东华大学 沈恒根 吴军
上海交通大学医学院附属新华医院 朱英坚
【摘 要】外科手术中的阵发性烟雾危害医务人员的健康，致使洁净手术室实际上并不洁净。文章测试不同手术条件下及不同部位手术烟雾中颗粒物的浓度，分析手术烟雾颗粒物粒径分布规律特征。手术台附近手术区和呼吸区的PM2.5和PM10浓度约为规定值的3倍，但三种手术均符合公共区PM浓度的要求。三种手术刀产生的烟雾在呼吸区的粒径为0.30 ~ 2.50μm。超声刀产生的手术烟雾导致手术区PM10浓度中位数最高。
【关键词】手术烟雾 细颗粒物 测试研究 分布特征
【项目名称及编号】国家重点研发计划“工业建筑污染物净化除尘关键技术与装备研究”（2018YFC0705305）
Abstract:Paroxysmal smoke in the surgical operation endangers the health of medical staff, so that the clean operating room is actually not clean. The particulate matter concentrations in surgical smoke at different locations under different surgical conditions were explored, and a particulate matter purification control strategy was proposed. The PM2.5 and PM10 concentrations in the operating and respiratory zones near the operating table were about 3 times more than the specified value, but both surgical procedures met the requirements of PM concentration in the public zone. The smoke produced by the three scalpels resulted in particle sizes of 0.30 ~ 2.50 μm in the respiratory zone. The surgical smoke produced by the ultrasound scalpel resulted in the highest median PM10 concentration in the operating area.
Keywords:surgical operating room, fine particles, test research, distribution characteristics
0 引言
本文的研究想法来自作者2014年10月住院期间了解到目前从事手术的医护人员患癌症的病例有上升趋势，而且是进行手术的各科室医护人员都存在并发生的问题。因此，想到近年来手术医疗器械介入手术过程是否加大手术过程的污染物发生量，首当其冲是具有部分致病性颗粒污染物（烟、液体颗粒物等）。目前手术室设计和保障措施造成人们的潜意识认为手术室是一个绝对洁净空间，有研究表明85.0 %的受访医护人员认同手术室是绝对洁净空间[1]。但并非如此，近年外刊也有报导，使用高频电刀、激光刀或超声手术刀时组织被摧毁、消融和分解，从而导致在空气中悬浮着大量的微细颗粒[2]。
查看文献可知，我国的医院手术室是严格按照有关标准规范进行洁净手术部工程的设计、施工和验收[3]，但在医院洁净手术室的气体洁净技术措施上还差异性比较大[4]，在对某洁净手术室空间连续3年的环境的空气质量监测给出尘埃颗粒物在手术区（距离地面0.8 m的高度）合格率不足50%[5]，并认为主要原因是未按规范[6]进行高效过滤器的及时更换。从许多文献来看，医院洁净手术室空气质量的保障多从洁净空调的气流组织[7]、消毒净化[8-9]技术手段来进行研究和分析。
因此，从2015年开始，本课题组与上海某医院合作开始针对手术室手术过程颗粒污染物产生状况进行调研、测试、分析。据美国职业安全与健康管理局（OSHA）统计报告显示，每年大约有50万人暴露于手术烟雾当中，其中包括护士、麻醉师、外科医生、患者等[10]。手术烟雾造成手术室人员产生眼睛和黏膜发炎、头痛等症状，长期暴露于手术烟雾能够增加患癌的几率[11]。手术种类，手术刀的种类，靶组织的病理学等对手术过程中产生阵发性的颗粒物污染物特性具有重要影响[12-14]。手术中使用电切或电凝时， 均可产生大量的可吸入颗粒物，且95 %的颗粒物粒径在 0.30~5.0 μm之间。颗粒物的质量浓度表征着人体对颗粒物的暴露量，而计数浓度主要是反应不同粒径微细颗粒物直接侵入人体呼吸道，从而在肺部沉积的数量[15]。现有洁净通风系统净化装置长期使用失效致使手术环境污染[16]。人们容易忽略的是不同种类手术在手术刀作用下产生手术烟雾射流致使医护人员吸入，然而普通外科口罩仅仅只能滤过大于5 μm的颗粒，即使佩戴口罩条件下，颗粒也可轻易地被医护人员与病患吸入。
1 测试环境及控制参数
本次试验是以上海市某医院百级层流洁净手术室为试验对象，见图1。手术室体积大小为6.3 m × 5.1 m × 3.0 m；送风口处于吊顶正中间（2.6 m×2.4 m）；每边侧墙距地面0.1m各布置一个百叶回风口（4.8 m × 0.8 m）；手术台位于房间中间（1.8 m × 0.6 m × 0.8 m）,见图2。在不妨碍手术操作流程条件下，依按规范[17]要求测点分别对手术过程中手术台侧测试点a（操作区，距手术台面高度0.2 m ~ 0.4 m）、点b（呼吸区,距手术台面高度0.8 m ~ 1.2 m）和手术台外环境区域点c（公共环境，距手术台2 m以外）颗粒物浓度进行监测，测点布置见图1。手术室温度24.6 ± 1.3 ℃，相对湿度46.7 ± 1.2 %，手术时间均选取2.5小时。本次试验在点a（手术操作区）、点b（手术呼吸区）分别设置德国Grimm公司的便携式气溶胶光学粒径谱仪探头，点c（公共环境区）设置美国TSI公司的便携式大气粉尘监测仪，具体参数见表1。为了避免干扰医护人员操作，所有探头固定在靠近手术台一定高度上医疗设备装置上，因为同一医疗小组成员在相同手术环境下暴露在手术环境下风险没有显著性差异[18]。依据GB3095-2012“环境空气质量标准”规定，PM2.5浓度均值 < 35.00 μg/m3满足空气洁净要求，PM2.5浓度均值 < 75.00 μg/m3满足人员健康要求。
图1 上海市某医院百级层流洁净手术室
图2 医院洁净手术室仪器测点布置图
表1 试验仪器参数表
2 测试结果与分析
2.1 不同种类手术过程中颗粒污染物计重浓度测试结果及分析
试验分别测试用相同超声刀进行两种不同手术时不同测点微细颗粒物计重浓度随时间变化特征，手术时间均为09:00 ~ 12:30，见图3。统计结果表明前列腺癌症（方差s2=18.06）手术三处测点a,b,c阵发性微细颗粒物计重浓度均高于甲状腺癌症手术（方差s2=12.15），且前者数据波动性明显。前列腺癌手术与甲状腺癌症手术测试点a（呼吸区）PM2.5、PM10分布变化规律分别见图3A与图3B，两种手术烟雾在医生呼吸区位置处PM2.5与PM10变化趋势相近，且二者计重浓度无显著性差异（p < 0.001）；对PM10/PM2.5的比值拟合发现趋近于1，表明医生呼吸区域大部分为PM2.5微细颗粒物，或手术室顶部洁净气流的下送作用，致使测试点a（呼吸区）PM2.5计重浓度急剧上升后便很快下降，致使医护人员短暂直接吸入侵入肺泡，危害身体健康[19]。前列腺癌手术与甲状腺癌症手术测试点b（操作区）PM2.5、PM10分布变化规律分别见图3C与图3D（p < 0.001），PM2.5、PM10出现峰值次数增多且波动幅度较大；对PM10/PM2.5的比值拟合稳定在大于1的数值，表明操作区主要为PM10较粗大颗粒物，可能由于距刀口处较近，手术部位局部区域阵发性颗粒物存在大量的细胞碎片[20]。前列腺癌手术与甲状腺癌症手术测试点c（公共环境区）PM2.5、PM10分布变化规律分别见图3E与图3F，发现手术过程中手术台以外公共区域环境PM2.5浓度均低于35.00 μg/m3，表征在手术过程中手术台以外公共环境区域浓度符合洁净环境控制要求。
图3 两种不同手术时不同测点PM2.5、PM10计重浓度，测点a（A/B），测点b（C/D），测点c（E/F）
2.2 不同手术刀下手术室环境颗粒物浓度变化特征
探究手术刀种类对手术过程中阵发性颗粒物浓度变化特征。保证手术测试环境不变，测试时间为13:00 ~ 15:30，统计分析电刀、激光刀、超声刀三种情况下手术阵发性颗粒物PM2.5、PM10计重浓度箱线图，见图4。测试点a（呼吸区）PM10、PM2.5计重浓度箱线图分别见图3A与图3B，电刀、激光刀、超声刀手术致使a点微细颗粒物PM10计重浓度中位数分别为116.4 μg/m3，121.2 μg/m3， 43.23 μg/m3，但从箱体的长短来看，电刀手术的箱体明显较长，说明电刀手术这段时间内波动性较大（图4A），电刀、激光刀、超声刀手术过程中PM2.5计重浓度中位数分别为102.10 μg/m3，96.23 μg/m3， 36.83 μg/m3，与PM10计重浓度值相近（图3B），表征三种手术刀产生的手术烟雾致使手术台上部区域悬浮物主要成分为PM2.5 [21]。测试点b（操作区）PM10、PM2.5计重浓度箱线图分别见图4C与图4D，电刀、激光刀、超声刀手术致使a点微细颗粒物PM10计重浓度中位数分别为223.2 μg/m3，148.6 μg/m3， 124.3 μg/m3（图4C），PM2.5计重浓度中位数分别为102.4 μg/m3，141.5 μg/m3（图4D）， 172.2μg/m3，对应的PM10与PM2.5浓度数值和近似相等，说明三种手术刀产生的手术烟雾在手术操作区内聚集微细颗粒物总计重浓度值接近。测试点c（公共环境区）PM10、PM2.5计重浓度箱线图分别见图4E与图4F，使用三种手术刀手术过程中室内公共环境区域PM10与PM2.5的计重浓度值相近未超过30.00 μg/m3，远小于手术台附近微细颗粒物浓度值，表征手术过程中手术台附近的操作区和呼吸区浓度值超标，悬浮微细颗粒物严重危害医护人员的职业健康[22-23]，但室内公共环境区域浓度值满足洁净控制要求且主要成分为PM2.5。
图4 电刀、激光刀、超声刀手术室环境PM2.5、PM10计重浓度箱线图，测点a（A/B），测点b（C/D），测点c（E/F）
手术烟雾中微细颗粒物携带有病毒性基因或者致癌物质会在手术刀开启过程中因热浮力作用悬浮在医护人员呼吸区域，直接危害医护人员身体健康[24]。文章对测试点a（呼吸区）在三种手术刀开启时前后五分钟内微细颗粒物质量浓度峰值分别为A（激光刀）、B（电刀）、C（超声刀）进行统计分析，见图5（左）。电刀手术过程产生微细颗粒物的总质量浓度（326.8 μg/m3）明显高于其他两种手术刀，激光刀（262.4 μg/m3）和超声刀（251.3 μg/m3）微细颗粒物的总质量浓度相近。肺损害粉尘粒径一般为0.5-5μm，致使人员肺部严重损伤，如支气管炎、哮喘等[25]。研究表明电刀、激光刀、超声刀手术产生烟雾中颗粒物平均粒径分别为0.07 μm[26]、0.317 μm[27]、0.35 ~ 6.5 μm[28]。本试验表明三种手术刀产生手术烟雾包含微细颗粒物主要集中在0.3-2.5μm，见图5（右），粒径均低于肺损害粉尘粒径。电刀产生微细颗粒物计数浓度也明显高于其他两种手术刀，对医护人员身体健康危害较大。
图5 电刀、激光刀、超声刀手术室环境呼吸区微细颗粒物粒径分布图
3 结论
本文以上海市某知名医院外科手术室为测试对象，探究不同手术及手术过程用不同手术刀情况下手术台附近人员操作区、人员呼吸区及公共环境区阵发性颗粒物浓度分布特征进行试验研究。研究表明：（1）两种外科手术过程公共区域环境PM2.5浓度均满足环境一级控制要求，但手术台附近人员的操作区域及呼吸区PM2.5与PM10浓度远大于环境浓度二级控制要求。（2）三种手术刀产生手术烟雾致使呼吸区微细颗粒物主要集中在0.3 ~ 2.5 μm，且电刀手术过程颗粒物浓度值最高；超声刀产生的手术烟雾致使操作区PM10浓度值中位数最大；三种手术刀下手术室公共环境区域满足卫生精度控制要求。
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备注：本文收录于《建筑环境与能源》2020年10月刊 总第37期（第22届全国暖通空调制冷学术年会文集）。版权归论文作者所有，任何形式转载请联系作者。
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