طبق گزارش مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها (CDC) ، سالانه حدود ۲۹۰,۰۰۰ بیمار در حین جراحی به عفونت مبتلا می‌شوند. این عفونت‌ها باعث تحمیل میلیاردها دلار هزینه به خدمات درمانی شده و سالانه جان ۱۳,۰۰۰ نفر را می‌گیرند. برای مقابله با این مشکل، مهندسان دانش و تجربیات خود را در طراحی و ساخت اتاقهای تمیز برای صنایع نیمه‌هادی و داروسازی به کار گرفته و آن را در اتاقهای عمل پیاده‌سازی کرده‌اند.
مشکلات اتاق عمل
شرکت‌هایی که در زمینه ساخت نیمه‌هادی‌ها و تولید دارو فعالیت دارند، به صورت داوطلبانه استانداردهای ISO را برای اتاقهای تمیز پذیرفته اند. این استانداردها تعداد و اندازه ذرات یا آلاینده‌های مجاز در اتاقهای تمیز را بر اساس طبقه بندی آن‌ها در مقیاسی از یک تا نه تعیین می‌کنند. این دو صنعت، این استانداردها را به دلایل عملی پذیرفته اند— برای کاهش زیان‌های ناشی از هزینه‌های گارانتی، محصولات معیوب و فاسد، و مسئولیت‌های مربوط به خرابی‌های فاجعه‌بار محصولات.
یک شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) از نصب یک سیستم تهویه ی هوای پیشرفته در اتاق عمل نشان می‌دهد که جریان هوای لامینار از دیفیوزرهای سقف به سمت پایین حرکت کرده، از بیمار عبور کرده و از طریق دریچه‌های نزدیک به کف خارج می‌شود.
جریان هوای منظم لامینار در اتاق عمل
رویکرد مدیریت آلاینده‌های معلق در هوا در اتاقهای عمل بر این اصل استوار است که “راه حل آلودگی، رقیق‌سازی آن است”. بنابراین، این جریان هوا است که اهمیت دارد، حتی اگر در واقع آلاینده‌ها را در سراسر اتاق عمل، ازجمله روی بیمار، پخش کند. برای بهبود تمیزی اتاقهای عمل، مهندسین از ایده‌ای که در صنایع نیمه‌هادی و داروسازی استفاده می‌شود، الهام گرفتند:
استفاده از جریان هوای لامینار که به سمت پایین و دور از ناحیه حیاتی هدایت می‌شود. در اتاقهای عمل، این ناحیه حیاتی به معنای میز جراحی است.
جریان هوای لامینار در جهت و سرعت یکنواخت بوده و ذرات و آلاینده‌ها را در مسیری قابل پیش‌بینی هدایت می‌کند. در مقابل، اگر جریان هوا آشفته باشد، آلاینده‌ها به صورت نامنظم در فضا شناور می‌شوند و امکان پیش‌بینی محل نشست آن‌ها برای برنامه‌ریزان از بین می‌رود.
در یک اتاق عمل معمولی، جریان هوای آشفته می‌تواند آلاینده‌ها را از تجهیزات، پرسنل یا حتی خود بیمار به اطراف اتاق عمل و منطقه استریل جراحی منتقل کند.
جریان هوای نامنظم در اتاق عمل
اما طراحان می‌دانستند که تنها نصب دیفیوزرهایی که جریان هوای لامینار را بالای میز جراحی توزیع می‌کنند، کافی نخواهد بود. در ۱۰ تا ۱۵ سال گذشته، روند طراحی اتاقهای عمل به سمت نصب تجهیزات بر روی بوم‌های سقفی حرکت کرده است. این تجهیزات شامل چراغ‌های جراحی، نمایشگرهای تخت، اتصالات گازهای پزشکی و پلتفرم‌هایی برای اتصال برق و داده مورد نیاز تجهیزات تشخیصی و درمانی هستند.
این روش باعث می‌شود که کف اتاق عمل خلوت تر باشد و کادر جراحی بتوانند به راحتی حرکت کنند. همچنین، امکان ورود و خروج تجهیزات بزرگ بدون درگیری با کابل‌های برق و داده فراهم می‌شود. اما بوم‌های سقفی و چراغ‌های بزرگ جراحی جریان هوای لامینار را مختل می‌کنند و باعث ایجاد شکاف‌هایی در جریان هوا و مناطق کم‌فشار می‌شوند که جریان را آشفته و نامنظم می‌کنند.
علاوه بر این، این تجهیزات گرما تولید می‌کنند که باعث افزایش دما و تغییر رطوبت اتاق می‌شود. همچنین، پنج یا تعداد بیشتری از کادر جراحی نیز به بار حرارتی محیط اضافه می‌کنند. در حالت ایده‌آل، جراحان می‌خواهند که دمای اتاق عمل در سطحی ثابت باقی بماند که هم برای بیمار بهینه باشد و هم برای پرسنل راحت و قابل تحمل.
ایجاد راهکار
تیم طراحی، علاوه بر اطمینان از جریان هوای لامینار از بالا به سمت بیمار، چندین هدف دیگر را نیز دنبال می‌کرد. جریان هوا باید حتی در تعامل با چراغ‌ها و سایر تجهیزات سقفی همچنان لامینار باقی بماند. همچنین، هر هوایی که از روی کادر جراحی عبور می‌کند، باید از میز جراحی دور شده و به سمت دریچه‌های خروجی هدایت شود. در واقع، تمام هوا باید از طریق دریچه‌هایی که حدود ۲۰ سانتی‌متر از کف فاصله دارند، از اتاق خارج شود.
پیش از ورود به اتاق، هوا از فیلترهای HEPA عبور می‌کرد تا از پاکیزگی کافی آن اطمینان حاصل شود. همچنین، این هوا باید با همان دما و رطوبتی که از دیفیوزرهای سقفی خارج می‌شود، روی بیمار جریان یابد. علاوه بر این، هوا نباید مجدداً به گردش درآید تا از ورود مجدد هوای آلوده به اتاق عمل جلوگیری شود.
برای شبیه‌سازی و درک بهتر تعاملات پیچیده میان عوامل مؤثر بر جریان هوا در اتاق عمل، مهندسان از مدل‌سازی، شبیه‌سازی و نرم‌افزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) شرکت Autodesk در سن رافائل، کالیفرنیا استفاده کردند.
برخی از ویژگی‌های سیستم تهویه شامل اتصالات مخصوص تجهیزات نصب‌شده روی بوم‌های سقفی، نورپردازی داخلی و توزیع گازهای پزشکی است.
نتایج شبیه‌سازی CFD نشان داد که دیفیوزرهای استانداردی که در اتاقهای عمل معمولی استفاده می‌شوند، جریان‌های هوای مختلفی را ایجاد می‌کنند که با یکدیگر تداخل دارند یا باعث ایجاد شکاف‌هایی در پوشش جریان می‌شوند. این مشکلات منجر به آشفتگی جریان و بازچرخش هوا شده و نوسان دمایی تا ۱۰ درجه فارنهایت (حدود ۵.۵ درجه سانتی‌گراد) ایجاد می‌کنند
نتایج تحلیل CFD و طراحی نهایی سیستم تهویه هوا
تیم طراحی پس از تحلیل CFD به این نتیجه رسید که بهترین رویکرد، یک راهکار جامع برای کل اتاق عمل است. به همین دلیل، طراحی نهایی شامل یک سازه سقفی، فیلترهای HEPA و یک طراحی یکپارچه برای دیفیوزرها است—همه این موارد در یک واحد ماژولار که قابلیت سفارشی‌سازی برای اتاقهای عمل مختلف را دارد، ترکیب شده‌اند.
به علاوه این سیستم شامل:
- اتصالات و پریزهای برق
- سیستم توزیع گازهای پزشکی
- چراغ‌های جراحی
- پایه‌های مقاوم برای نگهداری بوم‌های سقفی (مناسب برای نگهداری چراغ‌های سنگین جراحی، تجهیزات و نمایشگرها)
تمام این مجموعه از طریق یک رابط سازه‌ای که به چارچوب سازه‌ای بیمارستان پیچ می‌شود، متصل می‌شود. حتی ابعاد این ماژول‌ها به گونه ای طراحی شده که از درب‌های استاندارد ۹۰ سانتی‌متری عبور کنند.
مزایای نصب و اجرای سیستم لامینار ایر فلو
ساخت و نصب سیستم هوای لامینار مزایای متعددی برای بیمارستان‌ها و کلینیک‌ها دارد. پیش از معرفی این سیستم، بازسازی یا تجهیز یک اتاق عمل در بیمارستان فعال، باعث اختلال جدی در برنامه‌ریزی جراحی‌ها می‌شد. همچنین، این فرآیند نیاز به هماهنگی دقیق بین تیم‌های مختلف ساخت‌وساز، تکنسین‌های تخصصی و تأسیسات بیمارستانی داشت.
اما سیستم های لامینار ایر فلو در کارخانه به صورت پیش ساخته تولید شده و سپس به محل پروژه به‌عنوان ماژول‌های یکپارچه آماده نصب ارسال می‌شود. این ماژول‌ها دارای اتصالات سریع (Quick-Connect) از پیش آماده شده برای برق، داده، صوت و تصویر، و لوله‌کشی هستند که فرآیند نصب را بسیار ساده‌تر، سریع‌تر و کم هزینه تر می‌کند.
در حقیقت، نصب این سیستم تنها یک ششم زمان مورد نیاز برای ساخت و نصب یک سیستم تهویه و نورپردازی سنتی در محل را نیاز دارد.
