Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Thermal comfort of the surgical staff in an operating theatre: a numerical study on laminar and mixing ventilation systems
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Fluid and Climate Technology.ORCID iD: 0000-0002-9361-1796
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Fluid and Climate Technology.ORCID iD: 0000-0003-1882-3833
2016 (English)In: Proceeding  the 14th international conference of indoor air quality and climate (Ghent, Belgium July 3-8 2016), 2016Conference paper (Refereed)
Place, publisher, year, edition, pages
2016.
National Category
Medical Engineering Medical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-181054OAI: oai:DiVA.org:kth-181054DiVA: diva2:898165
Conference
Indoor Air 2016
Note

NQC 201601

Available from: 2016-01-27 Created: 2016-01-27 Last updated: 2016-02-22Bibliographically approved
In thesis
1. Design of Hospital Operating Room Ventilation using Computational Fluid Dynamics
Open this publication in new window or tab >>Design of Hospital Operating Room Ventilation using Computational Fluid Dynamics
2016 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[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.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockhomlm: KTH Royal Institute of Technology, 2016. 74 p.
Series
TRITA-STKL, 2015:01
Keyword
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
National Category
Mechanical Engineering Environmental Engineering Architecture
Research subject
Engineering Mechanics
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-181053 (URN)978-91-7595-810-1 (ISBN)
Public defence
2016-02-22, F3, Lindstedtsvägen 26, KTH, Stockholm, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20160129

Available from: 2016-01-29 Created: 2016-01-27 Last updated: 2016-02-17Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Search in DiVA

By author/editor
Sadrizadeh, SasanHolmberg, Sture
By organisation
Fluid and Climate Technology
Medical EngineeringMedical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 144 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link