Tout le monde sur le pont : l’équipe d’intervention technique COVID-19 se rassemble de tous les coins de Duke

DURHAM – Début 2020, l'attention du Dr Alejandro Pino s'est concentrée sur la conception et le brevetage de sondes d'alimentation capables de se déboucher d'elles-mêmes, tout en poursuivant également une bourse de recherche en pneumologie et en soins intensifs à la Duke University School of Medicine.

Quelques mois plus tard, un nouveau coronavirus a bouleversé le monde et les sondes d'alimentation n'étaient plus le projet le plus urgent de Pino.

"Tous nos boursiers qui travaillaient sur la recherche ont été mobilisés pour aider à faire face à la crise", a déclaré Pino, qui passe désormais beaucoup plus de temps en rotation, travaillant en première ligne pour soigner les patients atteints du COVID-19 à l'hôpital universitaire Duke. « Et aucun de nous ne peut voir notre famille ou nos amis. Je me sens coupable de promener mon chien parce que je travaille quotidiennement avec des patients atteints du COVID-19 et que je ne veux pas mettre les autres en danger. C'est beaucoup à gérer.

Mais Pino n'a pas complètement abandonné son travail inventif : grâce à un partenariat innovant à l'échelle du campus, il s'est tourné vers le travail plein d'espoir consistant à concevoir des solutions pour aider à protéger les patients, lui-même et ses collègues du personnel de santé.

« Tous nos collègues qui travaillaient sur la recherche ont été mobilisés pour aider à faire face à la crise. Et aucun de nous ne peut voir notre famille ou nos amis. Je me sens coupable de promener mon chien parce que je travaille quotidiennement avec des patients atteints du COVID-19 et que je ne veux pas mettre les autres en danger. C'est beaucoup à gérer.

Pino travaillait sur son innovation par sonde d'alimentation en tant que membre du Programme de santé Duke Design, une initiative à l'échelle universitaire dirigée par Duke Engineering qui rassemble des équipes interdisciplinaires d'étudiants dans l'environnement clinique pour identifier, valider et résoudre activement des défis jusqu'alors inédits. Et même si son orientation a changé, la collaboration de Pino avec ses collègues ingénieurs s'est encore renforcée au cours du mois dernier, puisque lui et d'autres boursiers de Design Health servent de lien direct entre les ingénieurs qui tentent de résoudre rapidement les besoins émergents et les cliniciens qu'ils tentent d'aider. .

C'est sur la base solide déjà posée par des collaborations inter-campus comme Duke Design Health, Duke MEDx et Duke Engineering Entrepreneurship (EngEn) que les professeurs, le personnel et les étudiants ont rapidement constitué la nouvelle équipe d'intervention technique COVID-19 de Duke.

En quatre semaines après sa formation, l'équipe a fusionné un pipeline entièrement opérationnel qui couvre le défi de l'ingénierie depuis la découverte des problèmes jusqu'au prototypage rapide avec tests sur le terrain et documentation, jusqu'à la fourniture de solutions finales aux soignants. Ils ont déjà réalisé deux produits : des écrans faciaux imprimés en 3D qui sont produits en masse et une pièce imprimée en 3D qui permet de transformer une blouse/un casque chirurgical orthopédique existant en une combinaison motorisée à pression positive à air filtré offrant le plus haut niveau de protection. les soignants peuvent le faire.

Et avec plus de sept équipes travaillant sur un large éventail de défis, elles ne font que commencer.

TOURNER DES FILS DANS UN WEB

Même si l’équipe d’intervention technique face au COVID-19 s’est rapidement regroupée, elle a commencé par une série d’appels à l’aide. Chip Bobbert, ingénieur principal et architecte de fabrication du Duke's Innovation Co-Lab, a été approché pour utiliser les nombreuses imprimantes 3D du Co-Lab pour créer des écrans faciaux. Ken Gall, doyen associé pour l'entrepreneuriat chez Duke Engineering, avait été approché avec l'idée de transformer une blouse chirurgicale en un respirateur à purification d'air motorisé (PAPR). Eric Richardson, professeur agrégé de génie biomédical et directeur de Duke Design Health, avait été contacté par une société Fortune 50 pour savoir comment produire des respirateurs à faible coût.

Dans une autre école, ces projets et d’autres projets naissants auraient pu se poursuivre sur des voies distinctes. Mais comme de nombreuses relations et programmes lient Duke Engineering à la Duke School of Medicine et à la School of Nursing, l’opportunité de mettre en commun les ressources n’est pas passée inaperçue.

"J'étais au téléphone avec Ravi et Ken le week-end après que tout a commencé à fermer [pour la distanciation sociale], et nous avons réalisé que nous devions formaliser tous ces projets dans un effort cohérent", a déclaré Richardson, parlant de Ravi Bellamkonda, le Vinik. Doyen de la Pratt School of Engineering. « À la fin de la semaine, nous avions coordonné des équipes pour se concentrer sur des projets spécifiques. »

Cette étape s’est avérée cruciale. Plutôt que de s'engager aveuglément dans un tunnel vers des produits finis, l'équipe d'intervention technique COVID-19 dirigée par Richardson, Gall et Paul Fearis a pris une semaine pour prendre du recul, tendre la main à travers leurs réseaux existants dans le système de santé et identifier exactement ce que le les besoins prioritaires l’étaient réellement.

"Alors que le monde courait la tête dans les mains face à des tonnes de demandes d'EPI, de respirateurs, etc., nous avons pris la décision de reprendre notre souffle, de ralentir et de parler rapidement à l'hôpital", a déclaré Fearis, un cadre supérieur. chargé de cours en génie biomédical. « Nous sommes dans une position unique où tout ce que nous avons à faire est de traverser la route et de demander : « Est-ce réel ? Qu’est-ce qui va vraiment aider ? Et à quel point ça doit être bon ? Et nous avons obtenu à nouveau l’engagement de l’hôpital, ce qui nous a vraiment donné de la traction plutôt que de nous faire tourner les roues.

"Le fait que notre réponse ait été si bien organisée est entièrement rendu possible par la proximité des écoles d'ingénierie et de médecine, à la fois métaphoriquement et physiquement", a déclaré Donna Crenshaw, directrice exécutive de Duke MEDx, une initiative conjointe entre l'ingénierie et l'université de Duke. écoles de médecine pour favoriser la collaboration interdisciplinaire. « Il y avait déjà tellement de canaux de communication entre nous. Sans cela, il aurait fallu des mois pour organiser ce que nous avons mis en place en quelques semaines.

MONTÉE EN PUISSANCE

Une fois les besoins évalués et les groupes de travail formés, l’équipe d’intervention technique COVID-19 s’est mise au travail. Moins de trois semaines après la formation de l’équipe, les projets terminés sortaient déjà et de nouveaux arrivaient.

Le premier projet réalisé consistait à adapter les plans existants d’un écran facial imprimé en 3D afin qu’il puisse être produit en série par une entreprise locale. Après avoir testé environ 100 modèles, une équipe dirigée par Bobbert a atterri sur son prototype de bandeau imprimé en 3D qui forme un écran facial lorsqu'il est fixé à une lentille en polycarbonate découpée au laser, qui est un morceau de plastique léger offrant une résistance élevée aux chocs.

En cours de route, avec le soutien de Ryan Shaw, professeur agrégé et titulaire de la chaire de soins infirmiers Elizabeth C. Clipp, plus de deux douzaines d'infirmières de Duke, d'étudiants diplômés en sciences infirmières et de professionnels de la santé ont testé les écrans faciaux imprimés en 3D dans un laboratoire de simulation et ont déterminé qu'ils répondait aux normes de sécurité et pouvait être désinfecté pour être réutilisé. Des efforts similaires pour tester et valider d’autres appareils sont également en cours.

"Ce qui a vraiment frappé beaucoup de gens lorsque notre écran facial est sorti, c'est que nous avions effectué des tests dessus", a déclaré Gall. « De nombreux endroits avaient déjà des photos d'écrans faciaux qu'ils avaient produits en ligne. Il nous a fallu un peu plus de temps pour sortir le nôtre, mais les tests étaient différenciés par rapport à ce que d'autres avaient fait. Et les tests sont importants. Cela a fait une grande différence.

Le deuxième projet à voir le jour était un appareil imprimé en 3D capable de monter des filtres sur un casque chirurgical pour le transformer en un respirateur purificateur d'air motorisé ou PAPR. Les PAPR, qui comprennent des cagoules respiratoires réutilisables qui couvrent complètement le visage des agents de santé et un ventilateur alimenté par batterie qui aspire l'air à travers des filtres ou des cartouches pour garder la combinaison ventilée, l'atmosphère respirable et la visière claire, offrent l'un des niveaux de protection de la santé les plus élevés. travailleurs de soins. Il s'agit de l'EPI préféré des agents de santé qui effectuent des procédures plus invasives comme l'intubation des patients. À ce jour, plus de 97 groupes ont accédé à la licence et 34 groupes aux États-Unis, au Canada, en Australie, en Norvège et au Royaume-Uni ont téléchargé la conception et les instructions, qui peuvent être utilisées gratuitement pendant un an.

L’équipe a développé la pièce imprimée en 3D pour le PAPR sous la direction et la direction de Melissa Erickson, chirurgienne orthopédiste de la colonne vertébrale de Duke, qui les a initialement contactés avec le besoin et la solution possible.

« Nous portons ces casques pendant les interventions chirurgicales d'arthroplastie et nous avons commencé à nous demander : « Peuvent-ils être réutilisés ? » », a déclaré Erickson. "S'il y a des pénuries nationales d'EPI et de PAPR, nous pouvons peut-être utiliser les choses dont nous disposons en abondance à l'hôpital et apporter des modifications pour pouvoir augmenter la quantité d'équipements de protection individuelle dont nous disposons pour les travailleurs de la santé."

TOUT LE MAIN SUR LE PONT

Prenant toute l’aide possible, l’équipe d’intervention technique face à la COVID-19 compte également sur les talents des étudiants en génie de premier cycle.

Les juniors du programme Duke Biomedical Engineering Fellows, qui offre une expérience pratique de conception à travers des cours et des stages, jouent un rôle essentiel dans plusieurs projets. Par exemple, Spencer Moavenzadeh, chargé de conception, a utilisé des analyses CAO de contraintes/déformations pour simuler les cadres des écrans faciaux et proposer des moyens de les renforcer.

« J'ai également une équipe de jeunes qui travaillent sur une conception de ventilateur à faibles ressources », a déclaré le chef du programme, le Dr Mark Palmeri, professeur agrégé de pratique du génie biomédical. « Il existe de nombreux modèles de ventilateurs open source basés sur des sacs AMBU, mais beaucoup ont raté la cible et n’ont pas gagné en popularité. Ce groupe cherche à tirer les leçons de ces efforts et à proposer quelque chose de réellement utile.

Pendant ce temps, les seniors Max Sondland et Dimitrios Bailas, qui terminent leur cours de synthèse en génie mécanique, ont été sollicités par leur professeur pour les aider à créer des espaces plus sûrs pour traiter les patients. Outre leur charge de cours normale, les deux hommes ont travaillé avec une équipe dirigée par le résident en chirurgie Konstantinos Economopoulos pour prototyper et tester une tente d'isolement des patients à pression négative qui élargit les zones de traitement tout en réduisant les risques pour les cliniciens. En partenariat avec le Health Innovation Lab de l'École de soins infirmiers, l'équipe est en mesure de prototyper son appareil en face de l'hôpital universitaire Duke. Cela permet aux cliniciens en activité d'accéder facilement à leurs commentaires.

"Ils ont été extrêmement efficaces dans le développement du système de ventilation, en le faisant passer du stade de l'idée au stade des tests en moins d'une semaine", a déclaré Neal Simmons, professeur agrégé de la famille Gendell de pratique du génie mécanique et de la science des matériaux. « Nous n’aurions pas pu développer cette idée aussi rapidement et efficacement sans leur intelligence, leurs compétences et leur travail acharné. »

Pourtant, d’autres équipes travaillent sur des « séparateurs » imprimés en 3D qui rendent un seul ventilateur accessible à plus d’un patient et un bouclier anti-aérosol pour l’intubation. Erika Segear, directrice associée du Bureau des affaires réglementaires et de la qualité de Duke, est au courant de tous ces projets. Elle fournit une expertise réglementaire et crée la documentation décrivant les spécifications et les informations de test qui seront fournies avec chaque appareil et partagées avec d'autres équipes à l'échelle nationale.

Et les idées et les appareils continuent d’affluer.

« C'est amusant de travailler avec des personnes extrêmement talentueuses et d'avoir un objectif urgent et significatif. Je pense que nous sommes tous épuisés, mais nous avons le sentiment d'avoir un impact », a déclaré Richardson.

La professeure de soins infirmiers Margie Molloy teste le prototype au laboratoire d'innovation en santé de la Duke University School of Nursing dirigé par le professeur Ryan Shaw.

INVESTISSEMENTS À COURT ET À LONG TERME

Selon Gall, l’une des pièces clés de ce puzzle est le financement, en grande partie grâce à Allan Kirk, directeur du département de chirurgie de la faculté de médecine de l’Université Duke.

« Allan et moi sommes voisins, donc nous nous voyons souvent », a déclaré Gall. « Nous parlions à distance et il m'a parlé des besoins urgents auxquels l'hôpital était confronté. Lorsque nous avons commencé à fabriquer des produits et à acheter des matériaux, j'ai contacté Allan et il est immédiatement intervenu pour m'aider. Le généreux soutien financier de Surgery nous a permis de dynamiser les projets. L'entreprise périopératoire du système de santé a également apporté un soutien immédiat.
Eric Richardson essaie le PAPR qu'il a aidé à concevoir et à produire avec le Dr Melissa Erickson à ses côtés.

Sans se soucier du financement qui pèse sur leurs têtes, l’équipe d’intervention technique COVID a pu, par exemple, acheter un four à pizza à haute température pour chauffer et plier les écrans faciaux pour les adapter à leurs bandeaux imprimés en 3D. Tous les membres du groupe conviennent que le soutien de chaque doyen et chef de département, leur permettant de consacrer leur temps à ces projets, a été crucial. Ils conviennent également que les investissements initiaux permettant cet effort rapide et à grande échelle remontent à des années.

MEDx a été créé en 2015 par des dirigeants avant-gardistes des écoles de médecine et de la Pratt School of Engineering, avec le soutien de la doyenne Sally Kornbluth. L'initiative alimente la collaboration et la science d'équipe en fournissant un financement de démarrage pour de nouveaux projets de recherche communs, des opportunités éducatives et des événements visant à susciter de nouvelles collaborations entre les personnes des deux écoles.

Le Duke Innovation Co-Lab, un espace de création communautaire doté de ressources technologiques, de programmes et d'installations permettant de relancer des idées réussies, a été lancé en 2016 avec un mur complet de plus de 80 imprimantes 3D. Duke a également tourné son attention vers le design, en recrutant des professeurs et en proposant des cours en première année jusqu'à un certificat de maîtrise dédié à la conception de dispositifs médicaux en génie biomédical. Plus récemment encore, Duke Engineering a lancé Duke Engineering Entrepreneurship (EngEn en abrégé), qui regroupe une équipe d'entrepreneurs expérimentés travaillant comme instructeurs, mentors et leaders dans une gamme d'opportunités, de programmes et de ressources éducatives destinés aux professeurs, aux étudiants et au personnel.

« Les graines de tous nos efforts au cours des dernières semaines ont été plantées bien avant cette crise, et ont été nourries et cultivées à mesure que les nouveaux dirigeants ont également pris conscience de leur valeur », a déclaré Gall, codirigeant EngEn et directeur associé d'EngEn. MEDx. «Ces programmes sont directement responsables de la présence d'une grande partie de l'équipe d'intervention technique contre le COVID-19, même ici à Duke en ce moment.»

« Notre stratégie consistant à recruter des ingénieurs de conception très talentueux qui ont un profond intérêt pour l'enseignement, puis à leur permettre de « s'auto-organiser » pour réaliser de grandes choses, a construit la capacité intellectuelle sous-jacente de Duke qui a maintenant été organisée sous le nom de Duke EngEn et du COVID-19. 19 Équipe d’intervention technique », a déclaré Bellamkonda. « Nous n'avions aucun moyen d'anticiper le COVID-19, mais nous y sommes, avec eux au premier plan de la réponse de Duke au COVID, en soutien à nos collègues de Duke Health. C'est une joie de voir cette « dream team » en action, non seulement parce qu'ils sont intelligents, mais aussi parce qu'ils se soucient profondément de rendre le monde meilleur.

DES ÊTRES HUMAINS ÉTONNANTS

Pourtant, c’est peut-être grâce aux Duke Design Health Fellows actuels et anciens que l’agilité de l’équipe d’intervention technique COVID-19 peut vraiment être comprise.

La promotion la plus récente de boursiers, pour la plupart composés de résidents en médecine, d'étudiants en doctorat en sciences infirmières et d'étudiants diplômés en ingénierie, a débuté en août 2019 au camp d'entraînement Design Health, où ils ont été formés pour mener des recherches observationnelles dans les milieux cliniques de Duke Health afin d'identifier les besoins non satisfaits. besoins. Au cours de cet été et des semestres suivants, les boursiers ont appris les processus de conception et d'affaires et ont défendu des équipes d'étudiants de toute l'université pour répondre aux besoins qu'ils avaient identifiés.

Puis le COVID-19 est arrivé. L'appel de l'hôpital a été lancé et des boursiers comme Pino, Economopoulos et Muath Bishawi, résident en chirurgie cardiaque poursuivant un doctorat en génie biomédical et conseiller du programme Design Health, sont redevenus cliniciens. Jackie Vaughn, une infirmière expérimentée en train de finaliser son doctorat, a commencé à abattre les barrières et à ouvrir les portes partout dans l'hôpital pour Bishawi, Konstantinos, Alejandro et le reste de l'équipe du groupe de travail.

« Littéralement du jour au lendemain, ils sont passés du statut d'étudiants à celui de sauver des vies, tout en regardant à travers l'objectif que nous leur avions donné pour identifier en temps réel les besoins réels émergeant à l'hôpital, les ramenant au groupe de travail et embarquant sur les résoudre », a déclaré Fearis. "Honnêtement, ce sont des êtres humains étonnants."

Ayant été formés pour comprendre le véritable besoin d'un patient ou d'un clinicien, indépendamment de ce qu'ils disent et de ce qui peut être abordé grâce à leurs compétences, ces « êtres humains étonnants » sont les yeux et les oreilles de l'équipe d'intervention technique COVID-19 sur les soins intensifs. étage de l'unité.

"En tant que médecins, nous en apprenons beaucoup sur l'observation des patients et les examens physiques et sur la manière d'en tirer des conclusions", a déclaré Pino. « Ce que j'ai trouvé le plus utile dans le cadre du programme Design Health, c'est d'avoir appris à observer du point de vue d'un ingénieur ou d'un innovateur, à trouver des solutions pour nos patients et même à remettre en question les solutions qui existent déjà. »

Avec peu d’indications sur la durée possible de la pandémie, personne ne sait quand leur vie pourrait revenir à un semblant de normale. Mais avec chaque problème identifié, chaque innovation testée et chaque problème résolu, toutes les personnes impliquées dans l'équipe d'intervention technique COVID-19 ont le sentiment d'aider le monde à se rapprocher un peu plus.

Et le plus tôt sera le mieux. Personne ne veut que ses amis et sa famille soient en danger.

« Nous avons affaire à de nombreux « étudiants », mais cela nous frappe vraiment quand on se rend compte que l'étudiant avec qui vous plaisantiez ou critiquiez hier soir a littéralement mis sa vie en danger ce matin ; parce que c'est ce qu'ils font », a déclaré Fearis. « Je pense qu'ils nous respectent en tant que « professeurs », mais loin d'être aussi respectueux que nous les respectons en tant qu'êtres humains.

(C) Université Duke

Source originale de l’article : WRAL TechWire