广告

海外疫情加剧,自制低成本呼吸机行得通吗?

最近一段时间,新型冠状病毒肺炎在海外持续延烧。除了口罩 、额温枪外,呼吸机同样作为目前稀缺的战“疫”物资。为此,来自各个行业的“设计师们”开始研究如何在自家或工厂生产呼吸机...

人工呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭,挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备,可以让感染COVID-19的病患得以持续呼吸或免于因肺部堵塞导致的呼吸困难。因为该病毒在进入人体后会侵袭肺部并造成纤维化;当人体感染这种病毒时,肺部堆积大量粘液,二度感染的风险增加,进而造成呼吸障碍。sreesmc

在当前新冠病毒在全球范围内持续发酵的背景下,我们面临着许多紧急状况,其中,许多医疗系统由于确诊患者日益增加而几乎崩溃,原因之一就在于呼吸机的严重短缺。sreesmc

由于COVID-19在全球范围内迅速传播,新增的病患持续增加,许多医院的重要医疗物资告急。值得庆幸的是,许多产业和企业自发“跨行”,在尽可能短的时间内生产包括口罩、棉签、药物和呼吸机等医疗物资增援战“疫”。sreesmc

在这个迫切需要呼吸机等医疗设备的时候,拥有技术能力的开发者们发起了一项大型开源计划,开始规划并生产可协助患者(包括呼吸机)的医疗设备。这项专案吸引了数百名工程师、医学专业人员和研究人员的参与。还有许多设计人员采用3D打印以及其他技术,用来按需制造零部件和设备。sreesmc

sreesmc

图1:专业的人工呼吸机(来源:Hamilton Medical)sreesmc

呼吸机的原理

要自制呼吸机,首先要了解其工作原理。简单来说,其作用是让氧气进入肺部并排出二氧化碳,帮助病患顺利呼吸。氧气量可以通过监视器加以控制。呼吸机连接一条管子到患者的嘴或鼻子。现代的人工呼吸机由小型嵌入式电脑进行控制,并被视为攸关生命的重要系统,必须采取严格的预防措施,以确保其可靠性。sreesmc

开发专案

当医院和家中缺少足够的可用设备时,各种不同的呼吸机设计(其中有许多都出现在GitHub)即发挥了重要作用。多项开发专案的想法都着重于打造低成本的基本呼吸机,以便在发生严重肺部疾病时协助呼吸。然而,这些设备也可能影响到人们的医疗状况。因此,必须先咨询医师,而不是单纯在网上寻找资讯。因为使用呼吸机存在相当大的风险,尤其是在高压环境下使用。sreesmc

低成本的开源呼吸机 (PAPR)

在GitHub上有一款低成本的开发专案(图2),如果使用得当,可以挽救许多生命。该设备能够编程呼吸频率(例如每分钟10-16次呼吸),并可能产生高达45cmH2O的峰值气道压力(但最好不要超过20cmH2O,以避免危险)。它只会推进大气(含21%的氧气)。至于如果需要其他充氧率,则必须使用专业的设备;但图2的设备在没有其他选择的紧急情况下非常有用且十分宝贵。sreesmc

该专案目前仍在征求更多建议。事实上,短期内可能会有某些元件不容易取得。这款呼吸机算是相当小型的,因此要在其中设计足以防范病毒传播的全方位系统并不容易。sreesmc

但它其实只用于在被感染的环境中工作——在此环境中,空气中散布着含有病毒的飞沫。操作管理可以采用Arduino。此外,还应该研究系统和解决方案,以避免在停电时造成危险。sreesmc

sreesmc

图2:人工呼吸机开发专案(来源:GitHub)sreesmc

抗疫专用呼吸机

这是在Instructables的一款开发专案The Pandemic Ventilator,大部份都采用易于使用的零部件 (图3)。尽管它完全是由DIY打造的,但目的同样在于挽救生命。它可用于作为紧急呼吸机。在此疫情日趋严峻的情况下,需要使用呼吸机治疗的人数很快就会超过目前可用的设备数量,但医院不可能买足所有患者需要的呼吸机数量。sreesmc

这款呼吸机的设计非常简单,但是使用了现代化的电子控制系统。采用木头、胶带、塑料袋、螺纹管、电磁阀、电磁开关和PLC等,硬件和软件功能也会不断地更新和改善。根据对于该专案回报的警告说,目前的设备原型仅具有实验目的,尚未经过任何安全测试。sreesmc

事实上,呼吸机本身就是具有潜在危险的设备,建议在持有医师执照的专业人士指导下使用。sreesmc

这款呼吸机设计基本上是由波纹管单元组成,该波纹管单元则由木材、阀门和管道组成;此外,设计中还有PLC控制器、一些电线和开关以及电源等。整个设备安装在一块18×21×0.5英寸的胶合板上,并配备常开和常闭阀门。sreesmc

sreesmc

图3: The Pandemic Ventilator呼吸机开发专案(来源:Instructionables)sreesmc

从图4可以进一步看到其构造细节。阀门之间通过管道连接,并以T型连接波纹管与波纹管单元中心对齐的方式安装。在此使用的是铁氟龙(Teflon)涂装的螺纹管件。波纹管是通过底部的两个胶合板件拧紧到背板上而制成的。磁铁固定在波纹管靠近传感器杆的一端,而传感器则固定在传感器杆上。sreesmc

为了制作用于波纹管的袋子,我使用一个较大的Ziploc来链袋。切掉夹链部后份,再插入0.5吋的塑胶管至中心,然后用胶带密封并加固边缘。管道应该从袋中伸出足够远的距离,才能滑过0.25吋的末端。波纹管袋的胶带接缝应该置于胶合板部分的底部。安装铰链盖后再安装顶部17吋部分。将4吋长的0.25吋托架螺栓、两个螺母和两个垫圈夹在一起。 PLC单元是Automation Direct的Direct Logic 06 DO-06DR,其价格低廉、足够灵活且有许多免费软体可供编程,但也可以使用其他PLC单元并编写自己的控制程式。除了PLC,您还需要24V电源和1个开关来启动系统。sreesmc

该程式是以Ladder Logic编写的,其基本工作原理如下:sreesmc

  1. 打开Valve 1,然后关闭Valve 2直到波纹管装满为止,这在顶部电磁开关关闭时显示。
  2. 接着关闭Valve 1,打开Valve 2,然后关闭Valve 3,以便波纹管放气并将空气泵送至患者。
  3. 当波纹管降低到下限时,下方电磁开关关闭,然后Valve 2关闭,Valve 1重新打开以重新填充波纹管。
  4. 计时器让患者的肺在Valve 3打开时放气。当计时器到期时,Valve 2开启,Valve 3关闭以开始下一个呼吸周期。

sreesmc

图4:The Pandemic Ventilator呼吸机的构造细节(来源:TEMPO.CO)sreesmc

以二手汽车零部件打造的呼吸设备

TEMPO.CO上的另一开发专案是非常简单的设计,而且使用从亚马逊(Amazon)购买的汽车零部件,无需使用微控制器(MCU),如图5。该系统使用继电器和开关以及随处可用的汽车零件。该专案有助于解决当前医院设备的短缺问题。 TEMPO.CO的制作者使用压缩机、空气过滤器、空气调节器、多个阀门、气缸,甚至使用ULPA过滤器,可用于以过滤掉被感染患者排出的被污染空气。该设计可过滤0.12微米的微粒。sreesmc

sreesmc

图5:采用汽车零件打造的呼吸机结构(来源:Business Insider)sreesmc

结合浮潜面罩和3D列印的呼吸机

有助于医院对抗新型冠状病毒的另一项创新是改造市场上现有的浮潜面罩,制作成紧急人工呼吸面罩(图6)。由于在当前的紧急时刻,医疗院所中的口罩、手套等几乎所有的工具都面临耗尽的危机。因此,Isinnova的这项专案使用Decathlon运动用品,期望至少能解决一小部分问题。sreesmc

它虽然为医护专业人员和病人提供了另一种选择,但只有在医院传统使用的呼吸机不足等紧急状况下,才能使用这种3D列印呼吸面罩。因为这种呼吸面罩和阀门毕竟未经认证,其使用必须取得患者的同意以及签署声明。sreesmc

sreesmc

图6:结合浮潜面罩的呼吸机sreesmc

VentilatorPAL呼吸机

VentilatorPAL是因应全球COVID-19患者迅速增加而呼吸机数量却急剧减少而设计的。这是一种高品质、低成本的开源呼吸机,任何人都可以购买或建造(图7)。该专案由FreeBreathing.org提供,但可完全自行组装或作为套件提供,非医疗公司即可快速建构完成,你自己也可以使用免费提供的原理图来制作一部这台基本呼吸机。此外,VentilatorPAL呼吸机是开源、低成本、简单易用且易于建构的,可以在紧急情况下提供给COVID-19患者使用。sreesmc

sreesmc

图7:The VentilatorPAL呼吸机sreesmc

双人用呼吸机

意大利波隆那大学(Università di Bologna)医学和外科科学系发明了一种新的电子电路。该设备由意大利Intersurgical公司制造,通过过分离电路的方式为两名患者同时提供辅助呼吸。如果自动调节通风机的测量系统位于同一台机器中,则该设备可以正常运作。sreesmc

设计人员希望永远不必有患者需要使用到这套设备,因为那就表示情况真的很严重了,可以说医疗系统已经完全崩溃。该设备可以挽救几个人的生命,但仅在紧急情况扩大且呼吸机不足时才使用。sreesmc

结论

呼吸机是一种复杂的设备,需要技术纯熟的人员才能正确使用,而且还需要获得医师的批准,这意味着大多数的家用专案可能只能在家中紧急时用,而无法用于医院中。sreesmc

编译:Susan Hong 责编:Elainesreesmc

(参考原文:Low-Cost Ventilators To Fight COVID-19,by Giovanni Di Maria)sreesmc

  • 这篇可以转载吗?
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

  • 已获得监管批准,中国产达芬奇手术机器人入市在即

    直观复星“胸腹腔内窥镜手术控制系统”成功通过国家药品监督管理局批准,此产品可应用于泌尿外科、普通外科、妇产科、胸外科等腔镜手术。这意味着国产达芬奇手术机器人即将与公众见面

  • 新兴技术将如何推动嵌入式物联网连接的未来?

    自动化迫使每个行业都采用智能传感器和设备,这些传感器和设备可以将模拟数据映射为数字形式,以便更好地监测和控制现实世界的参数。因为这些设备本质上是嵌入式的。它们连接到互联网,这些智能设备产生的数据可以在全球范围内轻松访问……

  • 先华东,后华南!美的库卡二期项目产能目标:10万台机器人

    除库卡中国华东制造基地正式投用外,美的库卡智能制造科技园二期也于日前正式投产。

  • 华虹半导体科创板IPO获批,2022年其功率器件及嵌入式非

    票招股书(上会稿)文件显示,发行人本次发行拟募集资金 180 亿元,其中华虹制造(无锡)项目拟使用募集资金125亿元,占拟募集资金总额的比例为 69.44%。8 英寸厂优化升级项目、 特色工艺技术创新研发项目和补充流动资金拟使用募集资金分别为20亿元、25亿元和10亿元,占拟募集资金总额的比例分别为11.11%、13.89%和5.56%。

  • 深圳2023年重大项目计划总投资约3.6万亿元,涉及华润微

    2023年度深圳计划安排重大项目830个,总投资约3.6万亿元,年度计划投资2813.5亿元,同比增长25.5%

  • 七部门:推动百余个智能检测装备示范应用,深化在电子等8

    到2025年,智能检测技术基本满足用户领域制造工艺需求,核心零部件、专用软件和整机装备供给能力显著提升,重点领域智能检测装备示范带动和规模应用成效明显,产业生态初步形成,基本满足智能制造发展需求。 。推动百个以上智能检测装备示范应用

  • 医疗+脑机接口产业链现状如何?(附供应商表格)

    不同于《阿凡达》、《蜘蛛侠2》、《攻壳机动队》、《银翼杀手》、《黑客帝国》等科幻电影,现实中的脑机接口应用并不如想象中的“赛博朋克(Cyberpunk)”。当前,脑机接口主要应用在医学领域,为沟通/行动不便者提供额外的沟通/运动能力。

  • 恶意哄抬血氧仪价格,这家A股上市医疗企业被罚270万元

    新冠疫情“新十条”出台,疫情全面放开后,部分老年人“阳”后患“静默型低氧血症”的问题引发关注,许多家庭开始购置家用血氧仪,随时监测血氧饱和度。但血氧仪需求大涨,让一些商家看到了“商机”,平时售价基本在100元左右的血压仪,有药店甚至将标价高达1380元...

  • 坐地起价的血氧仪,都用到哪些芯片?

    继抗原检测试剂、N95口罩、连花清瘟以及布洛芬后,血氧仪成为又一紧俏防疫产品。某搜索指数显示,近一周内,血氧仪搜索指数日均值分别为19859,环比增长187%,同比分别增长8771%。

  • 全球前2500家企业研发投入首超万亿欧元 仅华为占中国

    在前2500名企业中,包括361家总部位于欧盟的公司,占研发投资总额的17.6%,822家美国公司(40.2%),678家中国公司(17.9%),233家日本公司(10.4%),以及来自世界其他地区的406家公司(RoW,研发投资总额的13.9%)。RoW部分包括来自韩国(53家)、瑞士(55家)、英国(95家)、中国台湾(84家)以及另外18个国家的公司。

  • 中国医学影像AI行业:以院端为主要战场,市场格局呈现集中

    医学影像AI行业在近年来得到了快速发展。AI影像软件产品的应用逐步获得行业、医院、监管部门等多方的认可。目前,厂商多以医院为核心应用市场,尤其围绕大型医院,开启了多种模式的商业化探索,行业的商业化进程正快速推进。

  • 采集芯片微型化设计是植入式脑机接口系统核心技术挑战

    为了将采集芯片缩小至可植入的尺寸范围,针对片上有源/无源器件的微型化是相关研究中的技术难题。具有电容耦合的全差分放大器结构通过采用晶体管搭建的伪电阻(Pseudo Resistor)结构可大幅缩小片上无源器件的面积,同时伪电阻提供了较大的阻抗以及较低的高通截止频率,适合设计微型化的脑信号采集芯片。

近期热点

广告
广告

EE直播间

更多>>

在线研讨会

更多>>