高中效過濾、高強(qiáng)度紫外線和動(dòng)態(tài)離子殺菌組合在手術(shù)室的應(yīng)用

空氣污染是手術(shù)切口感染的原因之一，也是某些高度無菌手術(shù)感染的重要原因，特別是關(guān)節(jié)置換手術(shù)。為了減少手術(shù)感染，已經(jīng)開發(fā)出許多空氣除菌技術(shù)，包括空氣過濾除菌技術(shù)，管道紫外線流動(dòng)空氣輻照殺菌技術(shù)，離子空氣殺菌技術(shù)，氣體消毒技術(shù)和凈化除菌技術(shù)。2002年我國(guó)頒布《潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》以來，相比其他空氣消毒殺菌工程技術(shù)，空氣潔凈技術(shù)在我國(guó)綜合醫(yī)院的工程建設(shè)領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展。遺憾的是采用層流手術(shù)室技術(shù)比我國(guó)早幾十年的世界發(fā)達(dá)國(guó)家,有關(guān)層流手術(shù)室沒有減少感染率的研究不斷出現(xiàn)在著名醫(yī)學(xué)研究雜志上。這一感染率沒有減少問題的實(shí)質(zhì)是層流空氣解決了送入空氣的無菌衛(wèi)生，防止了外部空氣和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)部污染對(duì)手術(shù)感染的影響，但垂直或水平定向氣流對(duì)源于室內(nèi)的手術(shù)組人員產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)污染控制效果有限，甚至加重手術(shù)切口局部污染。另一個(gè)困擾的問題是采用潔凈技術(shù)帶來的高投入、設(shè)備大空間和過高的運(yùn)行能耗與費(fèi)用問題，使得大多數(shù)醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)建不起和用不起，引起了越來越多的關(guān)注。相比傳統(tǒng)的手術(shù)室空氣潔凈技術(shù)的效果和高投入以及高能耗問題，新的投資少和效果好的空氣消毒殺菌技術(shù)不斷涌現(xiàn)，美國(guó)和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)依據(jù)新的認(rèn)識(shí)和新的空氣衛(wèi)生技術(shù)修改了醫(yī)療保健設(shè)施手術(shù)室通風(fēng)空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)醫(yī)院手術(shù)室空氣潔凈技術(shù)何去何從？如何發(fā)展？已經(jīng)到了一個(gè)需要回顧和總結(jié)的歷史階段。本文就世界手術(shù)室空氣無菌潔凈技術(shù)的起源、高中效過濾除菌、高強(qiáng)度管道紫外線輻照和動(dòng)態(tài)離子殺菌組合空氣衛(wèi)生新技術(shù)的原理和筆者據(jù)此研究開發(fā)的世界上第一例可顯著降低造價(jià)和低運(yùn)行費(fèi)，控制動(dòng)態(tài)手術(shù)污染的高中效過濾與手術(shù)中環(huán)境空氣和表面動(dòng)態(tài)殺菌的工程實(shí)例給予介紹和探討。

1 手術(shù)室空氣過濾無菌技術(shù)的歷史回顧與問題

1961 年，為解決關(guān)節(jié)置換手術(shù)高達(dá) 8.9% 的術(shù)后感染問題，胯關(guān)節(jié)置換手術(shù)之父—英國(guó)約翰·查恩利醫(yī)生（John Charnley，1911-1982）在英國(guó)Wrightington醫(yī)院發(fā)明了世界上第一個(gè)采用空氣由上向下流動(dòng)的全新風(fēng)手術(shù)倉（greenhouse，圖1），換氣次數(shù)為 10 次，靜電過濾，1962 年投入使用。在空氣過濾專家 FN. Howorth 的協(xié)助下，改進(jìn)為采用對(duì) 2 μm 粒徑塵粒具有 98% 過濾效率的袋式空氣過濾器，垂直氣流，換氣次數(shù)由10次增加到130次。改進(jìn)后的約翰·查恩利手術(shù)倉關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的每小時(shí)空氣菌落數(shù)由無空氣過濾處理時(shí)的 80~90cfu/ 皿，減少到 1961 年首個(gè)普通過濾空氣手術(shù)倉10 次換氣的 25 cfu/ 皿，再減少到 130 次換氣時(shí)的1.8 cfu/ 皿（1966 年），手術(shù)感染率也隨之減少到1%。約翰·查恩利醫(yī)生意識(shí)到除了空氣污染對(duì)手術(shù)感染的影響外，手術(shù)醫(yī)生也可能是手術(shù)感染的污染源，他為此發(fā)明了可有效隔離人體散發(fā)微生物粒子的全身隔離排氣手術(shù)服（圖2），使得手術(shù)中的

空氣細(xì)菌數(shù)進(jìn)一步減少，手術(shù)感染率降低到0.65%。約翰·查恩利醫(yī)生的研究，證明了中效過濾與全身隔離吸氣服結(jié)合使用可以達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)空氣無菌指標(biāo)并降低切口感染。英國(guó)約翰查恩利醫(yī)生發(fā)明的世界第一個(gè)無菌空氣手術(shù)倉，盡管已經(jīng)過去了 49 年，但其發(fā)明的三項(xiàng)技術(shù)：1）手術(shù)臺(tái)局部無菌凈化，2）中效過濾和向下的送風(fēng)氣流，3）隔離手術(shù)服，對(duì)于今天的中國(guó)應(yīng)當(dāng)如何建設(shè)空氣無菌手術(shù)室依然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。特別需要引起我國(guó)《潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》修改組的思考。

1 9 6 2 年，惠特菲爾德·威利斯（W i l l i sWhitfield）先生在美國(guó)新墨西哥州美軍桑迪亞實(shí)驗(yàn)室安裝了世界第一個(gè)高效過濾水平層流凈化裝置。在他的協(xié)助下，1964年美國(guó)新墨西哥州巴頓紀(jì)念醫(yī)院在現(xiàn)有的手術(shù)間內(nèi)建成了世界上第一個(gè)垂直層流局部高效過濾的手術(shù)倉（圖3），1966 年 1 月 3日投入常規(guī)使用。這個(gè)局部?jī)艋O(shè)施的四周有塑料圍簾，垂直層流空氣來自手術(shù)臺(tái)上方天花板上懸掛的HEPA過濾器。6臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)以90英尺/min或者600次換氣 /h 的速率提供垂直氣流，新風(fēng)量為 15 次換氣。

筆者設(shè)計(jì)的我國(guó)第一個(gè)包括有13個(gè)空氣凈化手術(shù)室的手術(shù)部，1979年在沈陽市沈陽軍區(qū)總醫(yī)院建成并在當(dāng)年投入使用，凈化級(jí)別為12 間 100000級(jí)，一間 10000 級(jí)。

幾十年來，以高效過濾為核心技術(shù)的空氣凈化技術(shù)已經(jīng)為世界各地的醫(yī)院手術(shù)室采用，但由于高投入、大空間、高運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)復(fù)雜和效果難以肯定等問題的影響并未在發(fā)達(dá)國(guó)家普及應(yīng)用。例如，2005 年美國(guó)的一項(xiàng)手術(shù)室使用空氣凈化技術(shù)，隔離排氣服或手術(shù)中紫外線直接照射的清潔手術(shù)慣例調(diào)查表明在美國(guó)的4個(gè)州只有30%的醫(yī)院對(duì)高度無

菌要求的關(guān)節(jié)置換手術(shù)采用了空氣凈化技術(shù)，42%的醫(yī)院采用隔離排氣服，采用手術(shù)中紫外線直接照射手術(shù)區(qū)的醫(yī)院有 5%，有占比例 36% 的 107 所醫(yī)院沒有采用以上任何一種清潔手術(shù)慣例。由此可以斷定美國(guó)醫(yī)療保健設(shè)施綜合外科手術(shù)部采用空氣凈化技術(shù)的普及率比例很低。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，根據(jù)《2009 中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止到 2008 年底，我國(guó)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)總數(shù)已經(jīng)達(dá)到27.83 萬個(gè)。在這 27.83 萬個(gè)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)中，地縣醫(yī)院、社區(qū)衛(wèi)生中心、衛(wèi)生院和診所數(shù)量占距了總數(shù)的 93% 以上。相比省級(jí)以上醫(yī)療機(jī)構(gòu)，這部分衛(wèi)生機(jī)構(gòu)經(jīng)費(fèi)緊張，基本建筑設(shè)施相對(duì)落后，有的連基本的取暖通風(fēng)設(shè)施都缺乏，幾乎沒有可能采用高成本的空氣凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)治療環(huán)境的空氣衛(wèi)生。因此，2002 年頒發(fā)的《潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》對(duì)我國(guó)絕大部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)的空氣品質(zhì)改善沒有絲毫幫助。1961 年約翰查恩利醫(yī)生開發(fā)的手術(shù)倉只有2.3 m×2.3 m，美國(guó)巴頓醫(yī)院的局部垂直流手術(shù)室，塑料幕簾內(nèi)的凈化面積也就是 10 m²左右。局部?jī)艋恢笔鞘澜绺鲊?guó)手術(shù)部潔凈技術(shù)應(yīng)用的主流趨勢(shì)。但我國(guó)2002 年頒發(fā)的《潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》將手術(shù)室的局部?jī)艋兂闪耸中g(shù)部整體凈化，造成凈化技術(shù)被過度使用，投資大大增加，產(chǎn)生了高額運(yùn)行費(fèi)用和能耗，既不符合我國(guó)國(guó)情，也不符合醫(yī)學(xué)科學(xué)的研究結(jié)果。

空氣潔凈技術(shù)，特別是最高凈化要求的層流手術(shù)室是否有利于預(yù)防感染，以美國(guó)CDC為代表的政府機(jī)構(gòu)持負(fù)面的意見，一些醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)研究甚至提出了層流手術(shù)室感染率高過普通空調(diào)或亂流凈化空調(diào)的研究結(jié)論（表1）。

表1的研究是用戶（醫(yī)學(xué)界）對(duì)其使用的層流設(shè)備在應(yīng)用層面給出的對(duì)層流設(shè)備與手術(shù)感染率的宏觀研究，不可能涉及到具體的層流技術(shù)。但任何產(chǎn)品的研制和發(fā)展，需要在理論、專業(yè)和用戶層面給予分析和評(píng)論，尤其需要聽取用戶意見。任何用戶都有權(quán)對(duì)其使用的產(chǎn)品作出評(píng)論和研究，凈化專業(yè)技術(shù)人員需要從用戶對(duì)層流的宏觀研究中找出產(chǎn)品需要改進(jìn)的方面，不能用沒有評(píng)論資格和研究方法重大錯(cuò)誤的觀點(diǎn)去否定用戶的直觀研究。

2003年前美國(guó)國(guó)家健康研究院已對(duì)手術(shù)室的通風(fēng)和防止手術(shù)切口污染的有效性進(jìn)行了廣泛的研究。表2中一項(xiàng)研究表明，對(duì)于減少手術(shù)切口空氣污染區(qū)而言，空氣換氣次數(shù)并不重要。20 h^-1通風(fēng)換氣的落入手術(shù)區(qū)的微粒明顯小于 150 h^-1通風(fēng)換氣。瑞士2006年的一項(xiàng)對(duì)手術(shù)服與層流手術(shù)室空氣污染的模擬研究也證明了手術(shù)臺(tái)中心區(qū)存在嚴(yán)重的局部空氣污染。圖4是模擬手術(shù)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)照片，表3是測(cè)試結(jié)果。

表3可見層流手術(shù)室模擬手術(shù)中存在手術(shù)人員上風(fēng)向污染的手術(shù)臺(tái)中部切口區(qū)的0.5 ìm塵粒數(shù)為5277 粒，污染嚴(yán)重，但同一手術(shù)臺(tái)尾部的器械臺(tái)處，由于人員污染少，0.5 ìm 塵粒數(shù)僅為 47 粒，差別極為顯著。

分析以上研究，可以發(fā)現(xiàn)造成空氣凈化沒有有效減少手術(shù)感染的重要原因之一是自身無菌的潔凈氣流只能稀釋但無法解決手術(shù)中圍繞手術(shù)臺(tái)的手術(shù)組人員對(duì)切口的局部直接污染，潔凈技術(shù)特有的垂直或水平高速氣流甚至將位于上風(fēng)向的手術(shù)人員散發(fā)的微生物微粒定向?qū)Ш轿廴玖耸中g(shù)切口。單向流的氣流速度越高，手術(shù)時(shí)間越長(zhǎng)，形成的切口量化污染就越大。

全身隔離排氣服可有效防止手術(shù)人員對(duì)切口的污染，但穿著不方便，影響手術(shù)操作，噪聲大，且機(jī)械排氣系統(tǒng)若有故障，幾分鐘就可使身穿隔離排氣服的人汗流浹背。因此采用何種通風(fēng)空調(diào)技術(shù)方式，既可防止外部空氣污染又可控制手術(shù)中動(dòng)態(tài)的空氣污染，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用，容易為大多數(shù)醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)采用，是我國(guó)通風(fēng)空調(diào)專業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問題，更是關(guān)系到普及全民醫(yī)療保健的國(guó)家醫(yī)療衛(wèi)生方針和重大醫(yī)療建設(shè)投資的制定的重要問題。下面的章節(jié)將就此展開詳細(xì)討論。

2 復(fù)合過濾殺菌衛(wèi)生技術(shù)

自然環(huán)境的空氣中，存在無以計(jì)數(shù)的以氣溶膠狀態(tài)存在的塵粒，包括微生物粒子。對(duì)于電子行業(yè)的潔凈室，由于半導(dǎo)體元件基板電路間的連線寬度僅為 30 nm（0.03 μm）的芯片已經(jīng)投入生產(chǎn)，生產(chǎn)車間的空氣的潔凈度必須采用高效甚至超高效過濾器，嚴(yán)格控制空氣中的≥ 0.1 μm 直徑的塵粒數(shù)量，否則會(huì)引起電路間短路，產(chǎn)品報(bào)廢。但涉及空氣衛(wèi)生控制的微生物粒子，其平均粒徑則大得多。單個(gè)細(xì)菌的直徑一般在0.3 μm ~10 ìm之間，與其它氣溶膠成分結(jié)合形成細(xì)菌氣溶膠，粒徑范圍為0.3 μm ~100 ìm。一項(xiàng)國(guó)內(nèi)對(duì)室內(nèi)外微生物氣溶膠粒徑分布特征的研究表明：氣溶膠粒子數(shù)量主要集中在粒徑 1.1 μm~4.7 μm。數(shù)量比例 19.9%~21.1% 的微生物氣溶膠粒子粒徑為 3.3 μm~4.7 μm，21.1%~22.4% 的微生物氣溶膠粒子粒徑為 2.1 μm~3.3 μm，8%~24.3% 的微生物氣溶膠顆粒粒徑分布在 1.1 μm~2.1 μm 上；室內(nèi)外空氣中有 69.8%~72.9% 的細(xì)菌氣溶膠顆粒粒徑在 0.65 μm~6μm 之間。2010 年希臘的一項(xiàng)關(guān)于空氣微生物氣溶膠粒徑和數(shù)量濃度的研究表明，空氣微生物氣溶膠的粒徑主要分布在 2.1 μm 到 3.1 μm 之間（圖5）。

由圖5可見粒徑為 0.65 μm到 1.1 μm的大氣微生物氣溶膠微粒的濃度已經(jīng)接近于零，絕大部分空氣微生物的粒徑分布集中在1.1μm 到 7 μm 之間。據(jù)此可以假定帶有微生物的氣溶膠微粒的平均粒徑一般大于 1 μm，容易被高中效過濾器攔截。也就是說

不一定要采用高效過濾器即可全部攔截微生物微粒。我們?cè)谏虾７慰漆t(yī)院無菌病房采用的非高效二級(jí)過濾，實(shí)測(cè)空氣菌落數(shù)的結(jié)果證明了以上的假定。約翰查恩利醫(yī)生采用的中效過濾手術(shù)倉和美國(guó)醫(yī)療保健設(shè)施通風(fēng)空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)手術(shù)室空調(diào)二級(jí)過濾要求，都說明對(duì)于空氣微生物控制，中效過濾器可以達(dá)到醫(yī)院空氣衛(wèi)生控制的基本要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。美國(guó)ASHRAE52.2-2007過濾器最低效率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同過濾等級(jí)的濾器對(duì)1 μm~3 μm粒子的平均過濾效率見表 4。由表4可見當(dāng)對(duì)手術(shù)室送風(fēng)采用 F7（相當(dāng)MERV13，對(duì) 1 μm 粒子最低過濾效率90%以上）和 F9（相當(dāng) MERV16，對(duì) 1μm 粒子最低過濾效率95% 以上）二級(jí)過濾。計(jì)算可得二級(jí)高中效過濾組合過濾，對(duì)1 μm粒徑微生物氣溶膠的綜合濾除效率可大于 99.5% 以上。