高中效过滤、高强度紫外線(xiàn)和动态离子杀菌组合在手术室的应用(yòng)

空气污染是手术切口感染的原因之一，也是某些高度无菌手术感染的重要原因，特别是关节置换手术。為(wèi)了减少手术感染，已经开发出许多(duō)空气除菌技术，包括空气过滤除菌技术，管道紫外線(xiàn)流动空气辐照杀菌技术，离子空气杀菌技术，气體(tǐ)消毒技术和净化除菌技术。2002年我國(guó)颁布《洁净手术部建筑技术规范》以来，相比其他(tā)空气消毒杀菌工程技术，空气洁净技术在我國(guó)综合医院的工程建设领域得到了迅速发展。遗憾的是采用(yòng)层流手术室技术比我國(guó)早几十年的世界发达國(guó)家,有(yǒu)关层流手术室没有(yǒu)减少感染率的研究不断出现在著名医學(xué)研究杂志(zhì)上。这一感染率没有(yǒu)减少问题的实质是层流空气解决了送入空气的无菌卫生，防止了外部空气和通风空调系统的内部污染对手术感染的影响，但垂直或水平定向气流对源于室内的手术组人员产生的动态污染控制效果有(yǒu)限，甚至加重手术切口局部污染。另一个困扰的问题是采用(yòng)洁净技术带来的高投入、设备大空间和过高的运行能(néng)耗与费用(yòng)问题，使得大多(duō)数医疗保健机构建不起和用(yòng)不起，引起了越来越多(duō)的关注。相比传统的手术室空气洁净技术的效果和高投入以及高能(néng)耗问题，新(xīn)的投资少和效果好的空气消毒杀菌技术不断涌现，美國(guó)和欧洲发达國(guó)家已经依据新(xīn)的认识和新(xīn)的空气卫生技术修改了医疗保健设施手术室通风空调标准，我國(guó)医院手术室空气洁净技术何去何从？如何发展？已经到了一个需要回顾和总结的历史阶段。本文(wén)就世界手术室空气无菌洁净技术的起源、高中效过滤除菌、高强度管道紫外線(xiàn)辐照和动态离子杀菌组合空气卫生新(xīn)技术的原理(lǐ)和筆(bǐ)者据此研究开发的世界上第一例可(kě)显著降低造价和低运行费，控制动态手术污染的高中效过滤与手术中环境空气和表面动态杀菌的工程实例给予介绍和探讨。

1 手术室空气过滤无菌技术的历史回顾与问题

1961 年，為(wèi)解决关节置换手术高达 8.9% 的术后感染问题，胯关节置换手术之父—英國(guó)约翰·查恩利医生（John Charnley，1911-1982）在英國(guó)Wrightington医院发明了世界上第一个采用(yòng)空气由上向下流动的全新(xīn)风手术仓（greenhouse，图1），换气次数為(wèi) 10 次，静電(diàn)过滤，1962 年投入使用(yòng)。在空气过滤专家 FN. Howorth 的协助下，改进為(wèi)采用(yòng)对 2 μm 粒径尘粒具有(yǒu) 98% 过滤效率的袋式空气过滤器，垂直气流，换气次数由10次增加到130次。改进后的约翰·查恩利手术仓关节置换手术中的每小(xiǎo)时空气菌落数由无空气过滤处理(lǐ)时的 80~90cfu/ 皿，减少到 1961 年首个普通过滤空气手术仓10 次换气的 25 cfu/ 皿，再减少到 130 次换气时的1.8 cfu/ 皿（1966 年），手术感染率也随之减少到1%。约翰·查恩利医生意识到除了空气污染对手术感染的影响外，手术医生也可(kě)能(néng)是手术感染的污染源，他(tā)為(wèi)此发明了可(kě)有(yǒu)效隔离人體(tǐ)散发微生物(wù)粒子的全身隔离排气手术服（图2），使得手术中的

空气细菌数进一步减少，手术感染率降低到0.65%。约翰·查恩利医生的研究，证明了中效过滤与全身隔离吸气服结合使用(yòng)可(kě)以达到良好的动态空气无菌指标并降低切口感染。英國(guó)约翰查恩利医生发明的世界第一个无菌空气手术仓，尽管已经过去了 49 年，但其发明的三项技术：1）手术台局部无菌净化，2）中效过滤和向下的送风气流，3）隔离手术服，对于今天的中國(guó)应当如何建设空气无菌手术室依然具有(yǒu)重要的现实意义。特别需要引起我國(guó)《洁净手术部建筑技术规范》修改组的思考。

1 9 6 2 年，惠特菲尔德·威利斯（W i l l i sWhitfield）先生在美國(guó)新(xīn)墨西哥(gē)州美军桑迪亚实验室安装了世界第一个高效过滤水平层流净化装置。在他(tā)的协助下，1964年美國(guó)新(xīn)墨西哥(gē)州巴顿纪念医院在现有(yǒu)的手术间内建成了世界上第一个垂直层流局部高效过滤的手术仓（图3），1966 年 1 月 3日投入常规使用(yòng)。这个局部净化设施的四周有(yǒu)塑料围帘，垂直层流空气来自手术台上方天花(huā)板上悬挂的HEPA过滤器。6台鼓风机以90英尺/min或者600次换气 /h 的速率提供垂直气流，新(xīn)风量為(wèi) 15 次换气。

筆(bǐ)者设计的我國(guó)第一个包括有(yǒu)13个空气净化手术室的手术部，1979年在沈阳市沈阳军區(qū)总医院建成并在当年投入使用(yòng)，净化级别為(wèi)12 间 100000级，一间 10000 级。

几十年来，以高效过滤為(wèi)核心技术的空气净化技术已经為(wèi)世界各地的医院手术室采用(yòng)，但由于高投入、大空间、高运行费、维护复杂和效果难以肯定等问题的影响并未在发达國(guó)家普及应用(yòng)。例如，2005 年美國(guó)的一项手术室使用(yòng)空气净化技术，隔离排气服或手术中紫外線(xiàn)直接照射的清洁手术惯例调查表明在美國(guó)的4个州只有(yǒu)30%的医院对高度无

菌要求的关节置换手术采用(yòng)了空气净化技术，42%的医院采用(yòng)隔离排气服，采用(yòng)手术中紫外線(xiàn)直接照射手术區(qū)的医院有(yǒu) 5%，有(yǒu)占比例 36% 的 107 所医院没有(yǒu)采用(yòng)以上任何一种清洁手术惯例。由此可(kě)以断定美國(guó)医疗保健设施综合外科(kē)手术部采用(yòng)空气净化技术的普及率比例很(hěn)低。我國(guó)是一个发展中國(guó)家，根据《2009 中國(guó)卫生统计年鉴》统计数据，截止到 2008 年底，我國(guó)卫生机构总数已经达到27.83 万个。在这 27.83 万个卫生机构中，地县医院、社區(qū)卫生中心、卫生院和诊所数量占距了总数的 93% 以上。相比省级以上医疗机构，这部分(fēn)卫生机构经费紧张，基本建筑设施相对落后，有(yǒu)的连基本的取暖通风设施都缺乏，几乎没有(yǒu)可(kě)能(néng)采用(yòng)高成本的空气净化系统实现治疗环境的空气卫生。因此，2002 年颁发的《洁净手术部建筑技术规范》对我國(guó)绝大部分(fēn)医疗机构的空气品质改善没有(yǒu)丝毫帮助。1961 年约翰查恩利医生开发的手术仓只有(yǒu)2.3 m×2.3 m，美國(guó)巴顿医院的局部垂直流手术室，塑料幕帘内的净化面积也就是 10 m²左右。局部净化一直是世界各國(guó)手术部洁净技术应用(yòng)的主流趋势。但我國(guó)2002 年颁发的《洁净手术部建筑技术规范》将手术室的局部净化变成了手术部整體(tǐ)净化，造成净化技术被过度使用(yòng)，投资大大增加，产生了高额运行费用(yòng)和能(néng)耗，既不符合我國(guó)國(guó)情，也不符合医學(xué)科(kē)學(xué)的研究结果。

空气洁净技术，特别是最高净化要求的层流手术室是否有(yǒu)利于预防感染，以美國(guó)CDC為(wèi)代表的政府机构持负面的意见，一些医學(xué)统计研究甚至提出了层流手术室感染率高过普通空调或乱流净化空调的研究结论（表1）。

表1的研究是用(yòng)户（医學(xué)界）对其使用(yòng)的层流设备在应用(yòng)层面给出的对层流设备与手术感染率的宏观研究，不可(kě)能(néng)涉及到具體(tǐ)的层流技术。但任何产品的研制和发展，需要在理(lǐ)论、专业和用(yòng)户层面给予分(fēn)析和评论，尤其需要听取用(yòng)户意见。任何用(yòng)户都有(yǒu)权对其使用(yòng)的产品作出评论和研究，净化专业技术人员需要从用(yòng)户对层流的宏观研究中找出产品需要改进的方面，不能(néng)用(yòng)没有(yǒu)评论资格和研究方法重大错误的观点去否定用(yòng)户的直观研究。

2003年前美國(guó)國(guó)家健康研究院已对手术室的通风和防止手术切口污染的有(yǒu)效性进行了广泛的研究。表2中一项研究表明，对于减少手术切口空气污染區(qū)而言，空气换气次数并不重要。20 h^-1通风换气的落入手术區(qū)的微粒明显小(xiǎo)于 150 h^-1通风换气。瑞士2006年的一项对手术服与层流手术室空气污染的模拟研究也证明了手术台中心區(qū)存在严重的局部空气污染。图4是模拟手术实验的现场照片，表3是测试结果。

表3可(kě)见层流手术室模拟手术中存在手术人员上风向污染的手术台中部切口區(qū)的0.5 ìm尘粒数為(wèi)5277 粒，污染严重，但同一手术台尾部的器械台处，由于人员污染少，0.5 ìm 尘粒数仅為(wèi) 47 粒，差别极為(wèi)显著。

分(fēn)析以上研究，可(kě)以发现造成空气净化没有(yǒu)有(yǒu)效减少手术感染的重要原因之一是自身无菌的洁净气流只能(néng)稀释但无法解决手术中围绕手术台的手术组人员对切口的局部直接污染，洁净技术特有(yǒu)的垂直或水平高速气流甚至将位于上风向的手术人员散发的微生物(wù)微粒定向导航污染了手术切口。单向流的气流速度越高，手术时间越長(cháng)，形成的切口量化污染就越大。

全身隔离排气服可(kě)有(yǒu)效防止手术人员对切口的污染，但穿着不方便，影响手术操作，噪声大，且机械排气系统若有(yǒu)故障，几分(fēn)钟就可(kě)使身穿隔离排气服的人汗流浃背。因此采用(yòng)何种通风空调技术方式，既可(kě)防止外部空气污染又(yòu)可(kě)控制手术中动态的空气污染，又(yòu)经济实用(yòng)，容易為(wèi)大多(duō)数医疗保健机构采用(yòng)，是我國(guó)通风空调专业面临的现实问题，更是关系到普及全民(mín)医疗保健的國(guó)家医疗卫生方针和重大医疗建设投资的制定的重要问题。下面的章节将就此展开详细讨论。

2 复合过滤杀菌卫生技术

自然环境的空气中，存在无以计数的以气溶胶状态存在的尘粒，包括微生物(wù)粒子。对于電(diàn)子行业的洁净室，由于半导體(tǐ)元件基板電(diàn)路间的连線(xiàn)宽度仅為(wèi) 30 nm（0.03 μm）的芯片已经投入生产，生产車(chē)间的空气的洁净度必须采用(yòng)高效甚至超高效过滤器，严格控制空气中的≥ 0.1 μm 直径的尘粒数量，否则会引起電(diàn)路间短路，产品报废。但涉及空气卫生控制的微生物(wù)粒子，其平均粒径则大得多(duō)。单个细菌的直径一般在0.3 μm ~10 ìm之间，与其它气溶胶成分(fēn)结合形成细菌气溶胶，粒径范围為(wèi)0.3 μm ~100 ìm。一项國(guó)内对室内外微生物(wù)气溶胶粒径分(fēn)布特征的研究表明：气溶胶粒子数量主要集中在粒径 1.1 μm~4.7 μm。数量比例 19.9%~21.1% 的微生物(wù)气溶胶粒子粒径為(wèi) 3.3 μm~4.7 μm，21.1%~22.4% 的微生物(wù)气溶胶粒子粒径為(wèi) 2.1 μm~3.3 μm，8%~24.3% 的微生物(wù)气溶胶颗粒粒径分(fēn)布在 1.1 μm~2.1 μm 上；室内外空气中有(yǒu) 69.8%~72.9% 的细菌气溶胶颗粒粒径在 0.65 μm~6μm 之间。2010 年希腊的一项关于空气微生物(wù)气溶胶粒径和数量浓度的研究表明，空气微生物(wù)气溶胶的粒径主要分(fēn)布在 2.1 μm 到 3.1 μm 之间（图5）。

由图5可(kě)见粒径為(wèi) 0.65 μm到 1.1 μm的大气微生物(wù)气溶胶微粒的浓度已经接近于零，绝大部分(fēn)空气微生物(wù)的粒径分(fēn)布集中在1.1μm 到 7 μm 之间。据此可(kě)以假定带有(yǒu)微生物(wù)的气溶胶微粒的平均粒径一般大于 1 μm，容易被高中效过滤器拦截。也就是说

不一定要采用(yòng)高效过滤器即可(kě)全部拦截微生物(wù)微粒。我们在上海肺科(kē)医院无菌病房采用(yòng)的非高效二级过滤，实测空气菌落数的结果证明了以上的假定。约翰查恩利医生采用(yòng)的中效过滤手术仓和美國(guó)医疗保健设施通风空调标准的对手术室空调二级过滤要求，都说明对于空气微生物(wù)控制，中效过滤器可(kě)以达到医院空气卫生控制的基本要求，经济实用(yòng)。美國(guó)ASHRAE52.2-2007过滤器最低效率评价标准对不同过滤等级的滤器对1 μm~3 μm粒子的平均过滤效率见表 4。由表4可(kě)见当对手术室送风采用(yòng) F7（相当MERV13，对 1 μm 粒子最低过滤效率90%以上）和 F9（相当 MERV16，对 1μm 粒子最低过滤效率95% 以上）二级过滤。计算可(kě)得二级高中效过滤组合过滤，对1 μm粒径微生物(wù)气溶胶的综合滤除效率可(kě)大于 99.5% 以上。