東華大學  沈恒根   吳軍

上海交通大學醫學院附屬新華醫院 朱英堅

       【摘   要】外科手術中的陣發性煙霧危害醫務人員的健康，致使潔凈手術室實際上并不潔凈。文章測試不同手術條件下及不同部位手術煙霧中顆粒物的濃度，分析手術煙霧顆粒物粒徑分布規律特征。手術臺附近手術區和呼吸區的PM2.5和PM10濃度約為規定值的3倍，但三種手術均符合公共區PM濃度的要求。三種手術刀產生的煙霧在呼吸區的粒徑為0.30 ~ 2.50μm。超聲刀產生的手術煙霧導致手術區PM10濃度中位數最高。

       【關鍵詞】手術煙霧 細顆粒物 測試研究 分布特征

       【項目名稱及編號】國家重點研發計劃“工業建筑污染物凈化除塵關鍵技術與裝備研究”（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

       本文的研究想法來自作者2014年10月住院期間了解到目前從事手術的醫護人員患癌癥的病例有上升趨勢，而且是進行手術的各科室醫護人員都存在并發生的問題。因此，想到近年來手術醫療器械介入手術過程是否加大手術過程的污染物發生量，首當其沖是具有部分致病性顆粒污染物（煙、液體顆粒物等）。目前手術室設計和保障措施造成人們的潛意識認為手術室是一個絕對潔凈空間，有研究表明85.0 %的受訪醫護人員認同手術室是絕對潔凈空間^[1]。但并非如此，近年外刊也有報導，使用高頻電刀、激光刀或超聲手術刀時組織被摧毀、消融和分解，從而導致在空氣中懸浮著大量的微細顆粒^[2]。

       查看文獻可知，我國的醫院手術室是嚴格按照有關標準規范進行潔凈手術部工程的設計、施工和驗收^[3]，但在醫院潔凈手術室的氣體潔凈技術措施上還差異性比較大^[4]，在對某潔凈手術室空間連續3年的環境的空氣質量監測給出塵埃顆粒物在手術區（距離地面0.8 m的高度）合格率不足50%^[5]，并認為主要原因是未按規范^[6]進行高效過濾器的及時更換。從許多文獻來看，醫院潔凈手術室空氣質量的保障多從潔凈空調的氣流組織^[7]、消毒凈化^[8-9]技術手段來進行研究和分析。

       因此，從2015年開始，本課題組與上海某醫院合作開始針對手術室手術過程顆粒污染物產生狀況進行調研、測試、分析。據美國職業安全與健康管理局（OSHA）統計報告顯示，每年大約有50萬人暴露于手術煙霧當中，其中包括護士、麻醉師、外科醫生、患者等^[10]。手術煙霧造成手術室人員產生眼睛和黏膜發炎、頭痛等癥狀，長期暴露于手術煙霧能夠增加患癌的幾率^[11]。手術種類，手術刀的種類，靶組織的病理學等對手術過程中產生陣發性的顆粒物污染物特性具有重要影響^[12-14]。手術中使用電切或電凝時， 均可產生大量的可吸入顆粒物，且95 %的顆粒物粒徑在 0.30~5.0 μm之間。顆粒物的質量濃度表征著人體對顆粒物的暴露量，而計數濃度主要是反應不同粒徑微細顆粒物直接侵入人體呼吸道，從而在肺部沉積的數量^[15]?，F有潔凈通風系統凈化裝置長期使用失效致使手術環境污染^[16]。人們容易忽略的是不同種類手術在手術刀作用下產生手術煙霧射流致使醫護人員吸入，然而普通外科口罩僅僅只能濾過大于5 μm的顆粒，即使佩戴口罩條件下，顆粒也可輕易地被醫護人員與病患吸入。

1 測試環境及控制參數

       本次試驗是以上海市某醫院百級層流潔凈手術室為試驗對象，見圖1。手術室體積大小為6.3 m × 5.1 m × 3.0 m；送風口處于吊頂正中間（2.6 m×2.4 m）；每邊側墻距地面0.1m各布置一個百葉回風口（4.8 m × 0.8 m）；手術臺位于房間中間（1.8 m × 0.6 m × 0.8 m）,見圖2。在不妨礙手術操作流程條件下，依按規范^[17]要求測點分別對手術過程中手術臺側測試點a（操作區，距手術臺面高度0.2 m ~ 0.4 m）、點b（呼吸區,距手術臺面高度0.8 m ~ 1.2 m）和手術臺外環境區域點c（公共環境，距手術臺2 m以外）顆粒物濃度進行監測，測點布置見圖1。手術室溫度24.6 ± 1.3 ℃，相對濕度46.7 ± 1.2 %，手術時間均選取2.5小時。本次試驗在點a（手術操作區）、點b（手術呼吸區）分別設置德國Grimm公司的便攜式氣溶膠光學粒徑譜儀探頭，點c（公共環境區）設置美國TSI公司的便攜式大氣粉塵監測儀，具體參數見表1。為了避免干擾醫護人員操作，所有探頭固定在靠近手術臺一定高度上醫療設備裝置上，因為同一醫療小組成員在相同手術環境下暴露在手術環境下風險沒有顯著性差異^[18]。依據GB3095-2012“環境空氣質量標準”規定，PM2.5濃度均值 < 35.00 μg/m³滿足空氣潔凈要求，PM2.5濃度均值 < 75.00 μg/m³滿足人員健康要求。

圖1 上海市某醫院百級層流潔凈手術室

圖2 醫院潔凈手術室儀器測點布置圖
表1 試驗儀器參數表

2 測試結果與分析

       2.1 不同種類手術過程中顆粒污染物計重濃度測試結果及分析

       試驗分別測試用相同超聲刀進行兩種不同手術時不同測點微細顆粒物計重濃度隨時間變化特征，手術時間均為09:00 ~ 12:30，見圖3。統計結果表明前列腺癌癥（方差s2=18.06）手術三處測點a,b,c陣發性微細顆粒物計重濃度均高于甲狀腺癌癥手術（方差s2=12.15），且前者數據波動性明顯。前列腺癌手術與甲狀腺癌癥手術測試點a（呼吸區）PM2.5、PM10分布變化規律分別見圖3A與圖3B，兩種手術煙霧在醫生呼吸區位置處PM2.5與PM10變化趨勢相近，且二者計重濃度無顯著性差異（p < 0.001）；對PM10/PM2.5的比值擬合發現趨近于1，表明醫生呼吸區域大部分為PM2.5微細顆粒物，或手術室頂部潔凈氣流的下送作用，致使測試點a（呼吸區）PM2.5計重濃度急劇上升后便很快下降，致使醫護人員短暫直接吸入侵入肺泡，危害身體健康^[19]。前列腺癌手術與甲狀腺癌癥手術測試點b（操作區）PM2.5、PM10分布變化規律分別見圖3C與圖3D（p < 0.001），PM2.5、PM10出現峰值次數增多且波動幅度較大；對PM10/PM2.5的比值擬合穩定在大于1的數值，表明操作區主要為PM10較粗大顆粒物，可能由于距刀口處較近，手術部位局部區域陣發性顆粒物存在大量的細胞碎片^[20]。前列腺癌手術與甲狀腺癌癥手術測試點c（公共環境區）PM2.5、PM10分布變化規律分別見圖3E與圖3F，發現手術過程中手術臺以外公共區域環境PM2.5濃度均低于35.00 μg/m³，表征在手術過程中手術臺以外公共環境區域濃度符合潔凈環境控制要求。

圖3 兩種不同手術時不同測點PM2.5、PM10計重濃度，測點a（A/B），測點b（C/D），測點c（E/F） 

       2.2 不同手術刀下手術室環境顆粒物濃度變化特征

       探究手術刀種類對手術過程中陣發性顆粒物濃度變化特征。保證手術測試環境不變，測試時間為13:00 ~ 15:30，統計分析電刀、激光刀、超聲刀三種情況下手術陣發性顆粒物PM2.5、PM10計重濃度箱線圖，見圖4。測試點a（呼吸區）PM10、PM2.5計重濃度箱線圖分別見圖3A與圖3B，電刀、激光刀、超聲刀手術致使a點微細顆粒物PM10計重濃度中位數分別為116.4 μg/m³，121.2 μg/m³， 43.23 μg/m³，但從箱體的長短來看，電刀手術的箱體明顯較長，說明電刀手術這段時間內波動性較大（圖4A），電刀、激光刀、超聲刀手術過程中PM2.5計重濃度中位數分別為102.10 μg/m³，96.23 μg/m³， 36.83 μg/m³，與PM10計重濃度值相近（圖3B），表征三種手術刀產生的手術煙霧致使手術臺上部區域懸浮物主要成分為PM2.5 [21]。測試點b（操作區）PM10、PM2.5計重濃度箱線圖分別見圖4C與圖4D，電刀、激光刀、超聲刀手術致使a點微細顆粒物PM10計重濃度中位數分別為223.2 μg/m3，148.6 μg/m3， 124.3 μg/m3（圖4C），PM2.5計重濃度中位數分別為102.4 μg/m³，141.5 μg/m³（圖4D）， 172.2μg/m³，對應的PM10與PM2.5濃度數值和近似相等，說明三種手術刀產生的手術煙霧在手術操作區內聚集微細顆粒物總計重濃度值接近。測試點c（公共環境區）PM10、PM2.5計重濃度箱線圖分別見圖4E與圖4F，使用三種手術刀手術過程中室內公共環境區域PM10與PM2.5的計重濃度值相近未超過30.00 μg/m³，遠小于手術臺附近微細顆粒物濃度值，表征手術過程中手術臺附近的操作區和呼吸區濃度值超標，懸浮微細顆粒物嚴重危害醫護人員的職業健康^[22-23]，但室內公共環境區域濃度值滿足潔凈控制要求且主要成分為PM2.5。

圖4 電刀、激光刀、超聲刀手術室環境PM2.5、PM10計重濃度箱線圖，測點a（A/B），測點b（C/D），測點c（E/F）

       手術煙霧中微細顆粒物攜帶有病毒性基因或者致癌物質會在手術刀開啟過程中因熱浮力作用懸浮在醫護人員呼吸區域，直接危害醫護人員身體健康^[24]。文章對測試點a（呼吸區）在三種手術刀開啟時前后五分鐘內微細顆粒物質量濃度峰值分別為A（激光刀）、B（電刀）、C（超聲刀）進行統計分析，見圖5（左）。電刀手術過程產生微細顆粒物的總質量濃度（326.8 μg/m³）明顯高于其他兩種手術刀，激光刀（262.4 μg/m³）和超聲刀（251.3 μg/m³）微細顆粒物的總質量濃度相近。肺損害粉塵粒徑一般為0.5-5μm，致使人員肺部嚴重損傷，如支氣管炎、哮喘等^[25]。研究表明電刀、激光刀、超聲刀手術產生煙霧中顆粒物平均粒徑分別為0.07 μm^[26]、0.317 μm^[27]、0.35 ~ 6.5 μm^[28]。本試驗表明三種手術刀產生手術煙霧包含微細顆粒物主要集中在0.3-2.5μm，見圖5（右），粒徑均低于肺損害粉塵粒徑。電刀產生微細顆粒物計數濃度也明顯高于其他兩種手術刀，對醫護人員身體健康危害較大。

圖5 電刀、激光刀、超聲刀手術室環境呼吸區微細顆粒物粒徑分布圖

3 結論

       本文以上海市某知名醫院外科手術室為測試對象，探究不同手術及手術過程用不同手術刀情況下手術臺附近人員操作區、人員呼吸區及公共環境區陣發性顆粒物濃度分布特征進行試驗研究。研究表明：（1）兩種外科手術過程公共區域環境PM2.5濃度均滿足環境一級控制要求，但手術臺附近人員的操作區域及呼吸區PM2.5與PM10濃度遠大于環境濃度二級控制要求。（2）三種手術刀產生手術煙霧致使呼吸區微細顆粒物主要集中在0.3 ~ 2.5 μm，且電刀手術過程顆粒物濃度值最高；超聲刀產生的手術煙霧致使操作區PM10濃度值中位數最大；三種手術刀下手術室公共環境區域滿足衛生精度控制要求。

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       備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2020年10月刊 總第37期（第22屆全國暖通空調制冷學術年會文集）。版權歸論文作者所有，任何形式轉載請聯系作者。