project óbice
infection barrier for the intubation and extubation process
In March 2020, some professors of the Industrial Design Engineering career at Tecnológico de Costa Rica were contacted by M.Sc. Maria Estrada, faculty representative in the Institutional Council and member of the Go-Touch research group, in order to help in the generation of an «infection barrier for the intubation and extubation process» of patients with COVID-19.
A team formed by MBA. Ivonne Madrigal Gaitán, Ph. D. Franklin Hernández-Castro, Industrial Design engineering students Rebeca Madriz-Romero and Ana Karina Perez and technicians Danilo Solano-Martínez and Fabián Solís-Acuña to attend the request.
State of the art
The initial request was to replicate an intubation box model that had been obtained by medical personnel from Max Peralta Hospital.
So the first step was to test the reference that came to us both from the hospital and from internet archives. Like this one below.
proyecto óbice
barrera de infección para el proceso de intubado y extubado
En marzo del 2020 algunos profesores de la carrera de Ingeniería en Diseño Industrial del Tecnológico de Costa Rica fuimos contactados por la M.Sc. Maria Estrada, representante docente en el Consejo Institucional y miembro del grupo de investigación Go-Touch, con el fin de ayudar en la generación de una “barrera de infección para el proceso de intubado y extubado” de pacientes con COVID-19.
Se reunió un equipo conformado por la MBA. Ivonne Madrigal Gaitán, el Ph. D. Franklin Hernández-Castro, las estudiantes de ingeniería en Diseño Industrial Rebeca Madriz-Romero y Ana Karina Perez y los técnicos Danilo Solano-Martínez y Fabián Solís-Acuña para atender la solicitud.
Estado del arte
La petición inicial se refería a replicar un modelo de caja de intubación que habían obtenido personal médico del Hospital Max Peralta.
Así que el primer paso fue probar la referencia que nos llegó tanto del hospital, como de archivos de internet. Como este a continuación.
The first models were manufactured in the prototyping laboratory of the School of Industrial Design Engineering of the Tecnológico de Costa Rica, and the results were unexpected; the capsules did not have enough structure to hold up in the rush of the hospital and were not suitable for the conditions of use in various modes.
From the laboratory, the original capsules (which are abundant on the web) were already weak in many of the features required of this model. They were not only very fragile but also very uncomfortable for the work they were meant to be used for.
The team took the first models to the Max Peralta Hospital in the city of Cartago in order to make a joint evaluation of the design with the doctors.
The suspicions were confirmed and our conclusion is that those models to which we had access were never validated in real conditions, but were possibly theoretical models with no real use.
Development
The design team went back to the drawing board and began to iterate. The first ideas were varied in design and type of solution to the problem, below are some of the proposals.
Los primeros modelos se fabricaron en el laboratorio de prototipos de la Escuela de ingeniería en Diseño Industrial del Tecnológico de Costa Rica, y los resultados fueron inesperados; las cápsulas no tenían la estructura suficiente para sostenerse en el trajín del hospital y no eran aptas para las condiciones de uso en varios modos.
Desde el taller las cápsulas originales (que abundan en la web) ya se veían débiles en muchas prestaciones que se necesitaba de este modelo. No solo eran muy frágiles sino que muy incómodas para el trabajo que se debían utilizar.
El equipo traslado los primeros modelos al Hospital Max Peralta de la Ciudad de Cartago con el fin de hacer una evaluación conjunta del diseño con los médicos.
Las sospecha fueron confirmadas y nuestra conclusión es que esos modelos a los que tuvimos acceso nunca fueron validados en condiciones reales, sino que posiblemente eran modelos teóricos sin uso real.
Desarrollo
El equipo de diseño volvió a la mesa de trabajo y empezó a iterar. Las primeras ideas fueron variadas en diseño y tipo de solución al problema, a continuación se ven algunas de las propuestas.
Design process
More than 10 iterations were developed with different adaptations to special uses. For each iteration a basic design process is followed:
1. Definition of the weaknesses to be worked on in the current model.
2. Development of design hypotheses to remedy these weaknesses, which are discussed by the design team.
3. Two or three prototypes are made with the improvements decided in the previous step.
4. The models are taken to several hospitals to test their performance under real circumstances, where their failures and new possibilities are noted.
5. Return to step 1
Iterations
The iterations were improving weaknesses of the models already known and others discovered in the process, for example:
1. Capsule structure problems
2. Shape and size of the medical personnel accesses
3. Manufacturing system in relation to cost, performance, structure, material and speed of production
4. Attention to the elimination of as many sharp angles, reinforcements and corners where cleaning is difficult and possible contamination can accumulate, both for the healthcare personnel and the next patient
5. Adaptation to the physiognomy of the standard patient, both in shoulder width, elbow position, mouth position
6. Visibility of the patient in the process of intubation and extubation by the medical staff
7. Better barriers against aerosols in the perforations for the medical personnel to introduce arms and hands
8. Adaptation of the capsule dimensions to the different types of stretchers and situations of use such as operating rooms, waiting rooms, recovery rooms, ICUs, etc.
9. Aerosol barriers at the open ends of the capsule
10. Stability of the capsule during patient entry and exit processes
11. Adaptation of capsule dimensions to special uses such as with RSP equipment present, obese patients, neonates and children
12. Improvements in the use of accessories such as tubes and probes commonly used in intubated patients.
Proceso de diseño
Se desarrollaron más de 10 iteraciones con diferentes adaptaciones a usos especiales. Para cada iteración se sigue un proceso básico de diseño:
1. Definición de las debilidades a trabajar en el modelo actual.
2. Desarrollo de hipótesis de diseño para subsanar esas debilidades que son discutidas por el equipo de diseño
3. Se realizan dos o tres prototipos con las mejoras decididas en el paso anterior.
4. Se llevan los modelos a varios hospitales para probar sus prestaciones en circunstancias reales, ahí se anotan sus fallas y nuevas posibilidades
5. Se vuelve al paso 1
Iteraciones
Las iteraciones fueron mejorando debilidades de los modelos ya conocidas y otras descubiertas en el proceso, por ejemplo:
1. Los problemas de estructura de la cápsula
2. Forma y tamaño de los accesos del personal médico
3. Sistema de fabricación en relación a costo, prestaciones, estructura, material y velocidad de producción
4. Atención a la eliminación de la mayor cantidad de ángulos afilados, refuerzos y esquinas donde sea difícil la limpieza y pueda acumularse una posible contaminación, tanto para el personal de salud como para el siguiente paciente.
5. Adaptación a la fisonomía del paciente estándar, tanto en ancho de hombros, posición de los codos, posición de la boca.
6. Visibilidad del paciente en el proceso de intubación y extubación por parte del personal médico
7. Mejores barreras contra los aerosoles en las perforaciones para que el personal médico introduzca los brazos y manos
8. Adaptación de las dimensiones de la cápsula a los diferentes tipos de camillas y situaciones de uso como quirófanos, salas de espera, salas de recuperación, UCIs, etc.
9. Barreras contra los aerosoles en los extremos abiertos de la cápsula
10. Estabilidad de la cápsula en los procesos de entrada y salida del paciente
11. Adaptación de las dimensiones de la cápsula a usos especiales como con equipo RSP presente, pacientes obesos, neonatos y niños.
12. Mejoras en el uso de los accesorios como tubos y sondas de uso común en los pacientes intubados
Results
Some of the improvements obtained in the iterative design process are detailed below.
Distance between medical staff and patient
The designed model changed the basic shape of the capsule allowing the medical staff to get closer to the patient having a clearer view as the edge of the cube is not in front of the doctor’s eyes.
Side entrances
Another improvement made to the original design was the addition of side entrances to allow for more detailed work by the health aides at the patient’s side.
Resultados
A continua{on se detallan algunas de las mejoras obtenidas en el proceso iterativo de diseño.
Distancia entre el personal médico y el paciente
El modelo diseñado cambió la forma básica de la cápsula permitiendo que el personal médico se pueda acercar más al paciente teniendo una vista más clara al no estar el canto del cubo al frente de los ojos del médico.
Entradas laterales
Otra mejora que se realizó en el diseño original fue añadir entradas laterales con el fin de permitir un trabajo más detallado de parte de los auxiliares de salud que se encuentran a los lados del paciente.
Lateral barriers
Disposable barriers were also designed on the sides of the entire capsule, as well as a protocol for removing the capsule for disinfection and replacing these barriers with new ones at each change of patient.
Barreras laterales
Se diseñaron además barrera desechables a los lados de toda la cápsula, así como un protocolo para quitar la cápsula y llevarla a desinfección y reemplazar estas barreras por nuevas en cada cambio de paciente.
Stacking
Because large quantities of capsules must be stored and transported, stacking features were incorporated into the design to save space during both transport and storage in the hospital.
Apilamiento
Debido a que se deben de almacenar y transportar cantidades grandes de cápsulas se incorporó en el diseño características de apilamiento con el fin de ahorra espacio tanto durante el transporte como en el almacenado en el hospital.
Variations of the obice
Base model
Compared to the state of the art, this model has many improvements, among which are:
-better stability
-it is stackable
-It allows a clearer view for the medical staff.
-Lateral holes for better control of medical personnel.
Model for obese patients
This model is much shorter towards the patient’s side in order to avoid reaching the shoulder area of obese patients.
It also has a lateral recess on each side to facilitate access for medical personnel.
Operating room model
This model responds to the different conditions of a stretcher in operating room, this type of stretchers are much narrower and it is not possible to support the capsule on the stretcher, at the same time allows the use of tubes and other necessary facilities in this specific use case.
The solution was a model with measures adjusted to this condition that can support itself so that it can be evacuated after the intubation or extubation process.
Variaciones del óbice
Modelo base
Comparado con el estado del arte este modelo tiene muchas mejoras entre la cuales se cuenta:
–mejor estabilidad
–es apilable
–permite una visión más clara al personal médico
–huecos laterales para mejor control del personal médico
Modelo para pacientes con obesidad
Este modelo es mucho más corto hacia el lado del paciente con el fin de no llegar a la zona de los hombros de los pacientes con obesidad.
También cuenta con un hueco lateral en cada lado para facilitar el acceso al personal médico.
Modelo para quirófano
Este modelo responde a las condiciones distintas de una camilla en quirófano, este tipo de camillas son mucho más angostas y no es posible apoyar la cápsula en la camilla, al mismo tiempo permite el uso de tubos y otras instalaciones necesarias en este caso de uso específico.
La solución fue un modelo con medidas ajustadas a esta condición que pueda sostenerse por si misma para que pueda ser evacuada después del proceso de intubación o extubación.
Neonatal model
This model was adapted for months-old infants, all dimensions were adapted to the specific use case, as well as the size and height of the frontal and lateral perforations for the doctors’ work.
Model for infants
Model adapted to the stretcher commonly used for children between one and 15 years of age; the standard model does not work in these cases because the capsule cannot be supported on this type of stretcher, which is much narrower.
CPR model
In these cases the sides are adapted to the use of CPR devices such as the LUCAS® chest compression system.
In these cases the patient can continue with the CPR device treatment and at the same time the capsule allows the protection of the medical staff in the intubation or extubation process.
Modelo para neonatos
Este modelo fue adaptado para niños de meses, todas las dimensiones fueron acondicionadas para el caso de uso específico lo mismo que el tamaño y la altura de las perforaciones de trabajo de los médicos, tanto frontales como laterales.
Modelo para infantes
Modelo adatado a la camilla de uso común para niños entre uno y 15 años; el modelo estándar no funciona en estos casos pues la cápsula no se puede apoyar en ese tipo de camillas que son mucho más angostas.
Modelo para RCP
En estos casos los lados se adaptan al uso de aparatos de RCP como el sistema de compresión torácica LUCAS®.
En estos casos el paciente puede continuar con el tratamiento del dispositivo RCP y al mismo tiempo la cápsula permite la protección del personal médico en el proceso de intubación o extubación.
test table
a total of 73 different prototypes were developed, built and tested in 12 hospitals around the country.
tabla de pruebas
en total se desarrollan, construyeron y probaron 73 distintos prototipos en 12 hospitales alrededor de todo el país.
Production and donation
Finally, more than 400 units were built in the prototype laboratory of the School of Industrial Design Engineering, to be distributed in all the hospitals of the country, as a donation from the Tecnológico de Costa Rica.
The President of the Republic, Carlos Alvarado, honored the project with a visit to the school to see this and other designs within the framework of the sanitary emergency.
Producción y donación
Finalmente se construyeron en el laboratorio de prototipos de la Escuela de Ingeniería en Diseño Industrial, más de 400 unidades para ser distribuidas en todos los hospitales del país, como una donación de parte del Tecnológico de Costa Rica.
El presidente de la República Carlos Alvarado, honró al proyecto con una visita a la escuela a ver ese y otros diseños en el marco de la emergencia sanitaria.
