开源呼吸机设计:成本仅为传统呼吸机2%

5 月1 日，英伟达首席科学家比尔•戴利（Bill Dally）开源了一款低成本、易组装的呼吸机设计。这款呼吸机成本约为400 美元，而传统呼吸机的价格在供需正常的状态下则超过2 万美元。更惊人的是，戴利说要一进步把这款呼吸机的成本降到100 美元。

在新冠疫情之下，呼吸机是紧俏物资，价格更是飞涨。显然，这款呼吸机在成本上形成碾压。那么，它的功能是否满足医疗需求呢？

戴利表示，相比其他急诊呼吸装置，这款呼吸机可以调节空气压力、流量和容量，让医生更容易调节和监控输入病人肺部的氧气。‌‌“一些急诊呼吸装置不能调节压力，‌‌”他在接受采访时说，‌‌“它可能会对人体造成伤害‌‌”。

在自家车库的工作室里，戴利设计并组装了这台设备原型。

它的关键部件是一个比例电磁阀和一个微控制器，用来调节气体流量。戴利表示，新冠疫情期间，这些关键零件需要大约六周时间才能拿到。为了弥补短缺，零件可用3D 打印，零件备齐后，能在5 分钟内组装完毕。

这款呼吸机连有一个简单的显示器，整体只有一个小型的仪器安全箱大小。

相比其他急诊呼吸装置，这款呼吸机更安全，它可以精确地调节流量，压力和容量，且使用的零件更少、功率更小、成本更低。

这款呼吸机安装了多个传感器，可以准确地测量气流，补偿阀门误差，控制最大压力，使病人自主呼吸，以及监测报警状态等其他功能。项目公开在斯坦福网站上，项目地址：http://op-vent.stanford.edu/

目前，新冠病毒已造成全球医疗危机，目前全世界都迫切需要呼吸机。

在感染新冠的病人中，0.3%到0.6%的病人会发展为急性呼吸窘迫综合征（ARDS）而必须使用呼吸机，戴利解释说。

在英伟达CEO 黄仁勋（Jensen Huang）号召公司研究团队寻找帮助应对新冠的方法后，戴利也开始研究，并通过电话和视频会议，与科技领域和医疗领域的专家迅速取得联系。

戴利的目标是制造‌‌“尽可能简单‌‌”的呼吸机。

四月初，当戴利在Lake Tahoe划皮划艇时有了灵感。

他上网订购了一个电磁阀，电磁阀通过一块电磁铁来控制阀门的开关，然后他拿出了为自家酒窖冷却系统做的微控制器。在家里的电子工作室里熬了几个夜，写了几千行代码之后，做出了一个由常见管道装置和阀门组成的呼吸机原型。

4 月4 日，戴利和英伟达的同事们分享了一段在车库拍摄的视频，视频中的原型设备正在给一个橡胶手套慢慢地充气和放气。

黄仁勋表示：‌‌“它起作用了！‌‌”

为了继续推进这个项目，戴利借鉴了各个学科的专业知识。

他向从前的学生保罗•卡普拉斯（Paul Karplus）询问关键部件的机械工程问题，卡普拉斯因在自动驾驶车辆和机器人方面的工作而闻名。

他还通过一位四年级的医科学生Emma Tran，与医学领域的专家建立了许多联系。

戴利快速得到了斯坦福大学医学院首席住院医师Andrew Moore 博士、著名医疗设备专家兼两家公司的创始人Bryant Lin 博士，以及麻醉师Ruth Fanning 博士等人的反馈。他还求助于拟真环境与模拟学习方向的顶级专家David Gaba 博士，以测试该设备的能力。

4 月17 日，Gaba 博士通过一个复杂的肺模拟器，模拟了正常肺部和两种水平的新冠肺炎，测试了呼吸机原型的各种设置参数。

结果和预期一致。

来自世界各地的200 多名科学家参与了该项目，他们的研究领域包括人工智能、计算机视觉、自动驾驶汽车、机器人和图形学。戴利本人则拥有120 多项专利。他曾在加州理工学院、麻省理工学院和斯坦福大学担任计算机科学系主任，于2009 年加入英伟达，担任首席科学家。

戴利目前正在研究美国食品药品监督管理局的紧急使用许可文件，下一步会寻找批量生产的方法。

呼吸机为何关系到患者的生死存亡

在世界各国抗击新冠疫情过程中，医疗系统是否备有足够的呼吸机决定了无数重症患者的生死。

意大利一名72岁牧师感染新冠后把呼吸机让给别人，等于放弃自己生存的希望，最后因呼吸衰竭而死；西班牙医院呼吸机不够，医生面临在老人和年轻人之间做令人心碎的选择。

确实，不幸感染了新冠病毒并出现了呼吸困难，最重要的是能及时得到医治和使用适当的辅助呼吸。

对那些重症患者而言，呼吸机就是他们的生命线，关系到他们的生死存亡。

因此，在抗击疫情过程中，准备好足够的呼吸机至关重要。英国政府已经购置了大量呼吸机，以应付可能到来的疫情高峰。

那么，到底什么是呼吸机？它怎么使用？

呼吸机原理

简单来说，当肺部衰竭无法呼吸时，则由呼吸机来顶替人自身的呼吸过程。

这可以让患者得以抵抗感染，最终康复。

世界卫生组织（WHO）说80%的新冠肺炎患者症状轻微，不需要住院治疗，但每六个人中会有一人出现重症和呼吸困难。

如果到了这一步，就表明病毒对肺部造成了损伤。

这时，人体免疫系统察觉到了病毒入侵，开始启动对病毒的围剿。

在这一过程中，人体的血管会扩张，以便更多免疫细胞进入血液。

但同时，它也会让液体进入肺部，导致呼吸困难，引起内体氧含量下降。

有创和无创呼吸机

为了缓解病人呼吸困难，医生就会用呼吸机将氧气注入患者肺部。

呼吸机还配有加湿器，加湿器可以调整呼吸机向病人输送氧气中的湿度和温度，以保持和患者的体温一致。

与此同时，医生还会给使用呼吸机的患者用药，放松呼吸道肌肉，来配合呼吸机的使用。

症状轻微的患者不必使用这种有创呼吸机。

医生可以为他们使用面罩、鼻罩和口罩这种无创呼吸机来辅助呼吸。

还有一种整个罩住头部的面罩式给氧装备，它的好处是能减少呼吸中飞沫传染病毒的机会。

这些都是无创呼吸机，因为不需要插管子。

重症监护病房中使用的通常是有创呼吸机，以确保病人身体中的血氧能够保持正常水平。

极富挑战

英国重症监护协会的专家拉哈博士对BBC表示，大多数新冠肺炎患者不需要使用有创机械呼吸机，可以在家治疗，或是使用辅助吸氧就可以了。

拉哈表示，尽管使用呼吸机存在风险，例如，不知道谁有可能会出现长期影响。但有时呼吸机是‌‌“将氧气送入患者体内的唯一方法‌‌”。

此外，还要确保有足够的熟练人手来管理这些到时需要的所有辅助呼吸设备。

拉哈解释说，这是因为呼吸机的操作十分复杂，操作不当会导致患者受伤。

拉哈表示，操作呼吸机技术上极富挑战性。虽然医护人员有经验，也可以让麻醉师们帮忙，但在给新冠病患使用呼吸机时有所不同。

这是因为医生们平时更习惯于为相对比较健康的人进行手术室准备工作，而新冠重症监护的病人更脆弱。

英国国民保健系统NHS目前共有8000多台呼吸机，但英国政府相信在疫情高峰时可能会需要多达3万台。

英国政府目前已经向戴森公司（Dyson）订购了1万台新款呼吸机。

另外，政府还可能从史密斯集团再订购5千台便携式呼吸器。

英国另一家科技公司Gtech也设计了一个呼吸机原型，它可以无需电源提供所需全部供氧。

此外，包括空中客车，美捷特（Meggit）和吉凯恩（GKN）等集团在内的许多其他公司也正在待命，根据现有设计提供更多的呼吸机。

树莓派将替武汉肺炎患者驱动呼吸器

（博谈网记者郑典编译报道）据《Engadget》2020年4月13日（周一）报导：Raspberry Pi will power ventilators for COVID-19 patients

Pi Zero板（图片来源：jsmith7342/Wikipedia/CC BY-SA 4.0）

随着病毒大流行持续使医疗保健行业不堪重负，最明显的需求之一就是呼吸机的供应更加牢靠。为了制造更多的救生设备，制造商正在寻求更快，更实惠的新设计-超级实惠的Raspberry Pi（树莓派，又名覆盆子派）计算器板已成为必不可少的组件。

Tom‌‘s Hardware报告称，树莓派基金会正在增加其Pi板的生产，以帮助为制造商提供足够的设备，以适应对呼吸机的高需求。虽然标价为$5的Pi Zero是该公司功能最差的计算器（它具有单核，1.0 GHz CPU和512 MB RAM），但它仍然有足够的能量来控制呼吸机的相对简单的计算任务。

树莓派板是呼吸机的理想之选的另一个原因是，该公司能够快速提供它们。树莓派的首席执行官兼创始人Eben Upton告诉Tom's Hardware，‌‌“树莓派是‌’按库存制造‌‌”，而不是‌‌‘按订单制造’，因此，我们通常会在短期内交付现货或准备生产产品。‌”

该公司在2020年第一季度生产了192,000个Pi Zero和Pi Zero W板，但目标是在第二季度生产25万个。Upton说，据他所知，这是第一次将树莓派板用作医疗设备组件。

令人鼓舞的是，制造商对自己的设计有所创新，并采用了通常与DIY小区相关的技术。希望这种方法将有助于将更多的呼吸机推向市场-并挽救更多生命。