כל הידיים על הסיפון: צוות התגובה ההנדסי של COVID-19 מתכנס מכל פינה ב-Duke

DURHAM - בתחילת שנת 2020, תשומת הלב של ד"ר אלחנדרו פינו התמקדה בתכנון ובפטנט של צינורות האכלה שיכולים להיפטר מעצמם, ובמקביל לעסוק במלגת ריאות וטיפול נמרץ בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת דיוק.

רק כמה חודשים לאחר מכן, נגיף קורונה חדש הפך את העולם, וצינורות האכלה כבר לא היו הפרויקט הדחוף ביותר של פינו.

"כל החברים שלנו שעבדו על מחקר נמשכו לעזור במשבר", אמר פינו, שמבלה כעת הרבה יותר זמן ברוטציה, עובד בחזית לטיפול בחולי COVID-19 בבית החולים האוניברסיטאי דיוק. "ואף אחד מאיתנו לא יכול לראות את המשפחה או החברים שלנו. אני מרגיש אשם רק מטייל עם הכלב שלי כי אני עובד עם חולי COVID-19 על בסיס יומי ולא רוצה לסכן אנשים אחרים. זה הרבה לטפל".

אבל פינו לא ויתר לחלוטין על עבודת ההמצאה שלו - במקום זאת, הודות לשותפות חדשנית בכל הקמפוס, הוא פנה לעבודה מלאת התקווה של עיצוב פתרונות שיסייעו להגן על המטופלים, על עצמו ועל חבריו עובדי הבריאות.

"כל העמיתים שלנו שעבדו על מחקר נמשכו לעזור במשבר. ואף אחד מאיתנו לא יכול לראות את המשפחה או החברים שלנו. אני מרגיש אשם רק מטייל עם הכלב שלי כי אני עובד עם חולי COVID-19 על בסיס יומי ולא רוצה לסכן אנשים אחרים. זה הרבה לטפל".

פינו עבד על חדשנות צינור ההזנה שלו כעמית ב- תוכנית הבריאות של דיוק דיזיין, יוזמה כלל-אוניברסיטאית בהובלת Duke Engineering שמביאה צוותים בינתחומיים של סטודנטים לסביבה הקלינית כדי לזהות, לאמת ולפתור אתגרים שלא נענו בעבר. ולמרות שהמיקוד שלו השתנה, שיתוף הפעולה של פינו עם עמיתים להנדסה התחזק עוד יותר בחודש האחרון, שכן הוא ועמיתים אחרים ב-Design Health משמשים כקישור ישיר בין מהנדסים המנסים לפתור במהירות צרכים מתעוררים לבין הקלינאים שהם מנסים לעזור. .

זה על הבסיס החזק שכבר הונח על ידי שיתופי פעולה חוצי קמפוס כמו Duke Design Health, Duke MEDx ו-Duke Engineering Entrepreneurship (EngEn) שהסגל, הצוות והסטודנטים בנו במהירות את צוות התגובה ההנדסי החדש של Duke COVID-19.

בתוך ארבעה שבועות ממועד היווצרותו, הצוות ריכז צינור תפעולי מלא שמריץ את הכפפה ההנדסית מגילוי בעיות, דרך אבות טיפוס מהיר עם בדיקות ותיעוד בשטח ועד למתן פתרונות סופיים למטפלים. הם כבר השלימו שני מוצרים - מגיני פנים מודפסים בתלת-ממד המיוצרים בייצור המוני, וחלק מודפס בתלת-ממד שעוזר להפוך שמלת/קסדה אורטופדית כירורגית קיימת לחליפת לחץ חיובי באוויר מסונן המציע את רמת ההגנה הגבוהה ביותר המטפלים יכולים לעשות.

ועם יותר משבעה צוותים שעובדים על מגוון רחב של אתגרים, הם רק מתחילים.

סיבוב חוטים לרשת

בעוד שצוות התגובה ההנדסית של COVID-19 התלכד במהירות, זה התחיל באמצעות מבחר של קריאות לעזרה. ל-Chip Bobbert, המהנדס הבכיר וארכיטקט הייצור ב-Duke's Innovation Co-Lab, פנו לגבי השימוש במדפסות התלת-ממד הרבות של ה-Co-Lab כדי ליצור מגני פנים. קן גאל, דיקן עמית ליזמות ב-Duke Engineering, קיבל את הרעיון להפוך שמלת ניתוח למכונת הנשמה מופעלת לטיהור אוויר (PAPR). אריק ריצ'רדסון, פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית ומנהל Duke Design Health, יצר קשר עם תאגיד Fortune 50 על מנת להבין כיצד לייצר מאווררים בעלות נמוכה.

בבית ספר אחר, פרויקטים אלה ואחרים עשויים היו ממשיכים במסלול נפרד. אבל מכיוון שכל כך הרבה מערכות יחסים ותוכניות קושרות את דיוק הנדסה יחד עם בית הספר לרפואה של דיוק ובית הספר לאחיות, ההזדמנות לאגור משאבים לא נעלמה מעיניהם.

"הייתי בשיחת טלפון עם ראווי וקן בסוף השבוע אחרי שהכל התחיל להיסגר [לריחוק חברתי], והבנו שאנחנו צריכים למסד את כל הפרויקטים האלה למאמץ מלוכד", אמר ריצ'רדסון, כשדיבר על רבי בלאמקונדה, הוויניק דיקן בית הספר להנדסה פראט. "עד סוף השבוע תיאמנו צוותים להתמקד בפרויקטים ספציפיים."

צעד זה התגלה כמכריע. במקום לדרוך בצורה עיוורת במורד מנהרה לעבר מוצרים מוגמרים, לצוות התגובה ההנדסי של COVID-19 בראשות ריצ'רדסון, גאל ופול פיריס לקח שבוע לצעוד אחורה, להגיע דרך הרשתות הקיימות שלהם במערכת הבריאות, וזיהה בדיוק מה צרכים עדיפות באמת היו.

"בזמן שהעולם התרוצץ עם הראש בידיים ומטפל בטונות של בקשות ל-PPE, מכונות הנשמה וכדומה, קיבלנו את ההחלטה לקחת נשימה, להאט ולדבר במהירות עם בית החולים", אמר Fearis, בכיר עמית מרצה בהנדסה ביו-רפואית. "אנחנו בעמדה ייחודית שבה כל מה שאנחנו צריכים לעשות זה לעבור את הכביש ולשאול, 'האם זה אמיתי? מה באמת יעזור? וכמה טוב זה צריך להיות?' וקיבלנו אירוסין מבית החולים בחזרה, וזה מה שבאמת נתן לנו כוח משיכה במקום שסובב את הגלגלים שלנו".

"העובדה שהתגובה שלנו הייתה מאורגנת כל כך טובה מתאפשרת לחלוטין על ידי כך שבתי הספר להנדסה ולרפואה היו כה קרובים זה לזה, הן מבחינה מטפורית והן מבחינה פיזית", אמרה דונה קרנשאו, מנכ"לית Duke MEDx, יוזמה משותפת בין ההנדסה של דיוק לבין בתי ספר לרפואה כדי לטפח שיתוף פעולה בין-תחומי. "כבר היו כל כך הרבה ערוצי תקשורת בינינו. בלעדיהם, זה היה לוקח חודשים לארגן את מה שהרכבנו בשבועות".

מתגבר

לאחר הערכת הצרכים והוקמו קבוצות עבודה, צוות התגובה ההנדסי של COVID-19 התחיל לעבוד. פחות משלושה שבועות לאחר הקמת הצוות, פרויקטים שהושלמו כבר יצאו מהדלת עם פרויקטים חדשים שירדו מהפייק.

הפרויקט הראשון שהתממש היה התאמת תוכניות קיימות למגן פנים מודפס בתלת מימד, כך שניתן יהיה לייצרו המוני על ידי חברה מקומית. לאחר בדיקה של כ-100 עיצובים, צוות בראשות Bobbert נחת על אב הטיפוס שלו של סרט ראש מודפס בתלת מימד היוצר מגן פנים כשהוא מחובר לעדשת פוליקרבונט חתוכה בלייזר, שהיא חתיכת פלסטיק קלת משקל עם עמידות בפני פגיעה גבוהה.

לאורך הדרך, בתמיכת ריאן שו, פרופסור חבר והיו"ר לאחיות אליזבת סי קליפ, יותר משני תריסר אחיות דיוק, סטודנטים לתואר שני ואנשי רפואה בדקו את מגני הפנים המודפסים בתלת מימד במעבדת סימולציה וקבעו שהם עמד בתקני בטיחות וניתן לחטא אותו לשימוש חוזר. מאמצים דומים לבדיקה ואימות של מכשירים אחרים נמשכים גם הם.

"מה שבאמת היכה בהרבה אנשים כשמגן הפנים שלנו יצא היה שעשינו עליו בדיקות", אמר גאל. "בהרבה מקומות כבר היו תמונות של מגני פנים שהם ייצרו באינטרנט. לקח לנו קצת יותר זמן להוציא את שלנו, אבל הבדיקות היו שונות בהשוואה למה שאחרים עשו. והבדיקות חשובות. זה עשה הבדל גדול".

הפרויקט השני שראה אור היה מכשיר מודפס בתלת מימד שיכול להרכיב מסננים על קסדה כירורגית כדי להפוך אותה למכונת הנשמה מופעלת לטיהור אוויר או PAPR. PAPRs - הכוללים ברדסים להנשמה לשימוש חוזר המכסים לחלוטין את פני עובדי שירותי הבריאות ומפוח המופעל באמצעות סוללה השואב אוויר דרך מסננים או מחסניות כדי לשמור על החליפה מאווררת, אווירה נושמת ומגן נקי - מספקים את אחת הרמות הגבוהות ביותר של הגנה לבריאות עובדי רווחה. אלו הם ה-PPE המועדף על עובדי שירותי בריאות המבצעים פרוצדורות פולשניות יותר כמו אינטובציה של חולים. עד כה, יותר מ-97 קבוצות ניגשו לרישיון ו-34 מארצות הברית, קנדה, אוסטרליה, נורבגיה ובריטניה הורידו את העיצוב וההוראות, שניתן להשתמש בהם ללא עלות למשך שנה.

הצוות פיתח את החלק המודפס בתלת-ממד עבור ה-PAPR בהנהגה ובהנחיה של מנתחת עמוד השדרה האורטופדית של דיוק מליסה אריקסון, אשר פנתה אליהם במקור עם הצורך והפתרון האפשרי.

"יש לנו את הקסדות האלה שאנחנו חובשים במהלך ניתוח ניתוחי פרקים והתחלנו לתהות, 'האם ניתן לשנות את הקסדות האלה?'", אמר אריקסון. "אם יש מחסור לאומי ב-PPE ו-PAPRs, אולי נוכל להשתמש בדברים שיש לנו הרבה בבית החולים ולעשות שינויים כדי להגדיל את כמות הציוד האישי המגן שיש לנו לעובדי שירותי הבריאות."

כל הידיים על הסיפון

לוקח את כל העזרה שהם יכולים לקבל, צוות התגובה ההנדסית של COVID-19 מסתמך גם על הכישרונות של סטודנטים לתואר ראשון בהנדסה.

צעירים בתכנית עמיתי הנדסה ביו-רפואית של דיוק, המציעה ניסיון עיצובי מעשי באמצעות קורסים והתמחויות, משחקים חלק בלתי נפרד במספר פרויקטים. לדוגמה, עמית העיצוב Spencer Moavenzadeh השתמש בניתוחי מתח/מתח של CAD כדי לדמות את מסגרות מגן הפנים ולהציע דרכים להקשיח אותם.

"יש לי גם צוות של זוטרים שעובדים על תכנון הנשמה דל משאבים", אמר מנהיג התוכנית ד"ר מארק פאלמרי, פרופסור חבר לעיסוק בהנדסה ביו-רפואית. "יש הרבה עיצובים עבור מאווררים מבוססי קוד פתוח, AMBU-תיקים, אבל רבים החמיצו את המטרה ולא זכו למשיכה. הקבוצה הזו מחפשת ללמוד מהמאמצים האלה ולהציע משהו שהוא באמת שימושי".

בינתיים, הבכירים מקס סונדלנד ודימיטריוס ביילס, שמסיימים את קורס עיצוב אבן היסוד של הנדסת מכונות, קיבלו אישור על ידי המורה שלהם כדי לעזור ליצור מרחבים בטוחים יותר לטיפול בחולים. מלבד עומס הקורס הרגיל שלהם, השניים עבדו עם צוות בראשות תושב הניתוח Konstantinos Economopoulos, ובדקו אוהל בידוד של חולים בלחץ שלילי, המרחיב את מיקומי הטיפול תוך הפחתת הסיכון לרופאים. בשיתוף עם מעבדת החדשנות הבריאותית של בית הספר לאחיות, הצוות מסוגל ליצור אב טיפוס של המכשיר שלו מעבר לרחוב מבית החולים האוניברסיטאי דיוק. זה מספק גישה קלה לקלינאים עובדים לתת משוב.

"הם היו יעילים ביותר בפיתוח מערכת האוורור, והעבירו אותה מרעיון לבדיקה תוך פחות משבוע", אמר ניל סימונס, פרופסור חבר של משפחת גנדל לעיסוק בהנדסת מכונות ומדעי החומרים. "לא יכולנו לפתח את הרעיון הזה כל כך מהר או יעיל בלי האינטלקט, המיומנות והעבודה הקשה שלהם."

עם זאת, צוותים אחרים עובדים על "מפצלים" מודפסים בתלת מימד המאפשרים נגישות למכשיר הנשמה יחיד ליותר ממטופל אחד ומגן אירוסול אינטובציה. מי שעומדת בקצב של כל הפרויקטים הללו היא אריקה סגיר, מנהלת שותפה של משרד לענייני רגולציה ואיכות של Duke, אשר מספקת מומחיות רגולטורית ויוצרת את התיעוד המתאר מפרטים ומידע בדיקות שיסופקו עם כל מכשיר וישותף עם צוותים אחרים ברחבי הארץ.

והרעיונות והמכשירים ממשיכים להגיע.

"זה כיף לעבוד עם אנשים מוכשרים במיוחד ולהיות עם מטרה דחופה ומשמעותית. אני חושב שכולנו מותשים, אבל אנחנו מרגישים שאנחנו משפיעים", אמר ריצ'רדסון.

פרופסור לסיעוד מרגי מולוי בודקת את אב הטיפוס במעבדה לחדשנות בריאותית של אוניברסיטת דיוק באוניברסיטת דיוק, בראשות פרופסור ריאן שו.

השקעות לטווח קצר וארוך

לדברי גאל, אחד החלקים המרכזיים שחיברו את כל הפאזל הזה הוא מימון, במידה רבה הודות לאלן קירק, יו"ר המחלקה לכירורגיה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת דיוק.

"אלן ואני שכנים, אז אנחנו מתראים לעתים קרובות", אמר גאל. "דיברנו ממרחק בטוח והוא סיפר לי על הצרכים הדחופים שעמם מתמודד בית החולים. כשהתחלנו לבנות מוצרים ולרכוש חומרים, פניתי לאלן והוא ניגש מיד לעזור. התמיכה הכספית הנדיבה של כירורגיה אפשרה לנו להעמיס טורבו על הפרויקטים". גם המפעל הפרי-אופרטיבי של מערכת הבריאות נעזר בתמיכה מיידית.
אריק ריצ'רדסון מנסה את ה-PAPR שעזר לעצב ולהפיק עם ד"ר מליסה אריקסון לצידו.

מבלי שהדאגה למימון מתנשא מעל ראשם, צוות התגובה ההנדסי של COVID הצליח, למשל, לרכוש תנור פיצה בטמפרטורה גבוהה כדי לחמם ולכופף את מגני הפנים כדי שיתאימו לסרטי הראש שלהם המודפסים בתלת-ממד. כולם בקבוצה מסכימים כי התמיכה של כל דיקן וראש מחלקה לתת להם למקד את זמנם בפרויקטים אלו הייתה קריטית. הם גם מסכימים שההשקעות המקוריות המאפשרות את המאמץ המהיר והגדול הזה חוזרות שנים אחורה.

MEDx נוצרה בשנת 2015 על ידי מנהיגים בעלי חשיבה קדימה בבתי הספר לרפואה ובבית הספר להנדסה פראט בתמיכת פרובסט סאלי קורנבלוט. היוזמה מזינה שיתוף פעולה ומדע צוות על ידי מתן מימון ראשוני לפרויקטי מחקר משותפים חדשים, הזדמנויות חינוכיות ואירועים כדי לעורר שיתופי פעולה חדשים בין אנשים משני בתי הספר.

The Duke Innovation Co-Lab, מרחב יצרני קהילתי עם משאבים טכנולוגיים, תכנות ומתקנים להזניק רעיונות מוצלחים, הושק ב-2016 עם קיר שלם של יותר מ-80 מדפסות תלת מימד. דיוק גם הפנה את תשומת ליבו לעיצוב, גיוס סגל ומציע קורסים בשנה הראשונה ועד לתעודת תואר שני בעיצוב מכשור רפואי בהנדסה ביו-רפואית. עוד יותר לאחרונה, Duke Engineering השיקה את Duke Engineering Entrepreneurship (בקיצור EngEn), הכוללת צוות מנוסה של יזמים הפועלים כמדריכים, חונכים ומנהיגים במגוון הזדמנויות חינוכיות, תוכניות ומשאבים עבור סגל, סטודנטים וצוות.

"הזרעים לכל המאמצים שלנו במהלך השבועות האחרונים הונחו הרבה לפני המשבר הזה, והם טופחו וצמחו, כאשר גם מנהיגות חדשה הבינה את ערכם", אמר גאל, ששותף להובלת EngEn והוא המנהל המשנה של MEDx. "התוכניות האלה אחראיות ישירות לכך שחלק גדול מצוות התגובה ההנדסית של COVID-19 אפילו נמצא כאן ב-Duke כרגע."

"האסטרטגיה שלנו לגייס מהנדסי עיצוב מוכשרים ביותר שיש להם עניין עמוק בהוראה, ולאחר מכן לאפשר להם 'להתארגן' לעשות דברים גדולים בנתה את היכולת האינטלקטואלית הבסיסית ב-Duke, שאורגנה כעת כ-Duke EngEn וה-COVID- 19 צוות תגובה הנדסית", אמר בלאמקונדה. "לא הייתה לנו שום דרך לצפות את ה-COVID-19, אבל אנחנו כאן, כשהם נמצאים בראש ובמרכז בתגובת ה-COVID של Duke בתמיכה בעמיתינו Duke Health. זה כיף לראות את 'צוות החלומות' הזה בפעולה, לא רק בגלל שהם חכמים, אלא בגלל שחשוב להם מאוד להפוך את העולם לטוב יותר".

בני אדם מדהימים

ובכל זאת, אולי דרך עמיתי הבריאות של דיוק עיצוב בהווה ובעבר, ניתן באמת להבין את הזריזות של צוות התגובה ההנדסית של COVID-19.

הכיתה האחרונה של עמיתים - רובם תושבי רפואה, סטודנטים לדוקטורט בסיעוד וסטודנטים לתואר שני בהנדסה - התחילה באוגוסט 2019 במחנה האתחול Design Health, שם הם הוכשרו לבצע מחקר תצפיתי במסגרות קליניות של Duke Health כדי לזהות שלא נפגשו צרכי. במהלך אותו קיץ ובסמסטרים שלאחר מכן, העמיתים למדו עיצוב ותהליכים עסקיים ודגלו בצוותים של סטודנטים מרחבי האוניברסיטה כדי לתת מענה לצרכים שהם זיהו.

ואז COVID-19 פגע. השיחה מבית החולים יצאה, ועמיתים כמו פינו, אקונומפולוס ומואט בישאווי, תושב כירורגיית לב העוסק בדוקטורט בהנדסה ביו-רפואית ויועץ לתכנית לבריאות עיצוב, חזרו להיות קלינאים. עמית ג'קי ווהן, אחות מנוסה בעיצומה של סיום הדוקטורט שלה, החלה להפיל מחסומים ולפתוח דלתות בכל רחבי בית החולים עבור בישאווי, קונסטנטינוס, אלחנדרו ושאר צוות כוח המשימה.

"פשוטו כמשמעו בן לילה הם הפכו מסטודנטים שלנו להצלת חיים, ובמקביל הסתכלו דרך העדשה שנתנו להם כדי לזהות צרכים אמיתיים בזמן אמת שצצים בבית החולים, מחזירים אותם לכוח המשימה ויוצאים לדרך. על פתרון אותם", אמר Fearis. "בכנות הם בני אדם מדהימים."

לאחר שהוכשרו להבין את הצורך האמיתי של מטופל או קלינאי, ללא קשר למה שהם אומרים, ומה ניתן להתמודד על ידי מערך הכישורים שלהם, "בני האדם המדהימים" הללו הם העיניים והאוזניים של צוות התגובה ההנדסית של COVID-19 על הטיפול הנמרץ רצפת היחידה.

"כרופאים, אנו לומדים הרבה על תצפית על מטופלים ועל בדיקות גופניות וכיצד להסיק מהם מסקנות", אמר פינו. "מה שמצאתי שהכי מועיל מתוכנית בריאות העיצוב הוא שלמדתי כיצד לצפות מנקודת מבט הנדסית או חדשנית, למצוא פתרונות למטופלים שלנו ואפילו להטיל ספק בפתרונות שכבר קיימים."

עם כמה אינדיקציות לגבי כמה זמן המגיפה עלולה להימשך, איש אינו יודע מתי חייהם עשויים לחזור למראה של נורמליות. אבל עם כל בעיה שזוהתה, כל חידוש נבדק וכל בעיה נפתרה, כל מי שמעורב בצוות התגובה ההנדסית של COVID-19 מרגיש שהם עוזרים לעולם להתקרב קצת יותר.

וכמה שיותר מוקדם יותר טוב. אף אחד לא רוצה שהחברים והמשפחה שלו ייפגעו.

"אנחנו מתמודדים עם הרבה 'סטודנטים', אבל זה ממש מכה כשמבינים שהתלמיד שהתלוצצת איתו או ביקרתם אתמול בערב, פשוטו כמשמעו, סיכן את חייהם הבוקר; כי זה מה שהם עושים", אמר Fearis. "אני חושב שהם מכבדים אותנו כ'פרופסורים' - אבל לא כל כך כמו שאנחנו מכבדים אותם כבני אדם".

(ג) אוניברסיטת דיוק

מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire