Treningsintoleranse, eller manglende evne til å fysisk anstrenge seg uten å oppleve kortpustethet eller ekstrem tretthet, er ikke uvanlig. For mennesker med tilstanden kan enkle oppgaver som dagligvarehandel eller gå opp trapper være uoverkommelige. Disse samme symptomene karakteriserer mange sykdommer, inkludert lungesykdommer og astma, og å finne årsaken kommer noen ganger ned på en forseggjort, kostbar undersøkelse som kalles en hjerte- og lungetreningsprøve (CPET).
Normalt involverer CPET trening til utmattelse på tredemølle eller stasjonær sykkel, mens du bruker en invasiv maske, en neseklemme og et elektrokardiogram. Legene ser på virkningen av pasientens lunger, muskler og hjerte, og prøver å erte ut hvor problemet kommer fra. Selv da testen, som koster tusenvis av dollar og krever at et team av mennesker stiller opp, kan være entydig, og må gjentas for å lære om behandling eller resepter fungerer.
En bedre CPET var utfordringen som Massegeneral-kardiolog Maulik Majmudar brakte til studentene i MITs designklasse for medisinsk utstyr i fjor høst. I klassen, som har sett rundt 50 studenter per år siden den begynte i 2004 som en mer praktisk tilnærming til en eksisterende klasse for design av apparater, presenterer medisinsk fagpersonell et problem de har opplevd i praksis. Doktorgradsstudenter og noen grunnleggende seniorer slår seg sammen i grupper på tre-til-fem teammedlemmer, får et budsjett som delvis kommer fra bransjegivere, og har i oppgave å komme med en løsning.
“Medisinsk utstyrsindustrien, i sin utrolige konservatisme, er faktisk ikke veldig åpen for innovasjon. Det meste av innovasjonen skjer i oppstartene, sier Nevan Hanumara, forsker ved MIT og en av kursinstruktørene med grunnlegger Alexander Slocum. "Det jeg synes er litt unikt med det vi gjør, er produktiviteten i å generere nye ideer som vi faktisk har klart å ha i et pedagogisk format."
Professor Alex Slocum (til høyre) jobber med studentene Alban Cobi og Steven Link, som utvikler et justerbart fantom for validering av strålebehandling. (John Freidah) To studenter i elektroteknikk, Alexander Mok og Andreea Martin, slo seg sammen med to maskiningeniører og en integrert design- og ledelsesstudent, og startet en streng prosess med forskning, design og iterasjon for å utvikle en mer effektiv og kostnadseffektiv test. Mok og Martins gruppe kom med en bærbar helsemonitor som kan måle hjerterytmen og mengden gass som pustes inn i et pust. Enheten evaluerer samspillet mellom pasientens hjerte og lunger gjennom dagen. "Det vi prøver å finne er mer langsiktige data i en mye mindre skala av fysisk aktivitet, " sier Martin.
Designet kom ikke fra tynn luft. Majmudar veiledet dem, møtte ukentlig, introduserte dem for klinikere som jobber i feltet og hjalp dem med å sette opp tester med frivillige. Konseptet oppsto med ideen om å bruke moderne, miniatyrisert elektronikk og sensorer i en bærbar pakke, slik at leger kunne lese data over en tidsperiode i pasientens liv, ikke bare isolerte laboratorietester. På slutten av forrige semester tok Mok på seg sin første prototype, som omfatter sensorene i en skjorte, og gjorde flere CPET-er for å sammenligne.
Maskiningeniørstudenter Elizabeth Mittman, Alban Cobi og Luke Gray jobber med Piotr Zygmanski (til høyre) ved Brigham og Women's Hospital. (John Freidah) Selv om de fleste prosjekter fra klassen slutter med klassen, fortsetter noen - som Mok og Martins - til et annet semester, der de polerer oppfinnelsene sine og utvikler dem som produkter, og til og med utover, som oppstart eller lisensiert teknologi. Noen ganger betyr det patentering, og det er grunnen til at Mok og Martin nektet å dele detaljene om teknologien sin. Av de fem medlemmene av teamet deres var det bare Mok og Martin som fortsatte med prosjektet. De jobber for tiden med å sammenligne resultatene med tradisjonelle CPET-er - Moks test med gruppens enhet var lik nok til CPET-en til å vise løfte - og bygge en andre prototype som forbedrer formfaktoren. De vil også undersøke forskriftsveien, gjøre markedsundersøkelser og begynne forretningsutvikling.
I det siste trengte en lege som behandlet pasienter med lite testosteron et engangssystem, slik at pasienter kunne bruke sitt eget. Ingeniørstudenter lærte nok farmakologi til å finne opp en ny sprøyte som holder de forskjellige komponentene i behandlingen adskilt til den brukes, og jobber nå med engleinvestorer og bransjepartnere for å lansere enheten. I forkant av dette studenter som bygde en skjorte som måler søvnforstyrrelser dreid seg om spedbarnsovervåkning onesies og innlemmet i 2011 som Rest Devices, Inc. Nå tilgjengelig, sporer onesie-monitoren, kalt Mimo, søvn, stilling, pust og hudtemperatur, og overfører den via en telefon-app.
Tidligere lærte ingeniørstudenter farmakologi nok til å finne opp en ny sprøyte som holder de forskjellige komponentene i behandlingen adskilt til den brukes. (Recon Therapeutics) Hanumaras klasse, selv om den er bygd på et samfunn som involverer instruktører, lærere og spesielt klinikere, er ikke alene; medisinsk prototyping sentre har spredd seg ved universiteter rundt om i landet og i verden, fra undergrad til postdoktor programmer. Duke, University of Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech, og mer enn hundre flere utgjør den biomedisinske engineering, innovasjon, design og entreprenørskap Alliance, som møtes for å dele ressurser og erfaringer mellom programmene. En av de eldste, Stanford Biodesign, ble grunnlagt i 2001 av Paul Yock, en Stanford-professor i medisin og bioingeniør som forsøkte å formalisere den typen hands-on, mentorutdanning han fikk fra de erfarne gründere som hjalp ham med å starte et selskap med å lage hjerte-kar utstyr og lisensierer en over-the-wire ballong angioplastikk oppfinnelse under utdannelsen hans i Stanford, tiår tidligere.
Stanford Biodesign tilbyr også hovedfags- og studietimer, men hovedfokuset er et heltidsstudium av to-semester stipendiattype som Yock kaller en "etterbehandlingsskole for oppfinnere av helseteknologier." Studentene tilbringer to måneder i klinisk fordypning, der de må finne 200 "behov" som de filtrerer ned til ett basert på hvor viktige de er, hvor løselige, hvor omsettelige og til og med om eksisterende åndsverk og FDA-stier er gjennomførbare.
"Hele mantraet i programmet vårt er at godt karakterisert behov er DNA-en til en god oppfinnelse, " sier Yock. Studentene "får en førstehånds observasjonside om hva som kan forbedres." Rundt 200 studenter har fullført studiet, og omtrent halvparten har gått videre til oppstart. I den kanskje største suksesshistorien så langt, grunnla alumnus Uday Kumar iRhythm, et digitalt helsevesensselskap som lager en smart hjerteovervåkningsoppdatering som sender data direkte til leger, og har blitt bransjestandarden. Andre landet på eksisterende selskaper, eller startet til og med lignende programmer ved andre universiteter.
Ifølge både Hanumara og Yock er det å åpne for innovasjon spesielt viktig i det nåværende medisinske systemet, som må finne måter å gi bedre pleie på et budsjett.
"Til slutt, når du underviser, er det beste og mest spennende produktet du kan komme på mennesker som har suksess i yrkene sine, " sier Hanumara.
