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手术室层流天花的重要性

2021-10-26(51)次浏览

不论是我国2002年颁布的GB50333《医院洁净手术部建筑技术规范》(以下简称“规范”),还是国外的医院相关标准均对手术环境控制格外重视,尽可能降低在手术过程中对病患的伤害。如何从技术措施保障手术环...

不论是我国2002年颁布的GB50333《医院洁净手术部建筑技术规范》(以下简称“规范”),还是国外的医院相关标准均对手术环境控制格外重视,尽可能降低在手术过程中对病患的伤害。

如何从技术措施保障手术环境控制?由于整个手术室所保护的只是手术区域,但传统的思路是将整个手术室处于无菌状态,不仅难以达到,而且更难以维持。近年来发展了手术区域局部控制的理念,即将所有送风口集中布置在手术床上方,形成送风天花。由于其有效性、简便性、造价低、且运行费用少,得到了极大的推广,并被各国医院相关标准所采用,作为推荐的控制模式。就连美国医院通风标准也在2008年采用了这种方式。

但是无论设计院,还是医院业主都普遍重视手术室空调系统性能及控制系统,在客观上忽视了局部净化的送风装置——送风天花的性能。有的医院误认为只需进口国外空调机组、先进的自控系统、甚至配置智能化或数字化的手术室,就可实现完善的手术环境控制。因此在评审设计方案或工程公司投标标书时,往往重视手术部装修、配置、空调净化系统及其控制,鲜有过问工程公司自产的送风天花的性能。

为什么要强调手术室送风天花性能的重要性以及对术后感染的控制作用?因为它的性能决定了手术区域环境控制质量,极大地影响了手术感染风险控制。

同样是对环境要求高度无菌的无菌病房,其技术措施与控制方式和手术室不同。鉴于手术室的特点,环境控制的关键在于手术区域,而手术区域控制的关键在于手术切口,因此需要高度无菌程度控制的只是一个局部区域而非全室。从手术过程来说,真正需要控制的只是在切口被打开的状态。因为手术前切口尚未打开前以及手术后切口已经缝合后,环境控制并非重要。或者说从空间上来讲,控制的只是一个局部的点;从时间来讲,控制的只是某个时间段。而不像无菌病房要24小时对整个病房持续地控制,丝毫不能马虎。无菌病房对于免疫缺省的病患犹如一个生命岛。

另外,手术区域无菌无尘程度影响直接进入机体内部的空气质量。研究表明,不仅是悬浮菌浓度,尘埃浓度也影响术后感染率。主刀医生操作手与手术器械上的落菌几率,也会加大感染的风险。特别对于那些器官移植、关节置换、整形手术等深部手术尤为重要。因为这类手术风险太高,术后感染会危及生命。而不像无菌病房那样特别重视空气中悬浮病菌,对于免疫能力低下的病患,即使新鲜空气中的真菌也会造成不堪设想的后果。为此我国“规范”定为特别的洁净手术室(I级),不同于Ⅱ级标准的洁净手术室。德国等欧洲标准是将I级中特别再分出Ia级,日本标准定义为生物洁净手术室,美国标准归类为特殊手术室。

手术室送风天花性能,是利用了空气洁净技术领域中低速单向流气流(或称低紊流度的置换流)和局部净化技术。局部净化方式节能、有效,但也有不足[3],由于局部净化装置常常处在无菌程度较低的环境中,在送风过程中无菌送风气流会与周边区空气进行动量交换,内部高度无菌区域易受周围环境影响。送风气流速度也会逐步衰减,其衰减量大于全室单向流。要维持低速单向流流态,相对于全室单向流需要较大的出口面风速。

如果直接将工业用的层流罩(FFU)套用在生物领域往往流速过大、噪声过高、反而会使无菌区域缩小。尽管美国医务界一直对手术室净化不太感兴趣,但美国通风空调制冷工程师学会(ASHARE)一直推广高效过滤与层流技术。为了适应手术环境控制特点、扩大送风天花装置送风区域内的无菌范围,减少周边污染气流的干扰,要对手术室送风天花装置性能进行研究。

从理论上分析,送风气流同时依靠出风动量和送风温差来维持其运动,后者相当于热(冷)动力,当送风温度低于室温时气流作下沉运动。从工程意义上讲,热(冷)动力对气流运动所起的作用一般不予考虑。但对于低速送风天花装置来说,因其出风动量不大,温差对气流的作用不容忽略。随着送风量的增大,出口风速变大,温差减小,即送风气流的空气动力增强,而热(冷)动力减弱,那么由温差引射的周边空气越少,且中心区抗干扰的能力增强,控制效果更好。送风温差太大,中心无菌区域会缩小;送风温差太小,送风气流送不下来。艾斯东教授研究认为送风温度低于室温不小于0.5°C、不大于2°C~3°C的范围内效果好。当风量超过某一范围后,接近于等温送风时,热(冷)动力的作用已经很小,此时送风的动量对控制效果起决定性作用,如果局部装置的风速过大,易加剧射流诱导,把室内悬浮菌引导到送风天花上风侧,再被局部高速气流带至下风侧,导致污染程度的加大。

低速低紊流度的置换流为了克服避免热源(手术灯)和横向扰动(手术过程操作)对送风气流的干扰,早期产品不得不靠气流喷管来支撑着低速的送风气流,继而又采用了塑料围帘来降低低速送风气流的衰减,两者效果均不理想。后来的送风天花装置开始向提高送风速度或缩小送风面积两个方向发展,造就了各种形式的产品,但现已很少采用气流喷嘴与塑料围帘。

传统的送风天花装置是将高效过滤器布置在送风静压箱的末端,靠末端过滤器性能和安装质量作最后把关来实现其性能。这种传统装置要在那么大的送风面积上安装那么多的高效过滤器、并产生洁净(完全过滤而不泄漏)、均匀(完善的气流分布)、单向和平行(垂直于过滤器面)的气流十分不易。这等于要求整个送风面上每个高效过滤器不仅仅本身起过滤作用,而且还起类似孔板的均流作用和气流分布作用,又要象盲板一样的不泄漏作用,这三个作用的“耦合”,使得满布高效过滤器的做法对送风末端要求异常高,无论静压箱本体,还是过滤器及其接合面只要有一点渗漏,就会沿着单向流直接达到工艺关键部位,会使得整个局部净化失败。因此传统装置不但加工难度高,安装复杂,检漏麻烦,而且其造价昂贵。

1995年,中国建筑科学院许钟麟教授提出了有自主知识产权的阻漏层理论,推动了送风天花装置进一步发展。阻漏层理论提出不再将高效过滤器设置在末端,而适当前移,单独组成的过滤箱设置在送风天花装置外。过滤箱内采用零压密封解决了高效过滤器安装接合面的渗漏问题。在送风装置内设有混流器和在末端设置具有亚高效水平的阻尼层。这种新型的送风天花装置,即使高效过滤器及其接合面有一点渗漏,渗漏粒子数相对于那样大的送风量是一个高价小量,经送风末端气流混合和过滤,使得原来局部的“漏”变成了整体的“不漏”,起到了阻挡渗漏的作用。大大降低了静压箱本体、高效过滤器本体及其接合面的安装要求,也简化了加工、安装和检漏过程。因此阻漏层理论将传统的送风末端装置的过滤、防漏和气流分布三个作用的“耦合”非常巧妙地解耦,从理论和实践上突破了高效过滤器要布置在末端的传统模式,从本质上改变了末端密封堵漏的性质,消除了发生漏泄的危害。扩大了单向流洁净空间的活塞流满布比,提高了送风气流品质[7]。现在阻漏层理论已经转化成成熟的送风天花产品,已经批量生产,并实现标准化、模数化和装配化,为设计者、施工者和使用者带来极大的方便。


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