【科技．未来】续命呼吸机缺货 车厂“转行”可以救急？
当升斗市民在抢口罩，新型冠状病毒肺炎（COVID-19）患者却要争夺另一紧绌的救命资源—呼吸机。上月底有报道指，确诊新冠肺炎的72岁意大利神父Giuseppe Berardelli将教区为他购买的呼吸机主动转赠予年轻患者，自己最终病逝。消息引起广泛关注。
根据世界卫生组织（WHO），80%的新冠肺炎患者症状轻微，毋须住院治疗，但每六个患者就有一个出现重症和呼吸困难。伦敦帝国学院一份报告估算，因新冠肺炎住院的患者中，有30%可能需要借助机器呼吸。于是，欧美多间大型制造业者近日都主动或被政府要求投身呼吸机生产。然而，这些制造商要从生产汽车、飞机等转为生产非本行的呼吸机，运作效率和实际效益有多高呢？
当患者需要借助呼吸机续命时，医生就会为患者插喉至呼吸道，按患者需要把空气混合额外氧气泵入肺部。呼吸机的加湿器可以调整向病人输送氧气中的湿度和温度，保持与患者体温一致；也可以调校空气和氧气输入肺部的速度、氧气混合量、每分钟呼吸的次数、患者呼吸时的空气潮气量（tidal volume）等。一些症状较轻的患者或可不需使用这种侵入式的呼吸机，而是用面罩、鼻罩和口罩等非侵入式呼吸机辅助呼吸。
在现时严重的疫情下，全球呼吸机严重短缺。美国纽约州州长科莫（Andrew Cuomo）在上月底就公开投诉联邦政府的呼吸机供应不足：“你选择了那26,000人去死，因为你只送了400个呼吸机来。”设计和生产呼吸机的困难不在于它们的功能，而是必须确保机器能在高风险的环境下以极其可靠的方式运作。有份设计三款呼吸机开源设计的工程师Mauricio Toro说得直接：“生产它之所以有挑战性，是因为（呼吸机）无法运作的话，患者很可能会死。”
各大型制造业者如空中巴士（Airbus）、劳斯莱斯（Rolls-Royce）、西门子（Siemens）等近日都开始设法参与生产呼吸机，即使这不是它们的本行，但欧美各国政府认为可以借助他们的生产能力应付需求。现时，英国公营医疗服务机构“国民保健服务”（NHS）只有约8,000个呼吸机，首相约翰逊3月中要求各行业的制造商协助生产共3万个呼吸机，以应付疫情。美国总统特朗普上月底亦引用《国防生产法》（Defense Production Act），下令企业如3M、福特汽车（Ford）、通用电气（GE）等生产呼吸机和口罩。
从生产汽车到呼吸机
与其自己从头开始设计研制，不少制造商希望帮助现存的呼吸机专门生产商增加产量。上月中，通用汽车（GM）宣布支援位于印第安纳州的工厂生产医疗设备商Ventec Life Systems，以帮助这间小规模的生产商提高呼吸机产量。该公司每月产量一般约为200部，GM将有1,000名员工返回岗位组装这些机器，预计首批呼吸机可于本月中交付，到5月中至6月初时，每月产量可达10,000部。
福特和GM旗下的GE医疗上月中也宣布合作增加生产Airon的呼吸机。这间小公司的“简化”设计呼吸机以气压运作，毋须用电，已获美国食品及药物管理局（FDA）核准，但产能严重不足，一般每天只能生产两至三部呼吸机。福特一支团队花了一个周末拆开Airon的呼吸机，3D扫描了约250个零件，并拆开和重组配件。他们又拍摄生产的每个步骤来简化工人培训，规划了需要多少工作站加快速度，以及需要什么工具和设备，并联络供应商确保一切就绪。福特计划于本月20日那周开始生产，预期可在100天内生产50,000部呼吸机，并逐步达至每月30,000部的产量。电动车生产商Tesla亦宣布将会重开位于纽约州的太阳能电池板工厂，生产Medtronic的呼吸机。
在疫情严重的意大利，政府已要求国内呼吸机生产商Siare将每月正常产量提高至三倍。车厂快意佳士拿集团（FCA）表示，在法拉利（Ferrari）和控股公司Exor的支持下，它在意大利北部的工厂已生产了首批电动气阀，是呼吸机的一个重要零件。FCA说，Siare估计能借此把呼吸机总生产时间缩减30至50%。
平治一级方程式车队（Mercedes-AMG F1）则以略为不同的方式帮忙。上月底，他们与伦敦大学学院合作，改良了现有的连续正压呼吸器（CPAP）设计。从首次会谈到产出首个成品，平治车队仅花了不足100小时。这呼吸装置已获英国药品和保健产品监管局（MHRA）核准。这种呼吸器早已用于睡眠窒息症患者，它向呼吸困难的患者提供稳定氧气，但主要针对症状较轻、能够自行呼吸的患者，可以在标准病房中使用。有份参与改良的伦敦大学学院重症加护顾问Mervyn Singer解释：“这些装置可以确保呼吸机这种现时有限的资源只用于重症患者，有助拯救生命。它们将首先在伦敦大学学院医院（UCLH）测试，我们希望它们能够在全英国的医院发挥作用，减少对重症加护人员和床位的需求，以及在毋须使用侵入式换气下帮助患者康复。”
英国皇家联合医院麻醉学和重症加护医学教授Tim Cook补充：“如果患者可以使用CPAP，那么他们可以由专科护士照顾，毋须深切治疗部（ICU）护士。一般病房可能需要两个护士和一个医生照顾十个病人，但ICU内十个病人可能需要五至十个护士和三至四个医生。ICU需要的成本和人力大得多，也更复杂和危险。”
伦敦大学学院表示，CPAP装置已在中国和意大利的医院中用于治疗新冠病毒感染者，并有报道指大约一半的新冠肺炎患者可因而避免使用呼吸机。经过临床试验后，平治和其他一级方程式车队预计每天可生产多达1,000个CPAP装置。
改良设计作为补充
有些科技公司和科学家没有直接辅助专业呼吸机生产商，而是想以其他呼吸机设计来帮助应对疫情。以出品吸尘机和干手机闻名的戴森（Dyson）上月底获英国政府下单提供10,000部呼吸机。Dyson声称在接单10天后已设计并制造出专为新冠肺炎而设的CoVent呼吸机，目前正以人体测试。CoVent能安装在病床上，增加便携性，有需要时可切换以电池供电，因此能更方便应用于野外医院，例如近日启用的伦敦南丁格尔医院。创办人James Dyson私人资助了额外5,000个CoVent，当中1,000个捐给英国，其余捐赠予国外医院。
当一部精密可靠的呼吸机索价25,000至50,000美元之间，以现时需求量，恐令医院难以负担，卫星发射技术公司维珍轨道（Virgin Orbit）就希望以简化和低成本的呼吸机来解决此一难题。他们最近制作了一款装置，将人工急救苏醒球（Ambu bag）改装成呼吸器。那是一种急救常用的手压式胶囊，他们利用摩打转动一个形状像薯仔的凸轮，再将一块金属板压向胶囊泵气，取代人手操作。
为了能快速大规模生产，维珍轨道设计时以控制三个关键变量为目标：每分钟呼吸次数可由改变摩打速度控制；潮气量（从袋子中排出的空气量）和吸气呼气曲线（吸气和呼气所花时间）则以更换组件调节。要改变潮气量，可把压向胶囊的金属块换成较大或较小块；旋转凸轮的形状（可换成较圆的凸轮）决定了压缩胶囊时间，因而决定了吸气呼气率。维珍轨道特殊项目副总裁Will Pomerantz向科技媒体The Verge说：“我们不是医生，也不是医疗设备制造商，这不是我们的背景，我们对这些人表示敬意。但另一方面，我们有很多工程师，有一个很好的工厂，也有一个很好的制造工厂机械车间。总有一些东西我们可尝试。”
美国麻州理工学院（MIT）的团队最近展开的E-Vent计划亦有类似的低成本呼吸机设计，正准备提交予FDA在“紧急使用授权”下快速审核，并将设计在网上公开。
意念类似的还有英国牛津大学和伦敦国王学院工程师、麻醉师和外科医生组成的OxVent团队。他们近日研制的呼吸机原型同样使用了人工苏醒球，放在密封的玻璃盒内，在医院可将压缩空气输入盒中挤压苏醒器，再经喉管将混合了额外氧气的新鲜空气泵入患者体内。“我们的目标是能够使用市场上可用的组件和材料来生产这些原型，以便大家可以在大学实验室之类制造这装置。”伦敦国王学院人类生理学高级讲师Federico Formenti说。他认为这些貌似简陋的呼吸机亦有其角色：“创造出新的设计与现有款式的呼吸机互补，可以有助满足需求。生产商不能一夜之间就转型，不能直接将一级方程式的零件放入呼吸机，需要时间。”因此，他们这种机器并非要取代现有的呼吸机，而是在疫情最严重之时为患者提供支援，并在“医院没有标准呼吸机的情况下，为患者提供另一个选项支持呼吸”。
比起经验证和核准的款式，新设计需要克服一些挑战。例如呼吸机所用的材料应能够抵受磨损、不容易传播病毒，并适用于化学剂或紫外线等多种清洁方式。呼吸机毕竟要由专业医护操作，因此它们的操作方式也应该尽量与现有款式类似，或者尽量简单。这一点对应对现时疫情尤其重要，例如美国国家医学科学院（NAM）就建议医院“把培训人手操作呼吸机的需要减至最低”。
当然还要通过安全测试。美国FDA和英国MHRA都因应疫情，在上月修改了呼吸机和其他医疗设备相关指引，以加快审批生产程序，方便非传统呼吸机生产商转换供应商和材料，更容易调整生产线。但英国商务大臣岑浩文（Alok Sharma）强调，Dyson和其他供应商制造的呼吸机必须满足监管要求，才能由“国民保健服务”使用。
不如资助专业厂家
虽然这些制造业者诚意可加，但也有不少专家和呼吸机业者质疑这些经验不足的制造商可以帮多少忙。设计和制造呼吸机过程毫不简单，有业者亦怀疑汽车制造商是否有能力生产。位于瑞士的Hamilton Medical是呼吸机主要制造商，其行政总裁Jens Hallek指出，生产呼吸机需要特定的材料和组件，以及专门知识。其美国分公司行政总裁Bob Hamilton更明言：“这不是钱和人手够不够的问题。呼吸机是高度专业化的救生机械，需要格外小心和精确制造。因此，它需要训练有素的人来做，而且需要时间。”
ICU使用的呼吸机通常具有许多组件，包括压力产生器、病人呼吸回路、吸气流量调节器，以及一堆感应器、过滤器、气阀和警报器。爱丁堡大学汽车业专家及管理系教授Nick Oliver就质疑：“要汽车制造商或任何并不精通医疗器械生产的制造商帮忙的想法，都非常天真。在汽车业中，我想不到有任何产品能够类似呼吸机那样，令空气和氧气四处移动。”
所以，Hamilton Medical有别于一些行家，未有与汽车制造商合作，并对这样做的效用有所保留。Hamilton解释：“只是将设备组装起来是不够的，还必须进行相应测试，而且，美国每个医疗制造商都需要得到FDA核准，这并不容易。我们认为，在已有的专业技术和批准下扩大生产才更有效率。”即使是与福特和GE医疗合作的Airon，其行政总裁Eric Gjerde也坦言，就算是最好的团队，若不习惯制造医疗器械，也难以快速转型。他认为这种做法在生产某些组件上可行，但提醒“交到不知道自己在做什么的人手上，会太危险”。
对于想要自行研制呼吸机的“新晋”生产商，呼吸机大型制造商ResMed行政总裁Mick Farrell就宁愿他们协助原有业者提高产量，而不是争夺稀少的资源：“当我们得到其他人的帮助时，例如大型电动车制造商，我们会说‘太好了’！其实不需要另一条终端生产线，我们要的是锂离子电池，又或者是太空制造商那里的某个组件。”
继续阅读︰多方增产呼吸机 尚要克服什么问题？
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上文节录自第209期《香港01》周报（2020年4月14日）《续命呼吸机缺货 车厂“转行”救急 帮了多少忙？》。
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