Operating theatres : study of unidirectional flow ventilation. Conditions for microbiological air cleanliness during advanced surgeries

Design of a heating, ventilating and air conditioning (HVAC) system for an operating room is aimed at preventing the risk of infections during surgical operations while maintaining an adequate comfort condition for the patient and the surgical staff. One of the key elements to ensure the OT (operating theatre) cleanliness is the control of the airborne microbiological contaminants in the room through the air ventilation system, equipment and medical staff routine. Generally, in OT two types of air ventilation systems are mainly adopted: turbulent system, which mixes all the air volume of the operating room following the dilution principle concept; and the unidirectional airflow (UDF) ventilation system, which concentrates all the airflow over the sterile zone. The idea of UDF system is to sweep away the dirtiness present in the sterile zone and to avoid disturbances or entrainment of contaminated particles from the external dirty zone. The aim of this Master Thesis is to study more in details UDF ventilation system by means of UFP (Ultrafine Particles) and CFU (Colony Forming Unit) concentration measurements performed during different types of advanced real surgeries in two different hospitals in Sweden. The common hospital type of technical gowning available inside the OT are: the single use type with high performances and the ordinary scrub suit, more comfortable but less performing in the particles retention from the staff. Therefore, there are two main types of protection for the diffusion of airborne particles: technical clothing systems and the air ventilation technology. The deployment of low performance technical clothing allows a more direct testing of the UDF capacity to keep the surgery table area clean. Furthermore, the current standards do not make a clear distinction between the air distribution systems used and their cleaning capacity over the cleaning table. According to the standards, sterile area protection mostly depends upon the technical gowning quality, and the use of less performing technical clothing leaves the ventilation system as key determinant of contamination control. The airborne samples collected during the surgeries data collection allowed new scenarios in this field, also due to the small number of available studies and data in the literature. The experimental values measured have shown the UDF’s capacity to ensure a high degree of cleanliness on the surroundings of the surgery table. Despite the use of less performing technical clothing, the UDF ventilation system can keep the surgical area safe throughout all the surgery routine. Furthermore, this work defines an outlook over the specific positions required for the optimal measurement campaign. Moreover, the amount of measurements allows an understanding of the weak points of the UDF ventilation system in combination with medical procedures, especially during the medical staffs shift changes.

La progettazione di sistemi di riscaldamento, ventilazione e di condizionamento dell’aria per una camera operatoria hanno il fine di prevenire il rischio di infezioni durante operazioni chirurgiche mantenendo, inoltre, una condizione confortevole per paziente e lo staff medico. Uno degli elementi chiave per assicurare la pulizia all’interno delle camere operatorie è il controllo dei contaminanti microbiologici aerotrasportati nella sala operatoria, tramite il sistema di ventilazione dell’aria, le apparecchiature e la routine dello staff medico. Generalmente nelle camere operatorie sono due i tipi di ventilazione maggiormente utilizzati: il sistema a flusso turbolento, che miscela tutto il volume d’aria della stanza basandosi sul principio di diluizione, e il sistema di ventilazione a flusso unidirezionale (UDF) che concentra tutto il flusso d’aria sopra l’area sterile. L’idea di questo concetto è spazzare via tutto ciò che potenzialmente nocivo ed evitare che disturbi e trasporto dell’aria provenienti dalla zona esterna possano interferire con la zona sterile. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare in maniera più approfondita il sistema UDF tramite l’utilizzo di misure della concentrazione di particolato ultra-fine e di unità formanti colonia, avvenuto durante differenti tipi di operazioni chirurgiche avanzate in due ospedali in Svedesi. Nell’ambiente ospedaliero i vestiti tecnici disponibili sono principalmente di due tipi: quelli a singolo uso ad alte performance e quelli ordinari multiuso, più confortevoli, ma meno propensi nel limitare la perdita di particelle provenienti dallo staff medico. Considerando che i due principali sistemi di protezione alla diffusione di particelle per via area sono i vestiti tecnici e i sistemi di ventilazione. L’utilizzo di vestiti tecnici meno performanti potrebbe esser utile al fine di valutare la capacità del sistema di ventilazione UDF nel mantenere la zona del tavolo chirurgico pulita. Inoltre le normative vigenti non fanno una netta separazione tra sistemi di diffusione dell’aria utilizzati e la loro capacità di pulizia nella zona del tavolo operatorio. Di conseguenza considerano quanto espresso dagli standard, la protezione della zona sterile dipenderebbe maggiormente dagli indumenti tecnici utilizzati piuttosto che dal sistema di ventilazione, di conseguenza l’utilizzo di vestiti tecnici meno performanti lascerebbe al sistema di ventilazione un ruolo chiave determinante nel controllo dei contaminanti. Il campionamento di particelle aerotrasportate durante le operazioni chirurgiche ha permesso l’apertura di un nuovo scenario in questo ambito, anche a causa di un ridotto numero di studi e dati disponibili in letteratura. I valori sperimentali misurati hanno permesso di mostrare la capacità del sistema UDF nell’assicurare un alto livello di pulizia nell’intorno del tavolo chirurgico. Nonostante l’utilizzo di vestiario tecnico a più bassa qualità, il sistema di ventilazione UDF è stato in grado di mantenere l’area chirurgica sicura per tutte le routine chirurgiche. Inoltre questo lavoro ha definito una prospettiva riguardo le posizioni specifiche richieste per campagne di misura ottimali. Per di più, la quantità di misure ha permesso una comprensione dei punti deboli del sistema di ventilazione UDF in combinazione con le procedure mediche, ad esempio il cambio del personale medico.