便携医用呼吸机

1、便携医用呼吸机项目的目的、意义及必要性项目的主要研究开发内容-产品定位（技术定位、质量目标、成本目标）四相关领域国内外技术现状和发展趋势等项目背景五顾客要求/内部要求六项目攻关预期目标、考核指标七项目技术方案与技术路线八项目的资源要求，相关的基础条件、技术改造、技术引进、国际合作等保障措施情况，与其它相关国家科技计划（工作）项目的衔接和分工九项目的经费预算十项目的风险分析（含技术、市场的风险分析等）十一知识产权归属与管理十二项目完成后的经济社会效益分析及成果推广方案一.项目的目的、意义及必要性一种以急性双肺异常为特征的独特类型低氧血症性呼吸衰竭，最早发现于20世纪60年代。当时，在越南外科医院

2、工作的军医称之为休克肺，而民间医生称之为成人呼吸窘迫综合征。后来人们认识到任何年龄的个体均可以发生这种综合征，因此将其改为现在的名称，即急性呼吸窘迫综合征(acuterespiratorydistresssyndrome,ARDS)。ARDS是一种急性弥漫性炎症性肺损伤，可导致肺血管通透性增加、肺重量增加和肺含气组织减少。ARDS的临床标志是低氧血症和影像学显示双肺阴影，而其病理标志是弥散性肺泡损伤(diffusealveolardamage,DAD),即肺泡水肿伴或不伴局灶性出血、急性肺泡壁炎症和透明膜,ARDS有多种危险因素和病因。这些情况共同归到术语ARDS之下，因为无论诱发事件为何，临

3、床特征、生理特征、病理特征和治疗类似。ARDS的临床特征通常在诱发事件后6-72小时内出现，并迅速加重3。患者通常表现为呼吸困难、发绀(即低氧血症)和弥漫性湿啰音。呼吸窘迫通常明显，包括呼吸急促、心动过速、出汗和使用辅助呼吸肌呼吸。也可能存在咳嗽和胸痛。动脉血气(arterialbloodgas,ABG)分析显示低氧血症，常伴急性呼吸性碱中毒和肺泡-动脉氧梯度增加。一般需要高浓度辅助供氧以维持充分的氧合。初始胸片通常显示双侧肺泡浸润影，而CT通常显示广泛的斑片状或融合的气腔高密度影，通常在肺部重力依赖区更明显。浸润不一定要是弥漫性的或严重的，因为任何严重程度的双肺浸润即已足够。就诊时也可能存在

4、与诱因有关的临床表现。例如，由脓毒症导致ARDS的患者可能存在发热、低血压、白细胞增多、乳酸性酸中毒和弥散性血管内凝血(disseminatedintravascularcoagulation,DIC)。对于患有急性呼吸窘迫综合征的病人，严重到足以需要呼吸机的帮助如果没有呼吸机帮助他们，这些病人可能很快就会死去；加上COVID19的换这种有0.3%0.6%会发展成为急性呼吸窘迫综合征，对于这全球多地区爆发的汹涌的大流行病，需求传统全功能呼吸机的患者人数好像已超出能提供的数量；因此，成千上万的生命可以被便携式呼吸机拯救，同时，便携式呼吸机相对于传统呼吸机可以被快速的制造出来。便携式呼吸机简单、成

5、本低、容易装配，同时，它具备治疗大部分患有急性呼吸窘迫综合征的病人。研制开发便携式医用呼吸机，可以丰富公司产品的种类，加上目前全球疫情大爆发，也使其具有不错的社会效益和市场需求。二项目的主要研究开发内容本课题需要开展下述方面的技术研究工作：制作便携式医用呼吸机，气压、流量等参数需满足治疗要求。三产品定位(技术定位、质量目标、成本目标)技术定位：以传统呼吸机以及国外先进技术为蓝本，进行便携式医用呼吸机的研制。质量目标：满足临床需求和市场需求。成本目标：在满足治疗效果和安全性的基础上，尽量降低。四相关领域国内外技术现状和发展趋势等项目背景对于急性呼吸窘迫综合征，目前市场上出现了机械通气、药物治疗、

6、基因与间充质干细胞治疗等治疗方式；下面介绍一下机械通气治疗方式：(1)无创正压通气(NPPV)近来髙流量鼻导管(HFNC)给氧经鼻髙流量供给已加温加湿的氧气替代NPPV治疗。HFNCs与NPPV对比，HFNCs不需要任何鼻罩或面罩，提髙了患者的耐受性。研究发现33%重度ARDS及29%中度ARDS，40%患者进行HFNCs治疗失败，继而给予气管插管，其主要原因是低氧血症的加重及血流动力学不稳定。但是，也有研究表明HFNCs、NPPV及常规氧疗间气管插管率差异无统计学意义，但HFNCs组重症监护病死率明显低于其他两组。由于髙流量鼻导管给氧存在髙失败风险，识别运用适应症十分重要，而且还应在ICU内

7、进行严密的监测，以便及时进行气管插管，尽可能减少有创机械通气的延误。(2)潮气量的个体化ARDS患者病变累及范围、塌陷肺泡区域大小及分布不同而导致肺的不均一性，从而使得肺的顺应性和肺泡可复张的容积也不同，患者真正所需要的潮气量也不同，因此同一标准的肺保护性通气策略不适合所有患者。通常潮气量是根据标准体质量来计算的，然而标准体质量与残气量之间并没有很好的相关性，同样的潮气量在不同的患者中，可以产生不同的肺部应力应变。近年提出气道驱动压的应用可更好地把潮气量个体化，气道驱动压是以潮气量与呼吸系统顺应性之间的比率来衡量的，可以更好地反映肺应力/应变。Amto等发现在不同的潮气量与PEEP组合中，气道

8、驱动压是与ARDS患者预后相关的最强因素。因此，气道驱动压为实现潮气量个体化及识别VALI风险中的是有用的工具。（3）床旁肺复张（RM）RM是通过短暂地增加肺泡压和跨肺压以复张萎陷的肺泡，是ARDS治疗中重要的治疗手段之一。应用适当的PEEP维持肺泡开放，避免肺泡出现周期性的开放与塌陷，增加呼气末肺容积，减少肺的非充气区和充气区的机械应力，减少肺损伤，从而增加氧合等。但也有研究认为肺复张后应用较髙的PEEP并不能改善其病死率，这可能与RM前没有对肺可复张性进行评估有关。肺可复张性评估方法主要通过影像学如肺部HRCT、LUS、电阻抗断层成像技术（EIT）和PETCT法等解剖评估，其中HRCT为肺

9、可复张性评估优先的金标准，但因其髙辐射、便携性差等缺点而导致其未在ICU中规范应用；其次是呼吸力学参数的改变，目前以压力容积（PV）曲线法应用最多；再其次是肺部超声（LUS）能够通过监测肺通气的改善来评估肺泡复张程度。Bouhemad等研究发现，用压力容积曲线法评估PEEP产生的肺复张与用12个肺区域超声图像的改变计算所得的超声再充气评分具有显著的相关性，而且CT结果与超声的肺通气评分之间存在显著的相关性。尽管LUS是一项易于操作、可重复的技术，但较耗时，不适合检测肺过度充气等。（4）俯卧位通气俯卧位通气是通过体位改变增加ARDS肺组织背侧的通气，改善肺通气血流比；另外，还会使肺内胸腔压梯度趋

10、于均一，改善肺组织的应力和应变分布，从而减轻VALI的发生。Guerin等研究发现ARDS患者早期长时间(173)h/d俯卧位治疗能降低28d病死率，增加拔管率，并未增加相关并发症。俯卧位通气虽然技术简单，但操作繁复，有经验的团队采用长时间俯卧位通气可改善早期重症ARDS患者预后，正逐渐成为重度ARDS患者的早期标准治疗手段。但是，ARDS患者实行俯卧位时应排除其绝对禁忌证，如怀孕、不稳定骨折、开放性腹部损伤、血流动力学极度不稳定体外膜肺氧合(ECMO)重症ARDS患者即使采用最优机械通气策略，仍然难以改善氧合，继而出现多器官功能障碍。重症患者通过ECMO可保证氧合和二氧化碳清除，是重症ARD

11、S患者挽救性治疗措施之一。有研究显示若病因可逆的早期重症ARDS患者可通过ECMO治疗获益。但因对照组的机械通气治疗没有标准化，30%的患者没有按照肺保护性通气策略进行通气，而且需要ECMO支持的患者只被分配在一个技能中心治疗，因而也受到质疑。对新型甲型H1N1流感重度ARDS患者研究发现ECMO是治疗该类患者非常有效的呼吸支持方式，能挽救70%80%重症患者的生命。(6)神经电活动辅助通气模式(NAVA)NAVA是通过膈肌电活动(EAdi)信号来促发吸气与呼气，其通气模式是由EAdi的幅度所决定，初步实现了神经冲动与机械通气的直接偶联，通过自身反馈机制改善人机同步性、降低呼吸肌负荷，并有利于

12、增加潮气量与呼吸频率的变异度，可进行个体化潮气量选择，同时具有促进塌陷肺泡复张、指导PEEP的选择，减轻VALI和肺外器官损伤等优势。(7)变异性通气变异性通气是呼吸频率和潮气量按照一定的变异进行变化的机械通气模式，增加呼吸形式变异性，有利于促进塌陷肺泡复张、改善肺内通气血流(V/Q)比、改善氧合、减低呼吸功及减轻肺损伤，可能是一种更加符合生理的机械通气模式。临床随机对照研究发现变异性通气临床应用安全可行，增加潮气量变异度，可改善气体交换和人机同步性。从上面看，机械通气很多方式中呼吸机是不可少的，呼吸机在医疗中也很重要，加之疫情的关系，呼吸机短缺严重；在这一背景下，研发便携式医用呼吸机，希望为

13、更多需要的患者带来帮助。五顾客要求/内部要求便携式医用呼吸机需能够满足对急性呼吸窘迫综合征治疗要求，提高患者的生活质量。六项目攻关预期目标、考核指标便携式医用呼吸机的主要技术难点在于：摸索便携式医用呼吸机的相关参数，治疗病人的同时，尽量减少对肺部组织的损伤。2、主要经济指标项目完成后，可生产投入医疗使用，同时能增加公司产品的覆盖范围，增加能形成具有竞争优势的技术核心。七项目技术方案与技术路线便携式医用呼吸机通过控制气体压力和流量帮助患者呼吸，结构示意图如图1所示：mtOutputToOutputPressureSensorInputAirand02卩ressure%f佃k.理Tria34S.B

14、F.WQT!屮AH1_-.、U-BJll1.-*F”oDortimiaJ图1结构示意图技术方案如下所示：空气从左端的进气口送入。通过压力传感器检测气体压力，避免压力过大对患者的肺部造成损伤。通过流量传感器检测气体流量，保证足够的供氧。压力和流量的控制通过调节比例电磁阀达到目的。八项目的资源要求，相关的基础条件、技术改造、技术引进、国际合作等保障措施情况，与其它相关国家科技计划(工作)项目的衔接和分工技术基础：乐普公司作为国内最早开始介入产品研发的企业之一，在融合国内外技术的同时，独立创新。设备基础：现有材料试验机、UV光固化机、热风焊接机、封口机、激光测量仪、Micro-VU测量仪等仪器设备，

15、公司现有10000多平米的万级洁净车间，以及纯化水设备，压缩空气设备等，完备的物理检验室、化学检验室、微生物检验室。工作基础：乐普有一批具有先进水平的研发、生产、质量、以及临床试验方面的具有丰富经验的人才队伍，有一批勇于开拓和善于创新的决策管理者。九项目的经费预算项目预算支出费用项目研究开发投入额（万）合计（万）1、直接消耗的材料等费用20502、用于中间试验和产品试制的模具、工艺装备开发及制造费，设备调整剂检验费，样品、样机及一般测试手段购置费，试制产品的检验费30十项目的风险分析（含技术、市场的风险分析等）使用中故障主要表现为报警异常、漏气、停机死机或无法开机、潮气量异常等；使用呼吸机相关的固有伤害，临床上通常理解为固有风险或并发症，主要表现是氧浓度低、气胸、呼吸道感染、鼻腔