Latihan intoleransi, atau ketidakmampuan untuk memaksakan diri secara fisik tanpa mengalami sesak napas atau kelelahan ekstrem, tidak jarang. Bagi orang-orang dengan kondisi tersebut, tugas-tugas sederhana seperti berbelanja bahan makanan atau berjalan menaiki tangga bisa menjadi penghalang. Gejala-gejala yang sama ini melambangkan banyak penyakit, termasuk pneumonia gagal jantung dan asma, dan menemukan penyebabnya kadang-kadang sampai ke pemeriksaan rumit dan mahal yang disebut tes latihan kardiopulmoner (CPET).
Biasanya, CPET melibatkan latihan untuk kelelahan di atas treadmill atau sepeda stasioner, sambil mengenakan topeng invasif, klip hidung dan elektrokardiogram. Dokter melihat aksi paru-paru, otot, dan jantung pasien, dan mencoba mencari tahu dari mana masalah itu berasal. Bahkan tes itu, yang memakan biaya ribuan dolar dan membutuhkan tim orang untuk dibentuk, dapat menjadi tidak meyakinkan, dan harus diulangi untuk mengetahui apakah pengobatan atau resep bekerja.
CPET yang lebih baik adalah tantangan yang dibawa oleh ahli jantung Massal Maulik Majmudar kepada siswa kelas desain perangkat medis MIT musim gugur yang lalu. Di kelas, yang telah melihat sekitar 50 siswa per tahun sejak dimulai pada tahun 2004 sebagai pendekatan yang lebih langsung ke kelas desain perangkat yang sudah ada sebelumnya, para profesional medis menghadirkan masalah yang mereka temui dalam praktik. Mahasiswa pascasarjana dan beberapa senior sarjana bergabung dalam kelompok yang terdiri dari tiga hingga lima anggota tim, menerima anggaran yang sebagian berasal dari donor industri, dan ditugaskan untuk memberikan solusi.
“Industri perangkat medis, dalam konservatismenya yang luar biasa, sebenarnya tidak terlalu terbuka untuk inovasi. Sebagian besar inovasi terjadi di startup, ”kata Nevan Hanumara, seorang ilmuwan riset di MIT dan salah satu instruktur kursus dengan pendiri Alexander Slocum. "Apa yang saya pikir sedikit unik tentang apa yang kami lakukan adalah, produktivitas dalam menghasilkan ide-ide baru yang sebenarnya kami berhasil miliki dalam format pendidikan."
Profesor Alex Slocum (kanan) bekerja dengan siswa Alban Cobi dan Steven Link, yang sedang mengembangkan hantu yang dapat disesuaikan untuk validasi radioterapi. (John Freidah) Dua mahasiswa sarjana teknik elektro, Alexander Mok dan Andreea Martin, bergabung dengan dua insinyur mesin dan satu mahasiswa desain dan manajemen terintegrasi, dan memulai proses penelitian, desain, dan iterasi yang ketat untuk mengembangkan tes yang lebih efektif - dan hemat biaya. Kelompok Mok dan Martin datang dengan monitor kesehatan yang dapat dipakai yang dapat mengukur detak jantung dan jumlah gas yang dihirup dalam napas. Perangkat mengevaluasi interaksi jantung dan paru-paru pasien sepanjang hari. “Apa yang kami coba temukan adalah data jangka panjang dengan skala aktivitas fisik yang jauh lebih kecil, ” kata Martin.
Desainnya tidak berasal dari udara yang tipis. Majmudar membimbing mereka, bertemu setiap minggu, memperkenalkan mereka dengan dokter yang bekerja di lapangan, dan membantu mereka melakukan tes dengan sukarelawan. Konsep ini bermula dengan ide untuk menggunakan elektronik miniatur modern dan sensor dalam paket yang dapat dikenakan, sehingga dokter dapat membaca data dalam rentang waktu dalam kehidupan pasien, bukan hanya tes laboratorium yang diisolasi. Pada akhir semester lalu, Mok memakai prototipe pertama mereka, yang meliputi sensor di baju, dan melakukan beberapa CPET untuk membandingkan.
Mahasiswa teknik mesin Elizabeth Mittman, Alban Cobi dan Luke Gray bekerja dengan Piotr Zygmanski (kanan) di Brigham and Women's Hospital. (John Freidah) Meskipun sebagian besar proyek dari kelas berakhir dengan kelas, beberapa - seperti Mok dan Martin - melanjutkan ke semester kedua, di mana mereka memoles penemuan mereka dan mengembangkannya sebagai produk, dan bahkan lebih dari itu, sebagai startup atau teknologi berlisensi. Kadang-kadang, itu berarti mematenkan, itulah sebabnya Mok dan Martin menolak untuk membagikan rincian teknologi mereka. Dari lima anggota tim mereka, hanya Mok dan Martin yang melanjutkan proyek. Mereka saat ini bekerja untuk membandingkan hasil mereka dengan CPET tradisional - tes Mok dengan perangkat kelompok itu cukup mirip dengan CPET-nya untuk menunjukkan janji - dan membangun prototipe kedua yang memperbaiki faktor bentuk. Mereka juga akan memeriksa jalur regulasi, melakukan riset pasar, dan memulai pengembangan bisnis.
Di masa lalu, seorang dokter yang merawat pasien dengan testosteron rendah membutuhkan sistem sekali pakai, sehingga pasien dapat menerapkannya sendiri. Mahasiswa teknik mempelajari cukup farmakologi untuk menciptakan jarum suntik baru yang memisahkan komponen-komponen berbeda dari perawatan sampai digunakan, dan sekarang bekerja dengan investor malaikat dan mitra industri untuk meluncurkan perangkat. Sebelum itu, siswa yang membuat baju yang mengukur gangguan tidur diputar ke bayi pemantauan dan dimasukkan pada 2011 sebagai Rest Devices, Inc. Sekarang tersedia, monitor onesie, yang disebut Mimo, melacak tidur, posisi, pernapasan dan suhu kulit, dan mentransmisikannya melalui aplikasi telepon.
Di masa lalu, mahasiswa teknik belajar farmakologi yang cukup untuk menciptakan jarum suntik baru yang memisahkan komponen-komponen berbeda dari perawatan sampai digunakan. (Recon Therapeutics) Kelas Hanumara, meskipun dibangun di atas komunitas yang melibatkan instruktur, TA dan terutama dokter, tidak sendirian; pusat prototipe medis telah berkembang biak di universitas-universitas di seluruh negara dan dunia, dari program sarjana hingga pascadoktoral. Duke, University of Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech, dan lebih dari seratus lainnya membentuk Teknik Biomedis, Inovasi, Desain, dan Aliansi Kewirausahaan, yang bertemu untuk berbagi sumber daya dan pengalaman di antara program-program. Salah satu yang tertua, Stanford Biodesign, didirikan pada tahun 2001 oleh Paul Yock, seorang profesor kedokteran dan bioteknologi Stanford yang berusaha memformalkan jenis pendidikan langsung yang dibimbingnya dari para pengusaha berpengalaman yang membantunya memulai sebuah perusahaan yang membuat kardiovaskular. perangkat dan lisensi penemuan balon angioplasty over-the-wire selama pendidikannya di Stanford, beberapa dekade sebelumnya.
Stanford Biodesign juga menawarkan kelas pascasarjana dan sarjana, tetapi fokus utamanya adalah program penuh waktu dua semester tipe beasiswa yang disebut Yock sebagai “sekolah akhir bagi para penemu teknologi kesehatan.” Siswa menghabiskan dua bulan dalam perendaman klinis, di mana mereka Mereka harus menemukan 200 "kebutuhan" yang mereka saring menjadi satu berdasarkan seberapa penting mereka, seberapa solvable, bagaimana dipasarkan, dan bahkan apakah kekayaan intelektual dan jalur FDA yang ada layak.
"Seluruh mantra dari program kami adalah bahwa kebutuhan yang dikarakterisasi dengan baik adalah DNA dari penemuan yang baik, " kata Yock. Siswa “mendapatkan ide pengamatan langsung tentang apa yang dapat ditingkatkan.” Sekitar 200 siswa telah menyelesaikan program ini, dan sekitar setengahnya melanjutkan ke startup. Mungkin dalam kisah sukses terbesar sejauh ini, alumni Uday Kumar mendirikan iRhythm, perusahaan perawatan kesehatan digital yang membuat tambalan pemantauan jantung yang cerdas yang mengirimkan data langsung ke dokter, dan telah menjadi standar industri. Yang lain mendarat di perusahaan yang ada, atau bahkan memulai program serupa di universitas lain.
Menurut Hanumara dan Yock, membuka inovasi sangat penting dalam sistem medis saat ini, yang perlu menemukan cara untuk memberikan perawatan yang lebih baik dengan anggaran terbatas.
“Pada akhirnya, ketika Anda mengajar, produk terbaik, paling menarik yang bisa Anda dapatkan adalah orang-orang yang sukses dalam profesi mereka, ” kata Hanumara.
