Duke läkare-ingenjör, doktorand som designar medicinsk robot för NASA

Publiceringsdatum: 30 juni 2020

DURHAM – Att designa en robot för att självständigt placera en IV i en astronauts arm medan den är i noll gravitation kräver smarta, passionerade, ihärdiga ingenjörer. Vilket bättre team för projektet än Duke läkare-ingenjör Dan Buckland, som är både biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap och akutmottagningsläkare, och maskinteknik doktorand Siobhan Oca?

NASA är med på idén och finansierade nyligen deras projekt, "Automated Vascular Access for Spaceflight", genom dess Human Research Program med ett ettårigt anslag på $150 000.

Buckland sa att autonoma medicinska procedurer kan främja dessa mål, och att placera en IV autonomt skulle vara särskilt användbart eftersom det är det första steget i nästan vilken medicinsk procedur eller diagnos som helst.

Detta första steg på den långa resan mot att skicka ombord roboten Artemis uppdrag till månen, och senare Mars, kommer dock att äga rum på marken. I slutet av detta anslag hoppas Buckland och Oca på att få godkännande från den institutionella granskningsnämnden för att testa roboten på mänskliga armar. Förhoppningsvis kommer det att leda till finansiering för att testa protypen under rymdfärd.

Robotar som sätter in IV i patienternas armar finns redan, sa Oca, men de kräver alla tillsyn av läkaren. Den som Buckland och Oca designar är för användning av någon utan klinisk utbildning eller till och med en läkare i närheten. Den använder en icke-invasiv ultraljudssond för att lokalisera den korrekta venen, vilket är viktigt att skilja den från en artär. Till skillnad från andra robotar, men för mänsklig säkerhet måste den också ha delar som lätt kan tas bort för sterilisering i en autoklav ombord eller är av engångstyp. Motorn, som inte kan överhettas i en autoklav, behöver också skydd mot kontaminering tillsammans med kalibrering för att fungera utan tyngdkraft.

”Systemet måste vara lätt att rengöra och lätt att använda så att du inte sticker dig själv med nålen. Lägg till det måste den vara lätt, pålitlig och billig”, sa Oca. "Vi använder faktiskt ett ganska low-end, billigt ultraljud - det är poängen."

Detta projekt passar in i en allomfattande dröm som de båda har, som är att göra medicin mer tillgänglig, särskilt i miljöer med låga resurser. Utrymmet, med sina många begränsningar och begränsade förnödenheter ombord, är en miljö med låga resurser. Andra här på jorden inkluderar US Indian Health Service med sina avlägsna platser och brist på läkare.

Oca är inte främmande för ihärdig strävan efter sin passion bland begränsningar, inklusive de som sker utan förvarning. När hon var 11 flydde hennes familj orkanen Katrinas förödelse från sitt hemland New Orleans och bosatte sig i Richmond, Va. Under hennes första år på en offentlig gymnasieskola för akademiskt begåvade studenter, medan hon var på väg att bli läkare i fotspåren av båda sina föräldrar förlorade hon oförklarligt en betydande del av sin syn.

Med en fortfarande orubblig passion för att hjälpa människor genom medicin, övergick hon till grundutbildningen i maskinteknik vid MIT och tog sedan en masterexamen i translationell medicin från ett gemensamt program vid University of California–Berkeley och University of California–San Francisco. Därifrån gick hon med i ett startup-företag och använde sitt nyförvärvade kunnande inom reglering och marknadsföring för att hjälpa dem att kommersialisera en medicinteknisk produkt.

"Jag insåg dock att jag vill vara den person som hjälper till att bestämma designen, och så jag bestämde mig för att gå tillbaka för att ta min doktorsexamen," sa hon. Det beslutet tog henne till Dukes doktorandprogram i maskinteknik och materialvetenskap 2018.

"Det var en sådan tur att jag fick jobba med Dan, för han var inte på fakulteten när jag sökte till Duke. Jag föll specifikt för medicinsk robotik på grund av Dan, och jag är väldigt glad över att jag gjorde det, sa hon.

Det är här hennes uthållighet kommer in - som en välutvecklad muskel som stärks av daglig användning. Hon använder sin mobiltelefon för att förstora dokument för läsning och sitt rumsliga minne för att memorera layouten av ikoner och kommandon i programvaran. Hon använder också många andra effektiva lösningar som har gjort det möjligt för henne att vägleda studenter i att göra konstruktioner för robotens ultraljudshållare och vinklingsmekanism med hjälp av programvara för datorstödd design (CAD).

"Varje ny programvara jag måste använda memorerar jag var allting finns. Jag vet var allt finns i Microsoft Word, säger Oca. Hon spelar också till en av sina styrkor, som är att koda och programmera interaktionen människa-robot, eftersom hon lättare kan förstora den på en skärm.

"Jag brinner för att bygga saker för att hjälpa människor," sa hon.

(C) Duke University Pratt School of Engineering

Ursprungligt inlägg av: WRAL TechWire