1．引言
手术是医院中最长的开放性医疗过程。手术过程中将病患最好的屏障——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。另外，如患者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。因此，无论哪个国家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？传统的思路就是区域控制的概念，这也是各国医院相关标准实施的控制思路。手术部就是以洁净手术室为核心与辅助房间有机地组成一个控制区域。为使整个区域受控，要求不同无菌程度的手术室和辅助房之间维持着一个有序的梯度压差，形成了一股从较高无菌程度空间流向较低无菌程度空间的定向气流，区域控制的有效性已得到了长期实践的验证。也许这一概念使得人们重视手术室空调系统性能及控制系统，有的医院误认为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洁净手术室。在客观上忽视了局部净化的送风装置——送风天花的性能。因此在评标或评审各工程公司设计方案时，往往重视手术部装修、配置、空调净化系统及其控制，鲜有过问工程公司送风天花的性能。尽管在我国《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002[1]对此有较为详尽的规定，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。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[2]。
2．手术室送风天花装置的沿革
为什么要强调送风天花的性能及其对术后感染控制的重要性？这要从手术的特点说起，手术环境控制关键在于手术区，而手术区控制关键在于手术切口，因此需要高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，手术前切口尚未打开而手术后切口已经缝合好，因此真正需要控制的只是在切口被打开的状态。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。而不像无菌病房必须一天24小时整个病房不间断地控制，丝毫不能马虎。无菌病房对于病患犹如一个生命岛。
另外，手术区域无菌程度不仅仅影响直接进入机体内部空气质量，或者说悬浮菌浓度，而且更重要地影响主刀医生操作与手术器械上的落菌几率。特别对于那些深部手术尤为重要。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。
手术室送风天花性能，是利用了空气洁净技术领域中单向流气流和局部净化技术。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的进行动量交换，内部高度无菌区域易受周围环境影响，送风气流速度会逐步衰减，其衰减量大于全室单向流。要维持单向流流态，需要较大的出口面风速。像手术室这样一类生物领域控制目标已从尘埃转为细菌，净化只是无菌环境的一种有效控制手段。如果直接工业用的层流罩直接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。必须对手术室送风天花装置提出了新的要求。关键在于扩大送风天花内的无菌区域，减少周边较污染的气流的干扰。率先研究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，手术区达到的细菌浓度仅室内的一半。经过大量的实验研究，认为送风天花装置并不是送风量越大，效果越好。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，是因为送风气流同时依靠出风动量和送风温差来维持运动，后者相当于热动力，当送风温度低于室温使气流作下沉运动。从工程意义上讲，热动力对气流运动所起的作用一般不予考虑，只将其作为安全系数。但对于低速送风天花装置来说，其出风动量不大，因此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应低于室温不小于 0.5°C 、不大于2-3 °C的范围内效果最佳。如当风量超过某一范围后，接近于等温送风时，热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。
当时德国将送风量设定为2400m³/h（相当于24次换气、平均出口风速0.074m/s），在一段时期内似乎成为送风天花设计依据。为了克服避免热源（手术灯）和横向扰动（手术过程）对送风气流的干扰，有的产品不得不靠气流喷管来支撑着低速的送风气流（见图1），继而又采用了塑料围帘（见图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从提高送风量，或缩小送风面积的两个方向发展[6]，造就了各种形式的产品（见图3），但已很少采用气流喷嘴与塑料围帘。
图1 带气流喷管送风天花装置 图2 带塑料围帘送风天花装置
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，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的知识产权的阻漏层理论，推动了送风天花装置进一步发展。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”，起到了阻档渗漏的作用。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成成熟的送风天花产品（见图4），已经批量生产，并实现标准化、模数化和装配化，对设计者、施工者和使用者带来极大的方便。
图3 传统典型的送风天花装置 图4 阻漏层送风天花装置
3．手术室送风天花的新要求
手术的风险很大程度上取决于手术类型与手术深度。德国权威机构的罗伯特-科赫研究所[8]提出术后感染的几率除与手术部位的机体组织供血程度、手术切口的大小、手术的持续时间和大型异体或人工器官的植入有关外，还取决于手术台与器械桌周围环境。认为送风天花生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（见图5）。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（见图6）。
图3 Ia级手术室送风天花保护区域 图4 Ib级手术室送风天花保护区域
（图中红色的区域是送风天花的送风面积，黄色的区域是送风天花的保护面积）
基于手术室真正要求保护是在某特定时间段（手术过程）内局部区域（手术部位），德国工程师协会标准VDI 2167[9]首先提出的“动态保护”的思路。认为如果手术室的送风天花一旦开启就能够在室内任何污染状态均可保证手术区域无菌状态，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。
如果说，送风天花真能实现“动态屏蔽”这一性能，则可大大降低了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，可以降低对手术室周边区污染控制、邻室的环境控制以及整个手术部正压控制要求。这一节能、有效控制的思路被2008年12月颁布的最新一版德国标准DIN1946-4“医院通风空调”[10]所采用。在DIN1946-4“医院通风空调”颁布之际的同时，废除了VDI2167。
送风天花的“动态屏蔽”性能主要表现为极强的抗干扰性，必须形成一股低紊流度的垂直置换气流。就须控制动力（送风速度）和热力（送风温差）对气流的综合影响，还需规定必须达到的紊流度。要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，为此不得不在送风天花增设围挡，减缓送风气流衰减。为了同时保护手术台与器械桌，就要规定送风天花的送风面积。
对此新标准DIN1946-4“医院通风空调”，规定了Ia级手术室的送风天花应达到：
•送风速度不低于0.23 m/s；
•送风面积不小于3.2m×3.2m；
•送风温度最小低于室温0.5 K，最高不超过3 K；
•新风量不小于1200 m³/h；
•四周围挡的下边缘离地面约2.1m；
•紊流度不得高于0.15
为了保障送风天花的性能，该标准提出了详尽的检测（见图7）方法与要求。
由此可得，该送风天花的送风量不应低于8500 m³/h，大大高于2007年7月颁布的DIN1946-4修订草案的规定，为了达到节能要求，工程常常采用尽可能加大送风天花的就近循环，减少系统送风量的技术措施。最终形成了集中新风处理与各室循环风处理组合的系统。与我国国标《医院洁净手术部建筑技术规范》中规定的逐步趋于一致[11]。
新标准推荐的围挡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，围档材料大多为塑料布，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，围档材料较为高级、结构较为复杂，并与医疗气体供气桥架结合在一起，形成了新型的送风装置（见图8）。
图7 送风天花装置的检测 图8 带新型围挡的送风天花装置
4． 结语
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高于净化空调系统与控制系统。但手术室送风天花性能在我国并没有引起足够的重视。根据我们的检测，我国各工程公司生产的手术室送风天花的紊流度没有一家达到0.15的要求，大多连我国《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002要求的0.25紊流度也不能满足。手术室送风天花普遍气流均匀性较差，气流易扩散，抗干扰性差，气流扩展角较大，断面平均速度衰减较快，难以满足手术室的控制要求。只有阻漏层手术室送风天花性能较好。
我国应该了解手术室送风天花对手术区域控制的重要作用，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]。从本文对手术室送风天花沿革与发展趋势分析，特别是最新颁布的德国标准1946-4提出了“动态屏蔽”概念，对手术室送风天花提出更高要求，国外科学技术的发展迫使我国手术室送风天花的质量必须进一步提高，送风天花的制造是否可以改变一家一户的生产模式？走专业化生产、专业化抽检之路。期望本文的阐述有助于我国手术室送风天花性能的提高，使得我国手术室环境控制更上一层楼。
参考文献
[1] 中国卫生经济学会医疗卫生建筑专业委员会.GB50333-2002医院洁净手术部建筑技术规范[S]. 北京：中国计划出版社, 2002
[2] 沈晋明. 医院洁净手术部的净化空调系统设计理念与方法[J]. 暖通空调，2001,31(5):7-12
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[4] Esdorn, H & Nouri, Z.. Vergleichsuntersuchungen Ueber Luftfuehrungssysteme mit Mischstroemung in Operationsraeumen[J]. HLH 28 (1977) Nr.4.
[5] Fitzner,K.. Operationsraum-Zuluftdecken.[C] XXII. Internationaler Kongress Technische Gebaeudeausruestung, Berlin (1989).
[6] Schmidt,P.. Nutzungsgesichtspunkte bei OP-Zuluftdecken mit turbulenzarmer Verdraengungsstroemung.[C], TK'93 Technik im Krankenhaus, "Krankenhaustechnik vor Ort-anwenden, betreiben, planen, installieren, servicen", Hannover. 10. 1993
[7] 沈晋明，许钟麟，梅自力，等. 空气净化系统末端分布装置的新概念[J]. 建筑科学，1998(2):3-7
[8] Robert Koch Institute，Requirements on hygiene for operations and other invasive surgery[G].// Bundesgesundheitsblatt 43, 2000：644-648
[9] VDI 2167: Building services in hospitals –Heating, ventilation and air-conditioning [S]. 08. 2007.
[10] DIN 1946/4: Ventilation in Buildings and Rooms of Health Care[S]. 12. 2008.
[11]沈晋明，黄建倩. 德国医院新标准新概念[J]. 中国医院建筑与装备，2008(9):20-25
[12] 沈晋明，俞卫刚. 洁净手术部规范误读与析疑[J] .中国医院建筑与装备，2007(5):20-25
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