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. / 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. / <p>QC 20160129</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-181053 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Sadrizadeh, Sasan |
| Publisher | KTH, Strömnings- och klimatteknik, Stockhomlm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-STKL ; 2015:01 |
Page generated in 0.003 seconds