Kaikki kädet kannella: COVID-19-insinööriryhmä kokoontuu Duken joka kulmasta

DURHAM – Vuoden 2020 alussa tohtori Alejandro Pinon huomio keskittyi sellaisten syöttöputkien suunnitteluun ja patentoimiseen, jotka pystyvät irrottamaan tukkeutumisen, samalla kun hän suoritti keuhko- ja tehohoitoapurahaa Duke University School of Medicine -yliopistossa.

Vain muutama kuukausi myöhemmin uusi koronavirus käänsi maailman ylösalaisin, eivätkä ruokintaletkut enää olleet Pinon kiireellisin projekti.

"Kaikki tutkimuksessa työskennelleet kollegamme on otettu mukaan auttamaan kriisiä", sanoi Pino, joka viettää nyt paljon enemmän aikaa kiertoon ja työskentelee etulinjassa COVID-19-potilaiden hoitamiseksi Duke University Hospitalissa. ”Eikä kukaan meistä näe perhettään tai ystäviämme. Tunnen syyllisyyttä vain ulkoiluttaessani koiraani, koska työskentelen COVID-19-potilaiden kanssa päivittäin enkä halua vaarantaa muita ihmisiä. Siinä on paljon käsiteltävää.”

Pino ei kuitenkaan ole luopunut kekseliäisestä työstään kokonaan – sen sijaan innovatiivisen kampuksenlaajuisen kumppanuuden ansiosta hän on siirtynyt toiveikkaasti suunnittelemaan ratkaisuja potilaiden, itsensä ja muiden terveydenhuoltoalan työntekijöiden suojelemiseksi.

"Kaikki kollegamme, jotka työskentelivät tutkimuksen parissa, on otettu mukaan auttamaan kriisiä. Eikä kukaan meistä näe perhettään tai ystäviämme. Tunnen syyllisyyttä vain ulkoiluttaessani koiraani, koska työskentelen COVID-19-potilaiden kanssa päivittäin enkä halua vaarantaa muita ihmisiä. Siinä on paljon käsiteltävää.”

Pino työskenteli syöttöputkiinnovaationsa parissa stipendiaattina Duke Design -terveysohjelma, Duke Engineeringin johtama yliopistonlaajuinen aloite, joka tuo monitieteiset opiskelijaryhmät kliiniseen ympäristöön aktiivisesti tunnistamaan, validoimaan ja ratkaisemaan aiemmin ratkaisemattomia haasteita. Ja vaikka hänen painopisteensä on muuttunut, Pinon yhteistyö insinööritovereiden kanssa on vahvistunut entisestään viimeisen kuukauden aikana, kun hän ja muut Design Health -stipendiaatit toimivat suorana linkkinä nopeasti ratkaisemaan nousevia tarpeita yrittävien insinöörien ja kliinikon välillä, joita he yrittävät auttaa. .

Duke Design Healthin, Duke MEDx:n ja Duke Engineering Entrepreneurshipin (EngEn) kaltaisten kampusten välisten yhteistyötoimien jo luomalle vahvalle perustalle tiedekunta, henkilökunta ja opiskelijat ovat rakentaneet nopeasti Duken uuden COVID-19 Engineering Response Teamin.

Neljän viikon kuluessa perustamisesta tiimi on yhdistänyt täysin toimivan putkilinjan, joka kulkee teknisen haasteen avulla ongelman löytämisestä nopeaan prototyyppien valmistukseen kenttätestauksen ja dokumentoinnin kanssa lopullisten ratkaisujen toimittamiseen hoitajille. He ovat jo valmistaneet kaksi tuotetta – 3D-painetut kasvosuojukset, joita valmistetaan massatuotannossa, ja 3D-tulostettu osa, joka auttaa muuttamaan olemassa olevan ortopedisen leikkaustakin/kypärän sähkökäyttöiseksi suodatettua ilmaa käyttäväksi ylipainepuvuksi, joka tarjoaa korkeimman suojan. hoitajat voivat tehdä.

Yli seitsemän tiimiä työskentelee monenlaisten haasteiden parissa, joten he ovat vasta aloittamassa.

KIIRTOJEN KERUTTAMINEN VERKSIIN

Vaikka COVID-19 Engineering Response Team sulautui nopeasti yhteen, se alkoi useista avunkutsuista. Chip Bobbert, Duke's Innovation Co-Labin vanhempi insinööri ja valmistusarkkitehti, oli pyydetty käyttämään Co-Labin monia 3D-tulostimia kasvosuojainten luomiseen. Ken Gall, Duke Engineeringin yrittäjyyden apulaisdekaani, oli lähestynyt ajatusta leikkauspuvun muuttamisesta moottorikäyttöiseksi ilmaa puhdistavaksi hengityssuojaimeksi (PAPR). Eric Richardson, biolääketieteen tekniikan apulaisprofessori ja Duke Design Healthin johtaja, oli ottanut yhteyttä Fortune 50 -yhtiöön selvittääkseen, kuinka tuottaa edullisia hengityskoneita.

Toisessa koulussa nämä ja muut orastavat projektit olisivat saattaneet jatkua eri raiteilla. Mutta koska niin monet suhteet ja ohjelmat yhdistävät Duke Engineeringin Duke School of Medicinein ja School of Nursingin kanssa, mahdollisuus yhdistää resursseja ei jäänyt huomaamatta.

"Olin puhelussa Ravin ja Kenin kanssa viikonloppuna sen jälkeen, kun kaikki alkoi sulkeutua [sosiaalisen etäisyyden vuoksi], ja tajusimme, että meidän piti virallistaa kaikki nämä projektit yhtenäiseksi yritykseksi", Richardson sanoi puhuessaan Ravi Bellamkondasta, Vinikistä. Pratt School of Engineeringin dekaani. "Viikon loppuun mennessä olimme koordinoineet tiimit keskittymään tiettyihin projekteihin."

Tämä vaihe osoittautui ratkaisevan tärkeäksi. Richardsonin, Gallin ja Paul Fearisin johtaman COVID-19 Engineering Response Teamin sijaan, että se olisi sokeasti kävellyt tunnelia kohti valmiita tuotteita, kesti viikon vetäytyäkseen, ottaakseen yhteyttä olemassa olevien verkostojensa kautta terveydenhuoltojärjestelmässä ja selvittääkseen, mitä ensisijaiset tarpeet todella olivat.

"Kun maailma juoksi ympäriinsä pää käsissään ja käsitteli tonneittain henkilösuojaimia, hengityskoneita ja vastaavia pyyntöjä, teimme päätöksen vetää henkeä, hidastaa vauhtia ja keskustella nopeasti sairaalan kanssa", sanoi vanhempi Fearis. biolääketieteen tekniikan luennoitsija. "Olemme ainutlaatuisessa asemassa, jossa meidän tarvitsee vain kävellä tien poikki ja kysyä: "Onko tämä totta? Mikä todella auttaa? Ja kuinka hyvä sen pitää olla?' Ja saimme sairaalasta takaisin kihlauksen, mikä todella antoi meille pitoa sen sijaan, että saimme pyörittämään pyöräämme.

"Se, että vastauksemme on ollut niin hyvin organisoitu, on täysin mahdollista, koska insinööri- ja lääketieteelliset koulut ovat niin lähellä toisiaan, sekä metaforisesti että fyysisesti", sanoi Donna Crenshaw, Duke MEDx:n toiminnanjohtaja. lääketieteellisiä kouluja edistääkseen tieteidenvälistä yhteistyötä. ”Meidän välillämme oli jo niin monia viestintäkanavia. Ilman niitä olisi kestänyt kuukausia sen järjestäminen, mitä olemme koonneet viikkoissa.”

YLÖSAJON

Kun tarpeet oli arvioitu ja työryhmät muodostettu, COVID-19 Engineering Response Team ryhtyi töihin. Alle kolme viikkoa joukkueen muodostamisen jälkeen valmiit projektit olivat jo menossa ulos ovesta ja uusia tuli alas.

Ensimmäinen toteutettu projekti oli olemassa olevien suunnitelmien mukauttaminen 3D-tulostetulle kasvosuojalle niin, että paikallinen yritys voisi valmistaa sen massatuotantona. Testattuaan noin 100 mallia Bobbertin johtama tiimi päätyi prototyyppiin 3D-tulostetusta otsanauhasta, joka muodostaa kasvosuojan, kun se on kiinnitetty laserleikattuun polykarbonaattilinssiin, joka on kevyt muovipala, jolla on suuri iskunkestävyys.

Matkan varrella apulaisprofessori Ryan Shaw ja Elizabeth C. Clipp Termin hoitotyön johtajan tuella yli kaksi tusinaa Duke sairaanhoitajaa, sairaanhoitajaopiskelijaa ja lääketieteen ammattilaista testasivat 3D-tulostettuja kasvonsuojaimia simulaatiolaboratoriossa ja päättivät, että ne täytti turvallisuusstandardit ja voidaan desinfioida uudelleenkäyttöä varten. Samanlaisia ponnisteluja muiden laitteiden testaamiseksi ja validoimiseksi on myös käynnissä.

"Mikä todella hämmästytti monia ihmisiä, kun kasvosuojamme tuli ulos, oli se, että olimme testanneet sitä", Gall sanoi. ”Monissa paikoissa oli jo kuvia kasvonsuojaimista, joita he olivat tuottaneet verkossa. Kesti hieman kauemmin, ennen kuin saimme omamme ulos, mutta testaus erottui muiden tekemiin verrattuna. Ja testauksella on väliä. Se teki suuren eron.”

Toinen projekti, joka näki päivänvalon, oli 3D-tulostettu laite, joka voi asentaa suodattimia kirurgiseen kypärään ja muuttaa siitä Powered Air Purifying Respirator tai PAPR. PAPR:t – joihin kuuluvat uudelleen käytettävät hengityssuojaimet, jotka peittävät terveydenhuollon työntekijöiden kasvot kokonaan, ja akkukäyttöinen puhallin, joka vetää ilmaa suodattimien tai patruunoiden läpi pitääkseen puvun tuulettuneena, ilmapiirin hengittävänä ja visiirinä kirkkaana – tarjoavat yhden korkeimmista terveydensuojelun tasoista. hoitotyöntekijöitä. Nämä ovat ensisijaisia henkilönsuojaimia terveydenhuollon työntekijöille, jotka suorittavat invasiivisempia toimenpiteitä, kuten potilaiden intubointia. Tähän mennessä yli 97 ryhmää on käyttänyt lisenssiä ja 34 Yhdysvalloista, Kanadasta, Australiasta, Norjasta ja Isosta-Britanniasta on ladannut suunnittelun ja ohjeet, joita voidaan käyttää maksutta vuoden ajan.

Tiimi kehitti 3D-tulostetun osan PAPR:lle Duken ortopedisen selkärankakirurgin Melissa Ericksonin johdolla ja ohjauksessa, joka alun perin otti heihin yhteyttä tarpeella ja mahdollisella ratkaisulla.

"Meillä on nämä kypärät, joita käytämme nivelleikkauksen aikana, ja aloimme ihmetellä: "Voidaanko näitä käyttää uudelleen?"", sanoi Erickson. "Jos henkilösuojaimista ja PAPR:ista on valtakunnallista pulaa, voimme ehkä käyttää niitä asioita, joita meillä on runsaasti sairaalassa, ja tehdä muutoksia, jotta voimme lisätä terveydenhuollon työntekijöiden henkilökohtaisten suojavarusteiden määrää."

KAIKKI KÄDET KAnnella

COVID-19 Engineering Response Team hyödyntää kaiken mahdollisen avun ja luottaa myös tekniikan perustutkinto-opiskelijoiden kykyihin.

Duke Biomedical Engineering Fellows -ohjelman juniorit, jotka tarjoavat käytännön suunnittelukokemusta kurssien ja harjoittelujaksojen kautta, ovat olennainen osa useissa projekteissa. Esimerkiksi Design Fellow Spencer Moavenzadeh käytti CAD-jännitys/venymäanalyysejä simuloidakseen kasvosuojusten kehyksiä ja ehdottaakseen tapoja jäykistää niitä.

"Minulla on myös ryhmä junioreita, jotka työskentelevät vähän resursseja käyttävän ventilaattorin suunnittelussa", sanoi ohjelman johtaja Dr. Mark Palmeri, biolääketieteen tekniikan käytännön apulaisprofessori. "Avoimen lähdekoodin AMBU-pussipohjaisille ventilaattoreille on olemassa monia malleja, mutta monet ovat jääneet huomaamatta eivätkä ole saaneet pitoa. Tämä ryhmä haluaa oppia näistä ponnisteluista ja ehdottaa jotain, mikä on todella hyödyllistä."

Samaan aikaan eläkeläiset Max Sondland ja Dimitrios Bailas, jotka ovat suorittamassa konetekniikan huippukivisuunnittelukurssiaan, ovat opettaneet auttamaan luomaan turvallisempia tiloja potilaiden hoitoon. Normaalin kurssikuormituksen lisäksi pariskunta on työskennellyt leikkausasukkaiden Konstantinos Economopoulosin johtaman ryhmän kanssa prototyyppien laatimisessa ja testaamisessa negatiivisella paineella toimivaa potilaan eristystelttaa, joka laajentaa hoitopaikkoja ja vähentää samalla kliinikoille aiheutuvaa riskiä. Yhteistyössä School of Nursingin Health Innovation Labin kanssa tiimi pystyy prototyyppiämään laitteensa kadun toisella puolella Duke University Hospitalia. Tämä tarjoaa helpon pääsyn työskenteleville kliinikoille antaa palautetta.

"He ovat olleet erittäin tehokkaita ilmanvaihtojärjestelmän kehittämisessä ja vieneet sen ideasta testaukseen alle viikossa", sanoi Neal Simmons, Gendell-perheen konetekniikan ja materiaalitieteen käytännön apulaisprofessori. "Emme olisi voineet kehittää tätä ideaa yhtä nopeasti tai tehokkaasti ilman heidän älyään, taitojaan ja kovaa työtä."

Muut ryhmät työskentelevät kuitenkin 3D-tulostettujen "jakajien" parissa, jotka tekevät yhden ventilaattorin useamman kuin yhden potilaan ulottuville, ja intubaatioaerosolisuojan. Kaikissa näissä projekteissa on Erika Segear, Duke's Regulatory Affairs and Quality -viraston apulaisjohtaja, joka tarjoaa sääntely-asiantuntemusta ja luo dokumentaatiota, jossa esitetään eritelmät ja testaustiedot, jotka toimitetaan kunkin laitteen mukana ja jaetaan muiden ryhmien kanssa valtakunnallisesti.

Ja ideoita ja laitteita tulee jatkuvasti.

”On hauskaa työskennellä äärimmäisen lahjakkaiden ihmisten kanssa ja saada kiireellinen ja merkityksellinen tavoite. Luulen, että olemme kaikki uupuneita, mutta meistä tuntuu, että meillä on vaikutusta, Richardson sanoi.

Hoitoprofessori Margie Molloy testaa prototyyppiä Duke University School of Nursings Health Innovation Labissa, jota johtaa professori Ryan Shaw.

LYHYET JA PITKÄAIKAISET SIJOITUKSET

Gallin mukaan yksi avainkappaleista, jotka kokosivat tämän palapelin, on rahoitus, kiitos suurelta osin Duken yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun kirurgian osaston puheenjohtajan Allan Kirkin ansiosta.

"Allan ja minä olemme naapureita, joten näemme usein", sanoi Gall. "Puhuimme turvallisen etäisyyden päästä ja hän kertoi minulle kiireellisistä tarpeista, joita sairaalalla oli edessään. Kun aloimme rakentaa tuotteita ja ostaa materiaaleja, lähestyin Allania ja hän tuli heti auttamaan. Kirurgian runsas taloudellinen tuki mahdollisti projektien turboamisen.” Myös Health Systemin Perioperative-yritys nojasi välittömään tukeen.
Eric Richardson kokeilee PAPR:ää, jonka suunnittelussa ja tuotannossa auttoi tohtori Melissa Ericksonin rinnalla.

Ilman huolta rahoituksen uhkaamisesta päänsä yli, COVID Engineering Response Team pystyi esimerkiksi ostamaan korkean lämpötilan pizzauunin lämmittämään ja taivuttamaan kasvosuojuksia 3D-tulostettuihin sankoihinsa sopivaksi. Kaikki ryhmän jäsenet ovat yhtä mieltä siitä, että jokaisen dekaanin ja osastopäällikön tuki heidän keskittymisessä näihin projekteihin on ollut ratkaisevan tärkeää. He ovat myös yhtä mieltä siitä, että alkuperäiset investoinnit, jotka mahdollistavat tämän nopeasti etenevän, laajamittaisen hankkeen, ulottuvat vuosien taakse.

MEDx:n takoivat vuonna 2015 eteenpäin katsovat lääketieteen ja Pratt School of Engineeringin johtajat provosti Sally Kornbluthin tuella. Aloite ruokkii yhteistyötä ja tiimitieteitä tarjoamalla alkurahoitusta uusille yhteisille tutkimusprojekteille, koulutusmahdollisuuksille ja tapahtumille, jotka synnyttävät uusia yhteistyösuhteita molempien koulujen välillä.

Duke Innovation Co-Lab, yhteisöllinen luomistila, jossa on teknologiaresursseja, ohjelmointia ja mahdollisuuksia onnistuneiden ideoiden käynnistämiseen, lanseerattiin vuonna 2016, ja sen koko seinällä on yli 80 3D-tulostinta. Duke on myös kiinnittänyt huomionsa suunnitteluun, rekrytoinut tiedekuntaa ja tarjonnut kursseja fuksivuotena omistettuun lääketieteellisten laitteiden suunnittelun päällikön todistukseen asti biolääketieteen tekniikassa. Jopa äskettäin Duke Engineering lanseerasi Duke Engineering Entrepreneurshipin (lyhyesti EngEn), johon kuuluu kokenut yrittäjätiimi, joka työskentelee ohjaajina, mentoreina ja johtajina lukuisissa koulutusmahdollisuuksissa, ohjelmissa ja resursseissa tiedekunnalle, opiskelijoille ja henkilökunnalle.

"Kaikkien ponnistelujemme siemenet viime viikkoina luotiin hyvissä ajoin ennen tätä kriisiä, ja niitä on vaalittu ja kasvatettu, kun myös uusi johtajuus on ymmärtänyt arvonsa", sanoi Gall, joka johtaa EngEniä ja on EngEnin apulaisjohtaja. MEDx. "Nämä ohjelmat ovat suoraan vastuussa siitä, että suuri osa COVID-19 Engineering Response Teamista on jopa täällä Dukessa tällä hetkellä."

"Strategiamme rekrytoida erittäin lahjakkaita suunnitteluinsinöörejä, jotka ovat syvästi kiinnostuneita opettamisesta, ja antaa heidän sitten "itseorganisoitua" tehdäkseen suuria asioita, loi Duken taustalla olevan älyllisen kapasiteetin, joka on nyt organisoitu nimellä Duke EngEn ja COVID- 19 Engineering Response Team", sanoi Bellamkonda. "Meillä ei ollut mitään keinoa ennakoida COVID-19:ää, mutta tässä olemme, kun he ovat Duken COVID-reaktion eturintamassa ja keskipisteessä Duke Health -kollegoidemme tukena. On ilo nähdä tämä "unelmatiimi" toiminnassa, ei vain siksi, että he ovat älykkäitä, vaan koska he välittävät syvästi maailman parantamisesta."

Yllättävät IHMISOLOT

Silti COVID-19 Engineering Response Teamin ketteryys voidaan todella ymmärtää nykyisten ja entisten Duke Design Health Fellowien kautta.

Uusin stipendiaattiluokka – useimmat lääketieteen residenssit, hoitotyön tohtoriopiskelijat ja tekniikan jatko-opiskelijat – aloittivat elokuussa 2019 Design Health -aloitusleirillä, jossa heidät koulutettiin tekemään havainnointitutkimusta Duke Healthin kliinisissä ympäristöissä tapaamattomien tunnistamiseksi. tarpeisiin. Tuon kesän ja sitä seuraavien lukukausien aikana stipendiaatit oppivat suunnittelua ja liiketoimintaprosesseja ja puolustivat opiskelijaryhmiä eri puolilta yliopistoa vastaamaan tunnistamiinsa tarpeisiin.

Sitten COVID-19 iski. Soitto sairaalasta katkesi, ja Pino, Economopoulos ja Muath Bishawi, sydänkirurgiassa asuva, biolääketieteen tekniikan tohtori ja Design Health -ohjelman neuvonantaja, siirtyivät takaisin kliinikoiksi. Kollegani Jackie Vaughn, kokenut sairaanhoitaja, joka viimeistelee tohtorintutkintoaan, alkoi murtaa esteitä ja avata ovia kaikkialla sairaalassa Bishawille, Konstantinokselle, Alejandrolle ja muulle työryhmän jäsenelle.

"Kirjaimellisesti yhdessä yössä he muuttuivat opiskelijoistamme ihmishenkien pelastajaksi, samalla kun he katsoivat heille antamamme linssin läpi tunnistaakseen reaaliaikaisia, todellisia tarpeita, joita sairaalassa ilmaantuu, tuoden heidät takaisin työryhmään ja aloittamaan toimintansa. niiden ratkaisemisessa", sanoi Fearis. "Rehellisesti sanottuna he ovat hämmästyttäviä ihmisiä."

Nämä "hämmästyttävät ihmiset" on koulutettu ymmärtämään potilaan tai kliinikon todellisen tarpeen, riippumatta siitä, mitä he sanovat, ja mihin heidän osaamisensa pystyy ratkaisemaan. yksikön lattia.

"Lääkäreinä opimme paljon potilaiden havainnointia ja fyysisiä tutkimuksia ja niiden perusteella johtopäätösten tekemistä", Pino sanoi. "Minulle on ollut eniten hyötyä Design Health -ohjelmasta, että olen oppinut tarkkailemaan insinöörin tai innovaattorin näkökulmasta, löytämään ratkaisuja potilaillemme ja jopa kyseenalaistamaan jo olemassa olevia ratkaisuja."

Koska pandemia saattaa kestää vain vähän, kukaan ei tiedä, milloin heidän elämänsä saattaa palata normaaliksi. Mutta kun jokainen ongelma on tunnistettu, jokainen innovaatio testattu ja jokainen ongelma ratkaistu, jokainen COVID-19 Engineering Response Teamin mukana oleva tuntuu auttavan maailmaa pääsemään hieman lähemmäs.

Ja mitä nopeammin sen parempi. Kukaan ei halua ystävilleen ja perheelleen olevan vahinkoa.

”Olemme tekemisissä monien 'opiskelijoiden' kanssa, mutta se todella osuu kotiin, kun tajuaa, että opiskelija, jonka kanssa vitsailit tai kritisoit viime iltana, kirjaimellisesti vaaransi heidän henkensä tänä aamuna; koska niin he tekevät”, Fearis sanoi. "Luulen, että he kunnioittavat meitä "professoreina" - mutta eivät läheskään niin paljon kuin me kunnioitamme heitä ihmisinä."

(C) Duken yliopisto

Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire