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开源硬件的硬件设计是公开,所以任何人都可以研究,修改,分发,制造和销售的设计或硬件基于设计。一些开源硬件项目可以作为有源医疗器械。开源的方法提供了一个独一无二的结合优势,包括降低成本和更快的创新。本文比较10个开源医疗项目而言,是多么容易获得所需的组件和构建设备。
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这是一个开放的分布式条188滚球软件依照Creative Commons归因的条款(4.0)CC许可,允许别人分发,混音,适应和发展这项工作,为商业使用,最初的工作是提供适当的引用。看到的:http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
来自Altmetric.com的统计
介绍
广泛的开源硬件,包括医疗传感器和低成本单板机上现成的消费市场。Arduino,可以说是一种最广泛和成功的开源硬件平台,包含一个微控制器提供一个易于使用的开发环境,使它理想的设备。它有一个大型社区的支持者,也有开放的软件图书馆可以简化很多任务。
激进的方法,这些新设计的转变开放。原则上,任何人都可以建立一个Arduino,因为其全部设计规范可供任何人使用。这一开放促进了许多人建立一个广泛的传感器和其他设备兼容。具有讽刺意味的是,开放而不是保护他们的设计(例如,专利)已经大大增加了他们通过刺激全球市场销售和降低价格。
医疗设备为什么开源硬件是一个好主意吗?做一个开源许可下可用的硬件设计允许任何人改善和促进设备设计,导致快速创新与传统方法相比。1,2它也使设计要修改的非常具体的用途,并使设备容易修复,因素也降低这些设备对环境的影响。开源医疗设备安全、增加安全性和鲁棒性,允许更多的人检查和改善其设计。3事实上,它是如此难以培养良好的计算机安全,最好的加密算法总是在开放开发允许其他人检查和改善。4此外,如果开源软件连接设备和物理接口标准化,供应商是可以预防的。开源也允许很多制造商使用相同的设计但区分在其他方面为了竞争,例如在可用性、支持或更广泛的与其他设备的互操作性。同样的方法可以提高医疗设备。
开源的发展中国家的医疗设备的潜力
根据世界卫生组织,70 - 90%的医疗设备捐赠给发展中国家没有功能。5,6非常简单的错误,就像一个破碎的保险丝或死电池,占15%的失败。百分之二十的捐赠的设备都是不习惯,因为没有可用的手册或因为糟糕的用户培训。即使提供训练,这是罕见的技术人员提供技术培训。
开源医疗设备如何像一个注射器泵解决一些问题吗?一个新的注射器泵目前市场上价格10 k和500美元之间,根据数量的特性及其应用。开源注射器泵可以为5 - 10%的建造成本类似泵的性能,具有巨大的潜力使医疗设备更容易在发展中国家,7设备也可以设计为开源和建造为特定的用例,而不必依赖于从第一世界国家捐赠的设备。
可以说,资源不足发达的医疗有完全相同的问题虽然在不同的范围内:开源发达医疗系统应该有类似的好处。
量化开源硬件开发的价值
皮尔斯1开发一组公式量化开源硬件设计的价值。一种方法是比较分布式制造传统制造业,基于下载的数量在制造产品的设计结果。另一种方法是计算节省的成本没有复制产品设计,根据设计师的设计小时和小时工资数。第三种方法是计算市场规模的分布式制造方法根据产品的数量和他们的生产成本。
使用上面的第一种方法中,一个基本的价值由Wijnen注射泵的设计等8显示是000到778美元和1240万美元/ 1年。这就是所谓的下载替换估值计算,每年节省的成本进行比较购买传统制成品生产的边际成本开源硬件版本使用分布式制造。设计的价值进一步量化使用的次数,开源硬件设计下载。
监管问题
医疗器械临床试验可能需要从2到5年。而5年很长时间是一个小企业,进行设计和开发,临床试验,作为一个开源项目的一部分,意味着小企业可以分担负载。原则上的业务操作需要在更短的时间成功地推出新产品。
方法
我们选择10开源硬件医疗设备和比较而言是多么容易获取的组件和建立独立的设备。系统回顾是不可能在这个阶段,因为许多项目仍处于早期阶段,尚未发表在同行评议的文献。因为这是一个快速发展的领域,我们不要求我们列出的项目全面或完全代表。我们审查的范围定义基于以下入选标准:(1)源文件的可用性,(2)可以用作活跃的医疗设备,它依赖于软件和电能的来源功能。
所有的设计文件,例如,二维图纸,CAD(计算机辅助设计)文件、电路图和布局,需要是可用的,并且可以修改。如果文件只能在一个不可编辑格式,该项目被排除在外。例如,Robohand9三维(3 d)印刷假肢项目不分享源文件,只有STL(有限元)文件,然后只在一种不可编辑格式。
我们区分:
无源医疗器械,如软管夹
医疗器械依赖软件,像大多数注射器的司机
实验室研究的设备,比如离心机
项目比较
肌电的接口
肌电的假体是由微小的电压控制生成的表面皮肤残留肌肉的活动,称为表面肌电图(EMG)。这些电压放大和处理,以便当用户展示肌肉,汽车上的假体以可预测的方式移动。一个肌假肢的利用和电缆body-powered设备,可以使它看起来很自然,虽然在限制性更强的成本和不舒适的套接字。这些设备的另一个缺点是他们缺乏响应:大多数假肢手缓慢增加控制力量或电池寿命为代价的快速行动。然而,采用的主要障碍是成本:一只手臂成本至少30美元000。
MyOpen
MyOpen,10开放假肢项目的一部分,11为肌控制创建开源硬件。电路板设计的数字信号处理单元和相关软件是可用的。12希望最终可以用来控制机械电子假肢截肢者。13MyOpen想把假肢的费用低至250美元。
席尔瓦等14已经和测试一个自包含的mechanomyogram假肢控制。他们的设备包含三个传感器,每个麦克风拾取肌肉组成的声音和一个加速度计检测的外部干扰。他们的信号被一个单片机和转换成模拟EMG信号来控制一个奥托博克的手。15结果表明,该设备执行与控制精度超过70%。
为了复制研究由席尔瓦等,开放假肢项目11建立了一个数据采集系统记录MMG信号。它由一个3.5毫米音频插头,一个麦克风拾音头,一些线和一台笔记本电脑。不包括笔记本电脑,组件成本不到5美元。一个驻极体电容式麦克风,是由笔记本电脑的声卡。他们用自由和开源软件(FOSS)大胆来记录和处理的声音。他们有录音麦克风直接在皮肤上用胶带粘,插到笔记本电脑,并记录音频。不需要特殊的技能或工具来构建这个系统。
CT扫描仪
詹森20.建立一个开源桌面CT扫描仪(见图1为小对象)。完整的设计文件是网上的,21包括机械设计,电路图和固件。CT扫描仪使用放射性同位素x射线源强度很低,这意味着即使是低分辨率图像测量花费几个小时的时间。22它是专为学术和教育的目的,但希望它最终可能被用作医学扫描仪在发展中国家。
开源的CT扫描仪(图片由彼得·詹森图像在Creative Commons许可的冲锋队许可)。
Jansen设计几乎完全laser-cuttable CT扫描仪有四个轴的运动,一个是一个很大的扶轮龙门。龙门的步进电机旋转一个国家电气制造商协会(NEMA) 17步进从开源硬件经销商Adafruit(14美元),转让运动的驱动轴使用皮带和滑轮时机。每个线性轴都有一辆小马车,包含源或探测器的坐骑。每个轴都有一个便宜的NEMA14步进同样来自Adafruit(美元以下14)和一个惰轮。23詹森已经使用一个非常小的固态高能粒子探测器称为辐射的5型手表,它可以连接到一个外部微控制器。这个粒子探测器的价格不到80美元。
测试运动检测器,詹森放在一起一个Arduino盾(45美元)和三个Pololu步进控制器24探测器和一个连接器。一个SD卡插槽可以存储大量扫描的图像数据。
詹森的设计中使用的源的辐射是钡- 133(成本80美元和125.00美元之间),80 - 383 KeV能量。这种放射性同位素检查源在环氧树脂密封,和这样的低强度,它不许可25并认为是安全的,除非材料是消化或贴身体长时间,它可以作为一般垃圾处理。詹森的开源CT扫描仪的总成本(不包括激光切割机)约为300美元。开源的激光切割机可以容纳大约1000美元。所有必需的组件都是现成的,只有电子和激光切割的基本知识是必需的。
输液泵
输液泵流体在设置的时间。在医院提供药物用于治疗如化疗和疼痛管理,而实验室使用他们从微流体生物打印。
Fechko的蠕动泵
Fechko26建立了一个蠕动泵(见图2)使用覆盆子π单板计算机和一套标准化的t形槽剖面建筑称为OpenBeam。泵设计作为实验动物的流体奖励系统,但也可以用于其他用途。
覆盆子π蠕动泵(由琥珀Fechko照片,图像在Creative Commons许可的冲锋队许可)。
电子产品包括模块化组件,不需要焊接。使用的电器是一个Arduino或覆盆子π和组件很容易从开源硬件分销商。Arduino源代码可用,使用电动机盾,和树莓π,使用Gertboard或L293D电机控制芯片。所有组件使用可用现成的,不需要特殊技能构建泵。
Wijnen等的注射泵
Wijnen等8发布一个完整的开源注射泵库,组成一系列3 d-printable部分构建一个注射器泵。注射泵的性能评估和方法用于评估详细。设计、材料清单和汇编指令是公开的。3 d-printable部分可以使用一个开源修改参数三维设计工具,叫做OpenSCAD27和衍生品像OpenPump28,29日已经被创建。
建立设备3 d打印机,或3 d打印服务,可用于打印的必要部分。电子产品都是基于一个覆盆子π,步进电机和驱动程序可以从开源硬件经销商获得的组件。大多数机械部件可以获得当地的五金店。一些专家的组件(比如滚珠轴承,直线轴承和灵活的联轴器可以网上采购。源代码是可用的覆盆子π。
生理监测
e-Health传感器平台
e-Health传感器平台30.西班牙电子制造商Libelium生理监测平台是一个开放使用九个不同的传感器:脉搏,氧气在血液(热点2),气流(呼吸),体温,心电图,glucometer、皮肤电反应,血压(血压计)和病人位置(加速计)。所示的平台图3和4由董事会或盾牌,插入一个Arduino或覆盆子π与各种传感器和接口,允许尝试直接与来自这些传感器的信号。
Arduino(底部,USB连接器)和e-Health盾牌。英国£1枚硬币(直径2.25厘米)。(图片由帕特里克·Oladimeji图像在Creative Commons许可的冲锋队许可)。
血糖仪连接到e-Health盾(图片由帕特里克·Oladimeji图像在Creative Commons许可的冲锋队许可)。
建立设备树莓π或Arduino是必需的。不需要任何特殊技能,因为它是一个模块化的设备的各个组件只是插入。组件提供现成的传感器和修改的产品与设备。源代码可供覆盆子π和Arduino。
OpenBCI
OpenBCI是一个八路脑电图信号捕获平台(见图5)的硬件、软件和机械设计文件网上。31日它适用于人类的脑机接口技术,但硬件也可以用来执行其他类型的若,肌电图和心率(心电图)。
OpenBCI脑机接口(维基共享照片,图像在Creative Commons许可的冲锋队许可)。
所有硬件和电极都包含在工具包。它是一个模块化的设备,硬件设计文件可用。3 d-printable脑电图耳机,叫做Spiderclaw,正在开发中。源代码可供Arduino(8位)、ChipKit(32位),处理和Python。
diy血压监护仪
罗素等32发布指令来建立一个DIY (DIY)血压监测。指令包括材料清单和电路图。血压监护仪依赖于电子压力传感器连接到一个无液血压计(机械类型拨号)。监视运行在电池可以使用一个手柄充电发电机。他们提到,这是一个实验原型,测量不应依赖于临床使用。
该设备可以使用基本的工具从家五金店。可以来自各种电子元器件分销商,以及现成的血压计。一个现成的项目框用于控制电子产品。微芯片PIC单片机源代码可用,只有电子和焊接的基本知识是必需的。
糖尿病
Diabeto
Diabeto是一个小装置,插入一个智能手机应用和转移的血糖读数。数据可以显示和分析Diabeto web应用程序,手机应用程序以及卵石smartwatch。硬件设计文件,材料清单和用户说明了网上。33
Diabeto作为商用现货设备是可用的,但是网上硬件设计文件。可以来自各种电子元器件分销商。比尔的材料包括制造商名称和产品代码。附件和软件似乎并没有开源的。
结论
开源医疗设备已经可用,即使他们不是销售。表1显示了10设备比较的总结。显然,开源软件提供了一个解决方案的高成本和缓慢的创新医疗设备。现成的医疗传感器是可用的,可以连接到廉价嵌入式计算机,和很容易构建实际系统可用于发明新的临床工作的应用程序。快速实现复杂的结果,是不可能只有一两年前变换对医疗设备的态度:有趣的是,奖励,激发创意创新。
仍有许多挑战在医疗开源硬件。医疗设备需要监管,这可以耗时又昂贵,但仍然可控的一个开源项目。一起集资”是获得资金的一种方式申请认证。有成功的开源硬件开放商业模式,从而能够投资于商业实体。最后,请注意,而开源硬件不使用专利知识产权保护,开源硬件公司通常使用商标来保护他们的品牌和保证产品的质量水平。
脚注
推特遵循Gerrit Niezen在@gendor
贡献者GN和PE构思工作。GN、PE和HT写这手稿。
资金这项工作是由英国工程和物理科学研究委员会(批准号EP / G059063)。
相互竞争的利益从潮间带水坑GN报告个人费用,1型糖尿病的非营利性开发开源软件,在提交工作。体育和HT没有披露。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。