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【武漢肺炎】多國團隊爭研簡單呼吸機 助醫護治療重症病人

2020/4/2 — 18:39

隨著武漢肺炎 (COVID-19) 疫情加劇,不少國家的醫療物資都出現短缺情況,例如呼吸機。以其核心功能而言,呼吸機並非特別複雜的機器。基本上,呼吸機是一個較為複雜的泵,控制來自患者肺部的氣體交換過程,在他們無法自行呼吸時為其提供協助。但為何呼吸機這麼難設計與製造,多國仍缺乏該種重要醫療設備?

呼吸機的功能並非設計困難之處,而是它們如何在高風險環境下以極其可靠的方式運作。

哥倫比亞工程師 Mauricio Toro 向 BBC 表示,如果呼吸機運作失敗,患者很可能會死亡,這就是設計為何如此具挑戰性。他現時已加入該國蒂奧基亞大學 (University of Antioquia) 的研究團隊,完成了三種不同開源 (open-source) 呼吸機的設計。

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加快設計簡單呼吸機作後備方案

設計團隊必須進行長時間的測試,確保呼吸機能極可靠運作,減輕醫護人員工作量。一般而言,醫療設備廠商可能花 2 年時間進行測試,但在疫情之下各國都無這種時間可以等候,尤其 COVID-19 疫苗可能要 18 個月的時間開發。

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各國政府和衛生部門也意識到這挑戰,例如英國政府計劃在不到兩週內增加逾 1,200 多部呼吸機,並預測在疫情爆發高峰時需要 3 萬部呼吸機,並呼籲非衛生業界和大學提供類似戰時的援助。

全球頂尖醫療設備公司之一的飛利浦向 BBC 表示,已正在增加生產線、員工輪班數量,並僱用更多員工應付對醫療設備的需求。英國科技公司 Dyson 上周也宣佈,成功研發呼吸機,最快於本月初交付 1 萬部呼吸機應付英國疫情。

美國康乃爾大學工程師 Andrea Ippolito 指,無必要的話,無人想自製呼吸機,但現時已有數以萬計的人因為無呼吸機而垂危,自製呼吸機是後備方案。他現時加入「消滅冠狀病毒 (End Coronavirus) 」組織協調不同自製和開源呼吸機項目之間的工作。

現時已有不少專家、企業家和義工開發開源呼吸機,這些相對簡單的設計,可讓非洲或南美的製造商可以現有硬件和設備快速而廉價地製造呼吸機。而且由於這些計劃的所有知識產權都可免費使用,因此版權不成問題。這些設計者也以驚人速度研發開源呼吸機。據 BBC 報道,僅在 3 月已有至少 12 個不同研發階段的呼吸機設計計劃在各社交媒體出現。

全球不同團隊設計

都柏林大學學院 3D 打印專家 Colin Keogh 一直領導著一個義工小組,研發開源呼吸機。他的團隊上月中已經發佈了第一個原型,將救護車上常規的面罩復蘇器 (Bag Valve Mask) 自動化。他指,其小組一直尋找方法以極低成本製作呼吸機,作為一道「最後防線」,在極嚴重短缺設備時仍可幫助病人渡過難關。

智利醫療設備初創公司 Pomo 的共同創辦人 Martin Serey 的設計與 Keogh 團隊的相當類似,他們以小型摩打不斷推動槓桿,按壓面罩復蘇器,而 Serey 的團隊亦編寫程式,指令槓桿用不同壓力按壓復蘇器,而且不需額外使用 3D 打印機材料,只用一條繩和一個用鋁或其他普通材料的復蘇器支架就可以完成「改裝」。

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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牛津大學和倫敦帝國學院的研究人員則展開 OxVent 計劃,旨在開發「不如目前醫院使用的複雜呼吸機,但仍可滿足安全性和所需功能的」呼吸機原型。團隊同樣指,呼吸機目標不是要替代現有呼吸機,而是支援病情最嚴重病人,而團隊則正尋找方法以市場上已可找到的技術與零件製造較簡單呼吸機。

應用簡單呼吸機仍有障礙

不過,各種研發的呼吸機,以及與 COVID-19 相關的醫療設備,都必須經如美國美國食品藥品監督管理局 (FDA) 或英國藥品和保健品監管機構 (MHRA) 的批核。有團隊擔心過程需時太長,無法幫助各國已飽和的醫療系統。

這些新設計所用的材料則是另一個挑戰,它們應該要能承受大量磨損,且不易成為病原體的傳播媒介,並能夠在不同清潔方法下保持原有效能。這些要求都使設計過程變得更複雜。 Toro 又指出,設計不可以易燃,而許多材料也很易氧化。

這令一些 3D 打印的零件,未必有用武之地,因為雖然打印過程無菌,但塑膠成品卻可能有大量肉眼看不見的洞孔,很難在此後保持完全清潔與安全。故此,這些 3D 打印的零件可能只適合一次性使用。

即使解決以上問題,最終也要易於被醫護人員使用,換言之設計要盡可能與現有呼吸機相似,或不用太多訓練即可使用。據軟件原始碼寄存服務平台 GitHub 用戶 PubInv 分析,平台上 20 個呼吸機設計,僅有一個比較易於被醫護人員使用。

來源:
BBC, Covid-19: The race to build coronavirus ventilators, 1 April 2020

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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