研究人员为COVID-19患者开发了低成本、易于使用的紧急呼吸机

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的一个工程师和医生团队为COVID-19患者开发了一种低成本、易于使用的紧急呼吸机，该呼吸机围绕着通常在救护车中找到的呼吸袋建造。

团队建造了一个自动化系统将紧急呼吸机的成本降低到每台500美元——相比之下，目前最先进的呼吸机成本至少为50,000美元。该设备的部件可以快速组装，而通风器只需15分钟就可以组装完毕。该设备的电子设备和传感器依赖于来自与医疗保健无关的领域的强大供应链，这些领域不太可能受到短缺的影响。

UCSD MADVent Mark V也是唯一一款配备了压力控制通风设备的设备，该设备可以通过调整来发出压力过低或过高的信号。这一点特别重要，因为过度的压力会导致肺损伤在Covid-19患者中，随着疾病的进展，往往经常经历肺部能力迅速降低。

大多数呼吸机测量泵入患者肺部的空气量，这需要昂贵的气流传感器。相比之下，UCSD Madvent Mark V测量压力并使用该数据扣除和控制气流到肺部。这是降低设备价格的关键。

来自圣地亚哥tUC的团队和行业合作伙伴将寻求食品和药物管理局批准该设备。他们在即将出版的医疗设备和传感器．

“COVID-19 MADVent可以安全地满足多样化需求的病人因为它可以调整呼吸广泛范围的参数需要治疗急性呼吸窘迫综合征,”詹姆斯的朋友说,加州大学圣地亚哥分校教授雅各布斯工程学院和论文的两个相应的作者之一。“结合现成的组件和机械驱动压力控制的易加工部件，使我们的设计既低成本，又能快速制造。”

研究人员还想确保有限的卫生保健工作者所使用的设备可以通风,没有经验与这种类型的系统,它彼得森博士说,这项研究的作者之一系的项目科学家在加州大学圣地亚哥分校医学院的麻醉学。因此，MADVent Mark V使用安全，易于组装和维修。

Casper Petersen博士说：“这个装置可能是在材料稀缺的情况下使用的很好的选择，例如当正常供应链中断，或者在发展中国家和难以到达的农村地区时，”

这种设备并不意味着可以替代重症监护病房中使用的高度复杂的呼吸机。

“相反,我们的低成本的通风机是一个紧急的桥梁在大病人激增的情况下,我们可能没有足够的维持生命的设备”,朗尼彼得森博士说,雅各布斯工程学院的助理教授、兼职教授在加州大学圣地亚哥分校卫生和其他论文的通讯作者。“安全是我们的首要任务;虽然MADVent是一种低技术和低成本的设备，但它实际上提供了强大的、为患者量身定制的呼吸系统，这确实增加了患者在遭受COVID-19相关复杂肺部感染和呼吸困难时的安全性。”

UCSD MADVent Mark V

加州大学圣地亚哥分校的研究小组围绕一个通常在救护车上发现的呼吸袋设计了这种设备，通过手动挤压来帮助病人呼吸。在UCSD的MADvent Mark V中，一个机械桨会挤压袋子。叶片由一系列压力传感器控制，以确保病人获得适当的空气流进肺部。该团队故意将尽可能多的标准医院用品纳入设计中，因为这些物品已经在安全性、使用寿命和兼容性方面进行了严格的测试。

为了测量压力，研究人员开发了一种算法，根据设备的马达旋转了多少圈来计算袋子被压缩了多少，并计算出最终送入患者肺部的空气量。

“肺部的弹性变化非常快，所以能够感知病人的反馈很重要，”朗尼·彼得森医生说。

研究人员在肺部模拟器上连续测试了他们的系统超过200次，符合国际标准组织(International standards Organization)的标准和FDA的指南，以确保其正常运行。该设备还在一个医用人体模型模拟器上进行了测试。

节省成本的关键之一是开发通过急救包压缩空气体积的计算机模型。这使得研究人员可以省去昂贵的气流传感器和控制它们的复杂算法。

使用1.5%双氧水、70%乙醇等常规消毒剂对呼吸机上的材料进行消毒。

“系统在其当前的开发状态下，可以轻松容纳新的模块，这些模块能够实现更复杂的功能，例如流量监控，这可以实现额外的通风模式，并提供有关患者呼吸的更多信息，”Aditya Vasan，A博士朋友在朋友的研究小组和纸张的第一作者。

跨领域合作

临床医生和工程师之间的密切合作使该团队能够在短短三天内组装出一个粗糙的原型。然后他们花了无数个小时完善和测试呼吸机．我们投入了大量的工作来确保它是安全的，并且可以用简单的部件大规模生产。

与UC San Diego高通公司研究所原型实验室的工程师提供了工程设计和制造支持。电气工程师Mark Stambaugh进入微控制器，帮助调整行程循环并控制压缩的速度和体积，以帮助患者呼吸。机械工程师Alex Grant提供了设计支持和指导。

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