Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A numerical investigation of vertical and horizontal laminar airflow ventilation in an operating room
KTH, Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE), Byggvetenskap, Strömnings- och klimatteknik.ORCID-id: 0000-0002-9361-1796
KTH, Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE), Byggvetenskap, Strömnings- och klimatteknik.ORCID-id: 0000-0003-1882-3833
2014 (Engelska)Ingår i: Building and Environment, ISSN 0360-1323, E-ISSN 1873-684X, Vol. 82, s. 517-525Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The effectiveness of vertical and horizontal ventilation systems in terms of reducing sedimentation and distribution of bacteria-carrying particles in an operating room is investigated. The exploration is carried out numerically using computational fluid dynamics. Both airborne particle concentration and sedimentation are simulated under different ventilation flow conditions. Model validation is performed through comparisons with experimental data from the literature. Achieved results reveal that the preferred selection between vertical and horizontal ventilation scenario in an operating room is highly depend on internal constellation of obstacles, work practice and supply airflow rate. Improper positioning of operating room personnel may remarkably reduce the ventilation efficiency. Increasing the airflow rate reduces particle concentration in the surgical zone. Efficient ventilation, however, is not only a matter of increasing airflow rate. Inappropriate airflow rates result in flow pattern transition from laminar to less efficient turbulent mixing. A laminar and well-organized (unidirectional) flow pattern is retired for a good result. Innovative further solutions are suggested to be found in cross-disciplinary collaboration.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2014. Vol. 82, s. 517-525
Nyckelord [en]
Vertical-horizontal LAF ventilation system, Bacteria-carrying particle, Hospital operating room, Air quality, Active-passive air sampling, Colony-forming unit
Nationell ämneskategori
Samhällsbyggnadsteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-160081DOI: 10.1016/j.buildenv.2014.09.013ISI: 000346543500049Scopus ID: 2-s2.0-84908128681OAI: oai:DiVA.org:kth-160081DiVA, id: diva2:790598
Anmärkning

QC 20150225

Tillgänglig från: 2015-02-25 Skapad: 2015-02-13 Senast uppdaterad: 2017-12-04Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Design of Hospital Operating Room Ventilation using Computational Fluid Dynamics
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Design of Hospital Operating Room Ventilation using Computational Fluid Dynamics
2016 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Alternativ titel[sv]
Utforma operationssalars ventilationssystem med hjälp av beräkningsströmningsmekanik
Abstract [en]

The history of surgery is nearly as old as the human race. Control of wound infection has always been an essential part of any surgical procedure, and is still an important challenge in hospital operating rooms today. For patients undergoing surgery there is always a risk that they will develop some kind of postoperative complication.

It is widely accepted that airborne bacteria reaching a surgical site are mainly staphylococci released from the skin flora of the surgical staff in the operating room and that even a small fraction of those particles can initiate a severe infection at the surgical site.  Wound infections not only impose a tremendous burden on healthcare resources but also pose a major threat to the patient. Hospital-acquired infection ranks amongst the leading causes of death within the surgical patient population. A broad knowledge and understanding of sources and transport mechanisms of infectious particles may provide valuable possibilities to control and minimize postoperative infections.

This thesis contributes to finding solutions, through analysis of such mechanisms for a range of ventilation designs together with investigation of other factors that can influence spread of infection in hospitals, particularly in operating rooms.

The aim of this work is to apply the techniques of computational fluid dynamics in order to provide better understanding of air distribution strategies that may contribute to infection control in operating room and ward environments of hospitals, so that levels of bacteria-carrying particles in the air can be reduced while thermal comfort and air quality are improved.

 A range of airflow ventilation principles including fully mixed, laminar and hybrid strategies were studied. Airflow, particle and tracer gas simulations were performed to examine contaminant removal and air change effectiveness. A number of further influential parameters on the performance of airflow ventilation systems in operating rooms were examined and relevant measures for improvement were identified.

It was found that airflow patterns within operating room environments ranged from laminar to transitional to turbulent flows. Regardless of ventilation system used, a combination of all airflow regimes under transient conditions could exist within the operating room area. This showed that applying a general model to map airflow field and contaminant distribution may result in substantial error and should be avoided.

It was also shown that the amount of bacteria generated in an operating room could be minimized by reducing the number of personnel present. Infection-prone surgeries should be performed with as few personnel as possible. The initial source strength (amount of colony forming units that a person emits per unit time) of staff members can also be substantially reduced, by using clothing systems with high protective capacity.

Results indicated that horizontal laminar airflow could be a good alternative to the frequently used vertical system. The horizontal airflow system is less sensitive to thermal plumes, easy to install and maintain, relatively cost-efficient and does not require modification of existing lighting systems. Above all, horizontal laminar airflow ventilation does not hinder surgeons who need to bend over the surgical site to get a good view of the operative field.

The addition of a mobile ultra-clean exponential laminar airflow screen was also investigated as a complement to the main ventilation system in the operating room. It was concluded that this system could reduce the count of airborne particles carrying microorganisms if proper work practices were maintained by the surgical staff.

A close collaboration and mutual understanding between ventilation experts and surgical staff would be a key factor in reducing infection rates. In addition, effective and frequent evaluation of bacteria levels for both new and existing ventilation systems would also be important.

Abstract [sv]

Tidigt i mänsklighetens utveckling har kirurgin funnits med i bilden. Hantering av infektioner har genom tiderna varit en oundviklig del av alla kirurgiska ingrepp, och finns kvar ännu idag som en viktig utmaning i operationssalar på sjukhus. För patienter som genomgår kirurgi finns alltid en risk att de efter ingreppet utvecklar någon behandlingsrelaterad komplikation.

Allmänt accepterat är att de luftburna bakterier som når operationsområdet huvudsakligen består av stafylokocker frigjorda från hudfloran av operationspersonalen i operationssalen, och att endast en liten del av dessa partiklar behövs för att initiera en allvarlig infektion i det behandlade området. Sårinfektioner innebär inte bara en enorm börda för hälso- och sjukvårdsresurser, utan utgör också en betydande risk för patienten. På sjukhus förvärvad infektion finns bland de främsta dödsorsakerna i kirurgiska patientgrupper.. En bred kunskap och förståelse av spridningsmekanismer och källor till infektionsspridande partiklar kan ge värdefulla möjligheter att kontrollera och minimera postoperativa infektioner. Denna avhandling bidrar till lösningar genom analys av en rad olika ventilationssystem tillsammans med undersökning av andra faktörer som kan påverka infektionsspridningen på sjukhus, främst i operationssalar.

Syftet med arbetet är att med hjälp av CFD-teknik (Computational Fluid Dynamics) få bättre förståelse för olika luftspridningsmekanismers betydelse vid ventilation av operationssalar och vårdinrättningar på sjukhus, så att halten av bacteriebärande partiklar i luften kan minskas samtidigt som termisk komfort och luftkvalité förbättras.

 Flera luftflödesprinciper för ventilation inklusive omblandade strömning, riktad (laminär) strömning och hybridstrategier har studerats. Simuleringar av luft-, partikel- och spårgasflöden gjordes för alla fallstudier för att undersöka partikelevakuering och luftomsättning i rummet. Flera viktiga parametrar som påverkar detta undersöktes och relevanta förbättringar  föreslås i samarbete med industrin.

Av resultaten framgår att mängden genererade bakterier i en operationssal  kan begränsas genom att minska antalet personer i operationsteamet. Infektionsbenägna operationer skall utföras med så lite personal som möjligt.

Den initiala källstyrkan (mängden kolonibildande enheter som en person avger per tidsenhet) från operationsteamet kan avsevärt minskas om högskyddande kläder används.

Av resultaten framgår också att ett horisontellt (laminärt) luftflöde kan vara ett bra alternativ till det ofta använda vertikala luftflödet. Ett horisontellt luftflöde är mindre känsligt för termisk påverkan från omgivningen, enkelt att installera och underhålla, relativt kostnadseffektivt och kräver vanligen ingen förändring av befintlig belysningsarmatur. Framför allt begränsar inte denna ventilationsprincip kirurgernas rörelsemönster. De kan luta kroppen över operationsområdet utan att hindra luftflödet. En flyttbar flexibel skärm för horisontell spridning av ultraren ventilationsluft i tillägg till ordinarie ventilation undersöktes också. Man fann att denna typ av tilläggsventilation kan minska antalet luftburna partiklar som bär mikroorganismer om operationspersonalen följer en strikt arbetsordning.

Bra samarbete och förståelse mellan ventilationsexperter och operationsteamet på sjukhuset är nyckeln till att få ner infektionsfrekvensen. Det är också viktigt med effektiva och frekventa utvarderingar av bakteriehalten i luften, för såväl nya  som befintliga ventilationssystem.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockhomlm: KTH Royal Institute of Technology, 2016. s. 74
Serie
TRITA-STKL ; 2015:01
Nyckelord
Computational Fluid Dynamics (CFD), Ventilation System, Hospital Operating Room, Bacteria Carrying Particle, Surgical Site Infection, Colony Forming Unit, Airborne Particle Control, Air Quality, Thermal Comfort, Active-Passive Air Sampling methods, Computational Fluid Dynamics (CFD), ventilationssystem, operationssal på sjukhus, bakteriebärande partikel, infektion i samband med operation, kolonibildande enhet, kontroll av luftburna partiklar, luftkvalitet, termisk komfort, aktiva-passiva provtagningsmetoder för luft
Nationell ämneskategori
Maskinteknik Naturresursteknik Arkitektur
Forskningsämne
Teknisk mekanik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-181053 (URN)978-91-7595-810-1 (ISBN)
Disputation
2016-02-22, F3, Lindstedtsvägen 26, KTH, Stockholm, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20160129

Tillgänglig från: 2016-01-29 Skapad: 2016-01-27 Senast uppdaterad: 2016-02-17Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Sadrizadeh, SasanHolmberg, Sture

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Sadrizadeh, SasanHolmberg, Sture
Av organisationen
Strömnings- och klimatteknik
I samma tidskrift
Building and Environment
Samhällsbyggnadsteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 304 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf