一、引言
手術是醫院中最長的開放性醫療過程。手術過程中將患者最好的屏障——表皮或粘膜打開，使得機體的內部直接暴露在外，不同途徑帶入的病菌均有可能輕而易舉地進入機體內部，極易引起感染。因此術后感染一直是醫院一種普遍的、最難以提防的、可能誘發嚴重后果的院內感染。
一般來說術后感染可涉及到下列因素，這些因素分為可控因素和不可控因素：
（一）患者自身風險因素（不可控因素）
高齡、肥胖、糖尿病、吸煙、營養不良、身體狀況、藥物、感染、放療/化療、術前住院院時間等。
（二）手術本身風險因素（可控因素）
手術類型、抗菌藥物使用、切口大小、無菌操作、手術技巧與手術時間長短等。
（三）其他感染風險因素（可控因素）
器械、敷料、手術衣與手套消毒滅菌以及手術室環境（菌、塵濃度、壓差、溫濕度控制等）。
其中，“患者自身風險因素”和“手術本身風險因素”是最大的影響因素。
患者自身風險，如在手術前有潛在的內臟器官功能損害，再加上手術和麻醉的打擊，術后感染很有可能使這類患者術后發生一系列嚴重的并發癥，乃至威脅患者的生命。手術所造成的生理紊亂可持續一個較長的過程，不會因為成功的手術會被立即糾正。如果患者自身免疫缺省或服用抗排異藥物，萬一感染后果更不堪設想。
手術本身的風險，可通過手術部位清潔消毒、術前正確使用有效的預防性抗生素、嚴格防范手術過程中內源性污染、接觸手術部位的器物徹底消毒滅菌等對手術部位感染進行控制，對于普通外科手術來說空氣途徑感染是次要的。但對于器官移植、關節置換等大手術，加上患者服用抗排斥藥物，使得將手術環境處于受控狀態成為一個關鍵因素。
對于“其他感染風險因素”，只能采用工程控制措施進行控制，特別是手術環境，將可控風險因素處于受控狀態，可以有效降低手術風險。
二、手術室送風天花裝置的重要性
不論是我國2002年頒布的GB50333《醫院潔凈手術部建筑技術規范》（以下簡稱“規范”）[1]，還是國外的醫院相關標準均對手術環境控制格外重視，盡可能降低在手術過程中對病患的傷害。
如何從技術措施保障手術環境控制？由于整個手術室所保護的只是手術區域，但傳統的思路是將整個手術室處于無菌狀態，不僅難以達到，而且更難以維持。近年來發展了手術區域局部控制的理念，即將所有送風口集中布置在手術床上方，形成送風天花。由于其有效性、簡便性、造價低、且運行費用少，得到了極大的推廣，并被各國醫院相關標準所采用，作為推薦的控制模式。就連美國醫院通風標準也在2008年采用了這種方式。
但是無論設計院，還是醫院業主都普遍重視手術室空調系統性能及控制系統，在客觀上忽視了局部凈化的送風裝置——送風天花的性能。有的醫院誤認為只需進口國外空調機組、先進的自控系統、甚至配置智能化或數字化的手術室，就可實現完善的手術環境控制。因此在評審設計方案或工程公司投標標書時，往往重視手術部裝修、配置、空調凈化系統及其控制，鮮有過問工程公司自產的送風天花的性能。
為什么要強調手術室送風天花性能的重要性以及對術后感染的控制作用？因為它的性能決定了手術區域環境控制質量，極大地影響了手術感染風險控制。
同樣是對環境要求高度無菌的無菌病房，其技術措施與控制方式和手術室不同。鑒于手術室的特點，環境控制的關鍵在于手術區域，而手術區域控制的關鍵在于手術切口，因此需要高度無菌程度控制的只是一個局部區域而非全室。從手術過程來說，真正需要控制的只是在切口被打開的狀態。因為手術前切口尚未打開前以及手術后切口已經縫合后，環境控制并非重要。或者說從空間上來講，控制的只是一個局部的點；從時間來講，控制的只是某個時間段[2]。而不像無菌病房必須一天24小時對整個病房持續地控制，絲毫不能馬虎。無菌病房對于免疫缺省的病患猶如一個生命島。
另外，手術區域無菌無塵程度影響直接進入機體內部的空氣質量。最新研究表明，不僅是懸浮菌濃度，塵埃濃度也影響術后感染率。主刀醫生操作手與手術器械上的落菌幾率，也會加大感染的風險。特別對于那些器官移植、關節置換、整形手術等深部手術尤為重要。因為這類手術風險太高，術后感染會危及生命。而不像無菌病房那樣特別重視空氣中懸浮病菌，對于免疫能力低下的病患，即使新鮮空氣中的真菌也會造成不堪設想的后果。為此我國“規范”定為特別的潔凈手術室（I級），不同于Ⅱ級標準的潔凈手術室。德國等歐洲標準是將I級中特別再分出Ia級，日本標準定義為生物潔凈手術室，美國標準歸類為特殊手術室。
手術室送風天花性能，是利用了空氣潔凈技術領域中低速單向流氣流（或稱低紊流度的置換流）和局部凈化技術。局部凈化方式節能、有效，但也有不足[3]，由于局部凈化裝置常常處在無菌程度較低的環境中，在送風過程中無菌送風氣流會與周邊區空氣進行動量交換，內部高度無菌區域易受周圍環境影響。送風氣流速度也會逐步衰減，其衰減量大于全室單向流。要維持低速單向流流態，相對于全室單向流需要較大的出口面風速。
如果直接將工業用的層流罩（FFU）套用在生物領域往往流速過大、噪聲過高、反而會使無菌區域縮小。盡管美國醫務界一直對手術室凈化不太感興趣，但美國通風空調制冷工程師學會（ASHARE）一直推廣高效過濾與層流技術。為了適應手術環境控制特點、擴大送風天花裝置送風區域內的無菌范圍，減少周邊污染氣流的干擾，必須對手術室送風天花裝置性能進行研究。率先研究的是柏林工業大學的艾斯東教授（Esdorn）[4]，1977年提出了手術室送風天花的模式，采用了原德國DIN1946-4標準中提出的手術室最小20次換氣的送風量集中在手術臺上方的3.0m×3.0m送風天花送出，由于此時送風速度過小，當送熱風時下不來，在我國上海應用時就發生了這種情況。此時手術區達到的細菌濃度僅為室內的一半。后來柏林工業大學的費次納教授（Fitzner）[5]繼續研究了這項工作，對手術室送風天花作了一些改進，效果進一步提高。
從理論上分析，送風氣流同時依靠出風動量和送風溫差來維持其運動，后者相當于熱（冷）動力，當送風溫度低于室溫時氣流作下沉運動。從工程意義上講，熱（冷）動力對氣流運動所起的作用一般不予考慮。但對于低速送風天花裝置來說，因其出風動量不大，溫差對氣流的作用不容忽略。隨著送風量的增大，出口風速變大，溫差減小，即送風氣流的空氣動力增強，而熱（冷）動力減弱，那么由溫差引射的周邊空氣越少，且中心區抗干擾的能力增強，控制效果更好。送風溫差太大，中心無菌區域會縮小；送風溫差太小，送風氣流送不下來。艾斯東教授研究認為送風溫度低于室溫不小于 0.5°C 、不大于2 °C ~3 °C的范圍內效果最佳[4]。當風量超過某一范圍后，接近于等溫送風時，熱（冷）動力的作用已經很小，此時送風的動量對控制效果起決定性作用，如果局部裝置的風速過大，易加劇射流誘導，把室內懸浮菌引導到送風天花上風側，再被局部高速氣流帶至下風側，導致污染程度的加大。
低速低紊流度的置換流為了克服避免熱源（手術燈）和橫向擾動（手術過程操作）對送風氣流的干擾，早期產品不得不靠氣流噴管來支撐著低速的送風氣流（見圖1），繼而又采用了塑料圍簾（見圖2）來降低低速送風氣流的衰減，兩者效果均不理想。后來的送風天花裝置開始向提高送風速度或縮小送風面積兩個方向發展[6]，造就了各種形式的產品（見圖3），但現已很少采用氣流噴嘴與塑料圍簾。
圖1 帶氣流噴管送風天花裝置 圖2 帶塑料圍簾送風天花裝置
傳統的送風天花裝置（圖3）是將高效過濾器布置在送風靜壓箱的末端，靠末端過濾器性能和安裝質量作最后把關來實現其性能。這種傳統裝置要在那么大的送風面積上安裝那么多的高效過濾器、并產生潔凈（完全過濾而不泄漏）、均勻（完善的氣流分布）、單向和平行（垂直于過濾器面）的氣流十分不易。這等于要求整個送風面上每個高效過濾器(參考www.bacclean.com)不僅僅本身起過濾作用，而且還起類似孔板的均流作用和氣流分布作用，又要象盲板一樣的不泄漏作用，這三個作用的“耦合”，使得滿布高效過濾器的做法對送風末端要求異常高，無論靜壓箱本體，還是過濾器及其接合面只要有一點滲漏，就會沿著單向流直接達到工藝關鍵部位，會使得整個局部凈化失敗。因此傳統裝置不但加工難度高，安裝復雜，檢漏麻煩，而且其造價昂貴。
1995年，中國建筑科學院許鐘麟教授提出了有自主知識產權的阻漏層理論，推動了送風天花裝置進一步發展。阻漏層理論提出不再將高效過濾器設置在末端，而適當前移，單獨組成的過濾箱設置在送風天花裝置外。過濾箱內采用零壓密封解決了高效過濾器安裝接合面的滲漏問題。在送風裝置內設有混流器和在末端設置具有亞高效水平的阻尼層。這種新型的送風天花裝置，即使高效過濾器及其接合面有一點滲漏，滲漏粒子數相對于那樣大的送風量是一個高價小量，經送風末端氣流混合和過濾，使得原來局部的“漏”變成了整體的“不漏”，起到了阻擋滲漏的作用。大大降低了靜壓箱本體、高效過濾器本體及其接合面的安裝要求，也簡化了加工、安裝和檢漏過程。因此阻漏層理論將傳統的送風末端裝置的過濾、防漏和氣流分布三個作用的“耦合”非常巧妙地解耦，從理論和實踐上突破了高效過濾器必須布置在末端的傳統模式，從本質上改變了末端密封堵漏的性質，消除了發生漏泄的危害。擴大了單向流潔凈空間的活塞流滿布比，提高了送風氣流品質[7]。現在阻漏層理論已經轉化成成熟的送風天花產品（見圖4），已經批量生產，并實現標準化、模數化和裝配化，為設計者、施工者和使用者帶來極大的方便。
三、手術室阻漏式送風天花的安全性
手術室送風天花的安全性主要取決于兩個方面：送風天花的大小與性能。
德國權威的研究機構羅伯特-科赫研究所認為，送風天花形成的保護區域必須包含手術臺與器械桌，這要求高度無菌手術室（相當于德國標準Ia級）送風天花的保護區域面積至少維持在2.8m×2.8m，德國2008年修訂了標準DIN1946第4部分，規定送風天花的出風面積3.2m×3.2m。當然對于一般無菌手術室（相當于德國標準Ib級）的送風天花只要求保護手術臺，即保護區域為2.0m×0.8m，出風面積需為2.4m×1.8m。如圖5、圖6所示。
圖5 德國標準Ib級送風天花面積 圖6 德國標準Ia級送風天花面積
而美國醫療機構則對此并不認同。美國設施指南學會（FGI）和美國供熱通風空調制冷工程師學會合作，溝通了雙方的觀點，協調了雙方的控制措施，同意采用手術區域集中送風，并將送風速度降到0.13~0.18m/s。2008年頒布的ASHRAE170規定手術室送風口每邊只要比手術臺面大0.3～0.45 m（這送風口尺寸與我國標準Ⅲ級手術室相仿，大大小于德國標準），并要求使用的無影燈和氣塔投影面積不能超過送風口面積30%。
我國認為送風天花的大小與手術風險及保護級別有關。《醫院潔凈手術部建筑技術規范》根據手術室的級別提出了不同大小的送風天花的送風面積（見表1），因為手術室的級別本身就體現了手術風險與保護級別。經過近十年來的實施，醫護界認為是合適的。
表1. 不同級別手術室集中布置的送風天花最小面積
其次是送風天花的性能。
送風天花的性能主要表現為氣流的極強抗干擾性，必須形成一股低紊流度的垂直置換氣流。為此要提出“動態屏蔽”的概念，意在達到手術區域動態保護，不僅要求快速而有效地將源自手術區域的污染從保護區域排除出去，而且要對周圍區域形成一個有效屏障進行屏蔽。這要求送風氣流在手術區域仍保持較強的抑制污染的能力，為此德國不得不建議在送風天花增設圍擋，并且該圍擋可以延長至距地面2.1m處，以減緩送風氣流衰減。
送風天花性能體現了動力和熱力性對氣流抗干擾性能的綜合影響。送風氣流動力性能主要體現了送風速度和紊流度。低速、均勻、致密的送風氣流，對外的誘導性小，保護區域大，對內抗干擾能力大，能有效抑制污染。送風氣流的熱力主要涉及送風溫濕度以及送風溫差。這對低速氣流來說十分重要。美國相關標準對此很少涉及。而德國標準DIN1946第4部分卻有詳盡的規定。規定了Ia級手術室的送風天花應達到以下要求[10]：
送風速度不低于0.23 m/s。
出風氣流紊流度（除了4個角落的所有測試位置）：≤0.15；在4個角落的測試位置：≤0.25；在離地1.2m高的保護區域氣流紊流度（除了4個角落的所有測試位置）：≤0.20；在4個角落的測試位置：≤0.30。
送風溫度不低于室溫0.5 K，送風溫差不超過3 K；
我國《醫院潔凈手術部建筑技術規范》規定的送風速度不低于0.25m/s，在離地0.8m高的保護區域內送風氣流的紊流度≤0.25。應該說中德兩個國家標準基本相當。其實氣流性能與末端過濾器的滿布比有關，其他國家標準沒有涉及，對此我國規范有明文規定。由于我國研發的阻漏式送風天花采用了阻漏層，極大地提高了滿布比，大大提高了送風氣流的性能。
送風天花的性能還表現在阻漏性。如上所述，傳統的送風天花裝置是將高效過濾器布置在送風靜壓箱的末端，一旦末端過濾器因自身或安裝質量出現滲漏，就無法保障其送風的無菌性能。最新研究再次證實，引起手術部位感染的環境微生物源是細菌，而不是病毒。再次肯定了過濾除菌的有效性。因此保證末端過濾裝置不滲漏是一個首要條件，各國的傳統送風天花就是靠強調制造工藝、材料以及技術來達到不漏。(潔凈室www.iwuchen.com)
我國研發阻漏式送風天花，利用阻漏層理論解耦了送風末端裝置的過濾、防漏和氣流分布三個作用，從原理上保證了送風氣流經過充分過濾，不滲漏，形成了均勻、致密的低紊流度的置換流。保證了在離地0.8m高的保護區域內送風氣流的紊流度≤0.25。而且大量的實際應用也充分證明了這一點。阻漏層的原理大大簡化了送風天花制造工藝、材料以及技術。由于阻漏式送風天花是靠原理保障不漏，可以長期保持不漏。而傳統送風天花是依賴制造工藝、材料以及技術來達到不漏，因此只是暫時的，或者說需要在運行過程中不斷監測、不斷調整才能達到。
手術室送風天花高性能以及高可靠性為我們提出了一個新的控制理念——“動態保護”。因為手術室真正要求保護的是某特定時間段（手術過程）內的局部區域（手術部位），無論室內處于任何污染狀態下，只要手術室的送風天花一開啟，就能夠保證手術區域的無菌狀態，使整個手術過程均能得到所期望的保護，送風天花這一性能被定義為“動態屏蔽”。這對送風天花的性能提出了更高的要求。可大大降低周邊區域甚至整個手術部的無菌狀態的控制，而且手術切口一旦被處理，完全可以大大降低送風天花的送風量。從工程上講，可以降低對手術區域周邊污染控制、鄰室的環境控制以及整個手術部正壓控制要求。這一節能、有效控制的思路正是由VDI2167提出[11]，現也被2008年12月頒布的最新一版德國標準DIN1946第4部分“醫院通風空調”[10]所認可。
至于德國標準推薦的（不是規定）送風天花圍擋，其要求不同于以往所使用的圍擋。以前增設的圍擋是為了使低速氣流能送下來，圍擋材料大多為塑料布，常因氣流流動產生靜電而吸附塵埃，增加了清潔的工作量。如今采用圍擋是保護高速氣流流動過程中維持低紊流度，圍擋材料較為高級、結構較為復雜（見圖7），或與醫療氣體供氣橋架結合在一起（見圖8），形成了新型的送風裝置。
四、結束語
手術是一種高風險的醫療，從工程控制角度來說，手術部位感染控制就是將可控因素處于受控狀態。而將手術環境處于受控狀態，是一項主要任務。從手術室的醫療要求與環境控制特點來看，手術室送風天花對局部手術區控制的重要性與安全性高于凈化空調系統與控制系統。目前手術室送風天花性能在我國并沒有引起足夠的重視。我國應該了解手術室送風天花對手術區域控制的重要性與安全性，也是今后手術室節能運行的關鍵部件。必須高度重視手術室送風天花的研發、生產與檢測，正確理解與執行我國《醫院潔凈手術部建筑技術規范》對送風天花性能及手術環境控制的要求[12]。
我國《醫院潔凈手術部建筑技術規范》對送風天花性能有較為詳盡的規定，推薦較為簡易、有效的區域控制思路與措施，強調了送風天花的重要性與安全性，并對送風天花的高效過濾器滿布比、截面平均風速值和速度均勻度等要素提出了較高的要求[1]。最新頒布的德國標準1946第4部分也對手術室送風天花提出更高要求，促使我們對送風天花重要性認識進一步提高，也迫使我國必須進一步提高手術室送風天花的性能。我國大多工程公司生產的手術室送風天花的性能，如紊流度，難以達到我國《醫院潔凈手術部建筑技術規范》要求的0.25。手術室送風天花普遍存在氣流均勻性較差，氣流易擴散，抗干擾性差，污染誘入角較大，斷面平均速度衰減較快，難以滿足手術區域的環境控制要求。我們認為只有改變了一家一戶的生產送風天花的制造模式，走專業化生產、專業化抽檢之路，才能有效提高我國手術室送風天花的質量。目前我國由專業廠家生產的阻漏層手術室送風天花性能已經達到了國外標準，已被在華外商認可，并應用到工程實際[13]。
筆者期望本文有益于提高對手術室送風天花的重要性和安全性的認識，有助于進一步提高我國手術室送風天花性能，使得我國手術室環境控制更上一層樓，更為經濟、更為有效。
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