層流手術室送風量如何確定

文摘 ?我國《醫(yī)院潔凈手術部建設標準》已正式實施。本文從菌塵控制思路出發(fā),

變普遍關心的標準中規(guī)定的層流手術室的送風童問題展開討論。

關健詞  醫(yī)院手術室  細菌控制  凈化空調系統(tǒng)  送風量

1.概述

我國《醫(yī)院潔凈手術部建設標準》(以下簡稱(標準) 》已經(jīng)出版, 并于2000年10 月正式實施。( 醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》也即將頒布, 這對加強我國醫(yī)院手術部建設的科學管理, 滿足醫(yī)療事業(yè)發(fā)展和科學進步的需要, 提高投資效益有著十分重要的意義。并將有利于促進醫(yī)院手術部的建設和國內手術室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

由于《標準》編制的技術思路發(fā)生很大的變化,突破了傳統(tǒng)的菌塵控制方法。旨在建立一個手術無菌環(huán)境的保障體系, 用“ 全過程控制” 來提高手術質量, 采取綜合措施去減少交叉感染風險。并于《標準》編制突出生物潔凈特點、突出保護關鍵部位, 提倡以經(jīng)濟有效的方法建造手術室。不片面強調凈化級別、隨意加大送風量( 規(guī)定了限值) 或輕易采用單向流( 層流) 送風方式等。所以可以大幅度減少送風量和降低運行費用。

手術室的空調系統(tǒng)要求控制室內溫度、濕度、塵埃、細菌、有害氣體濃度以及氣流分布, 保證室內人員所需的新風量, 并維持室內外合理的氣流流向。其中最為重要的是控制室內細菌的濃度, 以防止在手術過程中對手術傷口的感染, 提高手術成功率。與一般建筑物的空調要求相比, 系統(tǒng)應該具有以下特點:

(l) 空氣的凈化和除菌;

(2) 控制各區(qū)域的氣流和風速;

(3) 保證不同區(qū)域之間合理的氣流流向和壓力分布;

(4) 保證醫(yī)療上必要的溫度和濕度;

(5) 排出廢氣和有害氣體, 保證室內空氣品質,防止對外部環(huán)境污染。

《標準》頒布后, 對標準中規(guī)定的層流手術室的送風量問題爭議較大。普遍認為《標準》中規(guī)定的風量不但比中國人民解放軍工程建設行業(yè)標準FL0106YFB001 《軍隊醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》的要求, 而且比GB 50073 《潔凈廠房設計規(guī)范》的也要少( 見表l )。減小送風量是降低造價和和運行費用的關鍵。盡管目前我國層流手術室的設計風量普遍高于西方國家, 但在具體設計中, 風量又很難降下來,擔心達不到要求的潔凈度級別, 其主要原因是拘泥于潔凈度級別對應的換氣次數(shù)。為此有必要對潔凈手述室送風量確定原則作一闡述。

2 一般無菌手術室送風量的確定

現(xiàn)在我國《標準》與美、英、德等主要工業(yè)國家手術室標準一樣, 均是以細菌濃度作為手術室等級的主要指標。明確細菌濃度是進行分級、運行和監(jiān)測的主要指標。加強空氣凈化只是一種有效的技術措施,無菌程度才是控制的目的和結果。因此手術室送風量的確定, 主要依據(jù)所要控制的室內細菌濃度。

其實手術室送風量的確定完全是另一條思路, 當時僅僅是從衛(wèi)生學角度考慮, 并沒有考慮到潔凈度級別。手術室送風量的確定, 大約經(jīng)過以下幾個過程。

早年英國護理專家南西格爾( F. Nightingal) 強調新鮮空氣對感染的控制作用, 那時手術室要求全新風, 換氣次數(shù)為8 一12 h一l 。如美國建于60 年代初期許多手術室, 都是遵循1959 年美國供熱、制冷和空調工程師學會的設計指南( ASHRAE Guide ) 的規(guī)定,均為全新風空調19 68 年美國學者布魯爾和華萊士( Blower &Wallace) 已經(jīng)觀察到空氣中懸浮菌濃度為707 一1767個/ 耐容易引起敗血癥, 美國傳染病中心也證實了這一結果。當室內懸浮菌濃度低于180 個/m³ 感染危險已經(jīng)很小了, 如再下降到闌值(如4O 個/m³ ) 以下,尚無充分證據(jù)證明對降低術后感染率有明顯作用或顯著相關性。

7 0 年代經(jīng)過美國學者烏爾利奇( Uirlch ) 長期調研與驗證, 認為系統(tǒng)允許回風的手術室比全新風的手術室的細菌濃度要低, 而且更節(jié)能。各國標準均采用這種研究結果, 允許手術室空調系統(tǒng)回風, 但回風比不超過7 0%。

1982 年美國學者蓋爾蓀( Galson) 和英特杰( In-tage ) 經(jīng)過長期調研認為, 當一般無菌手術室的末級空氣過濾器為比色法效率90 一95 % , 只要20次換氣就能滿足衛(wèi)生學要求, 使室內懸浮菌濃度低于180 個/m³ ,術后感染右以得到控制。這個結論已得到國際上的公認。也是長期以來手術室通風的理論基礎。至于寫人各國標準時, 考慮的安全系數(shù)不同。各國標準規(guī)定的最小換氣次數(shù)略有差異,一般在30h^-1, 到20h^-1, 范圍內。這也是我國標準中n 級和m 級層流手術室的最小換氣次數(shù)的依據(jù)(見表1 )。

最新1999 年版的美國供熱、制冷和空調工程師學會( ASHRAE ) 的手冊中的應用篇還規(guī)定對于全新風的手術室最小換氣為15 h^-1, ; 而允許回風的手術室最小換氣為25h^-15, 新風量不小于5h^-1。顯然全新風和允許回風的手術室兩者換氣次數(shù)不同, 所達到的潔凈廢度級別肯定是不會相同, 但是兩者在衛(wèi)生學上是等價的?？梢娺@樣規(guī)定十分明顯地反映了美國標準以控制手術室細菌濃度為主要目標的思路,并沒有涉及到潔凈度級別。

英國標準中普通手術室的送風量一般為240 -3600m³/h, 如果以6m(長) x 6m(寬)x3m(高) 為標準尺度手術室, 相應的換氣次數(shù)約為2 ~ 33 h^-1 。

德國規(guī)定最小送風量也是2 0 ~ 2 4 次換氣。即國際上的公認20次換氣,得到了醫(yī)療保險的認可為了在這認可的范圍內, 提高手術區(qū)的無菌程度, 柏林工業(yè)大的艾斯東教授( Esdorn ) 在1977 年將相當于20次換氣的潔凈風量集中在手術臺的上方局部送風靜壓箱送出, 手術區(qū)細菌濃度下降一半, 獲得了成功。德國標準DIN 1946 第4 部分“醫(yī)院通風空調” 和DIN4799“ 手術室送風系統(tǒng)的側試” 采用了這種方法。

艾斯東教授提出的“污染度”U_s 是德國標準中一個很重要的概念, 它是室內工作區(qū)的懸浮菌濃度K_S和室內平均( 相當于回風的) 懸浮菌濃度K_r之比,其定義如式(1), 表示如下:

U_s =K_s/K_r            (l)

其次要引入相對污染度概念。它是送風系統(tǒng)實際風量L_S下可達到懸浮菌濃度K_S 與以2400m³/h為基準送風量L_J( 即相對于標準手術室約為2 0 次換氣)所能害到的懸浮菌濃度為K_J 之比, 稱為相對污染度E_X(見式2)。由于在一定范圍內, 系統(tǒng)所能達到的污染度( K_J /K_r) 與送風量比( L_J/L_S ) 成反比, 故相對污染度也可表示為風量之比(見式3)。

E_X =K_S/K_J                (2)

E_X=K_S/K_J= (K_S/K_r) (K_r/K_J) = U_S ( L_J/L_S )     (3)

這相對污染度不允許任意確定, 德國標準DIN 4799 規(guī)定一般的無菌手術室允許最大污染度為1,高度無菌手術室允許最大污染度為2 / 3 , 這時E_X 被稱為手術室允許最大污染度并設定為U_max , 這時L_S 被稱為最小送風量并設定為L_max( 見圖1 )。則式( 3) 變?yōu)?

U_max=U_S (L_J/ L_max)      (4)

圖l 中黑線表示允許最大污染度的界限值U_max。任何一個具體的系統(tǒng)實際能達到的污染度必須在黑線

以下的范圍內。可見所需最小送風量L_min與送風系統(tǒng)可達到的污染度U_S和手術室允許最大污染度U_max有關。如送風系統(tǒng)可達到的污染度U_S 越低, 所要求的最小送風量L_min越小。當手術室無菌要求越高, 其允許達到最大污染度U_max 越低, 則最小送風量Lmin要求越大。所需最小送風量的計算公式如式(5) :

L_min=L_j(U_S/U_max)=2400U_S/U_max  (5)

由此可見最小送風量的確定不僅與送風系統(tǒng)可達到的污染度有關, 還與標準規(guī)定的允許的污染度有關。

根據(jù)圖1所示手術室污染度的界限范圍, 也可確定送風系統(tǒng)的最小送風量。如對高度無菌的手術室,選用的系統(tǒng)需要達到.0 5 的污染度, 則最小送風量約為1 80 0m³/ h。而對普通手術室, 達到這種污染度需要的風量己達到風量的限值1200m³ / h , 這是最小新風量的要求。這時系統(tǒng)成為全新風系統(tǒng)。對于同一污染度值, 普通手術室所需的風量小于高級別手術室所需的風量, 但手術區(qū)內達到的無菌程度要低得多。當所選用的系統(tǒng)允許達到最大污染度, 即U_S= U_max 時, 那么最小送風量為基準送風量2 400m³ / h。

我國在1 97 8 一1 9 81 年也進行類似的研究, 研制了氣幕潔凈棚。其隔離效果( 潔凈區(qū)與周邊區(qū)之比) 達到.0 8一0.1 。19 9 6 年繼而又開發(fā)了污染屏、均未成功在醫(yī)院領域中推廣。

德國認為室內氣流組織的理想狀況應具備以下幾個特征:

( 1) 明顯的置換流流型;

( 2 ) 使室內的關鍵區(qū)域處于有效的氣流控制之中;

(3) 滿足人員的熱舒適要求;

( 4 ) 送風量較小;

( 5 ) 對室內的醫(yī)療設備影響小;

(6) 對手術人員的影響小;

( 7) 不妨礙手術人員的工作;

( 8) 有效地排除氣味和麻醉氣體。

德國這種保護關鍵部位的思路已被各國所妾受。盡管一般無菌 乒術室 的送 風末端 亡 、布置方式和送風面積有很多種形式, 如側送、斜送和頂送等。如今大多均將風口集中布置在手術區(qū)域上方, 實踐證明這種上送下回氣流方式對關鍵區(qū)域保護效果最好。

我國《標準》也吸收了這種思路, 并根據(jù)我國自己關于主流區(qū)的理論和成果, 將有限的潔凈氣流盡量籠罩室內手術關鍵區(qū)域。第一次將手術室的分級按手術區(qū)和周邊區(qū)分別制訂, 對手術區(qū)和周邊區(qū)給出了定義。明確提出在手術臺上方集中布置送風口, 并根據(jù)理論計算和參考國內外實踐具體給出了送風口尺度。實現(xiàn)了比較少的投入, 較低的送風量, 獲得更佳的手術區(qū)控制效果。我國《標準》比德國標準更系統(tǒng)、更具體地提出了集中送風保護手術區(qū)的方案。這樣做既有利于控制污染又便于操作。

3 高度無菌手術室送風. 的確定

潔凈室內氣流流態(tài)可分為亂流和單向流(俗稱層流)。但是對于手術室來說強調絕對的流態(tài)沒有意義。合理的手術室內氣流能防止細菌粒子的積聚并將其迅速排除, 有效地保護關鍵區(qū)域。氣流形式或送風裝置的選擇都應該著眼于采取經(jīng)濟有效的技術手段來降低污染度。高度無菌手術室需保持類似于單向流流態(tài),由于對工作面的截面風速和均勻性有要求, 一般都在送風口設置一定的均流層。單向流態(tài)可以分為垂直層流和水平層流。兩者經(jīng)過長期技術經(jīng)濟比較和長期運

行實踐證明, 國外的意見已趨向一致。希望手術室采用垂直層流, 非特殊情況下不要使用水平層流。目前在新建的高級別手術室內, 局部單向流已經(jīng)廣泛取代全室單向流。以保持關鍵區(qū)域的無菌程度, 沒有必要進行全室凈化和稀釋。降低了手術室送風吊頂送風速度以及相應的系統(tǒng)送風量。

德國不強調氣流的擠壓效應或稀釋效應, 體現(xiàn)了不同于以往層流或亂流的典型作法, 而是把潔凈、無菌氣流充填到手術區(qū)域, 以此降低關鍵區(qū)域的細菌濃度。德國稱是其為低紊流度的置換流。由于這種流型送風量很低, 出風面風速只有0.15m/ s (見表2) , 因此對送風要求很嚴格。送風吊頂上設置斜噴口, 以支撐置換流。并要求手術室送風吊頂系統(tǒng)必須送冷風, 如送熱風則完全失效, 也不能在室內設置暖氣片。這在德國問題不大, 因為手術室往往布置在手術部的核心

區(qū), 室內永遠存在冷負荷, 即需要全年送冷風。而且對手術室送風吊頂?shù)乃惋L溫度和室內溫度的差值( 即送風溫差) 也要嚴格控制。送風溫差太小, 送風氣流送不下來; 送風溫差太大, 中心無菌區(qū)域會縮小。要求送風溫差不能小于0. 5℃ 不能大于2 一3 ℃ 。另外手術醫(yī)療小組對它的理解與配合也十分重要。我國也曾進口過幾套這種裝置, 由于沒有注意到裝置特殊的送風要求和醫(yī)護人員配合等問題, 實際使用效果不甚理想。經(jīng)過調研, 認為這種送風形式在我國不宜推廣。

英國超凈手術室的送風量一般為10000一12000 m³/h, 如果出風面有短圍擋的送風吊頂, 則離地2m 處的最小風速為0. 3 8m/ s , 而離地1 m 處的最小風速要求為0.2m/ s(見表2)。由于送風吊頂有短圍擋, 其速度衰減小些。但短圍擋有積塵的可能,我國《標準》不推薦使用。

日本普遍使用全面單向流手術室。要求送風面不能小于天棚面的7 5%, 送風速度為0 .5 m/ s 時, 才能保證送風效果。直至7 0 年代末才把出風速度降到0.35 m/ s  左右( 見表2 )。由于采用全面層流, 所以速度衰減較慢, 在工作面上能達到0.2 0一0.3m / s 。這樣原斷面風速, 可以放寬對手術小組人員的要求, 符合我國國情。但不宜推廣采用全面單向注。

我國發(fā)展了局部單向流方式手術室送風吊頂?shù)乃悸? 是基于我國科研理論和實踐。在我國《標準》中的Ⅰ級特別層流手術室規(guī)定采用局部單向流方式, 要求在手術區(qū)工作面高度的截面平均風速滿足0. 25 -0.3 m / s (見表2 )。認為這是運行中必須保持的下限風速, 對確保局部單向流質量是非常必要的。當然也沒有必要采用大風量以維持典型的全面單向流所需的動量。根據(jù)我國研究成果, 要在工作面上達到0.25 -0.3m / s , 出風面上風速應為0.4 2 一0 .46m/ s , 與美國標準相當( 見表2 )。相應送風量為10000m³/h左右,與英國標準相仿?？梢娢覈稑藴省穼植繂蜗蛄鲾嗝骘L速的規(guī)定是科學的、合理的。

盡管單向流氣流能有效地降低室內懸浮菌和塵埃濃度, 卓越的凈化效果得到一級的公認,但是否能有效降低感染率, 尚未定論。而且爭論很大, 意見不統(tǒng)一。美國經(jīng)過大量的調查統(tǒng)計, 認為沒有充分理由說明單向流手術室中的手術感染率一定比亂流潔凈室要低的多. 或者說在統(tǒng)計數(shù)據(jù)上得不出有顯著差異。美國認為既然至今不能證明有效地降低術后的感染率,沒有必要推廣它。英國、瑞士、日本等國始終認為實施單向流對降低濃度手術術后的感染率十分有效。經(jīng)過幾次大討論, 至今才逐步取得一致的意見, 由于深度手術風險太大, 不容絲毫差錯, 這時單向流對手術過程中可能出現(xiàn)的任何感染的控制是有作用的。將它作為高風險手術的保障, 認為是可取的。

由于單向流送風裝置費用太高, 歐洲在發(fā)展局部單向流方面取得一定的成績。局部單向流的性能與送風口的型式、位置和送風參數(shù)相關, 為此開發(fā)出如空氣浴系統(tǒng)、帶空氣幕的層流送風裝置、帶圍檔或簾幕的層流罩、以及低速置換流送風天擁等裝置。在發(fā)展過程中較有代表性的大致有如下幾種送風裝置:

( 1 ) 1 96 年1月美國在新墨西哥州的巴頓紀念醫(yī)院設置了世界上最早的單向流層流手術室, 是一個3m x3 m 帶有頂棚靜壓箱與塑料帷幕的垂直層流層流手術室。

( 2) 1966年9 月英國的外科醫(yī)生查利( Char1ey )建造了英國的第一個被稱之為“ 綠屋” 的層流裝置, 經(jīng)過不斷改進, 形成了現(xiàn)在的查利超凈送風系統(tǒng), 它的中心出流區(qū)域邊設置了圍檔, 圍檔的下邊緣離地面約2m。

( 3) 德國柏林工業(yè)大學艾斯東( Esdorn) 開發(fā)了手術室專用的無圍檔送風單元, 在手要區(qū)域可維持一種低紊流度的置換氣流。由于送風速度較小, 易受到下方的熱源( 如人和燈具) 和室內橫向氣流的干擾,在吊頂中心設置氣流噴管來支撐微弱的垂直向下的氣流。同時借助送風溫差來維持流動。為了便于運輸和安裝. 德國妥思( Tro x ) 公司將手術室專用送風單元開發(fā)了模塊式送風裝置。

(4) 我國開發(fā)出來帶阻漏層的送風天棚, 使得送風裝置厚度大大降低, 適用范圍更廣。當采用阻漏層時,相當于高效過濾器后再串聯(lián)一個具有亞高效過濾效率的濾層, 這樣即使高效過濾器某點滲漏, 粒子也會在靜壓箱被潔凈空氣所混摻、稀釋、過濾, 而不會影響到送風濃度。還能使出風速度更均勻,濃度分布也更為均勻。無論氣流性能還是潔凈效果均優(yōu)于國外總和。

4 《醫(yī)院手術部建設標準》的規(guī)定

我國《標準》考慮到手術室保護區(qū)域較小, 明確要求層流手術室采用局部送風的方式, 并規(guī)定相應的送風量范圍。如果我們以6m x 6m x 3m 作為標準尺度手術室作一分析( 見表3 ), 可以看出由于手術切口不同, 愈合要求不同, 保護等級不一,要求的送風氣流特性不同, 因此送風面上的出風速度也不同。Ⅰ級特別層流手術室要求采用單向流氣流方式, 是擠徘的原理。Ⅱ、Ⅲ 級層流手術室由于出風速度較低, 未能有足夠的動量以保持單向流, 采用的是一種低紊流度的置換氣流, 是充填的原理; 但出風速度不希望低于手術室送風. 與送風面積0. 15m / s 。因此在設計中對小手術室要求采用上限換氣次數(shù)。一般情況下, 《標準》規(guī)定的送風量加上維持正壓風量, 能滿足其出風速度要求的。Ⅳ級準手術室使用混合送風氣流, 是稀釋的原理。由于送風口面積太小, 希望出風速度不低于0 .2 5m / s , 以維持足夠動量送下來。

5 結語

綜上所述, 我國( 標準》的最大進步在于引人了現(xiàn)代質量意識和質量保證思想, 使得手術室菌塵控制的思路發(fā)生了巨大的變化。由于《標準》編制突破了工業(yè)潔凈室技術對我國手術室設計的影響, 突出生物潔凈特點、突出保護關鍵部位, 才有可能大幅度減少送風量降低運行費用, 以經(jīng)濟有效的方法建造手術室。以上分析證明了我國《標準》制定的送風量是科學的、合理的、符合我國國情的, 并已被眾多的手術室實踐所證害。相信《標準》的頒布和實施將大大地推動我國層流手術室建設和改造的健康發(fā)展。

參考文獻

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