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硅谷望遠鏡 | 為什么科技公司都在「轉行」做呼吸機?難度大嗎?

ZAKER科技 05-13 4

在新冠病毒大流行期間,沒有一種設備得到比呼吸機更多的關注,它給一些重癥新冠肺炎患者一個生存的機會。

而據美國多個健康專家估計,按照 13.8% 的重癥率來計算,在疫情大流行期間,全國可能需要數十萬臺呼吸機來幫助救治確診病人。人們也清楚地認識到,包括美國在內,全球沒有足夠的呼吸機來幫助這些重癥患者。

在特朗普動用《國防生產法》要求美國公司行動之后,通用電氣、福特、特斯拉,維珍軌道等公司爭先恐后地將產能投入到呼吸機的生產中,甚至大西洋彼岸以吸塵器聞名的戴森也開始以自己的專利生產呼吸機。

戴森呼吸機

同時,也有不少廠商開放了呼吸機制造的技術以幫助小型企業 DIY 呼吸機,比如美敦力就公布了 PB 560 型呼吸機的專利文件。有公司將游戲 PC 改造成呼吸機,甚至還有一個大學教授將一臺攪拌機改造成了呼吸機。

各行各業都參與到呼吸機生產的大浪潮中,但他們五花八門的背景也讓我們疑惑:到底需要多少呼吸機?為什么各行各業都能參與進來?還有,到底什么是呼吸機?

什么是呼吸機

根據杜克大學呼吸治療系主任 Neil MacIntyre 給出的定義,呼吸機是一種機械設備,可以將新鮮空氣輸送到患者的肺部并進一步擴散到整個呼吸系統。簡而言之,就是幫助患者呼吸的設備。

在肺炎重癥患者的體內,整個肺部都因積液而變得紅腫,沒有額外的空間吸入并向身體輸送氧氣。因此,呼吸機可以幫助患者維系生命所需的養分,并支持整個身體的其他部分對抗病毒。

呼吸機的核心部件有三個:氣動結構、電機和軟件結構、以及電源。氣動結構負責吸入加壓氣體,調整氣體壓力,并向患者體內輸送空氣,加壓氣體的系統各不相同,但通常由渦輪機或內置壓縮機供電。

呼吸機的電機部分可能是更重要的專有秘密武器——它是一個傳感器系統,可以同時監測機器和病人的吸氣和呼氣,而軟件則利用這些傳感器的信息來確定病人接收到的壓力、體積和氣流。計算這些變量(這取決于呼吸機的精密程度,由技術人員重新校準或由機器自動更新)對病人的安全至關重要:如果壓力或空氣流量過高,可能會損傷肺部。

此外,雖然為電子設備配備電源是顯而易見的,但在斷電或病人需要移動時,呼吸機還需要配備強大的備用電源。在英國政府發給制造商的快速制造呼吸機系統規范文件中,他們要求呼吸機有至少 20 分鐘的備用電池供應,且鼓勵使用熱插拔電池,允許長達 2 小時的連續使用。

而呼吸機又分為兩種:一種需要向患者的氣管內插入導管,稱為侵入式呼吸機,主要在 ICU 病房中使用;另一種則是通過氧氣面罩向患者的呼吸系統輸送氧氣,稱為無創呼吸機。

對于新冠肺炎疫情來說,需求量大的主要是侵入式呼吸機,因為重癥患者的肺部大都已經脆弱不堪,需要訓練有素的呼吸師操控機器精準地向其呼吸道內輸送氣體,并幫助二氧化碳排出。侵入式呼吸機以較大的體型換來了更為細致的操控性,比較適合在重癥監護室中部署。

當然,對于癥狀相對較輕的患者來說,無創式呼吸機也是一個很好的選擇。無創式呼吸機勝在體型小巧,制造過程也比較簡單,更適宜用于大規模收治較輕癥病人的方艙醫院等臨時收治場所。

無創式呼吸機

但在現階段,醫生通常避免為出現缺氧性呼吸衰竭的新冠肺炎病例使用無創式呼吸機。在多份由中國醫生參與編制的新冠肺炎救治臨床實踐指導建議中,均提出無創通氣對重癥患者的效果不好,且會增加傳染的幾率,因為患者呼出的氣體中仍然帶有病毒。

而侵入式呼吸機的風險只集中在插管時可能發生的氣溶膠,一旦完成封閉式的呼吸機回路,患者造成二次傳染的風險就將大幅降低。

科技公司的努力

盡管目前已經有大量的呼吸機開源設計,但對普通人來說想要制造一臺呼吸機還是有很大的難度,以美敦力公司開源的呼吸機設計為例,僅物料清單就中共包括 613 個不同的項目。相比之下,科技公司在供應鏈和產品控制上有著絕對的優勢。

通用汽車便和專業的醫療設備公司 Ventec Life Systems 合作,前者提供場地,后者提供技術,生產專業的呼吸機。福特也與佛羅里達州的呼吸機公司 Airon 合作,以自己完備的供應鏈體系幫助 Airon 擴大產量,生產便攜式呼吸機。

特斯拉、維珍軌道和戴森則打算將自己的專利技術用于新型呼吸機的生產。

馬斯克先是以特斯拉名義緊急向紐約市提供了一批從美敦力采購的專業呼吸機,并在 4 月 6 日發布了一段視頻,展示了它們利用 Model3 部件生產的呼吸機。

戴森則是再一次搬出了在吸塵器和吹風機上大放異彩的數字馬達,和 The Technology Partnarship 一道在 10 天之內設計制造了一臺名為 CoVent 的新型呼吸機。

而截至 3 月中旬,美國擁有 16 萬到 20 萬臺呼吸機。一些衛生專家認為,在大流行期間,美國可能有多達 100 萬新冠病毒肺炎患者需要使用呼吸機,而其他人則認為,這個數字將在數十萬之間。

但據 ProPublica 報道,美國衛生與公共服務部在二十一世紀初就已經預測到疾病大流行時國內可能出現呼吸機短缺,并投資了數百萬美元用于設計生產便 攜式應急呼吸機。但由于長期缺乏維護和更新,在 3 月 13 日時,美國國家戰略儲備庫中的呼吸機庫存只剩下 1 萬 2 千個。

特朗普催促美國公司加緊生產呼吸機

特朗普在疫情初期浪費了好幾周的時間,疫情爆發之后他才不得不承認決策失誤,并通過《國防生產法》敦促多家廠商快速生產呼吸機。

但羅馬不是一天就能建成的,呼吸機也不是一夜之間就能生產成千上萬個的,這些廠商的轉型面臨著諸多困難。

其次,新增的呼吸機廠商大都按照為數不多的幾份公開標準來制造呼吸機,也就意味著它們的零件需求高度重合。而在疫情影響下,全球的生產和物流行業受損嚴重,許多廠商可能無法及時獲得大量的原材料,進而影響下一步生產。

福特產呼吸機

盡管特朗普向通用訂購的呼吸機多達 3 萬臺,但短期內所有公司可能都無法快速交付。實際在現代社會,絕大多數廠商只是供應鏈中的一環,呼吸機廠商的主要工作是設計和組裝,零件基本都來自供應鏈上游。無論是設計還是改造生產線都需要相應的時間。

通用汽車和 Ventec 表示,4 月份的產能可能僅有幾百臺,等到 5 月份才能增長到每月 1 萬臺。福特也表示產能在 5 月底最高只能達到 12000 臺,但 7 月份的產能預估可達每月 5 萬臺。

還有,美國是世界上醫療用品和器械要求最嚴格的國家之一,FDA 認證的嚴苛程度世界聞名,醫療公司大都需要經過多期測試確保安全性和效果之后才能獲得上市的許可。盡管 FDA 已經加快了流程,但對于從頭開始的廠商來說,這依舊不是一個簡單的過程。

接下來會發生什么

除了呼吸機外,專業醫療人員的缺口也不容忽視。呼吸機只是一種生命支持設備,它能幫助你維持身體機能,但那必須要有合適的操作者才能正常發揮用處。而按照三班倒的換班頻率來預估,這個缺口可能是個天文數字。

上個月,一群來自北美各地的醫生在《新英格蘭醫學雜志》上寫道,「限制使用呼吸機的因素很可能不是呼吸機,而是健康的呼吸治療師和訓練有素的重癥護理人員,以及讓他們每天三班安全操作呼吸機?!?/p>

通用汽車制造的便攜式呼吸機

好在一些新型呼吸機的制造商也意識到這個問題,他們采用了更易用的界面和操作設計,「更像手機平板,而非復雜的醫療設備?!购粑鼨C制造商 Ventec Life Systems 首席戰略官克里斯 • 布魯克斯認為,「它仍然需要治療師和臨床醫生的監督,但任何人只要有好奇心,就可以學會如何使用它?!?/p>

而這些努力,或許可以幫助拯救更多的新冠肺炎患者。

參考鏈接:

https://www.vice.com/en_us/article/dygm3q/how-to-make-a-ventilator-diy-open-source

https://www.theverge.com/2020/4/15/21222219/general-motors-ventec-ventilators-ford-tesla-coronavirus-covid-19

ZAKER 科技出品

文 / 施俊瑋、江冬冬

以上內容由"ZAKER科技"上傳發布 查看原文
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