新冠疫情下美国的“救命稻草”,或源于麻省理工学院十年前的一个课程设计

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  如今的美国,正处于多事之秋:单日新增确诊病例数连续3天破万,累积确诊病例数已高达6.9194万例。与中国以及意大利等欧洲国家一样,在疫情暴发初期,口罩供应不足、呼吸机短缺等医疗资源紧缺的问题,也让美国有点措手不及。
  在新冠病毒患者治疗过程中,呼吸机是一个至关重要、甚至关乎生死的医疗设备,它可以确保患者在肺功能衰竭的情况下依然可以继续呼吸。短期内,呼吸机短缺正成为美国应对疫情的一大困境。仅在一周前,美国纽约州州长安德鲁·科莫在记者会上就表示,“纽约州目前需要3万台呼吸机,但现存只有5000台—6000台。”随着美国单日新增确诊病例数激增,呼吸机短缺问题将更加凸显。
麻省理工学院公布的紧急呼吸机项目

  此外,据美国约翰,霍普金斯大学健康安全中心估计,截至今年2月,美国仅有近17万台呼吸机可供患者使用,如果遇到像1918年全球性甲型HIN1流感那样严重的疫情,全国所需呼吸机数量可能高达74万台。如今,美国各州州长拿着大把美元在国外(主要是中国)购买呼吸机,特斯拉、通用汽车、福特汽车和通用电气医疗等非医疗卫生相关企业,也已经在紧急动员,为制造呼吸机热身。但是,美国能否指望这些公司来填补呼吸机的缺口,仍然存在很多不确定性,就算不考虑其中的资金投入和监管问题,从无到有地造出一台呼吸机也并非是一件容易的事情。
C-Vcnt 002号装置

  现在,一项来自10年前的呼吸机设计,或为赢得这场“战疫”增加了筹码。3月24日,据《麻省理工科技评论》报道,麻省理工学院的科研人员打算推出一种低成本的呼吸机开源设计,并希望那些拥有制造能力和医疗专业知识的企业可以加速生产关键医疗设备,从而帮助那些因新型冠状病毒肺炎而饱受呼吸系统疾病折磨的患者。
  该团队甚至建立了一个网站,公布了麻省理工学院紧急呼吸机项目(简称E -Venc)。研究人员表示,“仅在美国,新冠病毒肺炎大流行就可能造成30万台—70万台呼吸机的短缺。几周内,这一问题可能就会在美国出现。传统呼吸机产量的增加很有可能跟不上实际需求,且这些呼吸机成本很高。”当时据该团队估计,这种设备的成本约为IOO美元,而医院的一台标准版呼吸机的花费高达数万美元。
  根据E-Vent网站上的描述,研究人员已与麻省理工学院的工程师和来自美国的临床医生,共同启动了一个紧急研究项目,探讨这种简易呼吸机的可行性。在位于美国波士顿的一家研究机构内,研究人员在猪身上对E-Vent 001号装置进行了测试。除了设备人员(兽医、技术人员和研究人员),现场还包括急诊医学和麻醉医生,以及机械设计、制造、控制和电气工程师。通过与Puritan Bennet 840呼吸机对比,研究人员发现:之前的全激光切割设计存在缺陷,现已改为金属框架;通过实验,更准确地定义了与驱动系统功率需求相关的关键参数;研究了潜在的控制策略,确定了关键的Ul/UX需求以及人为因素,也确定了当它与一个真正的肺和呼吸末正压(PEEP)环境下确定的关键压力。研究人员表示,下一项研究将在类似的猪模型中对E-Vent 002号装置进行功能测试。
  该网站强调,这一设备只能在训练有素的专业医疗人员的监督下使用。虽然目前在各方面无法替代原有的重症监护室内的呼吸机,但E - Vent项目提供的简易呼吸机将有助于缓解当下的呼吸机供应压力,或者在缺少正常呼吸机的紧急情况下作为一个救命设备。
  目前广泛使用的袋阀面罩属于人工呼吸机,救护人员多用其来帮助呼吸有困难的病人。随着冠状病毒患病人数持续增加,袋阀面罩供不应求的恐慌不断蔓延,越来越多的工程师、医学生和业余爱好者试图去为无安全和质量保障的临时医疗设备构建或共享设计规格,而这种能够自动压缩(储气袋)的机动呼吸机有望由此真正问世。
  如果该呼吸机确实可以帮助新冠病毒肺炎患者,我们期待他们进一步公开发布设计、测试结果和相关医疗信息,从而让那些具备所需制造能力和专业知识的公司能够生产出可靠、安全、经济的呼吸机。

10年前的课程设计


  这一项目可以追溯至10年前,当时参加麻省理工学院精密机械设计课程的一群学生与波士顿大学医学中心的Jussi Saukkonen合作,研发了一台原型样机。他们也发表了一篇有关该设备的论文,但这一想法从未推至实际生产的层面。
  他们最初的设计主要是面向发展中国家的农村地区,这些地区存在着严重的慢性呼吸问题,但却很少有机会使用机械呼吸机。不过,他们当时也指出,如果出现像现在这样大规模蔓延的流行病,这种机器在美国这种发达国家也能发挥重要的作用。
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