隨著 COVID-19 的迅速蔓延，全球衛(wèi)生系統(tǒng)因需要診斷集聚效應、隔離和治療的人數(shù)眾多而日益不堪重負。從人員配備物聯與互聯、快速可靠的檢測設(shè)施到醫(yī)院病床和關(guān)鍵醫(yī)療級設(shè)備的可用性穩定，各方面都存在明顯不足改造層面。問題的規(guī)模和廣度不僅需要醫(yī)務(wù)人員和科學家等一線工作人員做出同樣實質(zhì)性的響應(yīng)，還需要有時間品質、設(shè)施和知識的熟練公眾做出有意義的貢獻利用好，以促進全球的綜合響應(yīng)。在這里解決問題，我們總結(jié)了基于免費和開源科學和醫(yī)療硬件 (FOSH) 以及個人防護設(shè)備 (PPE) 的社區(qū)驅(qū)動方法系列，這些方法目前正在開發(fā)和部署，以支持全球?qū)?COVID-19 預(yù)防相互配合、患者治療和診斷的響應(yīng)慢體驗。
發(fā)布日期： 2020 年 4 月 24 日

介紹
最近幾天和幾周，世界各國政府呼吁工業(yè)界解決全球應(yīng)對新冠肺炎疫情的關(guān)鍵缺陷智能化，例如生產(chǎn)更多的個人防護設(shè)備 (PPE)科技實力、呼吸機和診斷工具 [ 1 , 2 ]。雖然這是任何國家應(yīng)對疫情的重要組成部分建設，但現(xiàn)有工業(yè)界應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的能力可能不足 [ 3 – 5 ]。此外，這種方法將首先解決相關(guān)行業(yè)所在地區(qū)的短缺問題提供了有力支撐，而不是全球短缺問題奮戰不懈，而且在經(jīng)濟受到重創(chuàng)的時候，通過這一過程生產(chǎn)的醫(yī)療級設(shè)備和套件將價格不菲需求。顯然，產(chǎn)品創(chuàng)新和新穎的制造流程是必不可少的。

在這里講故事，獲取急需工具和設(shè)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性能穩定，其中工具的所有藍圖均在適當?shù)脑S可下免費提供自動化方案，以便任何人都可以研究、學習越來越重要、修改線上線下、定制和商業(yè)化它們 [ 6、7 ] 醒悟。對FOSH的研究和實踐經(jīng)驗表明數據顯示，它在災(zāi)難情況下至關(guān)重要的關(guān)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也逐步提升、9 ]記得牢。考慮到許多受 COVID-19 影響的國家實施的社交距離措施重要的作用，這是非常有利的服務好。FOSH 的實施成本通常要低得多 [ 10 ]，并且易于適應(yīng)本地資源反應能力，這是開放硬件方法的另一個關(guān)鍵優(yōu)勢共謀發展。

最后，或許是最重要的一點結構重塑，任何新的硬件設(shè)計或其改進從定義上來說都是全球可用的聽得懂。任何具備必要知識、工具和時間的人都可以利用這些知識為其所在社區(qū)提供有意義的支持高質量發展。后者的重要性怎么強調(diào)也不為過：不同的社區(qū)在訓練有素的工作人員全方位、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。因此影響力範圍，在一個地方的限制可能在另一個地方并不適用大局，因此任何全球響應(yīng)都必須根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行調(diào)整。在這里邁出了重要的一步，F(xiàn)OSH 方法的諸多好處使其能夠快速進行本地部署有序推進，從而可以繞過傳統(tǒng)生產(chǎn)鏈，在受影響地區(qū)出現(xiàn)時靈活地為其提供物資。雖然這在世界范圍內(nèi)都很有用道路，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(chǔ)設(shè)施通常不太發(fā)達的地區(qū)來說規模設備，它可能尤其重要 [ 11 ]。

支持全球衛(wèi)生系統(tǒng)的 FOSH 方法
近年來指導，科學家競爭力、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，這些工具以某種方式涉及現(xiàn)代生物學進一步完善、醫(yī)學和災(zāi)難響應(yīng)的各個方面（例如 [ 12 – 23 ]）集聚。例如，在 2011 年福島核災(zāi)難發(fā)生后調整推進，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)狀況，從而繪制了該地區(qū)由公民科學驅(qū)動的大規(guī)模核污染地圖 [ 9 ]。現(xiàn)在機製，同一個團隊正在加緊應(yīng)對 COVID-19 的挑戰(zhàn) [ 24 ]全過程。與當前形勢相關(guān)的其他社區(qū)驅(qū)動的 FOSH 設(shè)計包括簡單的工具，例如 DIY 口罩 [ 25探討、26 ] 或用于調(diào)節(jié)呼吸機管道氣流的 3D 打印閥門 [ 27 ]不負眾望，以及用于診斷的最先進的科學儀器，例如自動移液機器人 [ 28 ]明確相關要求、酶標儀 [ 29 ] 以及各種醫(yī)療工具和用品 [ 22 ]重要意義。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(shè)計 [ 30 – 38 ]深化涉外。在這里體系，我們簡要概述了當前可用的設(shè)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(yīng)對當前危機做出有意義的貢獻（另見方框 1）開展試點。在 COVID-19 的特定背景下攜手共進，我們重點介紹了一組可用的項目，主要圍繞以下內(nèi)容：

個人防護設(shè)備（PPE）進一步，如口罩和護目鏡患者治療大部分，重點關(guān)注呼吸機診斷工具強大的功能，重點關(guān)注科學設(shè)備和測試套件

建筑個人防護設(shè)備（PPE）
現(xiàn)在購買現(xiàn)成的口罩變得越來越困難實際需求，人們自然而然地開始尋找可以作為有用替代品的 DIY 選項。同樣優勢，醫(yī)院也快用完了醫(yī)務(wù)人員專用的個人防護設(shè)備 (PPE)善謀新篇，這些設(shè)備通常包括口罩和護目鏡，以及專用服裝和手套便利性。在這里方法，我們將重點介紹 DIY 口罩和護目鏡（圖 1、表 1）提供有力支撐。

首先開展研究，重要的是要考慮需要什么級別的防護。例如相互融合，口罩種類繁多首要任務，用途和監(jiān)管標準也各不相同 [ 48-51 ]。一些較簡單的口罩（通常稱為外科口罩）供感染者使用不同需求，通過捕捉大飛沫來減少感染的傳播發展，例如在咳嗽和打噴嚏后。這種口罩很容易在家制作（例如 [ 52 ]總之，表 1A）面向，但人們一般不認為它們是一種有效的預(yù)防感染的方式 [21、22研學體驗、35]建設項目。盡管如此，有人認為它們可以減少病毒顆粒從感染者體內(nèi)傳播[ 53 ] 落實落細。最近一篇有影響力的論文 [ 54 ] 詳細闡述了這一點相結合，但這項研究并沒有研究 SARS-CoV-2，也沒有研究無癥狀攜帶者的可能傳播（另見 [ 55 ]）製高點項目。另一項針對四名 COVID-19 患者的研究發(fā)現(xiàn)為產業發展，醫(yī)用口罩無法有效防止 SARS-CoV2 的傳播 [ 56 ]。是否應(yīng)建議公眾使用醫(yī)用口罩，以及在何種特定情況下使用各項要求，仍是一個爭論不休的問題更高要求。在撰寫本文時，世界衛(wèi)生組織 (WHO) 建議：

如果你身體健康新技術，只有在照顧疑似 2019-nCoV 感染者時才需要戴口罩學習。
如果您咳嗽或打噴嚏，請戴上口罩聽得懂。
有關(guān)各種口罩的作用和用途的最新摘要應用優勢，請參閱其官方建議 [ 57 ]。值得注意的是全方位，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緊密相關，尤其是在社區(qū)傳播嚴重的地區(qū) [ 58 ]。此外先進技術，其他國家也有可能效仿培訓，尤其是在世界重新開放之際。

與醫(yī)用口罩不同宣講手段，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重要工具，例如，醫(yī)務(wù)人員在照顧感染患者時會使用這種口罩配套設備。與醫(yī)用口罩不同的是更優質，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(nèi)含有專門的過濾器推進高水平，可作為阻擋小至 0.3 微米的顆粒的物理屏障脫穎而出。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)飛沫小得多生產創效。此類口罩的性能標準受到嚴格監(jiān)管 [ 48-51 ]結構，任何 DIY 復(fù)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優化上下。因此能力建設，對現(xiàn)有和即將推出的 N95 類 FFR 原型進行受控測試至關(guān)重要。此外生產體系，如果佩戴不當服務，它們最終可能和醫(yī)用口罩沒什么用 [ 57 ]。為了保護眼睛參與水平，N95 可以與緊身護目鏡或面罩結(jié)合使用大型。

目前，市場上有許多不同類型的口罩 DIY 設(shè)計明確相關要求，從基于餐巾紙、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(shè)計 [ 25深化涉外、26 ]（圖 1）體系。有些設(shè)計非常有效 [ 25 ]，但據(jù)我們所知開展試點，迄今為止沒有一個完全符合監(jiān)管標準攜手共進。不過，隨著設(shè)計目前每天都在發(fā)布充分發揮，這種情況可能很快就會改變高質量。表 1B總結(jié)了本文撰寫時可用的 DIY N95 項目子集。

或者選擇適用，醫(yī)務(wù)人員也可以使用防濺外科口罩（IIR管理，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)管標準業務指導，部分原因是它們不需要緊密貼合皮膚改進措施。在線搜索很快就能找到幾種面罩（和 IIR [44]）的設(shè)計，相關(guān)測試的水平也各不相同 [ 64,65 ]（表 1C長足發展、圖1E）今年。例如，3D Crowd 是一個總部位于英國的公民網(wǎng)絡(luò)結構不合理，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(gòu) [ 66 ]動手能力。通過“The Big Print” ，他們已經(jīng)收集了 370,000 個單位的請求意見征詢。目前有 5,500 多名志愿者正在生產(chǎn)其中的 80,000 個引領。另一種方法是基于現(xiàn)有的全臉呼吸管面罩 [ 67 ]，它可以有效地用作面罩和護目鏡的組合示範。諸如此類的努力應用前景，包括其重要的實驗驗證，都可以通過最少的投資輕松擴大規(guī)模運行好。與口罩相比首次，它們也可能更容易消毒以供重復(fù)使用 [ 68 , 69 ]。

此外，更專業(yè)的個人防護裝備也在積極開發(fā)中聯動。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(shè)施 BSL2 中進行病毒滅活講實踐，見下文）和 DIY 氣霧劑盒，例如用于給患者插管（圖 1F推動、表 1D）。與所有醫(yī)療設(shè)備一樣資源配置，這些也需要監(jiān)管部門的批準 [ 48-51 ]信息。

PPE 的建筑材料選擇
應(yīng)仔細考慮建筑材料相關。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豐富內涵，因為它們可能使病毒飛沫長時間存在 [ 68 ]生產效率。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。在撰寫本文時多種，我們尚不清楚上述幾點的可用數(shù)據(jù)將進一步。同樣，在激光切割零件時發展成就，應(yīng)仔細權(quán)衡使用丙烯酸樹脂與使用可與丙烯酸樹脂發(fā)生反應(yīng)的酒精或過氧化氧對其進行消毒的需要成就。如果可用，并且手邊的激光切割機可以處理（許多不能）開展面對面，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系統。可在此處找到 DIY PPE 消毒指南 [ 70 ]自動化。在整個過程中提升，考慮由于建筑過程本身而可能造成的質(zhì)量變化也很重要。

FOSH 呼吸機
呼吸機是一種醫(yī)療設(shè)備不折不扣，通過輸送空氣或其他混合氣體來支持或接管患者呼吸支撐能力。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。在更嚴重的情況下高效利用，患者需要插管（將管子插入患者的氣道）特征更加明顯。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講理論。在其他情況下的可能性，呼吸機可以完全接管（通常與患者鎮(zhèn)靜相結(jié)合）。在治療結(jié)束時服務為一體，必須小心地讓患者脫離呼吸機問題。一般來說，使用呼吸機會帶來感染風險全會精神，包括肺炎系統穩定性、肺損傷和氧中毒。后兩者有時可能與設(shè)備使用不當有關(guān)（例如氣壓過高和/或氧氣濃度過高）集中展示。

從技術(shù)角度來看實力增強，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(fù)雜到完全計算機化的機器探索創新，可調(diào)節(jié)氣體壓力帶來全新智能、濕度、氣體相對濃度以及循環(huán)速率新產品，同時進行實時測量以監(jiān)測患者狀況去完善。一些更現(xiàn)代的系統(tǒng)增加了這種復(fù)雜性創新能力，使它們更適合長期使用，因為它們能更好地模擬生理狀況領域，并可根據(jù)患者的特定需要進行調(diào)整溝通機製。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 ]好宣講，包括各種接口類型註入新的動力、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 ]。

目前雙重提升，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)生氣溶膠事關全面，從而增加感染他人的風險 [ 73 ]表現明顯更佳。盡管如此，一些人認為技術節能，在某些情況下指導，非侵入式呼吸系統(tǒng)還是有用的 [ 74 ]，而且隨著情況惡化國際要求，此類系統(tǒng)的使用可能會增加流動性。然而，只有侵入式呼吸系統(tǒng)才能在必要時完全接管呼吸競爭激烈。

現(xiàn)在持續創新，用于患者護理的呼吸機已經(jīng)很有限，在不久的將來這種情況可能會更加嚴重 [ 75–77]空白區。當前為解決這一僵局所做的努力包括停止選擇性手術(shù)以釋放現(xiàn)有系統(tǒng) [78 ] 協調機製、重新啟用倉庫中棄用的型號，以及呼吁工業(yè)界提高產(chǎn)量 [ 1 , 79 ]形勢。與此同時實踐者，世界各地的不同團體正在召集他們的社區(qū)來設(shè)計 FOSH 解決方案，以幫助提高呼吸機的可用性（圖 2約定管轄、表 2）數據。一些示例包括開發(fā)完整和獨立的系統(tǒng) [ 80 , 81 ]、手動呼吸機的自動化 [ 31 , 33 , 37 ] 以及修理現(xiàn)有但停用的設(shè)備業務指導，例如使用 3D 打印的替換零件 [ 82 , 83 ]改進措施。許多項目都在積極尋找具有不同背景的合作者。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)長足發展，以測量壓力奮勇向前、二氧化碳和氧氣水平、潮氣量和死腔體積以及空氣濕度實施體系。這些都是必要的測量組建，可以了解機器是否在按預(yù)期運行各有優勢，并且不會對患者造成更多傷害。