层流手术室送风量如何确定

文(wén)摘  我國(guó)《医院洁净手术部建设标准》已正式实施。本文(wén)从菌尘控制思路出发,

变普遍关心的标准中规定的层流手术室的送风童问题展开讨论。

关健词  医院手术室  细菌控制  净化空调系统  送风量

1.概述

我國(guó)《医院洁净手术部建设标准》(以下简称(标准) 》已经出版, 并于2000年10 月正式实施。( 医院洁净手术部建筑技术规范》也即将颁布, 这对加强我國(guó)医院手术部建设的科(kē)學(xué)管理(lǐ), 满足医疗事业发展和科(kē)學(xué)进步的需要, 提高投资效益有(yǒu)着十分(fēn)重要的意义。并将有(yǒu)利于促进医院手术部的建设和國(guó)内手术室产业的发展。

由于《标准》编制的技术思路发生很(hěn)大的变化,突破了传统的菌尘控制方法。旨在建立一个手术无菌环境的保障體(tǐ)系, 用(yòng)“ 全过程控制” 来提高手术质量, 采取综合措施去减少交叉感染风险。并于《标准》编制突出生物(wù)洁净特点、突出保护关键部位, 提倡以经济有(yǒu)效的方法建造手术室。不片面强调净化级别、随意加大送风量( 规定了限值) 或轻易采用(yòng)单向流( 层流) 送风方式等。所以可(kě)以大幅度减少送风量和降低运行费用(yòng)。

手术室的空调系统要求控制室内温度、湿度、尘埃、细菌、有(yǒu)害气體(tǐ)浓度以及气流分(fēn)布, 保证室内人员所需的新(xīn)风量, 并维持室内外合理(lǐ)的气流流向。其中最為(wèi)重要的是控制室内细菌的浓度, 以防止在手术过程中对手术伤口的感染, 提高手术成功率。与一般建筑物(wù)的空调要求相比, 系统应该具有(yǒu)以下特点:

(l) 空气的净化和除菌;

(2) 控制各區(qū)域的气流和风速;

(3) 保证不同區(qū)域之间合理(lǐ)的气流流向和压力分(fēn)布;

(4) 保证医疗上必要的温度和湿度;

(5) 排出废气和有(yǒu)害气體(tǐ), 保证室内空气品质,防止对外部环境污染。

《标准》颁布后, 对标准中规定的层流手术室的送风量问题争议较大。普遍认為(wèi)《标准》中规定的风量不但比中國(guó)人民(mín)解放军工程建设行业标准FL0106YFB001 《军队医院洁净手术部建筑技术规范》的要求, 而且比GB 50073 《洁净厂房设计规范》的也要少( 见表l )。减小(xiǎo)送风量是降低造价和和运行费用(yòng)的关键。尽管目前我國(guó)层流手术室的设计风量普遍高于西方國(guó)家, 但在具體(tǐ)设计中, 风量又(yòu)很(hěn)难降下来,担心达不到要求的洁净度级别, 其主要原因是拘泥于洁净度级别对应的换气次数。為(wèi)此有(yǒu)必要对洁净手述室送风量确定原则作一阐述。

2 一般无菌手术室送风量的确定

现在我國(guó)《标准》与美、英、德等主要工业國(guó)家手术室标准一样, 均是以细菌浓度作為(wèi)手术室等级的主要指标。明确细菌浓度是进行分(fēn)级、运行和监测的主要指标。加强空气净化只是一种有(yǒu)效的技术措施,无菌程度才是控制的目的和结果。因此手术室送风量的确定, 主要依据所要控制的室内细菌浓度。

其实手术室送风量的确定完全是另一条思路, 当时仅仅是从卫生學(xué)角度考虑, 并没有(yǒu)考虑到洁净度级别。手术室送风量的确定, 大约经过以下几个过程。

早年英國(guó)护理(lǐ)专家南西格尔( F. Nightingal) 强调新(xīn)鲜空气对感染的控制作用(yòng), 那时手术室要求全新(xīn)风, 换气次数為(wèi)8 一12 h一l 。如美國(guó)建于60 年代初期许多(duō)手术室, 都是遵循1959 年美國(guó)供热、制冷和空调工程师學(xué)会的设计指南( ASHRAE Guide ) 的规定,均為(wèi)全新(xīn)风空调19 68 年美國(guó)學(xué)者布鲁尔和华莱士( Blower &Wallace) 已经观察到空气中悬浮菌浓度為(wèi)707 一1767个/ 耐容易引起败血症, 美國(guó)传染病中心也证实了这一结果。当室内悬浮菌浓度低于180 个/m³ 感染危险已经很(hěn)小(xiǎo)了, 如再下降到阑值(如4O 个/m³ ) 以下,尚无充分(fēn)证据证明对降低术后感染率有(yǒu)明显作用(yòng)或显著相关性。

7 0 年代经过美國(guó)學(xué)者乌尔利奇( Uirlch ) 長(cháng)期调研与验证, 认為(wèi)系统允许回风的手术室比全新(xīn)风的手术室的细菌浓度要低, 而且更节能(néng)。各國(guó)标准均采用(yòng)这种研究结果, 允许手术室空调系统回风, 但回风比不超过7 0%。

1982 年美國(guó)學(xué)者盖尔荪( Galson) 和英特杰( In-tage ) 经过長(cháng)期调研认為(wèi), 当一般无菌手术室的末级空气过滤器為(wèi)比色法效率90 一95 % , 只要20次换气就能(néng)满足卫生學(xué)要求, 使室内悬浮菌浓度低于180 个/m³ ,术后感染右以得到控制。这个结论已得到國(guó)际上的公认。也是長(cháng)期以来手术室通风的理(lǐ)论基础。至于写人各國(guó)标准时, 考虑的安全系数不同。各國(guó)标准规定的最小(xiǎo)换气次数略有(yǒu)差异,一般在30h^-1, 到20h^-1, 范围内。这也是我國(guó)标准中n 级和m 级层流手术室的最小(xiǎo)换气次数的依据(见表1 )。

最新(xīn)1999 年版的美國(guó)供热、制冷和空调工程师學(xué)会( ASHRAE ) 的手册中的应用(yòng)篇还规定对于全新(xīn)风的手术室最小(xiǎo)换气為(wèi)15 h^-1, ; 而允许回风的手术室最小(xiǎo)换气為(wèi)25h^-15, 新(xīn)风量不小(xiǎo)于5h^-1。显然全新(xīn)风和允许回风的手术室两者换气次数不同, 所达到的洁净废度级别肯定是不会相同, 但是两者在卫生學(xué)上是等价的。可(kě)见这样规定十分(fēn)明显地反映了美國(guó)标准以控制手术室细菌浓度為(wèi)主要目标的思路,并没有(yǒu)涉及到洁净度级别。

英國(guó)标准中普通手术室的送风量一般為(wèi)240 -3600m³/h, 如果以6m(長(cháng)) x 6m(宽)x3m(高) 為(wèi)标准尺度手术室, 相应的换气次数约為(wèi)2 ~ 33 h^-1 。

德國(guó)规定最小(xiǎo)送风量也是2 0 ~ 2 4 次换气。即國(guó)际上的公认20次换气,得到了医疗保险的认可(kě)為(wèi)了在这认可(kě)的范围内, 提高手术區(qū)的无菌程度, 柏林工业大的艾斯东教授( Esdorn ) 在1977 年将相当于20次换气的洁净风量集中在手术台的上方局部送风静压箱送出, 手术區(qū)细菌浓度下降一半, 获得了成功。德國(guó)标准DIN 1946 第4 部分(fēn)“医院通风空调” 和DIN4799“ 手术室送风系统的侧试” 采用(yòng)了这种方法。

艾斯东教授提出的“污染度”U_s 是德國(guó)标准中一个很(hěn)重要的概念, 它是室内工作區(qū)的悬浮菌浓度K_S和室内平均( 相当于回风的) 悬浮菌浓度K_r之比,其定义如式(1), 表示如下:

U_s =K_s/K_r            (l)

其次要引入相对污染度概念。它是送风系统实际风量L_S下可(kě)达到悬浮菌浓度K_S 与以2400m³/h為(wèi)基准送风量L_J( 即相对于标准手术室约為(wèi)2 0 次换气)所能(néng)害到的悬浮菌浓度為(wèi)K_J 之比, 称為(wèi)相对污染度E_X(见式2)。由于在一定范围内, 系统所能(néng)达到的污染度( K_J /K_r) 与送风量比( L_J/L_S ) 成反比, 故相对污染度也可(kě)表示為(wèi)风量之比(见式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)

这相对污染度不允许任意确定, 德國(guó)标准DIN 4799 规定一般的无菌手术室允许最大污染度為(wèi)1,高度无菌手术室允许最大污染度為(wèi)2 / 3 , 这时E_X 被称為(wèi)手术室允许最大污染度并设定為(wèi)U_max , 这时L_S 被称為(wèi)最小(xiǎo)送风量并设定為(wèi)L_max( 见图1 )。则式( 3) 变為(wèi):

U_max=U_S (L_J/ L_max)      (4)

图l 中黑線(xiàn)表示允许最大污染度的界限值U_max。任何一个具體(tǐ)的系统实际能(néng)达到的污染度必须在黑線(xiàn)

以下的范围内。可(kě)见所需最小(xiǎo)送风量L_min与送风系统可(kě)达到的污染度U_S和手术室允许最大污染度U_max有(yǒu)关。如送风系统可(kě)达到的污染度U_S 越低, 所要求的最小(xiǎo)送风量L_min越小(xiǎo)。当手术室无菌要求越高, 其允许达到最大污染度U_max 越低, 则最小(xiǎo)送风量Lmin要求越大。所需最小(xiǎo)送风量的计算公式如式(5) :

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

由此可(kě)见最小(xiǎo)送风量的确定不仅与送风系统可(kě)达到的污染度有(yǒu)关, 还与标准规定的允许的污染度有(yǒu)关。

根据图1所示手术室污染度的界限范围, 也可(kě)确定送风系统的最小(xiǎo)送风量。如对高度无菌的手术室,选用(yòng)的系统需要达到.0 5 的污染度, 则最小(xiǎo)送风量约為(wèi)1 80 0m³/ h。而对普通手术室, 达到这种污染度需要的风量己达到风量的限值1200m³ / h , 这是最小(xiǎo)新(xīn)风量的要求。这时系统成為(wèi)全新(xīn)风系统。对于同一污染度值, 普通手术室所需的风量小(xiǎo)于高级别手术室所需的风量, 但手术區(qū)内达到的无菌程度要低得多(duō)。当所选用(yòng)的系统允许达到最大污染度, 即U_S= U_max 时, 那么最小(xiǎo)送风量為(wèi)基准送风量2 400m³ / h。

我國(guó)在1 97 8 一1 9 81 年也进行类似的研究, 研制了气幕洁净棚。其隔离效果( 洁净區(qū)与周边區(qū)之比) 达到.0 8一0.1 。19 9 6 年继而又(yòu)开发了污染屏、均未成功在医院领域中推广。

德國(guó)认為(wèi)室内气流组织的理(lǐ)想状况应具备以下几个特征:

( 1) 明显的置换流流型;

( 2 ) 使室内的关键區(qū)域处于有(yǒu)效的气流控制之中;

(3) 满足人员的热舒适要求;

( 4 ) 送风量较小(xiǎo);

( 5 ) 对室内的医疗设备影响小(xiǎo);

(6) 对手术人员的影响小(xiǎo);

( 7) 不妨碍手术人员的工作;

( 8) 有(yǒu)效地排除气味和麻醉气體(tǐ)。

德國(guó)这种保护关键部位的思路已被各國(guó)所妾受。尽管一般无菌 乒术室 的送 风末端 亡 、布置方式和送风面积有(yǒu)很(hěn)多(duō)种形式, 如侧送、斜送和顶送等。如今大多(duō)均将风口集中布置在手术區(qū)域上方, 实践证明这种上送下回气流方式对关键區(qū)域保护效果最好。

我國(guó)《标准》也吸收了这种思路, 并根据我國(guó)自己关于主流區(qū)的理(lǐ)论和成果, 将有(yǒu)限的洁净气流尽量笼罩室内手术关键區(qū)域。第一次将手术室的分(fēn)级按手术區(qū)和周边區(qū)分(fēn)别制订, 对手术區(qū)和周边區(qū)给出了定义。明确提出在手术台上方集中布置送风口, 并根据理(lǐ)论计算和参考國(guó)内外实践具體(tǐ)给出了送风口尺度。实现了比较少的投入, 较低的送风量, 获得更佳的手术區(qū)控制效果。我國(guó)《标准》比德國(guó)标准更系统、更具體(tǐ)地提出了集中送风保护手术區(qū)的方案。这样做既有(yǒu)利于控制污染又(yòu)便于操作。

3 高度无菌手术室送风. 的确定

洁净室内气流流态可(kě)分(fēn)為(wèi)乱流和单向流(俗称层流)。但是对于手术室来说强调绝对的流态没有(yǒu)意义。合理(lǐ)的手术室内气流能(néng)防止细菌粒子的积聚并将其迅速排除, 有(yǒu)效地保护关键區(qū)域。气流形式或送风装置的选择都应该着眼于采取经济有(yǒu)效的技术手段来降低污染度。高度无菌手术室需保持类似于单向流流态,由于对工作面的截面风速和均匀性有(yǒu)要求, 一般都在送风口设置一定的均流层。单向流态可(kě)以分(fēn)為(wèi)垂直层流和水平层流。两者经过長(cháng)期技术经济比较和長(cháng)期运

行实践证明, 國(guó)外的意见已趋向一致。希望手术室采用(yòng)垂直层流, 非特殊情况下不要使用(yòng)水平层流。目前在新(xīn)建的高级别手术室内, 局部单向流已经广泛取代全室单向流。以保持关键區(qū)域的无菌程度, 没有(yǒu)必要进行全室净化和稀释。降低了手术室送风吊顶送风速度以及相应的系统送风量。

德國(guó)不强调气流的挤压效应或稀释效应, 體(tǐ)现了不同于以往层流或乱流的典型作法, 而是把洁净、无菌气流充填到手术區(qū)域, 以此降低关键區(qū)域的细菌浓度。德國(guó)称是其為(wèi)低紊流度的置换流。由于这种流型送风量很(hěn)低, 出风面风速只有(yǒu)0.15m/ s (见表2) , 因此对送风要求很(hěn)严格。送风吊顶上设置斜喷口, 以支撑置换流。并要求手术室送风吊顶系统必须送冷风, 如送热风则完全失效, 也不能(néng)在室内设置暖气片。这在德國(guó)问题不大, 因為(wèi)手术室往往布置在手术部的核心

區(qū), 室内永遠(yuǎn)存在冷负荷, 即需要全年送冷风。而且对手术室送风吊顶的送风温度和室内温度的差值( 即送风温差) 也要严格控制。送风温差太小(xiǎo), 送风气流送不下来; 送风温差太大, 中心无菌區(qū)域会缩小(xiǎo)。要求送风温差不能(néng)小(xiǎo)于0. 5℃ 不能(néng)大于2 一3 ℃ 。另外手术医疗小(xiǎo)组对它的理(lǐ)解与配合也十分(fēn)重要。我國(guó)也曾进口过几套这种装置, 由于没有(yǒu)注意到装置特殊的送风要求和医护人员配合等问题, 实际使用(yòng)效果不甚理(lǐ)想。经过调研, 认為(wèi)这种送风形式在我國(guó)不宜推广。

英國(guó)超净手术室的送风量一般為(wèi)10000一12000 m³/h, 如果出风面有(yǒu)短围挡的送风吊顶, 则离地2m 处的最小(xiǎo)风速為(wèi)0. 3 8m/ s , 而离地1 m 处的最小(xiǎo)风速要求為(wèi)0.2m/ s(见表2)。由于送风吊顶有(yǒu)短围挡, 其速度衰减小(xiǎo)些。但短围挡有(yǒu)积尘的可(kě)能(néng),我國(guó)《标准》不推荐使用(yòng)。

日本普遍使用(yòng)全面单向流手术室。要求送风面不能(néng)小(xiǎo)于天棚面的7 5%, 送风速度為(wèi)0 .5 m/ s 时, 才能(néng)保证送风效果。直至7 0 年代末才把出风速度降到0.35 m/ s  左右( 见表2 )。由于采用(yòng)全面层流, 所以速度衰减较慢, 在工作面上能(néng)达到0.2 0一0.3m / s 。这样原断面风速, 可(kě)以放宽对手术小(xiǎo)组人员的要求, 符合我國(guó)國(guó)情。但不宜推广采用(yòng)全面单向注。

我國(guó)发展了局部单向流方式手术室送风吊顶的思路, 是基于我國(guó)科(kē)研理(lǐ)论和实践。在我國(guó)《标准》中的Ⅰ级特别层流手术室规定采用(yòng)局部单向流方式, 要求在手术區(qū)工作面高度的截面平均风速满足0. 25 -0.3 m / s (见表2 )。认為(wèi)这是运行中必须保持的下限风速, 对确保局部单向流质量是非常必要的。当然也没有(yǒu)必要采用(yòng)大风量以维持典型的全面单向流所需的动量。根据我國(guó)研究成果, 要在工作面上达到0.25 -0.3m / s , 出风面上风速应為(wèi)0.4 2 一0 .46m/ s , 与美國(guó)标准相当( 见表2 )。相应送风量為(wèi)10000m³/h左右,与英國(guó)标准相仿。可(kě)见我國(guó)《标准》对局部单向流断面风速的规定是科(kē)學(xué)的、合理(lǐ)的。

尽管单向流气流能(néng)有(yǒu)效地降低室内悬浮菌和尘埃浓度, 卓越的净化效果得到一级的公认,但是否能(néng)有(yǒu)效降低感染率, 尚未定论。而且争论很(hěn)大, 意见不统一。美國(guó)经过大量的调查统计, 认為(wèi)没有(yǒu)充分(fēn)理(lǐ)由说明单向流手术室中的手术感染率一定比乱流洁净室要低的多(duō). 或者说在统计数据上得不出有(yǒu)显著差异。美國(guó)认為(wèi)既然至今不能(néng)证明有(yǒu)效地降低术后的感染率,没有(yǒu)必要推广它。英國(guó)、瑞士、日本等國(guó)始终认為(wèi)实施单向流对降低浓度手术术后的感染率十分(fēn)有(yǒu)效。经过几次大讨论, 至今才逐步取得一致的意见, 由于深度手术风险太大, 不容丝毫差错, 这时单向流对手术过程中可(kě)能(néng)出现的任何感染的控制是有(yǒu)作用(yòng)的。将它作為(wèi)高风险手术的保障, 认為(wèi)是可(kě)取的。

由于单向流送风装置费用(yòng)太高, 欧洲在发展局部单向流方面取得一定的成绩。局部单向流的性能(néng)与送风口的型式、位置和送风参数相关, 為(wèi)此开发出如空气浴系统、带空气幕的层流送风装置、带围档或帘幕的层流罩、以及低速置换流送风天拥等装置。在发展过程中较有(yǒu)代表性的大致有(yǒu)如下几种送风装置:

( 1 ) 1 96 年1月美國(guó)在新(xīn)墨西哥(gē)州的巴顿纪念医院设置了世界上最早的单向流层流手术室, 是一个3m x3 m 带有(yǒu)顶棚静压箱与塑料帷幕的垂直层流层流手术室。

( 2) 1966年9 月英國(guó)的外科(kē)医生查利( Char1ey )建造了英國(guó)的第一个被称之為(wèi)“ 绿屋” 的层流装置, 经过不断改进, 形成了现在的查利超净送风系统, 它的中心出流區(qū)域边设置了围档, 围档的下边缘离地面约2m。

( 3) 德國(guó)柏林工业大學(xué)艾斯东( Esdorn) 开发了手术室专用(yòng)的无围档送风单元, 在手要區(qū)域可(kě)维持一种低紊流度的置换气流。由于送风速度较小(xiǎo), 易受到下方的热源( 如人和灯具) 和室内横向气流的干扰,在吊顶中心设置气流喷管来支撑微弱的垂直向下的气流。同时借助送风温差来维持流动。為(wèi)了便于运输和安装. 德國(guó)妥思( Tro x ) 公司将手术室专用(yòng)送风单元开发了模块式送风装置。

(4) 我國(guó)开发出来带阻漏层的送风天棚, 使得送风装置厚度大大降低, 适用(yòng)范围更广。当采用(yòng)阻漏层时,相当于高效过滤器后再串联一个具有(yǒu)亚高效过滤效率的滤层, 这样即使高效过滤器某点渗漏, 粒子也会在静压箱被洁净空气所混掺、稀释、过滤, 而不会影响到送风浓度。还能(néng)使出风速度更均匀,浓度分(fēn)布也更為(wèi)均匀。无论气流性能(néng)还是洁净效果均优于國(guó)外总和。

4 《医院手术部建设标准》的规定

我國(guó)《标准》考虑到手术室保护區(qū)域较小(xiǎo), 明确要求层流手术室采用(yòng)局部送风的方式, 并规定相应的送风量范围。如果我们以6m x 6m x 3m 作為(wèi)标准尺度手术室作一分(fēn)析( 见表3 ), 可(kě)以看出由于手术切口不同, 愈合要求不同, 保护等级不一,要求的送风气流特性不同, 因此送风面上的出风速度也不同。Ⅰ级特别层流手术室要求采用(yòng)单向流气流方式, 是挤徘的原理(lǐ)。Ⅱ、Ⅲ 级层流手术室由于出风速度较低, 未能(néng)有(yǒu)足够的动量以保持单向流, 采用(yòng)的是一种低紊流度的置换气流, 是充填的原理(lǐ); 但出风速度不希望低于手术室送风. 与送风面积0. 15m / s 。因此在设计中对小(xiǎo)手术室要求采用(yòng)上限换气次数。一般情况下, 《标准》规定的送风量加上维持正压风量, 能(néng)满足其出风速度要求的。Ⅳ级准手术室使用(yòng)混合送风气流, 是稀释的原理(lǐ)。由于送风口面积太小(xiǎo), 希望出风速度不低于0 .2 5m / s , 以维持足够动量送下来。

5 结语

综上所述, 我國(guó)( 标准》的最大进步在于引人了现代质量意识和质量保证思想, 使得手术室菌尘控制的思路发生了巨大的变化。由于《标准》编制突破了工业洁净室技术对我國(guó)手术室设计的影响, 突出生物(wù)洁净特点、突出保护关键部位, 才有(yǒu)可(kě)能(néng)大幅度减少送风量降低运行费用(yòng), 以经济有(yǒu)效的方法建造手术室。以上分(fēn)析证明了我國(guó)《标准》制定的送风量是科(kē)學(xué)的、合理(lǐ)的、符合我國(guó)國(guó)情的, 并已被众多(duō)的手术室实践所证害。相信《标准》的颁布和实施将大大地推动我國(guó)层流手术室建设和改造的健康发展。

参考文(wén)献

1 标准编写组:《医院洁净手术部建设标准( 报送稿)》,2000年1月.

2 标准编写组:《医院洁净手术部建筑技术规范( 报送稿) 》,2000年1 月.

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