva de Duke MEDx, una iniciativa conjunta entre las facultades de ingeniería y facultades de medicina para fomentar la colaboración interdisciplinaria. “Ya existían muchos canales de comunicación entre nosotros. Sin ellos, nos habría llevado meses organizar lo que hemos reunido en semanas”.

AUMENTAR

Después de evaluar las necesidades y formar grupos de trabajo, el Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 se puso a trabajar. Menos de tres semanas después de que se formara el equipo, los proyectos terminados ya estaban saliendo por la puerta y otros nuevos estaban por llegar.

El primer proyecto que se realizó fue adaptar los planes existentes para un protector facial impreso en 3D para que una empresa local pudiera producirlo en masa. Después de probar alrededor de 100 diseños, un equipo dirigido por Bobbert dio con su prototipo de una diadema impresa en 3D que forma un protector facial cuando se une a una lente de policarbonato cortada con láser, que es una pieza liviana de plástico con alta resistencia al impacto.

En el camino, con el apoyo de Ryan Shaw, profesor asociado y catedrático de enfermería Elizabeth C. Clipp, más de dos docenas de enfermeras, estudiantes graduados de enfermería y profesionales médicos de Duke probaron los protectores faciales impresos en 3D en un laboratorio de simulación y determinaron que Cumplía con los estándares de seguridad y podía desinfectarse para su reutilización. También se están realizando esfuerzos similares para probar y validar otros dispositivos.

"Lo que realmente sorprendió a mucha gente cuando salió nuestro protector facial fue que lo habíamos probado", dijo Gall. “Muchos lugares ya tenían fotografías de protectores faciales que habían producido en línea. Nos llevó un poco más de tiempo sacar el nuestro, pero las pruebas fueron diferenciadoras en comparación con lo que otros habían hecho. Y las pruebas son importantes. Hizo una gran diferencia."

El segundo proyecto que vio la luz fue un dispositivo impreso en 3D que puede montar filtros en un casco quirúrgico para convertirlo en un respirador purificador de aire motorizado o PAPR. Los PAPR, que incluyen capuchas respiratorias reutilizables que cubren completamente los rostros de los trabajadores de la salud y un soplador a batería que aspira aire a través de filtros o cartuchos para mantener el traje ventilado, la atmósfera respirable y la visera despejada, brindan uno de los niveles más altos de protección para la salud. trabajadores de cuidado. Estos son el EPP preferido por los trabajadores de la salud que realizan procedimientos más invasivos, como intubar pacientes. Hasta la fecha, más de 97 grupos han accedido a la licencia y 34 de Estados Unidos, Canadá, Australia, Noruega y Reino Unido han descargado el diseño y las instrucciones, que podrán utilizarse sin coste durante un año.

El equipo desarrolló la pieza impresa en 3D para el PAPR bajo el liderazgo y la guía de la cirujana ortopédica de columna de Duke, Melissa Erickson, quien originalmente se acercó a ellos con la necesidad y la posible solución.

“Tenemos estos cascos que usamos durante la cirugía de artroplastia y comenzamos a preguntarnos: '¿Se pueden reutilizar?'”, dijo Erickson. "Si hay escasez nacional de EPP y PAPR, tal vez podamos usar cosas que tenemos en abundancia en el hospital y hacer modificaciones para poder aumentar la cantidad de equipo de protección personal que tenemos para los trabajadores de la salud".

TODAS LAS MANOS EN EL MAZO

Aprovechando toda la ayuda que pueden obtener, el Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 también confía en el talento de los estudiantes universitarios de ingeniería.

Los jóvenes del programa Duke Biomedical Engineering Fellows, que ofrece experiencia práctica en diseño a través de cursos y pasantías, están desempeñando un papel integral en varios proyectos. Por ejemplo, el compañero de diseño Spencer Moavenzadeh utilizó análisis de tensión/deformación CAD para simular los marcos de los protectores faciales y proponer formas de endurecerlos.

"También tengo un equipo de jóvenes trabajando en un diseño de ventilador de bajos recursos", dijo el líder del programa, el Dr. Mark Palmeri, profesor asociado de práctica de ingeniería biomédica. “Existen muchos diseños de ventiladores de código abierto basados en bolsas AMBU, pero muchos no han dado en el blanco y no han ganado terreno. Este grupo busca aprender de esos esfuerzos y proponer algo que sea realmente útil”.

Mientras tanto, los estudiantes de último año Max Sondland y Dimitrios Bailas, que están completando su curso final de diseño de ingeniería mecánica, han sido recurridos por su maestro para ayudar a crear espacios más seguros para tratar a los pacientes. Además de su carga normal de cursos, la pareja ha estado trabajando con un equipo dirigido por el residente de cirugía Konstantinos Economopoulos creando prototipos y probando una tienda de campaña de aislamiento de pacientes con presión negativa que amplía las ubicaciones de tratamiento y al mismo tiempo reduce el riesgo para los médicos. En asociación con el Laboratorio de Innovación en Salud de la Escuela de Enfermería, el equipo puede crear un prototipo de su dispositivo frente al Hospital de la Universidad de Duke. Esto proporciona un fácil acceso para que los médicos en activo brinden comentarios.

"Han sido extremadamente eficaces en el desarrollo del sistema de ventilación, llevándolo de una idea a una prueba en menos de una semana", dijo Neal Simmons, profesor asociado de la práctica de ingeniería mecánica y ciencia de materiales de la familia Gendell. "No podríamos haber desarrollado esta idea con tanta rapidez o eficacia sin su intelecto, habilidad y trabajo duro".

Sin embargo, otros equipos están trabajando en “divisores” impresos en 3D que hacen que un solo ventilador sea accesible para más de un paciente y un escudo de aerosol para intubación. Erika Segear, directora asociada de la Oficina de Asuntos Regulatorios y Calidad de Duke, se mantiene al día con todos estos proyectos, quien brinda experiencia regulatoria y crea la documentación que describe las especificaciones y la información de prueba que se proporcionará con cada dispositivo y se compartirá con otros equipos en todo el país.

Y las ideas y dispositivos siguen llegando.

“Es divertido trabajar con gente extremadamente talentosa y tener un objetivo urgente y significativo. Creo que todos estamos agotados, pero sentimos que estamos logrando un impacto”, dijo Richardson.

La profesora de enfermería Margie Molloy prueba el prototipo en el Laboratorio de Innovación en Salud de la Escuela de Enfermería de la Universidad de Duke dirigido por el profesor Ryan Shaw.

INVERSIONES A CORTO Y LARGO PLAZO

Según Gall, una de las piezas clave que une todo este rompecabezas es la financiación, gracias en gran parte a Allan Kirk, presidente del Departamento de Cirugía de la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke.

"Allan y yo somos vecinos, por lo que nos vemos a menudo", dijo Gall. “Estábamos hablando desde una distancia segura y me habló de las necesidades urgentes que enfrentaba el hospital. Cuando comenzamos a construir productos y comprar materiales, me acerqué a Allan y él intervino de inmediato para ayudarme. El generoso apoyo financiero de la cirugía nos permitió impulsar los proyectos”. La empresa Perioperatoria del Sistema de Salud también se inclinó con apoyo inmediato.
Eric Richardson prueba el PAPR que ayudó a diseñar y producir con la Dra. Melissa Erickson a su lado.

Sin la preocupación de que la financiación se cierne sobre sus cabezas, el equipo de respuesta de ingeniería de COVID pudo, por ejemplo, comprar un horno de pizza de alta temperatura para calentar y doblar los protectores faciales para que se ajustaran a sus cintas para la cabeza impresas en 3D. Todos en el grupo están de acuerdo en que el apoyo de cada decano y jefe de departamento para permitirles centrar su tiempo en estos proyectos ha sido crucial. También coinciden en que las inversiones originales que permitieron este esfuerzo rápido y a gran escala se remontan a años atrás.

MEDx fue creado en 2015 por líderes con visión de futuro de las Facultades de Medicina y la Escuela de Ingeniería Pratt con el apoyo de la rectora Sally Kornbluth. La iniciativa impulsa la colaboración y la ciencia en equipo al proporcionar financiación inicial para nuevos proyectos de investigación conjuntos, oportunidades educativas y eventos para generar nuevas colaboraciones entre personas de ambas escuelas.

El Duke Innovation Co-Lab, un espacio creativo comunitario con recursos tecnológicos, programación e instalaciones para impulsar ideas exitosas, se lanzó en 2016 con una pared completa de más de 80 impresoras 3D. Duke también ha centrado su atención en el diseño, contratando profesores y ofreciendo cursos desde el primer año hasta un certificado de maestría en diseño de dispositivos médicos en ingeniería biomédica. Incluso más recientemente, Duke Engineering lanzó Duke Engineering Entrepreneurship (EngEn para abreviar), que cuenta con un equipo experimentado de emprendedores que trabajan como instructores, mentores y líderes en una variedad de oportunidades, programas y recursos educativos para profesores, estudiantes y personal.

"Las semillas de todos nuestros esfuerzos en las últimas semanas se sembraron mucho antes de esta crisis y se han nutrido y cultivado a medida que los nuevos líderes también se dieron cuenta de su valor", dijo Gall, quien codirige EngEn y es director asociado de MEDx. "Estos programas son directamente responsables de que gran parte del Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 esté aquí en Duke en este momento".

“Nuestra estrategia de reclutar ingenieros de diseño altamente talentosos que tengan un profundo interés en la enseñanza y luego permitirles 'autoorganizarse' para hacer grandes cosas construyó la capacidad intelectual subyacente en Duke que ahora se ha organizado como Duke EngEn y el COVID- 19 Equipo de Respuesta de Ingeniería”, dijo Bellamkonda. “No teníamos forma de anticiparnos al COVID-19, pero aquí estamos, con ellos al frente y al centro de la respuesta de Duke al COVID en apoyo a nuestros colegas de Duke Health. Es un placer ver este 'equipo de ensueño' en acción, no sólo porque son inteligentes, sino porque se preocupan profundamente por mejorar el mundo”.

SERES HUMANOS ASOMBROSOS

Aún así, quizás sea a través de los becarios actuales y anteriores de Duke Design Health que realmente se pueda comprender la agilidad del equipo de respuesta de ingeniería COVID-19.

La generación más reciente de becarios, la mayoría de ellos residentes médicos, estudiantes de doctorado en enfermería y estudiantes de posgrado en ingeniería, comenzó en agosto de 2019 en el campo de entrenamiento Design Health, donde fueron capacitados para realizar investigaciones observacionales en entornos clínicos de Duke Health para identificar necesidades no satisfechas. necesidades. Durante el transcurso de ese verano y los semestres siguientes, los becarios aprendieron diseño y procesos comerciales y apoyaron a equipos de estudiantes de toda la universidad para abordar las necesidades que habían identificado.

Entonces llegó el COVID-19. Se emitió el llamado del hospital y becarios como Pino, Economopoulos y Muath Bishawi, residente en cirugía cardíaca que cursa un doctorado en ingeniería biomédica y asesor del programa Design Health, volvieron a ser médicos. Su compañera Jackie Vaughn, una enfermera experimentada que estaba finalizando su doctorado, comenzó a derribar barreras y abrir puertas en todo el hospital para Bishawi, Konstantinos, Alejandro y el resto del equipo del grupo de trabajo.

“Literalmente de la noche a la mañana pasaron de ser nuestros estudiantes a salvar vidas, mientras al mismo tiempo miraban a través de la lente que les habíamos dado para identificar en tiempo real las necesidades del mundo real que surgían en el hospital, traerlos de regreso al grupo de trabajo y embarcarse para resolverlos”, dijo Fearis. "Honestamente, son seres humanos asombrosos".

Habiendo sido capacitados para comprender la verdadera necesidad de un paciente o médico, independientemente de lo que digan y de lo que se pueda abordar con sus habilidades, estos "seres humanos asombrosos" son los ojos y oídos del Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 en cuidados intensivos. piso de la unidad.

"Como médicos, aprendemos mucho sobre la observación de los pacientes y los exámenes físicos y cómo sacar conclusiones de ellos", dijo Pino. "Lo que me ha resultado más útil del Programa Design Health es haber aprendido a observar desde la perspectiva de un ingeniero o un innovador, encontrar soluciones para nuestros pacientes e incluso cuestionar soluciones que ya existen".

Con pocos indicios sobre cuánto podría durar la pandemia, nadie sabe cuándo sus vidas podrían volver a algo parecido a la normalidad. Pero con cada problema identificado, cada innovación probada y cada problema resuelto, todos los involucrados en el Equipo de Respuesta de Ingeniería COVID-19 sienten que están ayudando al mundo a estar un poco más cerca.

Y cuanto antes mejor. Nadie quiere que sus amigos y familiares estén en peligro.

“Tratamos con muchos 'estudiantes', pero realmente nos impacta cuando uno se da cuenta de que el estudiante con el que bromeaba o criticaba anoche literalmente puso su vida en peligro esta mañana; porque eso es lo que hacen”, dijo Fearis. "Creo que nos respetan como 'profesores', pero no tanto como nosotros los respetamos a ellos como seres humanos".

(C) Universidad de Duke

Fuente del artículo original: WRAL TechWire