探究DIY呼吸机

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截止2020年3月29日17点，美国新冠确诊已超14万人，紧急时刻，美国总统特朗普27日动用《国防生产法》授予总统的权力，要求通用、福特、特斯拉等汽车制造商尽快生产呼吸机，以应对新冠肺炎疫情。按照特朗普的预期，美国100天内应造出10万台呼吸机。而纽约州州长科莫回应新呼吸机也不知何时能送到医院，毕竟一台呼吸机结构复杂，造价和一辆汽车差不多，在新闻发布会上他拿出这个简易呼吸机向大家介绍，这个产品经过短时间的培训，人工操作，就可以给重症使用。

什么是呼吸机？

呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸,增加肺通气量,改善呼吸功能,减轻呼吸功消耗,节约心脏储备能力的装置。

其基本结构包括：①气源；②供气和驱动装置；③空氧混合器；④控制部分；⑤呼气部分；⑥监测报警系统；⑦呼吸回路；⑧湿化和雾化装置，但呼吸机的给氧浓度,有严格控制。

不同程度的症状,需要对病人端吸入的空氧混合气体中氧气的浓度进行调控,目前大都凭经验对呼吸机输入端的空气流量(潮气量)和氧气流量进行调节控制。

呼吸机的发明历程：

苏格兰人Daiziel在1832年首先设计出了一款负压呼吸机:患者坐在一密闭的箱子中,头颈部显露于箱外,通过在箱外操纵使内置于箱中的风箱产生负压而辅助通气。

然而使负压呼吸机真正流行起来的是1928年,Drinker和Shaw发明的“铁肺”,成功抢救了8岁患脊髓灰质炎的小女孩,开创了“机械通气”历史上的里程碑。

1948年,美国脊髓灰质炎大流行,铁肺暴露出了管理困难、应用范围窄、患者死亡率高(80%)的致命缺陷。工程师Bennett对铁肺进行改良,并联合气管内插管实时正压通气。该举措有力地提高了呼吸机的功用,使脊髓灰质炎呼吸衰竭患者的死亡率降低到12%。

1952年,哥本哈根市爆发脊髓灰质炎,由于缺乏铁肺,当地医生被迫改变思路,在当地麻醉专家的倡议下创立了气管切开手术后压缩气囊间歇性正压通气的方法,临床证实有效降低了呼吸衰竭患者的死亡率。

60年代末期,越战爆发,许多伤员出现急性呼吸窘迫综合症,临床上应用间歇正压通气难以缓解低血氧症状。

1967年,Ashbauhg首次利用呼气末正压(PEEP)治疗ARDS取得满意效果。

1971年Gregory应用持续气道正压(CPAP)治疗新生儿呼吸窘迫综合症取得成功。

80年代,人们开始重视定容型呼吸机容易发生气压伤的缺点,开发了压力支持通气模式(PSV)。

1992年,由于计算机技术的发展,人们开发了PRVC模式,在保证潮气量的前提下实现支持压力的自动调节,疗效更佳。

2000年前后呼吸机进入中国市场。

呼吸机几个DIY方案

（未经医生同意请勿使用）

方案一

找两个塑料瓶（比如，矿泉水瓶，饮料瓶，洗发水瓶等等）。

其中一个塑料瓶用剪刀斜着剪开（塑料断面用打火机烤一下，别划破皮肤），然后形成一个简易面罩，与另一个瓶子的瓶口接上（胶带）。

捏这个瓶子即可加压呼吸（为了让瓶子往复吸气，里面需要塞上蓬松弹性的搓澡球或者毛巾），如果家里有吹头发的吹风机，那就是打开冷风档，把第二个完整瓶子底部剪开，把吹风机戳进去，这样就是半自动呼吸机。如果家里有给气球或者篮球打气的气筒也行。加压一下，将空气灌入肺部，移开，让患者呼气，或者帮患者按压胸口呼气，然后再把呼吸面罩扣上，继续加压，然后移开，重复如上操作。

方案二

鼓风机改装成呼吸机。

运用程序可控制电机速度，呼吸周期。

材料：CPAP面罩，无刷直流电动机电子速度控制器，电流至少为10A，12v直流电源，3d打印的锥形软管适配器。管路，按键开关等。

实验：（1）鼓风机是完整的系统，带有面罩，管路，泵，12v电池和开关。强烈建议使用直流电源，因为电池只能使用约3-4小时。在电池没电的情况下戴上口罩可能会导致危险的二氧化碳堆积。（2）我们可以通过观察电动机电流来检测呼吸周期，添加气压传感器可能会使构造复杂化，不过使用简单的电流感测电阻就容易得多，开发一种更好的解决方案来解决接口口径问题。当前的解决方案将需要一堆胶带来产生足够的压力。

方案三

西班牙公司 protoy.xyz 也开源了一个硬件项目——自动化 AMBU 手动呼吸器。

这个名为 OxyGen 的项目，希望在紧急情况下，能用简单的装置，尽量减轻医务人员的工作量。应用机械的凸轮运动，间歇式挤压简易呼吸器。

孩子们，你们了解简易呼吸机的原理了吗?你也可以动手做一个模型。控制部分可以用凸轮运动挤压空气，手动按键开关，也可以应用开源硬件的主板、传感器、linkboy编程软件来设计工作程序。记得将你设计好的作品图片或实验视频发一个给小小科学家哦！