層流手術(shù)室集中布置送風口的理論基礎(chǔ)是什么？

提要　我國標準將潔凈層流手術(shù)室分為四級, 其中前三級要求在手術(shù)臺上方集中布置送風口,這樣做是為了保護關(guān)鍵區(qū)域, 符合我國早就提出的局部凈化和主流區(qū)理論。按主流區(qū)理論計算結(jié)果表明, 這樣布置送風口, 將在同樣換氣次數(shù)下使手術(shù)臺區(qū)潔凈度提高一個級別, 使主流區(qū)細菌濃度和周邊區(qū)細菌濃度之比降到0 .5 以下。

1 　保護關(guān)鍵區(qū)域和局部凈化

我國國家標準《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標準》已從2000 年10 月1 日起施行?！稑藴省穼崈粲梅糠譃? 級。其中對潔凈層流手術(shù)室是按手術(shù)臺區(qū)和周邊區(qū)的細菌濃度和空氣潔凈度來分級的, 這在國際上還是第一次。《標準》第29 條規(guī)定“ Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ級潔凈層流手術(shù)室應(yīng)采用局部集中送風方式, 集中布置的送風口面積即手術(shù)區(qū)的大小應(yīng)和層流手術(shù)室等級相適應(yīng), Ⅰ 級時的不小于6 .2 m²(其中頭部專用的不小于1 .4 m²),Ⅱ級不小于4 .6 m² , Ⅲ級不小于3 .6m²” 。

這樣規(guī)定, 完全不同于比較流行的工業(yè)潔凈室做法(如日本):全室單向流或者亂流方式。這樣規(guī)定, 其指導思想是應(yīng)用主流區(qū)理論, 保護關(guān)鍵區(qū)域, 達到既提高潔凈效果又更經(jīng)濟的目的。保護關(guān)鍵部位和局部凈化是借鑒德國的做法。德國在醫(yī)院層流手術(shù)室推行的不是全室凈化和均勻送風, 而是著眼于將關(guān)鍵區(qū)域(手術(shù)臺和器械桌)的浮游菌濃度控制在限定的范圍之內(nèi)。著眼于提供一個工作區(qū)的合格的背景環(huán)境。

德國醫(yī)院潔凈層流手術(shù)室的這一技術(shù)路線和柏林工業(yè)大學艾斯東(Esdorn)教授1977 年提出的污染度U_s 和相對污染度E_x 兩個概念[1] (定義參見文獻^[2] )密不可分。

德國標準DIN 1946 第4 部分“醫(yī)院通風空調(diào)”采用了上述概念, 并規(guī)定所謂一般無菌層流手術(shù)室允許Us =1 , 所謂高度無菌層流手術(shù)室允許Us =2/3 。

污染度概念的提出對于德國稱之為無菌層流手術(shù)室的潔凈層流手術(shù)室以不同于當時工業(yè)潔凈室一般做法的模式發(fā)展, 起到了促進作用。它的主要優(yōu)點是:

①以細菌濃度作為判斷依據(jù), 適合醫(yī)務(wù)人員習慣。

② 給出了達到所謂一般無菌要求的基本條件———20h^-1潔凈空氣量的換氣次數(shù), 認為這樣的換氣量就可以滿足所謂一般無菌層流手術(shù)室的衛(wèi)生要求,這就是說, 潔凈層流手術(shù)室必須送潔凈風, 換氣量至少相當于20h^-1 。

③給出了工作區(qū)是關(guān)鍵區(qū)域的概念, 提出了將20h^-1換氣量集中在工作區(qū)上方送出的主張,使手術(shù)區(qū)達到的細菌濃度僅為室內(nèi)平均濃度的一半, 即污染度降到0 .5 。這就是集中布置過濾器和常規(guī)分散布置過濾器的區(qū)別。

④沒有停留在概念上, 而是把概念和實施的裝置結(jié)合起來, 開發(fā)了層流手術(shù)室送風吊頂單元, 并將此項開發(fā)成果轉(zhuǎn)讓給偉醫(yī)士(Weiss)公司, 這也就

是今天我們看到的歐洲許多潔凈層流手術(shù)室送風吊頂單元(包括德國T rox Technik , Nickel 和瑞士Luwa等公司)的基型。

但是, 污染度概念表現(xiàn)的不足在于:

① 沒有給潔凈層流手術(shù)室定下細菌濃度絕對量的標準, 這在DIN 1946 第4 部分中也沒有反映。雖然2400m³/h 基本風量是經(jīng)過測定等給出的, 但沒有給出這一風量所能達到的細菌濃度標準, 也沒給出有關(guān)的條件(如面積、人數(shù))。這樣相對量之間的比較就意義不大, 可操作性不強, 而且顯得2 400m³/h(或20 h^-1換氣)的認定有隨意性。

② 艾斯東污染度的概念, 實質(zhì)上是追求一種最小風量的思路, 他的方案只適用于所謂一般無菌的層流手術(shù)室, 這顯然是有很大局限性的, 而且同在歐洲的英國、瑞士等國標準中的送風量就比德國大得多。這一點也被曾在偉醫(yī)士公司工作的許密特(Schmidt)教授指出, 認為上述最小風量思路并非正確, 增加的一些投資與其所產(chǎn)生的避免感染、保證手術(shù)成功的效益及減少可能引起法律訴訟的損失相比, 是很微小的, 他則提出了所謂高度無菌層流手術(shù)室風量必須大于7 500 m³/h 。

③ 不論是艾斯東教授得出的Us =0 .5 的結(jié)果, 還是許密特教授由大量測定歸納出的送風面積和保護區(qū)面積的結(jié)果(見文獻[2] 表1), 都沒有達到理論預測的程度, 沒有提供一種基本可行的理論計算方法, 這也就降低了實踐中的可操作性。

其實, 反映在污染度概念和DIN 1946 第4 部分中的若干思想, 對于我們來說并不陌生。

德國1977 年提出的這一污染度思路, 認為潔凈層流手術(shù)室不必進行全室凈化, 只需局部降低細菌濃度以及有效保護關(guān)鍵區(qū)域;并集中使用20^h-1 換氣量的潔凈風于手術(shù)臺上方送出。這一思路的實質(zhì)就是“局部凈化”和“主流區(qū)”概念的結(jié)合。

我國1977 年7 月經(jīng)全國鑒定審查會通過并于1979 年正式出版的《空氣潔凈技術(shù)措施》^[3] 就第一次提出了“全面凈化”和“局部凈化”的概念:

“凡是通過空氣凈化及其它綜合處理措施, 使室內(nèi)的整個工作區(qū)域成為潔凈空氣環(huán)境, 這種做法稱全面凈化” ?！胺矁H使室內(nèi)的局部工作區(qū)或特定的局部空間成為潔凈空氣環(huán)境, 這種做法稱局部凈化” ?！霸跐M足工藝要求的條件下應(yīng)盡量采用局部凈化” 。當然這種局部凈化也給全區(qū)帶來凈化效果。

2　主流區(qū)概念及不均勻分布濃度計算

主流區(qū), 是1978 年國內(nèi)首次提出的概念[ 4] :在亂流潔凈室內(nèi), 在送風口下方一個范圍內(nèi)為主流區(qū), 其潔凈度最高;在回風口附近有一很小的回風口區(qū), 其潔凈度可以高于也可以低于室內(nèi)平均濃度, 這要視不均勻分布系數(shù)Ψ大于或小于1 而定,但是它等于理論的均勻分布時(Ψc =1)的室平均濃度;此外, 在送風口兩側(cè)的其他區(qū)域是含有渦流的紊流區(qū)域, 習慣簡稱渦流區(qū)(并不是說整個區(qū)域都是渦流), 其潔凈度明顯低于中心的主流區(qū)。三區(qū)不均勻分布見圖1 。

根據(jù)主流區(qū)概念, 對于末端為高效過濾器的潔凈空間,由于送風濃度極小,因而有:

不均勻分布的室平均濃度

主流區(qū)濃度Na=Ψa N , 渦流區(qū)濃度Nb =Ψb N , 回風口區(qū)濃度Nc = Ψc N。

式中　Ψ——不均勻分布系數(shù),；

Ψa —— 主流區(qū)不均勻分布系數(shù),；

Ψb —— 渦流區(qū)不均勻分布系數(shù),；

Ψc —— 回風口區(qū)不均勻分布系數(shù), Ψc =1 ;

n —— 換氣次數(shù);

N —— 均勻分布的室平均濃度,,Ns —— 送風濃度;

G —— 單位容積發(fā)塵量;

β ——主流區(qū)發(fā)塵量占全室發(fā)塵量的比例;

——主流區(qū)的引帶系數(shù);

—— 渦流區(qū)容積占全室容積之比。

3　主流區(qū)污染度

Ψc =1 說明, 回風口區(qū)濃度就是均勻分布時的總平均濃度, 過去的理論研究成果已指出應(yīng)把工作區(qū)置于主流區(qū)下, 為了判定集中布置送風口并使工作區(qū)布置在主流區(qū)下與常規(guī)分散布置相比的優(yōu)越程度, 有以下幾種考慮。

① 這一程度用主流區(qū)濃度與室平均濃度之比即Ψa/ Ψ來表達, 因為室平均濃度中包括主流區(qū)濃度, 則從比值上可能反映不出主流區(qū)的優(yōu)越。同時, 當采用集中布置送風口的主流區(qū)方案時, 對室平均濃度的認同易產(chǎn)生分歧, 因為在主流區(qū)內(nèi)的測點應(yīng)占多少和各自加權(quán)系數(shù)有關(guān), 不好確定, 因而可操作性不強。

② 這一程度用主流區(qū)濃度與回風口濃度或均勻分布時室平均濃度之比即Ψa/ Ψc 表達, 也就是用Ψa 表達, 雖然有可操作性, 即回風口區(qū)濃度(也就是相當回風濃度)可測出來, 但因為工作點不可能布置在回風口區(qū), 它們之比不是最受關(guān)心的。前述德國的污染度概念就是這樣一個比值, 它不能回答集中布置送風口以后關(guān)心的一個問題, 即沒有送風口的周邊區(qū)如何? 此外, 雖然回風口濃度可以測, 但顯然不同位置的回風口其濃度有較大不同,這就需要全測才不至于失真太大。

③ 這一程度用主流區(qū)濃度與渦流區(qū)即周邊區(qū)濃度之比即Ψa/ Ψb 表達, 則能比較清楚地說明問題。前面已說過, 渦流區(qū)是指主流區(qū)兩側(cè)含有渦流區(qū)的紊流區(qū), 它的濃度就代表除了主流區(qū)和回風口以外的室內(nèi)其他主要區(qū)域的濃度, 也就是主要為主流區(qū)周邊地區(qū)的濃度。所以Ψa/ Ψb 可以反映出工作區(qū)內(nèi)和非工作區(qū)內(nèi)的濃度差別。同時, 這兩區(qū)的濃度都可以按區(qū)布點分別測定。綜上所述, 即主流區(qū)對于周邊區(qū)的污染度, 稱為主流區(qū)污染度, 以Ψa/ Ψb 表示, 它明顯區(qū)別于德國的污染度即Ψa/ Ψc 。

4　分級計算

① 層流手術(shù)室的平面

層流手術(shù)室內(nèi)平面按功能可分成若干區(qū), 可以借鑒軍隊有關(guān)標準^[5] 的劃分, 見圖2 。

圖2 中“1” 區(qū)是按手術(shù)床長1 .8 m 、遇特高患者時可打開兩頭至2 .1 m 考慮的。各區(qū)間隔基本是0 .6m 。

② 手術(shù)人數(shù)

手術(shù)人數(shù)和層流手術(shù)室內(nèi)人員配置方案有關(guān), 手術(shù)中醫(yī)護人員密集在手術(shù)臺四周, 外科醫(yī)生靠手術(shù)臺, 他們是主刀、第一助手、第二助手、護士長(或器械護士), 頭部近旁有麻醉師。同時, 醫(yī)療設(shè)備越現(xiàn)代化, 需要的人員越少,因為一臺儀器原則上要1 人照料, 儀器現(xiàn)代化多功能后臺數(shù)減少, 輔助人員也就減少了。輔助人員一般在8 ～ 12 人之間, 使用現(xiàn)代化設(shè)備后一般不超過10 人。見圖3 ～ 6^[6] 。

③ 送風面積

既然送風集中于工作區(qū), 則送風面積大小很重要。送風面積太大則風量要求太大或在一定風量下風速太低, 造價高;太小則影響對工作區(qū)的保護。

現(xiàn)在分三種情況:最低、中間和最高的標準。

最低標準是把僅包括手術(shù)臺的工作區(qū)包籠在主流區(qū)內(nèi), 中間標準是包括手術(shù)臺外圍0 .6 m 的區(qū)域, 最高標準可包括手術(shù)臺側(cè)邊外0 .9 m 的區(qū)域。(在《標準》條文中實際數(shù)字略小, 因此計算結(jié)果更可保證實現(xiàn)。)

在這里應(yīng)考慮弱射流氣流邊界的混摻和削弱現(xiàn)象(參見文獻[7]圖14-3), 邊界可有10.7°角的縮小(包括10.7°角在內(nèi)的區(qū)域仍屬主流區(qū))。根據(jù)無影燈類別, 室內(nèi)凈高為2 .9 ～ 3 m , 手術(shù)臺高0 .8 m , 人體切口高度0 .3 m , 工作面高1 .1m , 則每邊縮小距離為[(2 .9 ～ 3)m -1.1 m] tan10 .7°=0 .34 ～ 0 .36 m 。

④ 發(fā)菌量發(fā)菌量不是按人員密度計算的, 要直接算。室內(nèi)表面發(fā)菌量還沒有直接數(shù)據(jù), 可參考表面發(fā)塵量, 即設(shè)8 m2 地面所代表的表面的發(fā)菌量, 相當于1 個人靜止時的發(fā)菌量。人靜止發(fā)菌量最大可取300 個/(人·min), 測定人員按2 名考慮, 則總發(fā)菌量為(+2)×300 個/min 。

⑤ 系數(shù)

按送風面滿布比, 依次取0.4 , 1.3 , 0.26 ,0.2 ;β 按送風面滿布比, 依次取0.7 , 0.65, 0.8 ,0.85 ;Vb/V按送風面滿布比, 依次取0.45 , 0.65 ,0.32, 0.24 。

計算結(jié)果列于表1。

　　如果送風口滿布比很大, β 達到0.95 , 標準兩側(cè)滿布回風口, =0 .05 , 則a =0.095 , 可算出Ψa/ Ψb ≈0.048 , 則Ψb =1 .98 , 可知周邊區(qū)濃度約是主流區(qū)的20 倍, 如果主流區(qū)屬于100 級范疇, 則周邊區(qū)在1000 級范圍之內(nèi)。

5　結(jié)論

由于手術(shù)區(qū)是層流手術(shù)室中發(fā)塵集中的地點, 按主流區(qū)理論, 若將這一區(qū)域置于主流區(qū)內(nèi), 則對提高主流區(qū)和全室的潔凈度大有好處, 計算結(jié)果表明,將工業(yè)潔凈室均勻布置送風口(1000級換氣次數(shù)標準), 改為集中布置送風口, 則可在手術(shù)區(qū)達到100 級的效果(不僅潔凈度高, 而且氣流流型好), 而周邊區(qū)則為1000 級。依此類推關(guān)鍵區(qū)域均可提高一級^[8] 。要說明的是, 為了縮短手術(shù)的時間, 采用了自凈換氣次數(shù)概念^[9] , 上述層流手術(shù)室的1000 , 10000 , 100000 級換氣次數(shù)比常規(guī)的略高,而對于非層流手術(shù)室房間則比常規(guī)的要小。

參考文獻

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9　許鐘麟, 編著.潔凈室設(shè)計.北京:地震出版社, 1994 .