呼吸机

呼吸机（mechanical ventilator，ventilator）或呼吸器，是一种可有效代替、控制或改变人的正常生理通气，改善呼吸功能，降低的医疗设备，属于呼吸支持装置的一类。其基本工作原理是建立气管与肺泡之间的压差而产生气流，可以为生理上无法通气或通气不足的患者提供机械通气支持。

现代呼吸机通常为由微处理器控制的电子设备，但在紧急情况下，也可使用手动操作的球囊面罩（袋瓣罩甦醒球 Bag-Valve Mask）进行通气支持。

呼吸机主要应用于重症医学、家庭医疗与急救医学（作为独立设备），以及麻醉学领域（作为麻醉机的一部分）。

在20世纪中期，“respirator”一词曾被用于指代呼吸机（例如“Bird respirator”）。然而在当代医学术语中，“respirator”通常指用于防护有害空气中物质的面罩式呼吸防护设备。

结构与控制系统
在最基本的形式下，现代正压呼吸机通常由压缩空气储气装置或涡轮驱动系统、空气气源与氧气气源、阀门与管路系统，以及一次性或可重复使用的“患者回路”组成。

空气在储气装置中每分钟多次加压，输送给患者，或者更多时候是输送空氧混合气体。若采用涡轮驱动方式，呼吸机通过涡轮推动空气，用流量控制阀按预设参数调节压力。

当送气结束后，患者通常依靠肺组织的弹性回缩力进行被动呼气。呼出的气体一般通过患者回路中的单向阀（亦称呼气阀）排出。

现代呼吸机通常还配备监测与报警系统，用于监测与患者相关的参数（如气道压、潮气量与流量）以及设备运行状态（如气体泄漏、电源故障或机械故障）。还配备备用电池、储氧装置及远程控制功能。

传统的气动驱动系统现在已被计算机控制的涡轮泵系统所取代。

结构与控制系统
现代呼吸机通常由小型嵌入式电子控制系统进行控制，可以根据患者个体需求精确调节气道压与流量等参数。通过对通气参数进行精细化调节，提高患者对通气支持的耐受性与舒适度。

在部分国家（如加拿大与美国），通气参数的设定与调整通常由呼吸治疗师负责，设备维护与性能管理则由生物医学工程技术人员承担。在英国及部分欧洲国家，患者与呼吸机之间的临床管理工作多由重症护理护士负责。

患者回路
患者回路通常由三条功能分离的轻质耐用塑料管路组成，分别用于输送吸入气体、监测气道压力以及排出呼出气体。根据通气方式的不同，回路的患者端可采用无创或侵袭性接口。

通气接口方式
无创通气方式包括持续气道正压通气（CPAP）及非侵袭性通气（NIV）。对于仅在睡眠或休息期间需要呼吸支持的患者，通常使用鼻罩或面罩进行通气。

侵袭性通气方式则需要建立人工气道。对于长期依赖呼吸机的患者，通常采用气管造口（气管切开）套管，以提高舒适性并便于长期护理，相较于经口或经鼻气管插管更为适宜。

生命攸关系统
由于设备故障可能危及患者生命，因此机械通气设备通常被归类为生命攸關系統 ，因此，其设计需确保高度可靠性，包括供电系统的稳定性。现代呼吸机通常采用冗余设计，以避免单一故障点（single point of failure）危及患者安全。呼吸机会配备备用手动机制，在电力中断时仍可通过手动方式维持通气（如整合于麻醉机中的呼吸机）。呼吸机还会设有安全阀门，在断电情况下自动与大气连通，作为防窒息阀允许患者自主呼吸。某些呼吸机还可配备压缩气体储气罐、空气压缩机或备用电池，在电源中断或气源故障时继续提供通气支持，以及在机械或软件故障时操作或呼叫帮助的方法。

在家庭护理环境中，若发生长时间停电（例如自然灾害期间），对于依赖呼吸机的患者可能构成严重风险。短时间停电通常可由电池供电维持，但持续性电力中断可能需要转移至具备稳定供电条件的医疗机构。

2019年冠状病毒病疫情
疫情导致生活必需品和医疗用品的短缺，一些国家已经出现呼吸机短缺。

据《纽约时报》报道，美国联邦公共卫生机构评估了疫情期间呼吸机的需求，并与一家私人公司签约，开发和生产4万台低价呼吸机。但是，该承包商被一家价值数十亿美元的竞争对手收购，并取消了合同。

2006年（在乔治·沃克·布什的领导下），联邦机构生物医学高级研究与开发局（BARDA）意识到美国很可能会遇到需要大量呼吸机的呼吸道疾病，因此他们拨款6美元与加利福尼亚一家小型公司Newport Medical Instruments签订了价值100万美元的合同，以每台3,000美元以下的价格制造40,000台呼吸机。 2011年，上述公司向疾病控制中心发送了3个原型机。 2012年，年产值120亿美元的医疗设备制造商Covidien制造了更昂贵的竞争性呼吸机，并以1亿美元的价格收购了Newport。 Covidien推迟了上述合同，于2014年取消了合同。 BARDA重新与一家新的呼吸机制造商（飞利浦）签订了合同，2019年7月，FDA批准了飞利浦呼吸机上市，政府订购了10,000台呼吸机，并计划于2020年中交付。

疫情期间对医疗用品的出口限制
为应对冠状病毒肺炎疫情，54个政府对医疗用品出口实行了限制。

主要厂商
參見

• 開源硬體
• 呼吸治療
• 呼吸治療師
• 持續性正壓呼吸器

参考文献
外部連結
*[https://www.bbc.com/news/health-52036948 Coronavirus: What are ventilators and why are they important?]
*[https://www.agorize.com/en/challenges/code-life-challenge Agorize - Code Life Ventilator Challenge]