层流手术室送风量如何确定

文摘  我国《医院洁净手术部建设标准》已正式实施。本文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

我国《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, 这对加强我国医院手术部建设的科学管理, 满足医疗事业发展和科学进步的需要, 提高投资效益有着十分重要的意义。并将有利于促进医院手术部的建设和国内手术室产业的发展。

由于《标准》编制的技术思路发生很大的变化,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体系, 用“ 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》编制突出生物洁净特点、突出保护关键部位, 提倡以经济有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) 或轻易采用单向流( 层流) 送风方式等。所以可以大幅度减少送风量和降低运行费用。

手术室的空调系统要求控制室内温度、湿度、尘埃、细菌、有害气体浓度以及气流分布, 保证室内人员所需的新风量, 并维持室内外合理的气流流向。其中最为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。与一般建筑物的空调要求相比, 系统应该具有以下特点:

(l) 空气的净化和除菌;

(2) 控制各区域的气流和风速;

(3) 保证不同区域之间合理的气流流向和压力分布;

(4) 保证医疗上必要的温度和湿度;

(5) 排出废气和有害气体, 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。普遍认为《标准》中规定的风量不但比中国人民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 )。减小送风量是降低造价和和运行费用的关键。尽管目前我国层流手术室的设计风量普遍高于西方国家, 但在具体设计中, 风量又很难降下来,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。为此有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

现在我国《标准》与美、英、德等主要工业国家手术室标准一样, 均是以细菌浓度作为手术室等级的主要指标。明确细菌浓度是进行分级、运行和监测的主要指标。加强空气净化只是一种有效的技术措施,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, 当时仅仅是从卫生学角度考虑, 并没有考虑到洁净度级别。手术室送风量的确定, 大约经过以下几个过程。

早年英国护理专家南西格尔( F. Nightingal) 强调新鲜空气对感染的控制作用, 那时手术室要求全新风, 换气次数为8 一12 h一l 。如美国建于60 年代初期许多手术室, 都是遵循1959 年美国供热、制冷和空调工程师学会的设计指南( ASHRAE Guide ) 的规定,均为全新风空调19 68 年美国学者布鲁尔和华莱士( Blower &Wallace) 已经观察到空气中悬浮菌浓度为707 一1767个/ 耐容易引起败血症, 美国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 感染危险已经很小了, 如再下降到阑值(如4O 个/m³ ) 以下,尚无充分证据证明对降低术后感染率有明显作用或显著相关性。

7 0 年代经过美国学者乌尔利奇( Uirlch ) 长期调研与验证, 认为系统允许回风的手术室比全新风的手术室的细菌浓度要低, 而且更节能。各国标准均采用这种研究结果, 允许手术室空调系统回风, 但回风比不超过7 0%。

1982 年美国学者盖尔荪( Galson) 和英特杰( In-tage ) 经过长期调研认为, 当一般无菌手术室的末级空气过滤器为比色法效率90 一95 % , 只要20次换气就能满足卫生学要求, 使室内悬浮菌浓度低于180 个/m³ ,术后感染右以得到控制。这个结论已得到国际上的公认。也是长期以来手术室通风的理论基础。至于写人各国标准时, 考虑的安全系数不同。各国标准规定的最小换气次数略有差异,一般在30h^-1, 到20h^-1, 范围内。这也是我国标准中n 级和m 级层流手术室的最小换气次数的依据(见表1 )。

最新1999 年版的美国供热、制冷和空调工程师学会( ASHRAE ) 的手册中的应用篇还规定对于全新风的手术室最小换气为15 h^-1, ; 而允许回风的手术室最小换气为25h^-15, 新风量不小于5h^-1。显然全新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, 但是两者在卫生学上是等价的。可见这样规定十分明显地反映了美国标准以控制手术室细菌浓度为主要目标的思路,并没有涉及到洁净度级别。

英国标准中普通手术室的送风量一般为240 -3600m³/h, 如果以6m(长) x 6m(宽)x3m(高) 为标准尺度手术室, 相应的换气次数约为2 ~ 33 h^-1 。

德国规定最小送风量也是2 0 ~ 2 4 次换气。即国际上的公认20次换气,得到了医疗保险的认可为了在这认可的范围内, 提高手术区的无菌程度, 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, 手术区细菌浓度下降一半, 获得了成功。德国标准DIN 1946 第4 部分“医院通风空调” 和DIN4799“ 手术室送风系统的侧试” 采用了这种方法。

艾斯东教授提出的“污染度”U_s 是德国标准中一个很重要的概念, 它是室内工作区的悬浮菌浓度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下可达到悬浮菌浓度K_S 与以2400m³/h为基准送风量L_J( 即相对于标准手术室约为2 0 次换气)所能害到的悬浮菌浓度为K_J 之比, 称为相对污染度E_X(见式2)。由于在一定范围内, 系统所能达到的污染度( K_J /K_r) 与送风量比( L_J/L_S ) 成反比, 故相对污染度也可表示为风量之比(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, 德国标准DIN 4799 规定一般的无菌手术室允许最大污染度为1,高度无菌手术室允许最大污染度为2 / 3 , 这时E_X 被称为手术室允许最大污染度并设定为U_max , 这时L_S 被称为最小送风量并设定为L_max( 见图1 )。则式( 3) 变为:

U_max=U_S (L_J/ L_max)      (4)

图l 中黑线表示允许最大污染度的界限值U_max。任何一个具体的系统实际能达到的污染度必须在黑线

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

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

由此可见最小送风量的确定不仅与送风系统可达到的污染度有关, 还与标准规定的允许的污染度有关。

根据图1所示手术室污染度的界限范围, 也可确定送风系统的最小送风量。如对高度无菌的手术室,选用的系统需要达到.0 5 的污染度, 则最小送风量约为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 , 这是最小新风量的要求。这时系统成为全新风系统。对于同一污染度值, 普通手术室所需的风量小于高级别手术室所需的风量, 但手术区内达到的无菌程度要低得多。当所选用的系统允许达到最大污染度, 即U_S= U_max 时, 那么最小送风量为基准送风量2 400m³ / h。

我国在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( 洁净区与周边区之比) 达到.0 8一0.1 。19 9 6 年继而又开发了污染屏、均未成功在医院领域中推广。

德国认为室内气流组织的理想状况应具备以下几个特征:

( 1) 明显的置换流流型;

( 2 ) 使室内的关键区域处于有效的气流控制之中;

(3) 满足人员的热舒适要求;

( 4 ) 送风量较小;

( 5 ) 对室内的医疗设备影响小;

(6) 对手术人员的影响小;

( 7) 不妨碍手术人员的工作;

( 8) 有效地排除气味和麻醉气体。

德国这种保护关键部位的思路已被各国所妾受。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很多种形式, 如侧送、斜送和顶送等。如今大多均将风口集中布置在手术区域上方, 实践证明这种上送下回气流方式对关键区域保护效果最好。

我国《标准》也吸收了这种思路, 并根据我国自己关于主流区的理论和成果, 将有限的洁净气流尽量笼罩室内手术关键区域。第一次将手术室的分级按手术区和周边区分别制订, 对手术区和周边区给出了定义。明确提出在手术台上方集中布置送风口, 并根据理论计算和参考国内外实践具体给出了送风口尺度。实现了比较少的投入, 较低的送风量, 获得更佳的手术区控制效果。我国《标准》比德国标准更系统、更具体地提出了集中送风保护手术区的方案。这样做既有利于控制污染又便于操作。

3 高度无菌手术室送风. 的确定

洁净室内气流流态可分为乱流和单向流(俗称层流)。但是对于手术室来说强调绝对的流态没有意义。合理的手术室内气流能防止细菌粒子的积聚并将其迅速排除, 有效地保护关键区域。气流形式或送风装置的选择都应该着眼于采取经济有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要求, 一般都在送风口设置一定的均流层。单向流态可以分为垂直层流和水平层流。两者经过长期技术经济比较和长期运

行实践证明, 国外的意见已趋向一致。希望手术室采用垂直层流, 非特殊情况下不要使用水平层流。目前在新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。以保持关键区域的无菌程度, 没有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。

德国不强调气流的挤压效应或稀释效应, 体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区域, 以此降低关键区域的细菌浓度。德国称是其为低紊流度的置换流。由于这种流型送风量很低, 出风面风速只有0.15m/ s (见表2) , 因此对送风要求很严格。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, 也不能在室内设置暖气片。这在德国问题不大, 因为手术室往往布置在手术部的核心

区, 室内永远存在冷负荷, 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, 送风气流送不下来; 送风温差太大, 中心无菌区域会缩小。要求送风温差不能小于0. 5℃ 不能大于2 一3 ℃ 。另外手术医疗小组对它的理解与配合也十分重要。我国也曾进口过几套这种装置, 由于没有注意到装置特殊的送风要求和医护人员配合等问题, 实际使用效果不甚理想。经过调研, 认为这种送风形式在我国不宜推广。

英国超净手术室的送风量一般为10000一12000 m³/h, 如果出风面有短围挡的送风吊顶, 则离地2m 处的最小风速为0. 3 8m/ s , 而离地1 m 处的最小风速要求为0.2m/ s(见表2)。由于送风吊顶有短围挡, 其速度衰减小些。但短围挡有积尘的可能,我国《标准》不推荐使用。

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

我国发展了局部单向流方式手术室送风吊顶的思路, 是基于我国科研理论和实践。在我国《标准》中的Ⅰ级特别层流手术室规定采用局部单向流方式, 要求在手术区工作面高度的截面平均风速满足0. 25 -0.3 m / s (见表2 )。认为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。当然也没有必要采用大风量以维持典型的全面单向流所需的动量。根据我国研究成果, 要在工作面上达到0.25 -0.3m / s , 出风面上风速应为0.4 2 一0 .46m/ s , 与美国标准相当( 见表2 )。相应送风量为10000m³/h左右,与英国标准相仿。可见我国《标准》对局部单向流断面风速的规定是科学的、合理的。

尽管单向流气流能有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,但是否能有效降低感染率, 尚未定论。而且争论很大, 意见不统一。美国经过大量的调查统计, 认为没有充分理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. 或者说在统计数据上得不出有显著差异。美国认为既然至今不能证明有效地降低术后的感染率,没有必要推广它。英国、瑞士、日本等国始终认为实施单向流对降低浓度手术术后的感染率十分有效。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能出现的任何感染的控制是有作用的。将它作为高风险手术的保障, 认为是可取的。

由于单向流送风装置费用太高, 欧洲在发展局部单向流方面取得一定的成绩。局部单向流的性能与送风口的型式、位置和送风参数相关, 为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。在发展过程中较有代表性的大致有如下几种送风装置:

( 1 ) 1 96 年1月美国在新墨西哥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 月英国的外科医生查利( Char1ey )建造了英国的第一个被称之为“ 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, 它的中心出流区域边设置了围档, 围档的下边缘离地面约2m。

( 3) 德国柏林工业大学艾斯东( Esdorn) 开发了手术室专用的无围档送风单元, 在手要区域可维持一种低紊流度的置换气流。由于送风速度较小, 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。为了便于运输和安装. 德国妥思( Tro x ) 公司将手术室专用送风单元开发了模块式送风装置。

(4) 我国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, 适用范围更广。当采用阻漏层时,相当于高效过滤器后再串联一个具有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。还能使出风速度更均匀,浓度分布也更为均匀。无论气流性能还是洁净效果均优于国外总和。

4 《医院手术部建设标准》的规定

我国《标准》考虑到手术室保护区域较小, 明确要求层流手术室采用局部送风的方式, 并规定相应的送风量范围。如果我们以6m x 6m x 3m 作为标准尺度手术室作一分析( 见表3 ), 可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单向流气流方式, 是挤徘的原理。Ⅱ、Ⅲ 级层流手术室由于出风速度较低, 未能有足够的动量以保持单向流, 采用的是一种低紊流度的置换气流, 是充填的原理; 但出风速度不希望低于手术室送风. 与送风面积0. 15m / s 。因此在设计中对小手术室要求采用上限换气次数。一般情况下, 《标准》规定的送风量加上维持正压风量, 能满足其出风速度要求的。Ⅳ级准手术室使用混合送风气流, 是稀释的原理。由于送风口面积太小, 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, 我国( 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国手术室设计的影响, 突出生物洁净特点、突出保护关键部位, 才有可能大幅度减少送风量降低运行费用, 以经济有效的方法建造手术室。以上分析证明了我国《标准》制定的送风量是科学的、合理的、符合我国国情的, 并已被众多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国层流手术室建设和改造的健康发展。

参考文献

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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