Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

"Design For Hack" in der Medizin

Verwendung des Drug Delivery MEDIKit in Nicaragua.

Kliniken in Entwicklungsländern benötigen Geräte, die wie Land Rovers konstruiert sind: robust, zugänglich und im Feld leicht zu reparieren.

Medizinische Hilfe ist eine gute Geschichte. Wir haben alle Artikel über gut gemeinte Gruppen gesehen, die Röntgengeräte und Gründerzentren an bedürftige Kliniken in Entwicklungsländern spenden. Was wir nicht sehen, sind die gleichen Geräte, wenn sie bereits ein halbes Jahr später ausfallen oder bei der Ankunft sogar tot sind, weil sie nicht für den Betrieb in diesen Umgebungen konzipiert wurden.

Etwa 90% der Medizintechnik, die arme Länder erreicht, sind Hand-in-Down-Geräte, die für Anlagen der ersten Welt konzipiert wurden. Wenn man davon ausgeht, dass es weiterarbeiten wird, ist es, als würde man erwarten, dass ein gebrauchter Rolls-Royce die Rallye Paris-Dakar überlebt. Und nach einer Fehlfunktion ist es normalerweise gestört.

Als Reaktion darauf haben einige Designer das Gefühl, wir müssten billigere Versionen der High-End-Ausrüstung, die das Äquivalent zu sparsamen Autos sind, übermitteln. Was diese Kliniken wirklich brauchen, sind Land Rovers - Geräte, die robust, zugänglich und im Feld leicht reparierbar sind.

Glücklicherweise ist eine wachsende Zahl von Fachleuten in der Medizintechnikbranche daran interessiert, diese unterschiedliche Designphilosophie auf Geräte anzuwenden, die auf Entwicklungsländer abzielen. Mein Labor am MIT, Innovations in International Health (IIH), führt diesen Ansatz noch weiter aus, indem die Produzenten des täglichen Bedarfs auf der ganzen Welt dazu gebracht werden, ihre eigene Medizintechnik zu entwerfen und zu warten.

Die diagnostischen Puzzleteile des PuzzleDx-Kits.

MacGyver Gesundheitspflege

In entwickelten Ländern denken wir selten daran, medizinische Geräte zu modifizieren. Ist das nicht der Beruf eines Profis? Aber in den meisten Entwicklungsländern basteln Ärzte, Krankenschwestern und Angehörige der Gesundheitsberufe jeden Tag mit fehlender medizinischer Technologie, um sie zu reparieren oder besser zu machen.

Diese Hacker sind jedoch oft hinter ihren Lösungen verborgen. Als wir zum ersten Mal einen medizinischen Hack sahen, brauchten wir zwei Stunden, um die Krankenschwester Daniela Urbina zu überzeugen, uns zu zeigen, wie sie die gesprungene Membran ihres Stethoskops repariert hatte. Sie war eine junge Frau aus Zentral-Nicaragua. Sie hatte mit verschiedenen Kunststoffen experimentiert, um sie zu ersetzen, und ließ sich auf übriggebliebenen, in einem Kreis geschnittenen, durchsichtigen Material nieder. Es war nicht schön, aber es hat funktioniert. Wir nannten sie schnell eine MacGyver-Krankenschwester.

Es ist tragisch, dass Daniela nicht stolz auf ihre Innovation war. Im IIH-Labor des MIT entwickeln wir MEDIKits (Kits für die medizinische Ausbildung und Invention), Konstruktionssätze, die die Erfinder unter den Ärzten und Krankenschwestern des Feldes fördern sollen.

MEDIKits: Für Hacking konzipiert

Unsere MEDIKits sind derzeit in fünf Ausführungen erhältlich: Drug Delivery, Lateral Flow Diagnostics, Lab-on-Chip, Vital Signs und Agricultural Prosthetics. Die Bausätze begannen als Kästchen mit Teilen, die zum Lernen der MIT-Studenten mit medizinischen Geräten zusammengestellt wurden, und entwickelten sich zu linearen Komponenten, die Sie wie Lego-Steine ​​zu einem Endgerät zusammenbauen können. Im Laufe des Prozesses haben wir eine modulare Designsprache entwickelt, mit der die Benutzer die zugrunde liegende Logik beim Verbinden der Teile erkennen können, und es wurden physische Anschläge hinzugefügt, um einige Komponenten in sicheren Betriebsbereichen zu halten.

Nichts geht über Feldversuche, um zu verstehen, ob ein Kit funktioniert. In unserem Fall würden wir über den Fluss zu den Bostoner Krankenhäusern laufen, die Kits mit Kollegen teilen und dann nach Nicaragua fliegen, die Kiste öffnen und sehen, was die Leute mit ihnen machen würden. Jedes Kit gab uns Einblicke in die Gestaltung eines Erfindungsraums - was Sie letztendlich auch wollen.

Das Drug Delivery Kit war unser erstes Experiment. Es ist in Kerngeräte unterteilt: Spritzen, Vernebler, Inhalatoren, transdermale Pflaster, Pillen und einige andere Artikel, die Sie in Ihrer Apotheke vor Ort finden können. Dann haben wir Modifizierungselemente hinzugefügt: Farbcodierung, Formcodierung, Kupplungen, Extender, Federn, Kolben, Kompressoren, Neigungssensoren, Summer, Timer, Fahrradpumpen und Schablonenschneider. Mit diesen Elementen können Benutzer die Funktionalität der Kerngeräte innerhalb bestimmter Freiheitsgrade koppeln und ändern. Schließlich haben wir eine Menge nützlicher Materialien für allgemeine Zwecke hinzugefügt: Reißverschlüsse, Klettbänder, Klebstoffe, Papier- und Kunststofffolien, Schläuche, Nadeln und Atemmasken. Das letzte, was Sie wollen, ist, dass Ihre Benutzer die Sicherheitsgrenzen des Modifikators einschränken, weil ihnen das Band ausgeht.

Wir haben die Grenzen unserer frühen Kits sorgfältig ausgearbeitet, aber als die Benutzer anfingen, ihre Kreationen zu nutzen, zu erweitern und zu testen, wurde etwas entdeckt, das wir nicht erwartet hatten: Sie haben unsere Kits gehackt. Es beginnt damit, dass jemand um Erlaubnis bittet, einfach ein Schlauchstück zu schneiden und unsere sorgfältig entworfene Kupplung zu umgehen. Oder nehmen Sie einen Teil, den sie in einem Kit finden, und verwenden Sie ihn für ein anderes, z. B. das Hinzufügen von Diagnoseschläuchen zu einem Mechanismus, um Spritzen aus Sicherheitsgründen zu deaktivieren. Wenn Benutzer ein Kit in Besitz nehmen, werden Sie als Kit-Designer weniger an der Schulung der Benutzer mit dem Gebrauch des Kits beteiligt.

Damit das Kit erfolgreich ist, müssen Sie Design for Hack erstellen. Und obwohl es unmöglich ist, jeden Gerätetyp vorherzusagen, können Sie mit einem Core-Set beginnen, diesem Core Freiheitsgrade hinzufügen und dann Bereiche vorhersehen und entwerfen, in denen diese Grade gehackt werden.

Unser landwirtschaftliches Prothetik MEDIKit ist ein gutes Beispiel.Einige großartige Organisationen wie Jaipur Foot bieten erschwingliche Prothesen, aber wenn Sie heute ein Landwirt in Entwicklungsländern sind und das Unglück haben, einen Arm zu verlieren, erhalten Sie wahrscheinlich eine Plastikhand, die gut aussehen soll, aber nicht gut aussieht sehr funktional (und es gibt keine Möglichkeit, dass Sie sich eine sensorgeladene Roboterhand leisten können).

Das Agricultural Prosthetic MEDIKit verwendet einen Universalgreifer aus PVC, Fahrradschläuche und eine Soda-Flasche, um die meisten landwirtschaftlichen Geräte am Arm oder Unterarm eines Amputierten-Landwirts anzubringen. Jeder Teil des Kits folgt den gleichen drei Prinzipien: Kerngerät, Modifikatorgerät und Verbrauchsmaterial.

Da der Preis für alle drei so niedrig ist, haben Benutzer kein Problem damit, die Kernkomponenten so zu ändern, dass sie besser funktionieren. Eine Person verzichtete auf den MIT-gestalteten Innenschlauch und schnitt einfach eine Kerbe in die PVC-Verbindungen, um die überschüssigen Schläuche aus dem Weg zu lassen, wodurch eine Schlinge geschaffen wurde, die das Ganze trägt. Und anstatt die kürzeren Teile zu verwenden, befestigten sie schnell lange Stücke wie Besenstiele und teleskopierbare Obstpflücker.

Designsprachen

Wenn Sie schon einmal versucht haben, über das Telefon zu erklären, wie man einen Scheinwerfer in einem fremden Auto ersetzt, wissen Sie, wie frustrierend es ist, wenn Sie keine Designsprache haben. “Der kleine Plastikknopf mit Schrauben… ja, ich verstehe, dass es vier Knöpfe gibt, probieren Sie den ersten…”

Wir haben erkannt, dass viele der Komponenten, die wir im Kit enthalten haben, für ihre Benutzer möglicherweise fremd sind: englischsprachige Etiketten, Spritzgussteile, kleine Inhalatormechanismen, Reagenzkombinationen. Um Verwirrung zu vermeiden, haben wir eine Sprache des Designs erstellt, eine Methode zur farblichen Codierung der einzelnen Komponenten auf eine logische Weise, sodass die Benutzer ihre Funktion sofort erkennen und ihre Designs teilen können, indem sie einfach die Reihenfolge der codierten Teile beschreiben und nicht die häufig vorkommenden Komponenten. komplizierte Mechanismen selbst.

Unser PuzzleDx-Kit macht das auf spielerische Weise für die Lateral Flow Diagnostics, die Klasse der auf Papier basierenden absorbierenden Diagnostik, die Schwangerschaftstests umfasst. Diese Tests enthalten drei Komponenten: eine Probe, ein Reagenzkissen und ein Papierkissen, das überschüssige Flüssigkeit aufnimmt. Wir wussten, dass wir den Anwendern keinen Crash-Kurs in der chemischen Diagnostik geben könnten, damit sie ihre eigenen Reagenzienkombinationen auf leere Reagenzpapierstücke pipettieren können. Aber wir könnten sie dazu bringen, Puzzleteile in einer sinnvollen Reihenfolge zusammenzusetzen.

Wir haben also verschiedene Puzzleteile entsprechend dem darin enthaltenen Reagenzpapier farbcodiert und in die Teile Schlitze geschnitten, um die Probensammlung und das Reagenzpapier zu verbinden, wenn die Puzzleteile zusammengefügt wurden. Durch die gemeinsame Nutzung der Arten von Farbkombinationen und der Reihenfolge, in der sie miteinander verbunden sind (dies kann so einfach sein wie das Aufnehmen eines Bildes auf einem Mobiltelefon), können Benutzer Experimente leicht neu erstellen, ohne ein formales Protokoll veröffentlichen zu müssen.

Durch die Verwendung von Languages ​​of Design fördern Sie die Kommunikation zwischen Ihren Benutzergemeinschaften, erleichtern das Verständnis, vermitteln originelle Verhaltensmuster und ermöglichen das Erkennen dieser Muster.

Wenn die Flickr MEDIKit-Gruppe mit Bildern von Prototypkombinationen mit den Gelb-, Grün- und Blau-Reagenzblöcken gefüllt wird, kann es bedeuten, dass Fertigungsingenieure wirklich mit der Massenproduktion von Glukose, Ketonen und menschlichen Choriongonadotropin-Kombinationen beginnen sollten.

Wann haben Sie zum letzten Mal Ihren Schwangerschaftstest durchgeführt?

Spielzeug: Lokale und weltweit verfügbare Materialien

Ein Spielzeughubschrauber verfügt über einen Zahnstangenmechanismus. Ein auf der Seite gedrehtes Spielzeug-Riesenrad ist eine hervorragende Zentrifuge. Ein Scrapbooking-Schneideplotter ist eine ziemlich gute CNC-Maschine zur Herstellung von Mikrofluidikkanälen. Die Hersteller haben die Wiederverwendung von Materialien zu einem Wettkampfsport gemacht, und Gesundheitsprobleme machen da keine Ausnahme. Während viele der Teile in unseren Kits bereits vorinstalliert sind, haben unsere Benutzer auch lokal erhältliche Ersatzartikel und Zubehör aus Spielzeug gefunden und erfunden.

Wenn wir jetzt in einen Spielzeugladen gehen, sehen wir ein Paradies für Mechanismen. Spielzeug bildet eine erstaunliche Lieferkette billiger Kunststoff- und Elektronikmechanismen mit ziemlich guten Toleranzen für die meisten medizinischen Anwendungen. Unser Team war schon früh fasziniert von dem, was wir Glucometer und das Gameboy-Paradox nennen. Beide Geräte verfügen über gleichermaßen komplexe Elektronik- und vergleichbare Einzelhandelspreise, jedoch eine dramatische Ungleichverteilung. Ich kann fast überall auf der Welt eine Handspielkonsole finden, selbst in sehr kleinen Städten in Entwicklungsländern. In Estelí, Nicaragua, mussten 16 verschiedene Kliniken ein einziges Glucometer verwenden.

Anstatt zu versuchen, die globale Lieferkette für medizinische Geräte zu verändern, haben wir gelernt, die bestehende für Spielzeug zu übernehmen. Gehen Sie zu Ihrem Spielzeugladen, und Sie werden die gleiche $ 2-Spielzeugwaffe sehen, die eine nicaraguanische Krankenschwester entdeckt und in einen Alarm für einen Infusionsbeutel geschluckt hat, nachdem Sie die Elektronik geerntet und einen einfachen Auslösemechanismus hinzugefügt haben. Legoblöcke haben sehr genaue Toleranzen für die Erstellung modularer mikrofluidischer Komponenten. Nehmen Sie auf dem Weg in Richtung Fahrradbereich eine Fahrrad-Fußpumpe mit, damit Sie Ihren Zerstäuber für 5 US-Dollar betreiben können, anstatt 75 US-Dollar für den in medizinischen Versorgungskatalogen verkauften elektrischen Kompressor zu zahlen. Bonus-Funktion: Wenn es mitten im Nirgendwo einen Asthma-Notfall gibt, benötigen Sie keinen Strom, um den Patienten zu retten.

Trickle-Up Innovation

Orte wie Nicaragua haben einige der ärmsten Gegenden des Kontinents. Aber was ist mit Nebraska? Wie sieht es mit der Gesundheitsversorgung zu Hause aus? Die Gesundheitstechnologie ist seit Jahren aufgrund von wahrgenommenen Eintrittsbarrieren vor Basteln und Eigenbau-Erfindungen geschützt: Sie sind kein Arzt, Sie sind kein biomedizinischer Ingenieur, Sie benötigen eine professionelle Aufsicht. In erster Linie müssen Gesundheitsausrüstungen sicher und streng getestet werden.

Alles stimmt, aber auf dem Weg dahin wurde diese Botschaft mit den beruflichen Anforderungen verwischt, die nicht unserem Bedürfnis nach einer erschwinglichen Gesundheitsversorgung entsprechen. Versuchen Sie, eine einfache Pillenbox zu kaufen, die Sie wissen lässt, wann Oma ihre Pillen nahm: Einige sind mehrere hundert Dollar. Hersteller bauen Vogelhäuschen mit der gleichen Funktionalität für einen Bruchteil der Kosten. Ein chirurgischer Sterilisator kostet 1.000–8.000 US-Dollar. Anna Young erhielt die gleiche Funktionalität, indem sie einen 30-Dollar-Schnellkochtopf hackte und einige DIY-Solartechnologie hinzufügte. Ein Inkubator von 30.000 Dollar? Dr. Kris Olson fertigte für etwa 1.000 US-Dollar einen Inkubator aus Autoteilen.

Medizinische Erfindungs-Kits können viele dieser Barrieren abbauen und den Anwendern und Patienten das Hacken der Gesundheit zurückgeben - den Menschen, die am meisten von erschwinglichen und eleganten Innovationen profitieren können. Da sich die Entwicklungsländer bei den medizinischen DIY-Technologien einen Vorsprung verschaffen, werden viele dieser von Anwendern generierten Erfindungen in reichere Länder zurückkehren.

Eine Einladung

Wenn die Kosten für die Gesundheitsfürsorge mit der Demokratisierung der Herstellung konvergieren, werden viel mehr Menschen die Gesundheit hacken. Ob RFID-Aufkleber auf Tablettenfläschchen aufgebracht werden, um Patienten die Pillen rechtzeitig einzunehmen, oder Fahrradpumpen und Sammelschneider zerbrechen, die Gesundheit ist voller fantastischer Herausforderungen. Sie können einen Unterschied machen, ob Sie im Gesundheitswesen arbeiten oder nicht.

Medizinische Geräte sind sehr greifbare Dinge. Einer der Gründe, warum ich ins Feld gekommen bin, ist, weil ich wusste, dass ich Dinge schaffen könnte, die man in der Hand halten, jemandem anderen geben und einen positiven Unterschied machen kann. Wenn Sie ein Hersteller sind, der über das Hacken von Gesundheit nachdenkt, oder jemanden, der in der Gesundheitsfürsorge über etwas Konkretes nachdenkt, lade ich Sie ein, es auszuprobieren. Beginnen Sie mit einem Kit oder einem Spielzeug, und Sie werden eine Community finden, die Ihre Kreationen gern annimmt. Wir könnten sie sogar hacken und sogar jemanden heilen.

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