被全球搶瘋的抗疫利器，呼吸機(jī)開(kāi)源經(jīng)典參考設(shè)計(jì)方案（資料全）

為何呼吸機(jī)是疫情下的必需品？

根據(jù)世界衛(wèi)生組織《針對(duì)疑似新型冠狀病毒感染造成嚴(yán)重急性呼吸道感染的臨床處置指南》，新型冠狀病毒（2019-nCoV）感染的病情可以表現(xiàn)為輕、中、重度。對(duì)于新型冠狀病毒重癥患者來(lái)說(shuō)，常伴有肺炎、呼吸困難和急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）等癥狀。

信息源：Wikimedia

為何感染了新型冠狀病毒的病人會(huì)產(chǎn)生呼吸困難的癥狀呢？這是因?yàn)楦腥拘滦凸跔畈《竞蠓窝走M(jìn)展速度會(huì)加快，從而產(chǎn)生大量粘液和細(xì)胞感染，充滿(mǎn)肺泡并阻塞分支，減少了可用于氣體轉(zhuǎn)移的表面積。當(dāng)然，氣體能觸及的肺泡仍在起作用，但是可用肺泡不足以支撐患者所需氧量，結(jié)果就是氣體轉(zhuǎn)移不足導(dǎo)致呼吸困難，甚至死亡。

在這種情況下，呼吸機(jī)作為一項(xiàng)能人工替代自主通氣功能的有效手段，起到了預(yù)防和治療呼吸衰竭，減少并發(fā)癥，挽救及延長(zhǎng)病人生命的作用，因此在治療新型冠狀病毒感染重癥病例過(guò)程中屬于必需品。

美國(guó)呼吸機(jī)緊缺到什么程度？

根據(jù) WHO 的說(shuō)法，大約 14%的感染者需要住院和氧氣支持，而 5%則需要入住 ICU。以中國(guó)為例，在新型冠狀病毒肺炎病例中，17%的患者采用了呼吸機(jī)進(jìn)行有創(chuàng)機(jī)械通氣治療手段。

信息源：CNBC

根據(jù)世界實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（WorldOmeter）的顯示，目前全球感染新型冠狀病毒患者累積總數(shù)已達(dá)到 93.6 萬(wàn)例，其中美國(guó)累計(jì)確診超 21 萬(wàn)例，單日新增約 2.7 萬(wàn)例，成為全球最大重災(zāi)區(qū)。

信息源：WorldOmeter

按照 WHO 公布的 14%的比例計(jì)算：215,300*14%=30,142；

按照中國(guó)公布的 17%的比例計(jì)算：215,300*17%=36,601；

也就是說(shuō)，根據(jù)美國(guó)目前新冠肺炎病例的總量，我們可以得出呼吸機(jī)的需求量在 3~3.6 萬(wàn)臺(tái)之間。

但是根據(jù)疫情傳播趨勢(shì)，215300 絕對(duì)不是美國(guó)的最終數(shù)據(jù)。2005 年美國(guó)聯(lián)邦政府曾出過(guò)一份推演報(bào)告，如果美國(guó)有嚴(yán)重流感大爆發(fā)，將會(huì)產(chǎn)生 74 萬(wàn)位危重病人，也意味著呼吸機(jī)的需求量將達(dá)到 74 萬(wàn)。

回過(guò)頭來(lái)看一看美國(guó)目前的呼吸機(jī)保有量，根據(jù)約翰霍普金斯大學(xué)健康安全中心 2 月份的一份報(bào)告顯示，美國(guó)大約有 17.27 萬(wàn)臺(tái)呼吸機(jī)，其中 16 萬(wàn)臺(tái)呼吸機(jī)已準(zhǔn)備好在醫(yī)院中使用，大約 1.27 萬(wàn)臺(tái)呼吸機(jī)則被保存在國(guó)家儲(chǔ)備中。

綜上：17.27 萬(wàn)臺(tái)>3.6 萬(wàn)臺(tái)，目前不存在短缺情況；

17.27 萬(wàn)臺(tái)<74 萬(wàn)臺(tái)，未來(lái)可能存在 57 萬(wàn)臺(tái)的缺口。

飛機(jī) / 汽車(chē) / 吸塵器廠商紛紛涌入，制造呼吸機(jī)門(mén)檻何在？

據(jù)德國(guó)《巴登日?qǐng)?bào)》（ Badische Zeitung）3 月 26 日?qǐng)?bào)道，法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)醫(yī)院因醫(yī)療能力不足，不再給 80 歲以上處危重狀態(tài)的病人吸氧，而是使用助眠產(chǎn)品和鎮(zhèn)靜藥物進(jìn)行“姑息療法”。 所謂姑息療法，指的是僅為病人減輕痛苦，并給予臨終關(guān)懷。

于是大量的美國(guó)人開(kāi)始擔(dān)心自己或者家人會(huì)被采取姑息療法，美國(guó)醫(yī)療界和政府也在擔(dān)心，當(dāng)呼吸機(jī)不足時(shí)，到底該選擇放棄誰(shuí)，這是一個(gè)沒(méi)有答案的艱難抉擇。

紐約州州長(zhǎng)安德魯科莫在當(dāng)?shù)貢r(shí)間 24 日的新聞發(fā)布會(huì)上憤怒地喊話(huà)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署：“當(dāng)我需要 3 萬(wàn)臺(tái)呼吸機(jī)的時(shí)候，400 臺(tái)有什么用？就因?yàn)樗土?400 臺(tái)，你（聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署）來(lái)在這 26000 名要死的人里選（誰(shuí)使用呼吸機(jī)）吧?！?/p>

疫情爆發(fā)前，呼吸機(jī)市場(chǎng)年總產(chǎn)值 43 億美元，全球醫(yī)療市場(chǎng)總額 4255 億美元，占比約 1%。一臺(tái)基礎(chǔ)型呼吸機(jī)售價(jià)約為 2.5 萬(wàn)美元，升級(jí)型呼吸機(jī)售價(jià)則為 5 萬(wàn)美元左右。取平均值 3.75 萬(wàn)美元來(lái)倒推：

43 億美元 /3.75 萬(wàn)美元≈11.5 萬(wàn)臺(tái)

假設(shè)疫情期間，產(chǎn)線(xiàn)擴(kuò)張、產(chǎn)能翻番，那么可以供貨量可達(dá)到 23 萬(wàn)臺(tái)，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需求。

于是，在呼吸機(jī)緊缺的現(xiàn)實(shí)面前，美國(guó)政府開(kāi)始呼吁采取戰(zhàn)時(shí)解決方案：某些大型制造企業(yè)暫時(shí)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)呼吸機(jī)。

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目前已經(jīng)表達(dá)了生產(chǎn)呼吸機(jī)意向的汽車(chē)廠商包括美國(guó)的福特、通用汽車(chē)和特斯拉，意大利的法拉利和菲亞特，航空航天技術(shù)廠商包括空客和勞斯萊斯，另外還有吸塵器廠商戴森等。

戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，飛機(jī)汽車(chē)工廠常被改造用來(lái)生產(chǎn)武器或急需品，但生產(chǎn)飛機(jī) / 汽車(chē) / 吸塵器和生產(chǎn)呼吸機(jī)之間真的沒(méi)有門(mén)檻嗎？

汽車(chē)行業(yè)資深分析師（Automobility 創(chuàng)始人）CEO 羅威表示，“只要有合適的工具，車(chē)廠理論上可以進(jìn)行任何項(xiàng)目的生產(chǎn)。由于呼吸機(jī)產(chǎn)品是已經(jīng)有的，不需要重新設(shè)計(jì)，只需要提升產(chǎn)量，所以這對(duì)車(chē)廠來(lái)說(shuō)并不難?！?/p>

但英國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)工程部副主任海倫米斯卻表示，“醫(yī)療設(shè)備和航天工程一樣復(fù)雜，它需要非常非常精確，非常嚴(yán)謹(jǐn)。因此，生產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)流程不是一朝一夕就能完成的，它至少需要數(shù)周的時(shí)間。不擅長(zhǎng)醫(yī)療技術(shù)的公司要花幾個(gè)月的時(shí)間才能從頭開(kāi)始制造零部件?！?/p>

一家法國(guó)汽車(chē)制造商技術(shù)人員表示，“汽車(chē)和呼吸機(jī)兩個(gè)領(lǐng)域的供應(yīng)鏈、生產(chǎn)線(xiàn)都不同，技術(shù)人員的操作方式也不同。但是汽車(chē)企業(yè)比較擅長(zhǎng)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)，熟悉管理流程。”

此外，美國(guó)廠商的這波操作也從另一個(gè)方面印證了這三位的說(shuō)法：借助原有醫(yī)療企業(yè)的技術(shù)平臺(tái)，共同生產(chǎn)呼吸機(jī)。

信息源：CNET

3 月 19 日，馬斯克在 Twitter 上表示，特斯拉旗下汽車(chē)有復(fù)雜的暖通空調(diào)系統(tǒng)，SpaceX 航天器有生命支持系統(tǒng)，因此生產(chǎn)呼吸機(jī)并不難，只是無(wú)法立刻投產(chǎn)，因此特斯拉將與 Medtronic 合作，打造一些不太復(fù)雜的產(chǎn)品；

3 月 24 日，福特公司官方表示，將與 3M 合作生產(chǎn)一種新型電動(dòng)空氣凈化呼吸器，力求在增加醫(yī)療物資的同時(shí)，增加 3M 現(xiàn)有呼吸機(jī)產(chǎn)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)物資儲(chǔ)備；

3 月 28 日，通用汽車(chē)宣布，將攜手 Ventec Life Systems 在位于印第安納州科科莫的工廠生產(chǎn)呼吸機(jī)，預(yù)計(jì)今年夏天月產(chǎn)能將達(dá) 1 萬(wàn)臺(tái)；

3 月 30 日，福特汽車(chē)宣布，將與通用電氣的醫(yī)療部門(mén)合作，在未來(lái) 100 天內(nèi)在密歇根州的一家工廠生產(chǎn) 5 萬(wàn)臺(tái)呼吸機(jī)。

與車(chē)企合作之外，醫(yī)療器械巨頭宣布開(kāi)源經(jīng)典方案

Medtronic 是全球最大的醫(yī)療技術(shù)公司之一，也是全球最大的 ECMO（體外膜肺氧合）供應(yīng)商，在技術(shù)和供應(yīng)鏈方面都有比較大的積累。

PB560 | 信息源：Medtronic

疫情當(dāng)前，Medtronic 除了與車(chē)企合作生產(chǎn)呼吸機(jī)外，還進(jìn)一步以發(fā)行特殊“許可證”的方式開(kāi)源了其型號(hào)為 PB560 的經(jīng)典便攜式呼吸機(jī)設(shè)計(jì)方案，包括完整的設(shè)計(jì)規(guī)格、生產(chǎn)手冊(cè)、設(shè)計(jì)文檔以及將來(lái)硬件的軟件代碼。據(jù)悉該款呼吸機(jī)最早于 2010 年投入市場(chǎng)，并且在臨床方面經(jīng)過(guò)了 10 年多的嚴(yán)格考驗(yàn)。PB560 擁有相對(duì)緊湊且輕巧的優(yōu)點(diǎn)，可以輕松移動(dòng)和安裝，適用于各種不同的醫(yī)療環(huán)境和設(shè)置。

對(duì)于 Medtronic 來(lái)說(shuō)，將經(jīng)典方案開(kāi)源是損失還是收獲呢？

個(gè)人覺(jué)得解疫情燃眉之急實(shí)乃大義。對(duì)于利益方面，看似將技術(shù)外流是一種損失，但往深層思考，短期內(nèi) Medtronic 產(chǎn)線(xiàn)絕對(duì)飽和，開(kāi)源與否不會(huì)產(chǎn)生任何產(chǎn)能和市營(yíng)影響；長(zhǎng)遠(yuǎn)看，PB560 是基礎(chǔ)款，而 Medtronic 產(chǎn)品中更復(fù)雜的型號(hào)，如 PB980、PB840 等還掌握在自己手中，因此這些使用其 PB560 設(shè)計(jì)方案的初創(chuàng)企業(yè)更大可能是成為追隨者。此外，從營(yíng)銷(xiāo)學(xué)的角度來(lái)看，這次的品牌廣告效果絕對(duì)非同尋常，也算是另一種收獲。

資料分享（感謝 Medtronic）

• 系統(tǒng)架構(gòu)圖

注釋?zhuān)?br /> ①進(jìn)氣過(guò)濾器；②低壓氧氣入口接口；③進(jìn)氣消音器；④渦輪機(jī)；⑤出口消音器；⑥呼氣控制閥；⑦閥壓力傳感器；⑧主流流量傳感器；⑨呼氣流量傳感器；⑩近端壓力傳感器；?內(nèi)部壓力傳感器；?近端壓力接口；?呼氣閥接口；?患者吸氣流量出口；?呼氣流入口；?呼氣流出口。

• 原理圖（這里僅展示 CPU 部分）

• Layout 圖（這里僅展示正面圖）