C2I 2020 2019冠状病毒病应对措施的赢家:快速呼吸

在新冠肺炎大流行初期，英国政府向各行业发出紧急呼吁，寻求各种援助。这种病毒的性质意味着，最紧迫的需求之一是呼吸机，这是一种帮助重症患者呼吸的复杂生物医学机器。

随着英国各地的医院开始发现越来越多的人因呼吸困难入院，来自制造业各个领域的公司开始合作开发多个呼吸机项目。“新冠肺炎应对”工程师C2I奖表彰的不是单个人的努力，而是应对这一挑战的几个合作伙伴的工作。

尽管在医疗领域没有丰富的经验，但巴布科克在87天内召集了来自英国和德国各地的专家，不仅创造了呼吸机解决方案，还创造了两个功能齐全的制造设施。

第一个工作原型在项目启动后5天就建立并运行，以及一个完全开发的制造系统概念。根据巴布科克的说法，呼吸机最复杂的元素之一是控制系统的设计，负责调节病人的呼吸。这部分设备不仅要满足非常接近的公差，还必须经受严格的测试，以确保其安全性和可靠性。

由于有50多个合作伙伴和供应商参与该项目，沟通和信任至关重要。建立了强有力的治理框架，以增强项目负责人的权能，并确保问责制、公平和透明仍然是合作的核心。一周七天，召开一个核心的scrum会议，然后推动各个子团队的议程。通过SharePoint上的中央存储库和各种会议软件，交流变得更加便利，WhatsApp甚至被用于临时更新。

最终的结果是一种低成本、高质量的呼吸机，更接近于icu中的设备类型，而不是在紧急情况下使用的临时设备。虽然Zephyr Plus还没有上市，但它仍然准备在未来的任何时候上市，同时还有一个生产管道，可以在短短6周内生产1万台。

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在英国呼吸机挑战赛宣布后的一周内，OxVent团队的早期化身向内阁办公室展示了一个低成本的原型。尽管最终发现呼吸机的临床需求比最初担心的要低，但这次合作已经生产出了一种全新的医疗设备，可以在紧急情况下部署。

据OxVent公司介绍，这种通风机大约有100个部件，其中大部分都是现成的，而且它只有一个活动部件。基于气动“瓶中袋”原理，该装置有一个比例电磁阀，控制以4巴的速度向密封盒注入空气，压缩内部的标准袋阀面罩，置换等量的空气，用于为患者通风。

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通过硬件和软件控制防止超压引起的肺损伤，并通过全套警报提供额外的保护。有两种操作模式:强制通气和辅助控制通气，通过检测患者自发呼吸的尝试，并触发以预先设定的音量呼吸。作为一种量控呼吸机，OxVent的需氧量也比标准的压控呼吸机和高流量氧气治疗低得多，减少了医院对氧气供应的需求。

在Smith+Nephew的赫尔工厂建立了一条生产线，生产能力为每周5000台，成本价格约为每台1000英镑。英国的需求意味着该设施从未投入使用，但OxVent正在探索向低收入和中等收入国家(LMICs)供应设备的机会，无论Covid如何，这些国家对机械通气的需求预计都会增长，而合适设备的短缺可能是生死攸关的问题。

珍顿国际是一家总部位于汉普郡的制造业中小企业，约有25名员工。公司成立于1973年，目前专注于食品行业的自动化系统。尽管之前没有医疗专业知识，但它觉得有必要响应政府的行动呼吁，依靠该公司在过程自动化方面的知识来支持紧急通风设备的创建。

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根据Jenton的说法，这两个领域都需要具有复杂控制算法的机器，以确保在一系列多变的条件下具有高水平的重复性和准确性。对于呼吸机来说，这意味着能够在规定的时间内为患者提供所需的体积和比例的空气或氧气，但背压不同，最大和最小标准也有限制。此外，该系统必须是故障安全的，并由经过医学培训的专业人员以他们期望的标准商用系统的方式使用。

撇开商业竞争不提，合作伙伴在三周内就生产出了一个工作原型，从现有的呼吸机供应链之外采购部件，所有的呼吸机挑战参与者都被要求这么做。低于预期的需求意味着该设备从未投入生产，但珍顿意识到这本身就是一个积极的结果，以有价值的事业的名义与志同道合的工程公司合作本身就是一种回报。

利用3D打印和先进的计算流体动力学(CFD)， jfd领导的联盟开发了一种新型的无创呼吸机，基本上开辟了一个全新的医疗设备类别。

传统的ICU呼吸机需要对患者进行插管，气管内插管向下进入肺部。这是一种专业的技术，需要大量的临床技能——以及对患者的镇静——但对呼吸周期提供密切的治疗控制。低侵入性技术，如CPAP(持续气道正压通气)可以帮助呼吸短促。然而，CPAP要求患者保持呼吸才能有效，在严重的Covid病例中使用有限。

InVicto呼吸机寻求将两者的优点结合起来，为不能独立呼吸的患者提供充分的通气，同时避免了有创插管的需要。JFD首先与Angus 3D解决方案合作，快速创建了许多原型聚合物呼吸机。后来，该公司与弗雷泽-纳什咨询公司(Frazer-Nash Consultancy)合作，对设计进行了改进，该公司开发了一个CFD模型，以模拟整个呼吸周期内通过呼吸机流体逻辑元件的气体流动。由于InVicto灵活的设计，该设备适用于各种场景，提供全面的通风支持，包括患者监测、呼吸气体和氧气管理以及警报。

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