全球抗疫背景下，呼吸机成为了紧缺医疗物资。据工信部介绍，我国有创呼吸机生产企业共有21家，其中8家企业的主要产品获得欧盟CE认证，周产能约2200台，占全球产能的五分之一左右。上海医疗器械股份有限公司是其中一员，正在加紧生产有创呼吸机。近日，中国电科第二十一研究所及其控股公司为沪产呼吸机研制出驱动电机，填补了德国进口电机未及时到货的空缺。

呼吸机的工作原理是什么？主要技术门槛有哪些？解放日报·上观新闻记者采访了上海科技专家。

首台“呼吸机”源于急中生智

中国电科第二十一研究所研究员级高工、上海誉盈光电科技有限公司副总经理王真介绍，呼吸机分为有创和无创两种。有创呼吸机是一种人工机械通气装置，能实现肺内气体交换，辅助或控制患者的自主呼吸运动，使患者逐步恢复自主呼吸功能。之所以称为“有创”，是因为这种设备要通过口、鼻气管插管或气管切开方式连接，用于救治重度呼吸衰竭患者。无创呼吸机则通过口鼻面罩、鼻罩、全面罩等方式连接，用于治疗轻中度呼吸衰竭患者。市场上有多种家用无创呼吸器，供呼吸睡眠障碍患者使用。此次疫情中，新冠肺炎患者救治所急需的主要是有创呼吸机。

呼吸机的前身叫“铁肺”，诞生于19世纪60年代，患者躯体要封闭在铁箱子里。这种设备的临床效果并不好，因为它对患者进行的是负压通气，违背了呼吸生理学原理。1952年，脊髓灰质炎（小儿麻痹症）病毒疫情在丹麦哥本哈根暴发，众多患者无法自主呼吸。看到一个奄奄一息的女孩后，麻醉师比约·易卜生急中生智，让医生切开她的气管，插入一根管子，另一头接一个氧气袋。易卜生则给她服用麻醉药，解决了气管痉挛问题，再用手挤压氧气袋，以人工正压通气方式向她的肺部输送氧气。就这样，人类历史上第一台手动“呼吸机”拯救了重度呼吸衰竭者。

此后，电动呼吸机很快问世，不再需要手动输送氧气。随着电子技术发展，呼吸机的功能日益完善，变得越来越精准、智能。如今，医院重症监护病房（ICU）常用的有创呼吸机由主机、呼吸气路管路、湿化器、机械手等部分组成。其基本工作原理，是外界空气或混合入低压氧气的空氧混合气体经过过滤器，被吸入气缸；气缸由电机驱动活塞来完成吸气和供气过程，根据设定的通气模式和频率、吸气时间、潮气量等数据来给患者供气；电池比例阀用来控制患者的呼气；呼气阀末端的加热器用来加热患者呼出的气体。

“国家队”实现电机进口替代

工信部产业政策与法规司负责人表示，国内大多数呼吸机生产企业目前都是三班倒，一刻不停地生产，一些研发人员也被派上生产线。他也指出，一台呼吸机有上千个零部件，不少零部件供应商在国外，在全球疫情影响下，中国企业想大规模增产并非易事。

“呼吸机的核心部件包括传感器和电机。”誉盈光电执行董事张晓冬说，“传感器用来监测病人的呼吸频率、血氧含量等各种生理指标，把信息实时传输到主机。主控单元的电机是执行者，驱动呼吸机按特定节拍运行，与病人的生理指标相匹配。”

呼吸机上的MEMS（微机电系统）传感器主要有7种，包括气体流量传感器、血氧传感器和压电薄膜传感器。其中部分传感器尚无高质量的国产产品，这就制约了国内企业提高呼吸机产量的能力。好在近年来，我国传感器技术和产业发展速度很快，国产呼吸机“缺芯”的局面有望在未来数年内得到突破。在上海，市区两级政府出资、中科院上海微系统研究所建设的上海微技术工业研究院聚焦传感器领域，已孵化出多种产品。

在微特电机领域，上海的中国电科第二十一研究所堪称“国家队”。近日，研究所接到上海医疗器械股份有限公司医疗设备厂来电，得知他们急需一批呼吸机驱动电机，因为受欧洲疫情影响，德国进口电机已无法供应。施进浩所长立即安排誉盈光电进行技术攻关，实现进口替代。凭借深厚的技术积累，这家上海企业仅用3天就研制出无刷直流电机减速机组样机。用户测试后反映，样机各项性能指标符合要求，将向二十一所批量订购。