Проектирование нового медицинского устройства

Jun 08, 2023

Команда ES227 HeartStep: Мэйси Вичорек, Харини Каннан, Дэниел Мхрус и Джои Лю. (Элиза Гриннелл/SEAS)

Может ли туннель света обнаружить контакт с человеческим телом? Что может сказать нам о болезни Паркинсона мониторинг ригидности мышц запястья? Можно ли адаптировать коммерческие носимые устройства для клинических исследований? Поможет ли автоматическое подъемное устройство пожилым людям более безопасно передвигаться по дому?

Студенты Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) ответили на все четыре вопроса в книге «ES227: Проектирование медицинского оборудования». Курс, проводимый совместно Конором Уолшем, профессором инженерных и прикладных наук Пола А. Мэдера, и Линси Мойер, заместителем директора бакалавриата в области биомедицинской инженерии, помог студентам пройти весь процесс проектирования устройств. ES227 предлагается впервые за четыре года и впервые в Научно-инженерном комплексе (НТК).

«Мы очень рады, что нам снова предлагают этот курс», - сказал Уолш. «Все наши студенты ценят идею применения того, чему они научились на других занятиях, в реальных дизайнерских проектах и ​​работе с реальными заинтересованными сторонами».

Уолш и Мойер разделили класс на четыре группы, каждой из которых была поставлена ​​серьезная медицинская задача. Затем курс прошел все этапы проектирования: от определения проблемы и ключевых заинтересованных сторон до итерации и тестирования потенциальных решений и создания прототипа.

«Вначале нам пришлось притормозить их желание немедленно заняться проектированием и заставить их тратить больше времени на опрос заинтересованных сторон и понимание сути проблемы», — сказал Мойер.

Команда ES227 UpRight: Рубен Фонсека, Лахлейн МакГранахан, София Касторе, Кэтрин Пейн и Берсабе Келкай. (Элиза Гриннелл/SEAS)

Класс разделил семестр примерно на трети. Первая треть была сосредоточена на выявлении проблемы, за которой следовали выработка идей и выбор окончательного проекта. Третий этап был сосредоточен на реализации и прототипировании, при этом занятия часто работали как открытые лабораторные занятия.

«Если бы мы предложили им какие-либо инженерные решения в первые полтора месяца, они бы сказали: «Нет, мы не об этом говорим. Продолжайте определять свою проблему», — сказала София Касторе, младший машиностроительный обогатитель. . «Было много чего-то визуализировано и воплощено в жизнь. Многие наши занятия носят теоретический характер, и вы можете теоретизировать все, что захотите, но это не совсем то, чем является инженерное дело. В конце концов, вам нужно на самом деле создайте что-нибудь и убедитесь, что это действительно работает».

Определив проблему и заинтересованные стороны, каждая группа получила свободу найти решение. Кастор и студент третьего курса машиностроения Лахлейн МакГранахан помогли разработать UpRight, отдельно стоящее устройство, которое использует линейный привод и ножную педаль для подъема человека из сидячего положения в стоячее. Хотя такие устройства можно найти в домах престарелых, команда МакГранахана создала устройство, которое можно использовать дома без присмотра.

«Никто не следит за тем, чтобы они не навредили себе, поэтому возможность иметь что-то достаточно доступное, чтобы отправить его с собой домой, — это действительно мощно», — сказал МакГранахан. «Одна вещь, которую Конор особенно подчеркивал в начале курса, — это забыть о том, каким вы хотите видеть конечный продукт. Забудьте о том, чтобы на самом деле думать о дизайне, и просто информируйте себя как можно больше о том, в чем проблема. Это действительно полезно, потому что, если вы просто погрузитесь прямо в решение, вы не знаете, что ищете».

Команда ES227 SPARC: Челси Кампильо Родригес, Сара Кавана, Дэниел Смит и Марсель Торне Вилласевиль. (Элиза Гриннелл/SEAS)

В группу МакГранахана входили несколько студентов-механиков, что привело к механическому решению. Но другая команда, состоящая из аспирантов биоинженерии и компьютерных наук, решила эту задачу, разработав алгоритмы для количественной оценки ригидности у пациентов с болезнью Паркинсона. Они использовали новые носимые датчики деформации, разработанные в Гарвардском университете и Институте Висса.