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这些应急呼吸机,能挽救世界吗?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-30 16:02:24   浏览次数:23
核心提示:2020年03月30日关于这些应急呼吸机,能挽救世界吗?的最新消息:最近,国外呼吸机短缺的报道被刷了屏。不仅谊安、Hamilton、GE、飞利浦、美敦力等传统医械制造商全力以赴,特斯拉、福特、通用汽车、本田、劳斯莱斯等车企也纷纷入局,宣布将合作生产


最近,国外呼吸机短缺的报道被刷了屏。不仅谊安、Hamilton、GE、飞利浦、美敦力等传统医械制造商全力以赴,特斯拉、福特、通用汽车、本田、劳斯莱斯等车企也纷纷入局,宣布将合作生产呼吸机。

然而,呼吸机受价格高昂、部件复杂、监管严格等条件所限,短期内大幅增量绝非易事。鉴于此,国外一些知名大学宣布紧急研发出便宜、简单的呼吸机替代产品,以期解决燃眉之急。

麻省理工学院

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)已经开发出一种呼吸机的替代产品,命名为"E-Vent”(Emergency Ventilator),并已提交FDA申请紧急使用许可(EUA)。

麻省理工学院的研究人员发现,在危重症护理环境中,使用手动复苏器(Ambu-bag)进行人工通气是一种低成本、快速解决的办法。E-Vent使用一个塑料装置来挤压呼吸球囊的泵,为患者提供呼吸帮助。

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在研究人员看来,将这一过程自动化不失为一种可迅速大批量生产的最简单的策略,不过他们也指出,安全生产并非易事。

E-Vent的设计是开源的,设计者邀请其他人来帮助完善、测试,并对任何潜在的问题或改进提供反馈。

研究人员表示,任何解决方案都应该只在医疗环境下使用,同时由临床专业人员直接监测。E-Vent在功能、灵活性和临床疗效方面无法取代FDA批准的ICU呼吸机,但它可能有助于缓解呼吸机紧张的现状,或在生死关头别无选择的情况下使用。

麻省理工学院表示,他们目前正在准备的材料包括:

基于临床指南的呼吸机最低安全功能;

满足临床最低要求的相关硬件设计;

相关控制方法和电子设计以及支持理论;

动物模型测试结果。

明尼苏达大学

明尼苏达大学(University of Minnesota)的一个研究小组设计了一种机械式呼吸机,称为Coventor,价格低廉、材料易得。

与传统的呼吸机不同,Coventor不需要加压氧气。该设备由一个支架和机械式传动器组成。机械式传动器压缩一个传统的呼吸球囊(ambulatory ventilation bag,又名 Ambu bag或bag valve mask),其连接到患者的气管导管,用于泵送外部压缩氧气或环境空气。这些应急呼吸机,能挽救世界吗?

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▲ 支架和机械传动器,用于稳定和压缩连接到病人气管导管和外部压缩氧气(如果没有氧气,也可使用环境空气)的呼吸球囊。

成品装置大约只有一个麦片盒那么大,支架本身可以用金属冲压、3D打印或改良后的日用品制作。据报道,研究人员在一头猪身上测试了这个原型,让猪保持呼吸一个小时,并证实了在冠状病毒大流行期间制造这些自制设备的可能性。目前,由开发团队制造的呼吸机将从明尼苏达州的Minneapolis发货。

该装置最初是由明尼苏达大学的麻醉学研究员Steve Richardson博士构想并设计,成品是大学与当地制造商、电子和医疗设备公司合作的结果。通过合作,开发团队表示可以获得部件,每周组装数千台这样的呼吸机。

莱斯大学&Metric技术公司

美国莱斯大学(Rice University)与加拿大的Metric Technologies公司合作,开发出一种自动化球囊呼吸面罩装置(automated bag valve mask ventilation unit),只需要不到300美元的零件就可以制造出来,可用于治疗COVID-19,并希望在全球免费分享这款呼吸装置的设计方案。该合作项目命名为“APOLLO”。这些应急呼吸机,能挽救世界吗?

这款装置的原型早在2019年即由莱斯大学工程专业的高年级学生开发出来,称为AutoBVM。开发团队设计并制造出了一个可编程的设备,用于挤压一个呼吸球囊(bag valve mask)。这种呼吸球囊通常由急救医护人员使用,帮助呼吸困难的人将空气吸入肺部。但这些球囊使用时需要用手挤压,往往只能持续几分钟,很难做到长时间手动。这些应急呼吸机,能挽救世界吗?

现在,莱斯大学相关人员开发出更结实的原型机,主要由3D打印和激光切割的零件制成。他们对原来的齿条和齿轮装置进行了重新配置,不仅达到医疗级别,而且也非常便宜,甚至可以考虑一次性使用。

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该原型使用Arduino主板来简化编程,允许用户根据患者的情况调整空气输送到肺部的速度,研究团队计划用定制的集成电路以较低的成本取代该主板。这款产品还将采用反馈传感器,帮助微调流向肺部的空气,并使用与3D打印机同款的电动机,能够连续工作数小时。

Dalhousie太空系统实验室

加拿大的Dalhousie太空系统实验室(Dalhousie Space Systems Lab,以下简称DSS)是由Dalhousie大学相关人员组成的多学科团队,致力于研究被称为CubeSats的卫星。现在,他们也加入了开发应急呼吸机的行列。

DSS的15名工程志愿者成立了OpenVent(OV)TaskForce,设计出一款机械式呼吸机的原型。这些应急呼吸机,能挽救世界吗?

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这款产品的原型设计将遵循由蒙特利尔总医院基金会确定的专业规范,并将提交给QEII健康科学中心,支持加拿大新斯科舍省(Nova Scotia)应对流行病,为最需要的人提供帮助。

由于这是DSS设计的第一款医疗设备,因此团队正在接受医疗专业人员的指导,确保设备原型对患者安全,易于使用且可靠。

DSS是加拿大新斯科舍省为数不多的跨学科工程团队之一,正在寻找有兴趣加入OV(OpenVent)Task-Force的人员,特别是医学专家、急诊医生、护士以及在电气、机械、嵌入式软件方面有经验的专业工程师。

纵观这些简易的应急呼吸机,基本理念都是将原本需要手动的人工复苏器,用一种外接的机械装置来达到自动按压的目的,其关键部件是呼吸球囊,而这种东西的供应十分充足,据莱斯大学生物工程副教授Rohith Malya表示,全球每年的生产量超过1亿个。

但是,麻省理工学院的研究者强调,任何低成本的呼吸机系统都必须格外注意,需要让临床医生能够密切控制和监测潮气量、吸气压力每分钟呼吸次数(bpm)和吸呼比(I/E),并能够以呼气末正压通气(PEEP)、气道峰压(PIP)监测、过滤和适应患者个体参数的形式,提供额外支持。任何想制造低成本紧急呼吸机的合作者如果不适当考虑这些因素,那么产品可能会导致严重的长期伤害或死亡。

尽管为了帮助减轻法律上的顾虑,卫生和公众服务部(Department of Health and Human Services,DHHS)对可能有助于应对COVID-19流行病的医疗工具提供了责任豁免①。

FDA也发布了一项临时政策②,放宽了呼吸机、麻醉机、其他呼吸设备以及相关配件等医械产品的使用规定。

注①:关于责任豁免政策的详细内容

注②:关于此项临时政策的详细内容

但是,对于这些自制的应急呼吸机设备能否获得批准,目前并没有明确说法。事实上,根据现有报道,眼下只有麻省理工的E-Vent提交了FDA申请。因此,这些DIY呼吸机最终能否被实际应用还是个问号。

然而,如果发生“65岁以上的老人们被迫摘掉呼吸机”的惨况,诚如麻省理工的研究人员所言,生死关头,若没有其他选择,使用这些应急呼吸机总比完全没有设备可用要强得多。

 
关键词: 呼吸机


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