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医疗大厂与开源自制的呼吸机方案,危机时刻该如何选择?

2020-04-02 16:16 次阅读

随着世界范围内疫情的不断蔓延,医疗电子的短缺成了许多国家亟待解决的头号问题。除颤仪,呼吸机,数字PCR等都成了宝贵的救急物资。各个医疗大厂也开始大量制造相关仪器,同时带动了上游元器件的需求大幅增长。
 
其中疫情严重的美国纽约州,单是呼吸机就从中国订购了1.7万台。如今国外也涌现了一批呼吸机的制造方案,原厂分享和开源自制的都有,那他们究竟有何优劣呢?我们不妨用参数来衡量。
 
呼吸机上较为重要的参数有呼吸速率,潮气量,吸/呼比和氧浓度。呼吸速率是指每分钟的呼吸次数,潮气量是是指每次呼吸循环中吸入/呼出的气量,这两个参数决定了试用者每分钟呼吸的总气量,可以为不同的人群和疾病做出调整。吸/呼比则是吸气与呼气时间的比例,氧浓度是吸入空气中氧气的含量。
 
除此之外,呼吸机的监控参数也很重要。气道风压,漏气量和呼气阻力等,这些都是保证肺部不会受损的关键参数。近年来随着呼吸机机械通气和监控性能的不断提高,越来越多的厂商开始往安全方面发展,比如Getinge的Servo呼吸机,Servo Compass可以监控一定体重下驱动压力或潮气量是否偏离了正常值,还有Auto SRM这种开放式的自动肺部扩张策略。
 
但这些救急的自制呼吸机还很难实现监控,预警以及安全保证。那它们与专业呼吸机的差距究竟在哪,我们用几个项目来对照一下。
 
美敦力 PB560



美敦力公司于3月30日公开分享了老款呼吸机的设计,于2010年推出的PB 560呼吸机。美敦力在自己的网站上公开了设计和制造文件以及电路图,也在4月1日进一步公开了软件源码。


PB 560是一款便携式呼吸机,由气泵驱动,该呼吸机的呼吸速率可以在1-60 BPM之间调节,潮气量在50 – 2000ml之间可调,吸/呼比的调节范围为1:1 – 1:4。虽然与该公司最新的PB 980呼吸机比来确实有一定差距,但这确实是小型厂商生产可靠呼吸机的最佳选择。
 
INSPIRE



巴西圣保罗大学理工学院组件了一个多学科团队,他们共同打造了一个低成本的开放式呼吸机INSPIRE。该呼吸机的开发成本低,所需元件都能在巴西市场上轻易购得,总制造时间少于2小时,而且项目设计都是Github开源的。



该呼吸机的呼吸速率可以做到在12到20 BPM之间调节,潮气量在350ml至450ml之间(不可调),可以做到100%占空比(必须每14天后更换一次)。这种呼吸机的输气源来自复苏气囊,由步进电机提供动力,由Arduino Uno驱动。
 
VentilAid
 


 


VentilAid是一个自发组织的工程师和设计师群体,他们开发的VentilAid自制呼吸机也是以复苏气囊为核心。将空气滤除浓郁的二氧化碳后,经由直流电机驱动的离心压缩机,再通过加湿器和医用输气管,二次过滤后再传入氧气面罩。



该呼吸机仍处于原型阶段,制作团队已经开发到了MK3原型。值得一提的是,该呼吸机的大部分组件都可以用3D打印机制作,只需购置少量关键元件就可以自行组装。他们也在网站中提醒道,自制呼吸机是迫不得已下的选择,只有当缺乏专业设备的时候才建议使用。
 
AmboVent



4月2日,一支来自以色列的研发团队也开源了他们的自制呼吸机项目,AmboVent。与其它自制呼吸机不同的是,该项目是由以色列空军108部队的David Alkaher少校领头开发的,团队成员包含以色列领头医院和医疗中心的医生和优秀工程师。项目描述中提到,该呼吸机还未经过临床测试,只在实验室环境中验证过。
 



AmboVent的关键输气部件也是复苏气囊,其呼吸速率有9个档位,从6到24 BPM,以2 BPM的幅度递增。潮气量可以根据复苏气囊的挤压程度手动调整,范围在30%到100%之间。吸/呼比暂定为1:2。其中需要用到的现成器件有Spark Mini电机控制器,Arduino Nano和SparkFun压力传感器
 
在大部分自制呼吸机的项目介绍里,都有声明“自制呼吸机是最终的方案”,不到万不得已,最安全也最稳妥的还是专业呼吸机。但随着国外疫情的恶化,已经加快的呼吸机产能可能还是难以满足国际需求。这也是英国政府出台“速制呼吸机系统(RMVS)”规范的原因,自制呼吸机很少有合理的临床评估流程,在功能参数上也没有固定的标准。
 
但即便有了专业呼吸机的公开设计,一般的厂商还是很难在短时间开展组装生产。还有就是许可证的问题,就拿美敦力的BP 480呼吸机来说,当世卫组织(WTO)解除国际公共卫生紧急事件(PHEIC)后,该产品的设计资源和软件许可就会到期(最迟到2024年10月1日)。
 
因此从疫情发展的角度来看,在继续加快专业呼吸机产能的同时,可以引入合格的开源自制呼吸机用于应急。而为了应对未来的健康威胁,低成本易制作的呼吸机也要有储备。

本文由电子发烧友网综合编译报道,内容参考自美敦力、INSPIRE、VentilAid等,转载请注明以上来源和出处。

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