隨著海外的疫情的蔓延，各國累積了越來越多的患者，全世界醫療物資都有著巨大缺口。重症患者的進一步增加，使呼吸機成為了比口罩還要緊缺的醫療物資。不同於僅有防護性作用的口罩，呼吸機是重症患者治療中必不可缺的器械，在重症病人肺部炎症較為嚴重的情況下，只有使用呼吸機進行輔助治療才能保證患者的血氧含量，可以說呼吸機是很多重症病人活下來的希望。
歐洲疫情防控形勢十分嚴峻，其中確診較高的意大利目前呼吸機數量只能滿足不足四分之一的需求。而美國疫情最為嚴重的紐約州，預計需要3萬到4萬臺呼吸機。醫療條件較差的非洲甚至一個國家只有一臺呼吸機。面對如此大的需求，就連新能源汽車廠商特斯拉的CEO馬斯克也許諾：若呼吸機短缺，特斯拉可以轉而生產呼吸機。
面對如此嚴峻的疫情以及呼吸機緊缺的現狀，近日，美國醫療科技巨頭——美敦力向全球共享了旗下呼吸機全套知識產權：包括設計原理圖、生產規範、說明書及軟件代碼等[1]。這一舉動意在鼓勵各大生產商”抄作業”，發揮各自優勢進行呼吸機制造，挽救更多的生命。
美敦力共享呼吸機關鍵技術
公開的這款呼吸機型號為Puritan Bennett™560（下文簡稱PB560），是一款輕便、緊湊型的便攜式呼吸機，可用於臨床和家庭環境，能夠為成人和兒童提供可移動呼吸支持[2]。這款呼吸機最早於2010年投入市場，在臨床方面經過了10年多的嚴格考驗，雖然PB560不是美敦力最新、最複雜一款呼吸機，但基本功能穩定、相對更簡單的結構更加適合各大產商在全球疫情嚴重的期間進行批量生產。
小編在得知此消息後馬上登陸了美敦力國內的官網通過註冊下載了該項技術的相關資料，接下來就向大家簡單介紹一下美敦力此次公開的“商業秘密”。
呼吸機氣體輸送系統主要由一個能夠提供足夠流量和壓力範圍的氣流發生器，以及能夠控制呼氣閥的三通閥組成。流量發生器是由無刷電動機驅動的低慣性微型渦輪壓縮機，閥門則是比例電動閥。這兩個執行器根據特定的控制算法由微處理器接收控制，該微處理器從內置在通風機中的壓力和流量傳感器處接收信息。電源管理系統負責提供在不同電源和內部電池的調節負載之間運行和切換所需的能量轉換。
氣體運輸系統
上圖是PB560呼吸機的氣體輸送系統的示意圖，圖中1是進氣過濾器，外界的空氣經過該過濾器的清潔之後進入渦輪壓縮機4，該呼吸機使用的高速低慣性空氣壓縮機是直接控制患者氣體流量或通過主流途徑的壓力的器件，可以說渦輪壓縮機4是呼吸機非常重要的核心元器件。呼氣控制閥6驅動患者的呼氣閥迴路，主流流量傳感器8和近端壓力傳感器9用來監控輸送到患者的氣體流量以及傳遞給患者的氣體壓力。內部壓力傳感器10用來監測呼吸機出口處的壓力，在斷開近端管路時能夠提供安全的後備壓力測量。
作為呼吸機的氣源裝置的重要組成部分，壓縮機負責為整個呼吸機提供過濾後的乾燥空氣。壓縮機的種類較多，根據壓縮方式通常可以分為容積式和動力式。動力式壓縮機是以運動能源轉換成壓縮能源達到壓縮目的。如本次美敦力所公開的這款呼吸機的壓縮機就是動力式壓縮機；而容積式空氣壓縮機是以容積減小達到壓縮目的。
通過一些公開的資料能夠讓我們掌握一個行業的關鍵技術內容，但在多數情況下各大產商的核心技術內容並不會隨意公開。那麼我們還能通過什麼方法進行了解和學習呢？
相關技術在申請專利後，會在法律保護下的公開，任何人都可以通過公開的文本瞭解或掌握該技術，但未經專利權人的許可，任何人都不得通過學習和模仿該項技術進行生產、銷售、許諾銷售、使用、進口。因此通過對專利的檢索以及後續專利文獻的分析也是我們掌握最新技術的關鍵手段。接下來小編為大家從專利角度介紹醫用壓縮機相關技術的發展方向及發展趨勢。
醫用呼吸機壓縮機專利趨勢
通過在智慧芽數據庫中對呼吸機的壓縮機進行初步的檢索，得到了相關專利6000餘篇，2000餘項專利族。其近20年的申請趨勢如下：
申請趨勢圖
能夠看出近20年來，全球範圍內用於呼吸機的壓縮機相關專利申請量整體波動較大，但依舊呈上升趨勢。在2001年至2011年間申請量有較大的波動，此時醫用壓縮機發展處在技術萌芽階段，其申請量相對較低；2011之後該技術進入了一個快速發展期，專利數量逐年增長，由於2018-2020年部分專利尚未公開，因此整體數量有了一定的減少。但由於本次疫情的爆發，2020年後的幾年間，呼吸機的專利申請量大概率會出現新一輪的增長。
通過對專利檢索結果的IPC分類號統計能夠看出，醫用壓縮機的專利大部分集中在A61M16/00（以氣體處理法影響病人呼吸系統的器械，入口對口呼吸；氣管用插管）大組下。
技術分佈圖
在專利申請人部分，上圖給出了前十的標準化申請人，佔比第一的是RESMED（瑞思邁），作為全球呼吸機制造的龍頭企業，產品的競爭力不言而喻，在專利佈局方面也有著巨大的優勢，可見專利能夠有效保護企業核心技術。在壓縮機方面，2002年瑞思邁兼併了美國壓縮機專業公司SM，以打造更加專業的醫用呼吸機。TEIJIN(帝人株式會社)是日本著名的跨國公司,在壓縮機方面也有相當數量的專利申請。在本次檢索結果的申請量前十的申請人中，北京誼安醫療系統股份有限公司是唯一的中國企業。通過對專利申請人的分析能夠得知該產業中的龍頭企業及產業整體競爭格局。
專利申請人分佈
呼吸機壓縮機相關專利技術解讀
（1） US10578118 包括具有分開的空氣出口通道的鼓風機的患者換氣裝置（非變容離心泵）
本篇專利是RESMED公司2020年3月公開的發明專利，專利介紹了一種模塊化通風或呼吸裝置，該設備中，通常包括壓縮機或氣泵，用於將空氣輸送給患者其設計用於患者輔助醫療呼吸機。壓縮機包括兩個主要部分：旋轉部分，即葉輪和軸以及鼓風機；固定部分，裝置中的固定部分限定了流體流動路徑，通常是腔室。
通風裝置立體圖
通常情況下，葉輪旋轉得越快，產生的壓力就越高，但是噪聲也就越大，並且容易發生火花，造成火災。該發明中的壓縮機包括進氣口和出氣口。空氣入口可以軸向佈置，空氣出口可以切向佈置。空氣出口被分成至少兩個通道，優選地是兩個可以平行的通道。
葉輪示意圖
壓縮機包括至少一個葉輪，葉輪包括：護罩，所述護罩具有從所述護罩的表面朝向所述進氣口延伸的多個葉片，所述多個葉片中的每一個均從所述護罩中的轂向外輻射。葉片適合於裝配到壓縮機的空氣出口中並且將出口分成至少兩個，優選地平行的通道。根據葉片優選地沿著出口通道的整個長度延伸。葉片是L形的葉片，優選地由與壓縮機（的固定部分）相同的材料製成。
壓縮機及電動機
壓縮機還包括旋轉部分，該旋轉部分聯接至驅動裝置，該驅動裝置為電動機，並且可以是無刷直流電，其在壓縮機軸向佈置的入口相對的方向上設置。
（2）US20160339193A1 多級鼓風機及其蝸殼結構（非變容離心泵）
本發明是RESMED公司2016年公開的發明專利，該專利涉及變速壓縮機，
該壓縮機能夠提供更快的壓力上升時間，同時提高產品的可靠性和更低的聲學噪聲。該壓縮機包括氣體入口和氣體出口之間的氣體流動路徑，馬達和葉輪組件。
雙端壓縮機的透視圖
葉輪組件可包括與馬達連通的軸，用於圍繞第一軸線旋轉運動;以及第一和第二葉輪，其聯接（例如，固定地）固定到軸上。葉輪通過氣體流動路徑彼此流體連通，使得兩個葉輪設置在氣體入口和氣體出口之間，以協同地加壓從氣體入口流到氣體出口的氣體。兩個葉輪設計成沿相同方向旋轉。在另一個實施例中，兩個葉輪設計成沿相反方向旋轉。
壓縮機還可包括殼體，殼體的一部分圍繞第一和第二葉輪中。特別地，殼體可包括第一和第二蝸殼，第一蝸殼包含圍繞第一葉輪的氣流，第二蝸殼包含圍繞第二葉輪的氣流。氣體入口可位於第一蝸殼中，氣體出口可位於第二蝸殼中。
壓縮機具有設置有相對的第一和第二軸的馬達。第一級和第二級葉輪分別設置在第一和第二軸上。內殼支撐電動機，外殼支撐內殼。另外，在內殼和外殼之間提供基本上環形的通道。在操作中，氣體通過基本上環形的通道從第一級葉輪朝向第二級葉輪引導。
結語
通過以上的解讀相信大家對呼吸機壓縮機已經有了一定的瞭解，呼吸機的整體結構複雜，細節諸多，不但涉及到每個零件的選取，內部電路的設計，還涉及到非常多的試驗驗證標準。僅僅從美敦力公開的技術信息入手，製造出一臺能夠投入使用的呼吸機並不是短時間內能夠輕易實現的。並且公開的一系列內容有可能涉及到美敦力已授權的專利內容，日後是否侵權會還不得而知，這等等問題也會使其他呼吸機制造廠商在短時間內無法消化美敦力這一公開的“商業機密”。
但是美敦力開源旗下產品無疑是為滿足新冠病毒疫情下全世界患者和醫療體系需求的一個有力措施。雖然確診人數還在進一步上升，呼吸機的緊缺問題依然嚴峻，但全球都在為生產製造呼吸機而努力，相信這一問題會盡快得到解決。（文章為知識產權全產業鏈提供商超凡知識產權原創，未經授權不得轉載）
