隨著 COVID-19 的迅速蔓延脫穎而出，全球衛(wèi)生系統(tǒng)因需要診斷、隔離和治療的人數(shù)眾多而日益不堪重負提高。從人員配備全面協議、快速可靠的檢測設施到醫(yī)院病床和關鍵醫(yī)療級設備的可用性顯示，各方面都存在明顯不足重要性。問題的規(guī)模和廣度不僅需要醫(yī)務人員和科學家等一線工作人員做出同樣實質性的響應深刻內涵，還需要有時間傳遞、設施和知識的熟練公眾做出有意義的貢獻，以促進全球的綜合響應深入闡釋。在這里相關性，我們總結了基于免費和開源科學和醫(yī)療硬件 (FOSH) 以及個人防護設備 (PPE) 的社區(qū)驅動方法，這些方法目前正在開發(fā)和部署物聯與互聯，以支持全球對 COVID-19 預防穩定、患者治療和診斷的響應。
發(fā)布日期： 2020 年 4 月 24 日

介紹
最近幾天和幾周供給，世界各國政府呼吁工業(yè)界解決全球應對新冠肺炎疫情的關鍵缺陷運行好，例如生產(chǎn)更多的個人防護設備 (PPE)、呼吸機和診斷工具 [ 1 , 2 ]能運用。雖然這是任何國家應對疫情的重要組成部分多樣性，但現(xiàn)有工業(yè)界應對這一挑戰(zhàn)的能力可能不足 [ 3 – 5 ]。此外上高質量，這種方法將首先解決相關行業(yè)所在地區(qū)的短缺問題一站式服務，而不是全球短缺問題，而且在經(jīng)濟受到重創(chuàng)的時候深入交流，通過這一過程生產(chǎn)的醫(yī)療級設備和套件將價格不菲引領作用。顯然，產(chǎn)品創(chuàng)新和新穎的制造流程是必不可少的臺上與臺下。

在這里用的舒心，獲取急需工具和設備的一種補充途徑是免費和開源（科學和醫(yī)療）硬件(FOSH)。FOSH 遵循開源軟件的精神品牌，其中工具的所有藍圖均在適當?shù)脑S可下免費提供深入開展，以便任何人都可以研究、學習等形式、修改技術的開發、定制和商業(yè)化它們 [ 6、7 ] 相貫通。對FOSH的研究和實踐經(jīng)驗表明不斷發展，它在災難情況下至關重要的關鍵優(yōu)勢：基于許多人的貢獻實現(xiàn)快速和分布式開發(fā)，這些大多數(shù)人都在遠程工作 [ 8自動化方案、9 ]緊密協作≡絹碓街匾?？紤]到許多受 COVID-19 影響的國家實施的社交距離措施，這是非常有利的發揮重要作用。FOSH 的實施成本通常要低得多 [ 10 ]醒悟，并且易于適應本地資源，這是開放硬件方法的另一個關鍵優(yōu)勢高質量。

最后也逐步提升，或許是最重要的一點，任何新的硬件設計或其改進從定義上來說都是全球可用的註入了新的力量。任何具備必要知識重要的作用、工具和時間的人都可以利用這些知識為其所在社區(qū)提供有意義的支持。后者的重要性怎么強調也不為過：不同的社區(qū)在訓練有素的工作人員去創新、醫(yī)療耗材和機器以及診斷工具的可用性方面面臨著不同的限制足夠的實力。因此，在一個地方的限制可能在另一個地方并不適用結構，因此任何全球響應都必須根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行調整更適合。在這里，F(xiàn)OSH 方法的諸多好處使其能夠快速進行本地部署規劃，從而可以繞過傳統(tǒng)生產(chǎn)鏈擴大公共數據，在受影響地區(qū)出現(xiàn)時靈活地為其提供物資深度。雖然這在世界范圍內都很有用帶動擴大，但對于那些傳統(tǒng)上通信聯(lián)系較少和/或醫(yī)療和科學基礎設施通常不太發(fā)達的地區(qū)來說，它可能尤其重要 [ 11 ]開拓創新。

支持全球衛(wèi)生系統(tǒng)的 FOSH 方法
近年來持續發展，科學家、工程師和業(yè)余愛好者越來越多地聯(lián)合開發(fā)和測試大量令人印象深刻的開源和先進工具促進善治，這些工具以某種方式涉及現(xiàn)代生物學擴大、醫(yī)學和災難響應的各個方面（例如 [ 12 – 23 ]）。例如發揮效力，在 2011 年福島核災難發(fā)生后新格局，Safecast [ 9 ] 開發(fā)了 FOSH 蓋革計數(shù)器以及一個開放獲取的日志系統(tǒng)，從而繪制了該地區(qū)由公民科學驅動的大規(guī)模核污染地圖 [ 9 ]≈笇?，F(xiàn)在競爭力，同一個團隊正在加緊應對 COVID-19 的挑戰(zhàn) [ 24 ]。與當前形勢相關的其他社區(qū)驅動的 FOSH 設計包括簡單的工具進一步完善，例如 DIY 口罩 [ 25集聚、26 ] 或用于調節(jié)呼吸機管道氣流的 3D 打印閥門 [ 27 ]，以及用于診斷的最先進的科學儀器調整推進，例如自動移液機器人 [ 28 ]狀況、酶標儀 [ 29 ] 以及各種醫(yī)療工具和用品 [ 22 ]機製性梗阻。各種進一步的舉措正在順利進行中，包括針對 FOSH 呼吸機的眾多設計 [ 30 – 38 ]全過程。在這里集成應用，我們簡要概述了當前可用的設計和正在進行的社區(qū)項目的最新進展，這些項目旨在利用 FOSH 為全球應對當前危機做出有意義的貢獻（另見方框 1）不負眾望。在 COVID-19 的特定背景下使用，我們重點介紹了一組可用的項目，主要圍繞以下內容：

個人防護設備（PPE）密度增加，如口罩和護目鏡患者治療有效性，重點關注呼吸機診斷工具，重點關注科學設備和測試套件

建筑個人防護設備（PPE）
現(xiàn)在購買現(xiàn)成的口罩變得越來越困難機遇與挑戰，人們自然而然地開始尋找可以作為有用替代品的 DIY 選項廣泛關註。同樣，醫(yī)院也快用完了醫(yī)務人員專用的個人防護設備 (PPE)集成技術，這些設備通常包括口罩和護目鏡就能壓製，以及專用服裝和手套。在這里適應能力，我們將重點介紹 DIY 口罩和護目鏡（圖 1更優美、表 1）。

首先相互配合，重要的是要考慮需要什么級別的防護慢體驗。例如，口罩種類繁多智能化，用途和監(jiān)管標準也各不相同 [ 48-51 ]科技實力。一些較簡單的口罩（通常稱為外科口罩）供感染者使用，通過捕捉大飛沫來減少感染的傳播建設，例如在咳嗽和打噴嚏后在此基礎上。這種口罩很容易在家制作（例如 [ 52 ]，表 1A）前來體驗，但人們一般不認為它們是一種有效的預防感染的方式 [21自主研發、22、35]更加廣闊。盡管如此損耗，有人認為它們可以減少病毒顆粒從感染者體內傳播[ 53 ] 。最近一篇有影響力的論文 [ 54 ] 詳細闡述了這一點非常完善，但這項研究并沒有研究 SARS-CoV-2性能穩定，也沒有研究無癥狀攜帶者的可能傳播（另見 [ 55 ]）。另一項針對四名 COVID-19 患者的研究發(fā)現(xiàn)作用，醫(yī)用口罩無法有效防止 SARS-CoV2 的傳播 [ 56 ]情況正常。是否應建議公眾使用醫(yī)用口罩，以及在何種特定情況下使用技術特點，仍是一個爭論不休的問題提高鍛煉。在撰寫本文時，世界衛(wèi)生組織 (WHO) 建議：

如果你身體健康發展目標奮鬥，只有在照顧疑似 2019-nCoV 感染者時才需要戴口罩技術先進。
如果您咳嗽或打噴嚏，請戴上口罩延伸。
有關各種口罩的作用和用途的最新摘要，請參閱其官方建議 [ 57 ]服務好。值得注意的是新趨勢，美國疾病控制中心 (CDC) 目前建議在難以維持其他社交距離措施的公共場所佩戴口罩，尤其是在社區(qū)傳播嚴重的地區(qū) [ 58 ]共謀發展。此外學習，其他國家也有可能效仿，尤其是在世界重新開放之際聽得懂。

與醫(yī)用口罩不同應用優勢，所謂的 N95 過濾式面罩呼吸器 (FFR) 旨在為佩戴者提供高水平的保護，例如全方位，醫(yī)務人員在照顧感染患者時會使用這種口罩高效節能。與醫(yī)用口罩不同的是影響力範圍，這種口罩旨在密封以防止空氣從皮膚和口罩之間的縫隙中溜走，并且口罩內含有專門的過濾器新創新即將到來，可作為阻擋小至 0.3 微米的顆粒的物理屏障邁出了重要的一步。這仍然比實際病毒（約 0.12 微米）大 [ 59 ]，但比打噴嚏或咳嗽時噴出的大多數(shù)飛沫小得多設施。此類口罩的性能標準受到嚴格監(jiān)管 [ 48-51 ]需求，任何 DIY 復制這些口罩的方法都必須仔細參考這些規(guī)定，這些規(guī)定在各地也可能有所不同組合運用。因此更讓我明白了，對現(xiàn)有和即將推出的 N95 類 FFR 原型進行受控測試至關重要。此外積極，如果佩戴不當充分，它們最終可能和醫(yī)用口罩沒什么用 [ 57 ]。為了保護眼睛集聚，N95 可以與緊身護目鏡或面罩結合使用競爭力。

目前，市場上有許多不同類型的口罩 DIY 設計狀況，從基于餐巾紙機製性梗阻、布或胸罩罩杯的簡單視頻教程（表1A）[ 60-62 ] 到 3D 打印選項 [ 63 ]，再到同行評審的科學研究中開發(fā)和/或測試的設計 [ 25建立和完善、26 ]（圖 1）提供了遵循。有些設計非常有效 [ 25 ]，但據(jù)我們所知大型，迄今為止沒有一個完全符合監(jiān)管標準服務效率。不過，隨著設計目前每天都在發(fā)布重要意義，這種情況可能很快就會改變統籌發展。表 1B總結了本文撰寫時可用的 DIY N95 項目子集。

或者體系，醫(yī)務人員也可以使用防濺外科口罩（IIR生產製造，耐 160 mmHg）和面罩 [ 42 ]。后一種組合可能比 N95 口罩 [ 56 ]更容易達到監(jiān)管標準攜手共進，部分原因是它們不需要緊密貼合皮膚共同。在線搜索很快就能找到幾種面罩（和 IIR [44]）的設計，相關測試的水平也各不相同 [ 64,65 ]（表 1C經過、圖1E）簡單化。例如，3D Crowd 是一個總部位于英國的公民網(wǎng)絡明確了方向，正在動員志愿者生產(chǎn) DIY 面罩并送到醫(yī)院和醫(yī)療機構 [ 66 ]系統性。通過“The Big Print” 勇探新路，他們已經(jīng)收集了 370,000 個單位的請求。目前有 5,500 多名志愿者正在生產(chǎn)其中的 80,000 個便利性。另一種方法是基于現(xiàn)有的全臉呼吸管面罩 [ 67 ]方法，它可以有效地用作面罩和護目鏡的組合。諸如此類的努力提供有力支撐，包括其重要的實驗驗證切實把製度，都可以通過最少的投資輕松擴大規(guī)模。與口罩相比自行開發，它們也可能更容易消毒以供重復使用 [ 68 , 69 ]進行部署。

此外，更專業(yè)的個人防護裝備也在積極開發(fā)中應用情況。這包括用于診斷的 DIY 檢測室（檢測前需要在生物安全 2 級設施 BSL2 中進行病毒滅活保護好，見下文）和 DIY 氣霧劑盒，例如用于給患者插管（圖 1F表現、表 1D）運行好。與所有醫(yī)療設備一樣，這些也需要監(jiān)管部門的批準 [ 48-51 ]可能性更大。

PPE 的建筑材料選擇
應仔細考慮建筑材料部署安排。例如，有人認為 3D 打印材料的孔隙率可能使其成為制作口罩的危險選擇技術，因為它們可能使病毒飛沫長時間存在 [ 68 ]推廣開來。材料本身可能存在的間隙（例如由于打印過程中起泡或分層不完美）進一步增加了擔憂的空間。在撰寫本文時相對較高，我們尚不清楚上述幾點的可用數(shù)據(jù)資源配置。同樣，在激光切割零件時相關，應仔細權衡使用丙烯酸樹脂與使用可與丙烯酸樹脂發(fā)生反應的酒精或過氧化氧對其進行消毒的需要大力發展。如果可用，并且手邊的激光切割機可以處理（許多不能）綠色化，聚碳酸酯或聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PETG) 板材可能是更安全的選擇不同需求。可在此處找到 DIY PPE 消毒指南 [ 70 ]保持穩定。在整個過程中，考慮由于建筑過程本身而可能造成的質量變化也很重要面向。

FOSH 呼吸機
呼吸機是一種醫(yī)療設備支撐作用，通過輸送空氣或其他混合氣體來支持或接管患者呼吸。能夠自主呼吸的患者通常通過插管或正壓面罩 (PPM) 的恒定氣流進行治療建設項目。在更嚴重的情況下最為突出，患者需要插管（將管子插入患者的氣道）落實落細。在這種情況下，一些現(xiàn)代呼吸機可以將氣體的釋放與任何剩余的自然呼吸嘗試同步高效化。在其他情況下製高點項目，呼吸機可以完全接管（通常與患者鎮(zhèn)靜相結合）。在治療結束時範圍和領域，必須小心地讓患者脫離呼吸機有所增加。一般來說，使用呼吸機會帶來感染風險更高要求，包括肺炎越來越重要的位置、肺損傷和氧中毒。后兩者有時可能與設備使用不當有關（例如氣壓過高和/或氧氣濃度過高）共同學習。

從技術角度來看不要畏懼，呼吸機可以簡單到手動操作的壓縮袋（氣囊面罩 - BVM），也可以復雜到完全計算機化的機器問題，可調節(jié)氣體壓力逐漸顯現、濕度、氣體相對濃度以及循環(huán)速率系統穩定性，同時進行實時測量以監(jiān)測患者狀況拓展基地。一些更現(xiàn)代的系統(tǒng)增加了這種復雜性，使它們更適合長期使用培訓，因為它們能更好地模擬生理狀況不合理波動，并可根據(jù)患者的特定需要進行調整。美國國立衛(wèi)生研究院 (NIH) 對呼吸機及其使用進行了概述 [ 71 ]重要工具，包括各種接口類型積極拓展新的領域、呼吸機功能和本文未涉及的其他細節(jié)。英國最近也發(fā)布了自己的醫(yī)院用呼吸機規(guī)范 [ 72 ]更優質。

目前相對開放，醫(yī)院對 COVID-19 患者使用非侵入式呼吸系統(tǒng)存在爭議，因為此類系統(tǒng)可能會產(chǎn)生氣溶膠脫穎而出，從而增加感染他人的風險 [ 73 ]拓展應用。盡管如此，一些人認為結構，在某些情況下管理，非侵入式呼吸系統(tǒng)還是有用的 [ 74 ]，而且隨著情況惡化能力建設，此類系統(tǒng)的使用可能會增加模樣。然而，只有侵入式呼吸系統(tǒng)才能在必要時完全接管呼吸。

現(xiàn)在很重要，用于患者護理的呼吸機已經(jīng)很有限能力和水平，在不久的將來這種情況可能會更加嚴重 [ 75–77]。當前為解決這一僵局所做的努力包括停止選擇性手術以釋放現(xiàn)有系統(tǒng) [78 ] 異常狀況、重新啟用倉庫中棄用的型號研究，以及呼吁工業(yè)界提高產(chǎn)量 [ 1 , 79 ]。與此同時應用創新，世界各地的不同團體正在召集他們的社區(qū)來設計 FOSH 解決方案提高，以幫助提高呼吸機的可用性（圖 2、表 2）逐漸完善。一些示例包括開發(fā)完整和獨立的系統(tǒng) [ 80 , 81 ]參與能力、手動呼吸機的自動化 [ 31 , 33 , 37 ] 以及修理現(xiàn)有但停用的設備，例如使用 3D 打印的替換零件 [ 82 , 83 ]是目前主流。許多項目都在積極尋找具有不同背景的合作者充分發揮。有創(chuàng)使用的 FOSH 呼吸機需要實施基于傳感器的反饋系統(tǒng)，以測量壓力充分發揮、二氧化碳和氧氣水平選擇適用、潮氣量和死腔體積以及空氣濕度。這些都是必要的測量設計，可以了解機器是否在按預期運行業務指導，并且不會對患者造成更多傷害。