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摘 要：文章评述了手术区域环境控制的关键部件――送风天花装置的重要性与安全性。认为从手术特点与环境控制要求来说，手术室送风天花性能对手术区域控制作用比净化空调系统及其控制更为重要。而我国研发的阻漏层送风天花突破了传统理论和产品模式，使送风天花的综合性能有了很大提高。实现了对手术区域的经济、有效控制，大大降低了手术部位感染风险。
关键词：手术室 手术环境控制 送风天花装置 性能评述
Abstract: This article reviews the control of the key components of the surgical regional environment -importance and safety of Operating room Ceiling air supply unit. They believe that performance and its control of the surgical operating room air ceiling effects is more important than clean air zone control system from the surgical characteristics and requirements for environmental control. China"s R & D products Ceiling air leakage resistance layer break the traditional theory and product models. the overall performance of the ceiling air supply has been greatly improved. Achieved the goals that surgical region"s economic, effective control and the risk of surgical site infections greatly reduced.
Keywords: Operating room Environmental control surgery Ceiling unit air Performance review
doi:10.3969/j.issn.1671-9174.2011.10.004
一、引言
手术是医院中最长的开放性医疗过程。手术过程中将患者最好的屏障――表皮或粘膜打开，使得机体的内部直接暴露在外，不同途径带入的病菌均有可能轻而易举地进入机体内部，极易引起感染。因此术后感染一直是医院一种普遍的、最难以提防的、可能诱发严重后果的院内感染。
一般来说术后感染可涉及到下列因素，这些因素分为可控因素和不可控因素：
（一）患者自身风险因素（不可控因素）
高龄、肥胖、糖尿病、吸烟、营养不良、身体状况、药物、感染、放疗/化疗、术前住院时间等。
（二）手术本身风险因素（可控因素）
手术类型、抗菌药物使用、切口大小、无菌操作、手术技巧与手术时间长短等。
（三）其他感染风险因素（可控因素）
器械、敷料、手术衣与手套消毒灭菌以及手术室环境（菌、尘浓度，压差，温湿度控制等）。
其中，“患者自身风险因素”和“手术本身风险因素”是最大的影响因素。
患者自身风险，如在手术前有潜在的内脏器官功能损害，再加上手术和麻醉的打击，术后感染很有可能使这类患者术后发生一系列严重的并发症，乃至威胁患者的生命。手术所造成的生理紊乱可持续一个较长的过程，不会因为成功的手术而被立即纠正。如果患者自身免疫缺省或服用抗排异药物，万一感染后果更不堪设想。
手术本身的风险，可通过手术部位清洁消毒、术前正确使用有效的预防性抗生素、严格防范手术过程中内源性污染、接触手术部位的器物彻底消毒灭菌等对手术部位感染进行控制，对于普通外科手术来说空气途径感染是次要的。但对于器官移植、关节置换等大手术，加上患者服用抗排斥药物，使得将手术环境处于受控状态成为一个关键因素。
对于“其他感染风险因素”，只能采用工程控制措施进行控制，特别是手术环境，将可控风险因素处于受控状态，可以有效降低手术风险。
二、手术室送风天花装置的重要性
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”）[1]，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、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[2]。而不像无菌病房必须一天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。最新研究表明，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，必须对手术室送风天花装置性能进行研究。率先研究的是柏林工业大学的艾斯东教授（Esdorn）[4]，1977年提出了手术室送风天花的模式，采用了原德国DIN1946-4标准中提出的手术室最小20次换气的送风量集中在手术台上方的3.0m×3.0m送风天花送出，由于此时送风速度过小，当送热风时下不来，在我国上海应用时就发生了这种情况。此时手术区达到的细菌浓度仅为室内的一半。后来柏林工业大学的费次纳教授（Fitzner）[5]继续研究了这项工作，对手术室送风天花作了一些改进，效果进一步提高。
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℃ 、不大于2 ℃~3 ℃ 的范围效果最佳[4]。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（图1），继而又采用了塑料围帘（图2）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[6]，造就了各种形式的产品（图3），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（图3）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必须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为成熟的送风天花产品（图4），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。
三、手术室阻漏式送风天花的安全性
手术室送风天花的安全性主要取决于两个方面：送风天花的大小与性能。
德国权威的研究机构罗伯特-科赫研究所认为，送风天花形成的保护区域必须包含手术台与器械桌，这要求高度无菌手术室（相当于德国标准Ia级）送风天花的保护区域面积至少维持在2.8m×2.8m，德国2008年修订了标准DIN1946第4部分，规定送风天花的出风面积3.2m×3.2m。当然对于一般无菌手术室（相当于德国标准Ib级）的送风天花只要求保护手术台，即保护区域为2.0m×0.8m，出风面积需为2.4m×1.8m。如图5、图6所示。
而美国医疗机构则对此并不认同。美国设施指南学会（FGI）和美国供热通风空调制冷工程师学会合作，沟通了双方的观点，协调了双方的控制措施，同意采用手术区域集中送风，并将送风速度降到0.13~0.18m/s。2008年颁布的ASHRAE170规定手术室送风口每边只要比手术台面大0.3～0.45 m（这送风口尺寸与我国标准Ⅲ级手术室相仿，大大小于德国标准），并要求使用的无影灯和气塔投影面积不能超过送风口面积30%。
我们认为送风天花的大小与手术风险及保护级别有关。《医院洁净手术部建筑技术规范》根据手术室的级别提出了不同大小的送风天花的送风面积（表1），因为手术室的级别本身就体现了手术风险与保护级别。经过近十年来的实施，医护界认为是合适的。
其次是送风天花的性能。送风天花的性能主要表现为气流的极强抗干扰性，必须形成一股低紊流度的垂直置换气流。为此要提出“动态屏蔽”的概念，意在达到手术区域动态保护，不仅要求快速而有效地将源自手术区域的污染从保护区域排除出去，而且要对周围区域形成一个有效屏障进行屏蔽。这要求送风气流在手术区域仍保持较强的抑制污染的能力，为此德国不得不建议在送风天花增设围挡，并且该围挡可以延长至距地面2.1m处，以减缓送风气流衰减。
送风天花性能体现了动力和热力性对气流抗干扰性能的综合影响。送风气流动力性能主要体现了送风速度和紊流度。低速、均匀、致密的送风气流，对外的诱导性小，保护区域大，对内抗干扰能力大，能有效抑制污染。送风气流的热力主要涉及送风温湿度以及送风温差。这对低速气流来说十分重要。美国相关标准对此很少涉及。而德国标准DIN1946第4部分却有详尽的规定。规定了Ia级手术室的送风天花应达到以下要求[10]：
送风速度不低于0.23 m/s。
出风气流紊流度（除了4个角落的所有测试位置）：≤0.15；在4个角落的测试位置：≤0.25；在离地1.2m高的保护区域气流紊流度（除了4个角落的所有测试位置）：≤0.20；在4个角落的测试位置：≤0.30。
送风温度不低于室温0.5 K，送风温差不超过3 K；
我国《医院洁净手术部建筑技术规范》规定的送风速度不低于0.25m/s，在离地0.8m高的保护区域内送风气流的紊流度≤0.25。应该说中德两个国家标准基本相当。其实气流性能与末端过滤器的满布比有关，其他国家标准没有涉及，对此我国规范有明文规定。由于我国研发的阻漏式送风天花采用了阻漏层，极大地提高了满布比，大大提高了送风气流的性能。
送风天花的性能还表现在阻漏性。如上所述，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，一旦末端过滤器因自身或安装质量出现渗漏，就无法保障其送风的无菌性能。最新研究再次证实，引起手术部位感染的环境微生物源是细菌，而不是病毒。再次肯定了过滤除菌的有效性。因此保证末端过滤装置不渗漏是一个首要条件，各国的传统送风天花就是靠强调制造工艺、材料以及技术来达到不漏。
我国研发阻漏式送风天花，利用阻漏层理论解耦了送风末端装置的过滤、防漏和气流分布三个作用，从原理上保证了送风气流经过充分过滤，不渗漏，形成了均匀、致密的低紊流度的置换流。保证了在离地0.8m高的保护区域内送风气流的紊流度≤0.25。而且大量的实际应用也充分证明了这一点。阻漏层的原理大大简化了送风天花制造工艺、材料以及技术。由于阻漏式送风天花是靠原理保障不漏，可以长期保持不漏。而传统送风天花是依赖制造工艺、材料以及技术来达到不漏，因此只是暂时的，或者说需要在运行过程中不断监测、不断调整才能达到。
手术室送风天花高性能以及高可靠性为我们提出了一个新的控制理念――“动态保护”。因为手术室真正要求保护的是某特定时间段（手术过程）内的局部区域（手术部位），无论室内处于任何污染状态下，只要手术室的送风天花一开启，就能够保证手术区域的无菌状态，使整个手术过程均能得到所期望的保护，送风天花这一性能被定义为“动态屏蔽”。这对送风天花的性能提出了更高的要求。可大大降低周边区域甚至整个手术部的无菌状态的控制，而且手术切口一旦被处理，完全可以大大降低送风天花的送风量。从工程上讲，可以降低对手术区域周边污染控制、邻室的环境控制以及整个手术部正压控制要求。这一节能、有效控制的思路正是由VDI2167提出[11]，现也被2008年12月颁布的最新一版德国标准DIN1946第4部分“医院通风空调”[10]所认可。
至于德国标准推荐的（不是规定）送风天花围挡，其要求不同于以往所使用的围挡。以前增设的围挡是为了使低速气流能送下来，围挡材料大多为塑料布，常因气流流动产生静电而吸附尘埃，增加了清洁的工作量。如今采用围挡是保护高速气流流动过程中维持低紊流度，围挡材料较为高级、结构较为复杂（图7），或与医疗气体供气桥架结合在一起（图8），形成了新型的送风装置。
四、结束语
手术是一种高风险的医疗，从工程控制角度来说，手术部位感染控制就是将可控因素处于受控状态。而将手术环境处于受控状态，是一项主要任务。从手术室的医疗要求与环境控制特点来看，手术室送风天花对局部手术区控制的重要性与安全性高于净化空调系统与控制系统。目前手术室送风天花性能在我国并没有引起足够的重视。我国应该了解手术室送风天花对手术区域控制的重要性与安全性，也是今后手术室节能运行的关键部件。必须高度重视手术室送风天花的研发、生产与检测，正确理解与执行我国《医院洁净手术部建筑技术规范》对送风天花性能及手术环境控制的要求[12]。
我国《医院洁净手术部建筑技术规范》对送风天花性能有较为详尽的规定，推荐较为简易、有效的区域控制思路与措施，强调了送风天花的重要性与安全性，并对送风天花的高效过滤器满布比、截面平均风速值和速度均匀度等要素提出了较高的要求[1]。最新颁布的德国标准1946第4部分也对手术室送风天花提出更高要求，促使我们对送风天花重要性认识进一步提高，也迫使我国必须进一步提高手术室送风天花的性能。我国大多工程公司生产的手术室送风天花的性能，如紊流度，难以达到我国《医院洁净手术部建筑技术规范》要求的0.25。手术室送风天花普遍存在气流均匀性较差，气流易扩散，抗干扰性差，污染诱入角较大，断面平均速度衰减较快，难以满足手术区域的环境控制要求。我们认为只有改变了一家一户的生产送风天花的制造模式，走专业化生产、专业化抽检之路，才能有效提高我国手术室送风天花的质量。目前我国由专业厂家生产的阻漏层手术室送风天花性能已经达到了国外标准，已被在华外商认可，并应用到工程实际[13]。
笔者期望本文有益于提高对手术室送风天花的重要性和安全性的认识，有助于进一步提高我国手术室送风天花性能，使得我国手术室环境控制更上一层楼，更为经济、更为有效。
（责任编辑 许译心）
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