多患者应急呼吸机原型开发与功能评估：应对医疗资源短缺的灾难备份方案

这篇研究开发了一种模块化多患者应急呼吸机（MEV），通过压力控制的贝尔罐系统（BJS）实现10名患者同步通气支持，解决了传统呼吸机共享技术中的交叉感染和压力失衡问题。原型测试显示，在正常操作下可实现9.6次呼吸×L×min?1 的分钟通气量，并通过安全机械约束降低突发气动断开风险，为灾难场景（如疫情、战争）下的ICU资源短缺提供了快速部署解决方案。

　　

引言

医疗资源短缺问题在疫情、战争等灾难场景中尤为突出，机械呼吸机的匮乏促使研究者探索共享通气技术。然而传统方法存在交叉感染、通气参数失衡等风险。多患者应急呼吸机（MEV）通过创新的贝尔罐系统（BJS）和模块化设计，为10名患者提供压力控制通气支持，成为灾难医学领域的重要突破。

材料与方法

MEV原型构建
核心组件包括：

1. 医疗气体供应系统（SS）：假设部署环境具备医用气体供应能力。
2. 压力稳定器（BJS）：通过重力调节维持30-31 cmH₂
   O恒定压力，内置安全泄压机制（图2）。测试显示，附加4 kg重量时压力稳定性提升（图3）。
3. 骨干管道分布（BPD）：采用快速组装铝管系统（内径50 mm），支持线性/L型/C型布局（图4），连接患者控制单元（PCU）的柔性管配备防脱扣快速接头。

患者控制单元（PCU）
每单元包含电磁阀（ASCO D132）、流量传感器（FS1015 CL）、微控制器（STM32）等，实现时间循环控制（吸呼比1/1.5，频率20次/min）。成本估算显示10患者配置约10,000美元（表1）。

测试平台设计
使用被动RC电路模拟ARDS患者呼吸力学（表2），分为轻/重/危三级（C1-C3，R1-R3）。测试聚焦最远端患者（P0）在正常/突发条件下的通气表现。

结果

正常操作
P0达到0.48 L潮气量（TV），分钟通气量（MV）9.6次呼吸×L×min^?1
，压力曲线稳定（图7）。

极限测试

1. BJS安全性：过压时通过液面泄压（图8），无压力异常；快速充气导致短暂PIP升至34 cmH₂
   O（图9）。
2. 突发断开：气管导管/呼吸回路断开影响轻微，但骨干管道断开使PIP骤降至10 cmH₂
   O（图13）。
3. 同步呼吸：患者同步吸气时PIP降低至27 cmH₂
   O（图15），提示线性布局需避免。

讨论

MEV的创新性体现在：

1. 压力去耦合：BJS消除患者间流体动力学干扰，克服共享通气的参数失衡问题。
2. 快速部署：4小时内完成组装，适应不同空间布局。
3. 成本效益：量产可进一步降低成本，适合资源匮乏地区。

与既往研究对比，MEV的PIP损失（7%）与数值模拟（6.8%）高度吻合，验证了设计可靠性。但需警惕柔性管断开和同步呼吸的风险，未来需升级医用级材料并整合氧源系统。

结论

MEV为灾难场景提供了一种安全、可扩展的通气解决方案，其模块化设计和内在安全机制显著提升了应急医疗响应能力。后续研究将聚焦于交叉感染防护和临床转化测试，推动其成为ICU标准备份设备。