隨著 COVID-19 的迅速蔓延，全球衛(wèi)生系統(tǒng)因需要診斷構建、隔離和治療的人數(shù)眾多而日益不堪重負(fù)。從人員配備提高、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)備的可用性組建，各方面都存在明顯不足競爭力。問題的規(guī)模和廣度不僅需要醫(yī)務(wù)人員和科學(xué)家等第一線工作人員做出同樣實(shí)質(zhì)的回應(yīng)新創新即將到來，還需要有時(shí)間講道理、設(shè)施和知識的熟練公眾做出有意義的貢獻(xiàn)共創輝煌，以促進(jìn)全球的綜合回應(yīng)具有重要意義。在這裡，我們總結(jié)了基於免費(fèi)和開源科學(xué)和醫(yī)療硬體(FOSH) 以及個(gè)人防護(hù)設(shè)備(PPE) 的社群驅(qū)動(dòng)方法大部分，這些方法目前正在開發(fā)和部署強大的功能，以支援全球?qū)OVID-19 預(yù)防、患者治療和診斷的響應(yīng)解決方案。發(fā)佈日期： 2020 年 4 月 24 日

介紹最近幾天和幾週優勢，世界各國政府呼籲工業(yè)界解決全球應(yīng)對新冠肺炎疫情的關(guān)鍵缺陷，例如生產(chǎn)更多的個(gè)人防護(hù)設(shè)備 (PPE)增產、呼吸機(jī)和診斷工具 [ 1 , 2 ]便利性。雖然這是任何國家應(yīng)對疫情的重要組成部分，但現(xiàn)有工業(yè)界應(yīng)對這項(xiàng)挑戰(zhàn)的能力可能不足 [ 3 – 5 ]行動力。此外提供有力支撐，這種方法將首先解決相關(guān)產(chǎn)業(yè)所在地區(qū)的短缺問題，而不是全球短缺問題保供，而且在經(jīng)濟(jì)受到重創(chuàng)的時(shí)候最深厚的底氣，透過這個(gè)過程生產(chǎn)的醫(yī)療級設(shè)備和套件將價(jià)格不菲。顯然振奮起來，產(chǎn)品創(chuàng)新和新穎的製造流程是不可或缺的品質。

在這裡，獲取急需工具和設(shè)備的一種補(bǔ)充途徑是免費(fèi)和開源（科學(xué)和醫(yī)療）硬體(FOSH)深入各系統。 FOSH 遵循開源軟體的精神解決問題，其中工具的所有藍(lán)圖均在適當(dāng)?shù)脑S可下免費(fèi)提供，以便任何人都可以研究作用、學(xué)習(xí)相互配合、修改、定制和商業(yè)化它們 [ 6,7 ] 著力增加。對FOSH的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明智能化，它在災(zāi)難情況下至關(guān)重要的關(guān)鍵優(yōu)勢：基於許多人的貢獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)快速和分散式開發(fā)，這些大多數(shù)人都在遠(yuǎn)距工作 [ 8,9 ]深入〖夹g研究？紤]到許多受 COVID-19 影響的國家實(shí)施的社交距離措施，這是非常有利的開展研究。 FOSH 的實(shí)施成本通常要低得多 [ 10 ]姿勢，並且易於適應(yīng)本地資源相互融合，這是開放硬體方法的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢。

最後綠色化，或許是最重要的一點(diǎn)不同需求，任何新的硬體設(shè)計(jì)或其改進(jìn)從定義上來說都是全球可用的。任何具備必要知識保持穩定、工具和時(shí)間的人都可以利用這些知識為其所在社區(qū)提供有意義的支持總之。後者的重要性怎麼強(qiáng)調(diào)也不為過：不同的社區(qū)在訓(xùn)練有素的工作人員、醫(yī)療耗材和機(jī)器以及診斷工具的可用性方面面臨著不同的限制支撐作用。因此研學體驗，在一個(gè)地方的限制可能在另一個(gè)地方並不適用，因此任何全球回應(yīng)都必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行調(diào)整規模。在這裡，F(xiàn)OSH 方法的許多好處使其能夠快速進(jìn)行本地部署講道理，從而可以繞過傳統(tǒng)生產(chǎn)鏈發展目標奮鬥，在受影響地區(qū)出現(xiàn)時(shí)靈活地為其提供物資。雖然這在世界範(fàn)圍內(nèi)都很有用更多的合作機會，但對於那些傳統(tǒng)上通信聯(lián)繫較少和/或醫(yī)療和科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施通常不太發(fā)達(dá)的地區(qū)來說延伸，它可能尤其重要 [ 11 ]。

支援全球衛(wèi)生系統(tǒng)的FOSH 方法近年來服務好，科學(xué)家新趨勢、工程師和業(yè)餘愛好者越來越多地共同開發(fā)和測試大量令人印象深刻的開源和先進(jìn)工具，這些工具以某種方式涉及現(xiàn)代生物學(xué)共謀發展、醫(yī)學(xué)和災(zāi)難應(yīng)變的各個(gè)面向（例如[ 12 – 23 ]）學習。例如，在 2011 年福島核災(zāi)發(fā)生後聽得懂，Safecast [ 9 ] 開發(fā)了 FOSH 蓋革計(jì)數(shù)器以及一個(gè)開放取用的日誌系統(tǒng)應用優勢，從而繪製了該地區(qū)由公民科學(xué)驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模核污染地圖 [ 9 ]。現(xiàn)在全方位，同一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在加緊應(yīng)對 COVID-19 的挑戰(zhàn) [ 24 ]高效節能。與當(dāng)前情況相關(guān)的其他社區(qū)驅(qū)動(dòng)的FOSH 設(shè)計(jì)包括簡單的工具，例如DIY 口罩[ 25先進技術、26 ] 或用於調(diào)節(jié)呼吸機(jī)管道氣流的3D 列印閥門[ 27 ]培訓，以及用於診斷的最先進(jìn)的科學(xué)儀器，例如自動(dòng)移液機(jī)器人[ 28 ]宣講手段、酶標(biāo)儀[ 29 ] 以及各種醫(yī)療工具和用品[ 22 ]重要工具。各種進(jìn)一步的措施正在順利進(jìn)行中，包括針對 FOSH 呼吸器的眾多設(shè)計(jì) [ 30 – 38 ]配套設備。在這裡性能，我們簡要概述了目前可用的設(shè)計(jì)和正在進(jìn)行的社區(qū)計(jì)畫的最新進(jìn)展多種方式，這些計(jì)畫旨在利用 FOSH 為全球應(yīng)對當(dāng)前危機(jī)做出有意義的貢獻(xiàn)（另見方框 1）。在 COVID-19 的特定背景下技術創新，我們重點(diǎn)介紹了一組可用的項(xiàng)目深入交流研討，主要圍繞以下內(nèi)容：

個(gè)人防護(hù)設(shè)備（PPE），如口罩和護(hù)目鏡患者治療廣泛應用，重點(diǎn)在於呼吸器診斷工具關註度，並專注於科學(xué)設(shè)備和測試套件

建築個(gè)人防護(hù)裝備（PPE）現(xiàn)在購買現(xiàn)成的口罩變得越來越困難，人們自然而然地開始尋找可以作為有用替代品的 DIY 選項(xiàng)哪些領域。同樣敢於挑戰，醫(yī)院也快用完了醫(yī)務(wù)人員專用的個(gè)人防護(hù)設(shè)備 (PPE)，這些設(shè)備通常包括口罩和護(hù)目鏡建立和完善，以及專用服裝和手套提供了遵循。在這裡，我們將重點(diǎn)介紹 DIY 口罩和護(hù)目鏡（圖 1大型、表 1）服務效率。

首先高產，重要的是要考慮需要什麼程度的防護(hù)信息化技術。例如，口罩種類繁多良好，用途和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)也各不相同 [ 48-51 ]逐步顯現。一些較簡單的口罩（通常稱為外科口罩）供感染者使用銘記囑托，透過捕捉大飛沫來減少感染的傳播，例如在咳嗽和打噴嚏後自動化裝置。這種口罩很容易在家中製作（例如 [ 52 ]示範，表 1A），但人們一般不認(rèn)為它們是一種有效的預(yù)防感染的方式 [21有很大提升空間、22運行好、35]。儘管如此可能性更大，有人認(rèn)為它們可以減少病毒顆粒從感染者體內(nèi)傳播[ 53 ] 部署安排。最近一篇有影響力的論文 [ 54 ] 詳細(xì)闡述了這一點(diǎn)，但這項(xiàng)研究並沒有研究 SARS-CoV-2技術，也沒有研究無癥狀攜帶者的可能傳播（另見 [ 55 ]）推廣開來。另一項(xiàng)針對四名 COVID-19 患者的研究發(fā)現(xiàn)，醫(yī)用口罩無法有效防止 SARS-CoV2 的傳播 [ 56 ]相對較高。是否應(yīng)建議民眾使用醫(yī)用口罩資源配置，以及在何種特定情況下使用，仍是一個(gè)爭論不休的問題姿勢。在撰寫本文時(shí)相互融合，世界衛(wèi)生組織 (WHO) 建議：

如果你身體健康首要任務，只有在照顧疑似 2019-nCoV 感染者時(shí)才需要戴口罩綠色化。如果您咳嗽或打噴嚏，請戴上口罩形式。有關(guān)各種口罩的作用和用途的最新摘要建設應用，請參閱其官方建議 [ 57 ]。值得注意的是日漸深入，美國疾病管制中心 (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動力，尤其是在社區(qū)傳播嚴(yán)重的地區(qū) [ 58 ]。此外互動式宣講，其他國家也有可能效仿效高性，尤其是在世界重新開放之際。

與醫(yī)用口罩不同自動化，所謂的 N95 過濾式面罩呼吸器 (FFR) 旨在為佩戴者提供高水準(zhǔn)的保護(hù)提升，例如，醫(yī)務(wù)人員在照顧感染患者時(shí)會(huì)使用這種口罩不折不扣。與醫(yī)用口罩不同的是支撐能力，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，並且口罩內(nèi)含有專門的過濾器高效利用，可作為阻擋小至 0.3 微米的顆粒的物理屏障特征更加明顯。這仍然比實(shí)際病毒（約 0.12 微米）大 [ 59 ]估算，但比打噴嚏或咳嗽時(shí)噴出的大多數(shù)飛沫小得多。此類口罩的性能標(biāo)準(zhǔn)受到嚴(yán)格監(jiān)管 [ 48-51 ]的可能性，任何 DIY 複製這些口罩的方法都必須仔細(xì)參考這些規(guī)定不要畏懼，這些規(guī)定在各地也可能有所不同。因此措施，對現(xiàn)有和即將推出的 N95 類 FFR 原型進(jìn)行受控測試至關(guān)重要大大縮短。此外，如果佩戴不當(dāng)緊密相關，它們最終可能和醫(yī)用口罩沒什麼用 [ 57 ]更默契了。為了保護(hù)眼睛，N95 可以與緊身護(hù)目鏡或面罩結(jié)合使用培訓。

目前不合理波動，市場上有許多不同類型的口罩DIY 設(shè)計(jì)，從基於餐巾紙重要工具、布或胸罩罩杯的簡單視頻教程（表1A）[ 60-62 ] 到3D 打印選項(xiàng)[ 63 ]積極拓展新的領域，再到同行評審的科學(xué)研究中開發(fā)和/或測試的設(shè)計(jì)[ 25、26 ]（圖1）更優質。有些設(shè)計(jì)非常有效 [ 25 ]競爭力所在，但據(jù)我們所知，迄今為止沒有一個(gè)完全符合監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)領域。不過溝通機製，隨著設(shè)計(jì)目前每天都在發(fā)布，這種情況可能很快就會(huì)改變註入新的動力。表 1B總結(jié)了本文撰寫時(shí)可用的 DIY N95 項(xiàng)目子集領先水平。

或者，醫(yī)護(hù)人員也可以使用防濺外科口罩（IIR雙重提升，耐 160 mmHg）和麵罩 [ 42 ]戰略布局。後者組合可能比 N95 口罩 [ 56 ]更容易達(dá)到監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，部分原因是它們不需要緊密貼合皮膚表現明顯更佳。線上搜尋很快就能找到幾種面罩（和 IIR [44]）的設(shè)計(jì)狀態，相關(guān)測試的水平也各不相同 [ 64,65 ]（表 1C、圖1E）指導。例如廣泛認同，3D Crowd 是一個(gè)總部位於英國的公民網(wǎng)絡(luò)，正在動(dòng)員志工生產(chǎn) DIY 面罩並送到醫(yī)院和醫(yī)療機(jī)構(gòu) [ 66 ]增持能力。透過「The Big Print」 共同努力，他們已經(jīng)收集了 37 萬個(gè)單位的請求明顯。目前有 5,500 多名志工正在生產(chǎn)其中的 80,000 個(gè)傳遞。另一種方法是基於現(xiàn)有的全臉呼吸管面罩 [ 67 ]，它可以有效地用作面罩和護(hù)目鏡的組合。諸如此類的努力創新內容，包括其重要的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證特性，都可以透過最少的投資輕鬆擴(kuò)大規(guī)模帶來全新智能。與口罩相比不折不扣，它們也可能更容易消毒以供重複使用 [ 68 , 69 ]。

此外充分發揮，更專業(yè)的個(gè)人防護(hù)裝備也在積極開發(fā)中選擇適用。這包括用於診斷的DIY 檢測室（檢測前需要在生物安全2 級設(shè)施BSL2 中進(jìn)行病毒滅活，見下文）和DIY 氣霧劑盒設計，例如用於給患者插管（圖1F業務指導、表1D） 。與所有醫(yī)療設(shè)備一樣就此掀開，這些也需要監(jiān)管部門的批準(zhǔn) [ 48-51 ]長足發展。

PPE 的建築材料選擇應(yīng)仔細(xì)考慮建築材料。例如不斷豐富，有人認(rèn)為 3D 列印材料的孔隙率可能使其成為製作口罩的危險(xiǎn)選擇實施體系，因?yàn)樗鼈兛赡苁共《撅w沫長時(shí)間存在 [ 68 ]。材料本身可能存在的間隙（例如由於印刷過程中起泡或分層不完美）進(jìn)一步增加了擔(dān)憂的空間各有優勢。在撰寫本文時(shí)效果較好，我們尚不清楚上述幾點(diǎn)的可用數(shù)據(jù)。同樣持續，在雷射切割零件時(shí)等多個領域，應(yīng)仔細(xì)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(jìn)行消毒的需要。如果可用高質量，並且手邊的雷射切割機(jī)可以處理（許多不能）提供了有力支撐，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激發創作∏熬?？稍诖颂幷业?DIY PPE 消毒指南 [ 70 ]。在整個(gè)過程中增幅最大，考慮由於建築過程本身而可能造成的品質(zhì)變化也很重要共享應用。

FOSH 呼吸器呼吸器是一種醫(yī)療設(shè)備，透過輸送空氣或其他混合氣體來支持或接管患者呼吸標準。能夠自主呼吸的患者通常透過插管或正壓面罩 (PPM) 的恆定氣流進(jìn)行治療示範推廣。在更嚴(yán)重的情況下，患者需要插管（將管子插入患者的氣道）即將展開。在這種情況下大幅增加，一些現(xiàn)代呼吸機(jī)可以將氣體的釋放與任何剩餘的自然呼吸嘗試同步。在其他情況下傳承，呼吸器可以完全接管（通常與患者鎮(zhèn)靜相結(jié)合）等特點。在治療結(jié)束時(shí)建言直達，必須小心地讓患者脫離呼吸器。一般來說將進一步，使用呼吸機(jī)會(huì)帶來感染風(fēng)險(xiǎn)充分發揮，包括肺炎、肺部損傷和氧中毒成就。後兩者有時(shí)可能與設(shè)備使用不當(dāng)有關(guān)（例如氣壓過高和/或氧氣濃度過高）重要方式。

從技術(shù)角度來看，呼吸器可以簡單到手動(dòng)操作的壓縮袋（氣囊面罩- BVM）系統，也可以複雜到完全電腦化的機(jī)器非常重要，可調(diào)節(jié)氣體壓力、濕度快速融入、氣體相對濃度以及循環(huán)速率發揮重要帶動作用，同時(shí)進(jìn)行即時(shí)測量以監(jiān)測患者狀況。一些較現(xiàn)代的系統(tǒng)增加了這種複雜性意料之外，使它們更適合長期使用文化價值，因?yàn)樗鼈兡芨玫啬M生理狀況，並可根據(jù)患者的特定需求進(jìn)行調(diào)整置之不顧。美國國立衛(wèi)生研究院 (NIH) 對呼吸機(jī)及其使用進(jìn)行了概述 [ 71 ]不斷完善，包括各種介面類型、呼吸機(jī)功能和本文未涉及的其他細(xì)節(jié)方便。英國最近也發(fā)布了自己的醫(yī)院用呼吸器規(guī)範(fàn) [ 72 ]基礎上。

目前，醫(yī)院對 COVID-19 患者使用非侵入式呼吸系統(tǒng)存在爭議應用領域，因?yàn)榇祟愊到y(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生氣溶膠保持競爭優勢，增加感染他人的風(fēng)險(xiǎn) [ 73 ]。儘管如此發展機遇，有些人認(rèn)為長效機製，在某些情況下，非侵入式呼吸系統(tǒng)還是有用的 [ 74 ]全技術方案，而且隨著情況惡化分享，此類系統(tǒng)的使用可能會(huì)增加。然而信息化，只有侵入式呼吸系統(tǒng)才能在必要時(shí)完全接管呼吸方式之一。

現(xiàn)在，用於病患照護(hù)的呼吸器已經(jīng)很有限新型儲能，在不久的將來這種情況可能會(huì)更加嚴(yán)重 [ 75–77]創新能力。目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 ] 、重新啟用倉庫中棄用的型號，以及呼籲工業(yè)界提高產(chǎn)量 [ 1 , 79 ]求得平衡。同時(shí)好宣講，世界各地的不同團(tuán)體正在召集他們的社區(qū)來設(shè)計(jì) FOSH 解決方案，以幫助提高呼吸器的可用性（圖 2領先水平、表 2）。一些例子包括開發(fā)完整和獨(dú)立的系統(tǒng) [ 80 , 81 ]、手動(dòng)呼吸器的自動(dòng)化 [ 31 , 33 , 37 ] 以及修理現(xiàn)有但停用的設(shè)備戰略布局，例如使用 3D 列印的替換零件 [ 82 , 83 ]品牌。許多計(jì)畫都在積極尋找具有不同背景的合作者。有創(chuàng)使用的 FOSH 呼吸器需要實(shí)施基於感測器的回饋系統(tǒng)更為一致，以測量壓力等形式、二氧化碳和氧氣水平、潮氣量和死腔體積以及空氣濕度研究與應用。這些都是必要的測量飛躍，可以了解機(jī)器是否按預(yù)期運(yùn)行，並且不會(huì)對患者造成更多傷害全面協議。