De huidige regelgeving en normen rond luchtbehandeling in operatiezalen sluiten te weinig aan bij de klinische praktijk. De op til zijnde nieuwe wetgeving (CEN TC 156 WG18: Hospital Ventilation) zal hierin verandering brengen, maar is een werk van lange adem. De Europese standaardisering zal op basis van behoeften en verificatie uit het werkveld opgebouwd worden en zal daarbij rekening houden met specifieke klinische noden. De publicatie van een Pan-Europese standaard zal wel nog een tijdje in beslag nemen. Het UZ Gent anticipeert hierop en installeerde recent een hybride katheterisatiezaal waarin geavanceerde luchtbehandeling voor een verhoogde patiëntveiligheid zorgt. 

De gezondheidsrisico’s – voor de patiënt en het medisch personeel – in een dergelijke kritische medische omgeving vragen om geavanceerde technische ondersteuning. Naast een zo groot mogelijke reductie van blootstelling aan ioniserende straling, zijn ook een optimale beeldkwaliteit, zuivere lucht om infecties tegen te gaan, comfortabele werkomstandigheden en performante akoestiek belangrijke parameters.

De standaard voor het behalen en behouden van een zeer goede luchtkwaliteit – het principe van Charnley1 – dateert inmiddels van de jaren ’60. Hierbij wordt in het plafond van de operatiezaal een grote, ultrafijne filter ingebouwd, die een ‘laminar flow field’ creëert.. In de vakliteratuur spreekt met dan vaak over een UDF (UniDirectional Flow). Een zeer groot luchtdebiet zorgt ervoor dat de lucht in het kritische gebied zuiver is en blijft – door het verwijderen van de stofdeeltjes. De kans dat gecontamineerde partikels in de wonde van een patiënt terecht komen, met infectierisico’s tot gevolg, vermindert. Belangrijk is dat de flow niet te turbulent wordt. In de oorspronkelijke uitvoering van Charnley (zie figuur 1) werden gordijnen gehangen, die de beschermde zone afsloten van de rest van de operatiezaal. Bovendien werden, op een operatielamp na, géén toestellen aan het plafond opgehangen, die de luchtstromen en het wassende effect ervan konden beïnvloeden. De huidige radiologische toestellen en pendels aan het plafond kunnen wel voor ongewenste verstoring van de luchtstromen zorgen. Vaak worden de instrumentatietafels met daarop steriele katheters en instrumenten buiten de beveiligde zone, het zogenaamde plenum, opgesteld. 

Bovendien worden de testen voor de vrijgave van een zaal uitgevoerd in rusttoestand. Hierbij wordt de kwaliteit van de lucht gemeten in een quasi lege operatiezaal en dan nog enkel in het midden. In de huidige klinische praktijk is het maar de vraag of ook in volle operatietijd de nodige ultraschone lucht voldoende wordt aangeleverd.  

Figuur 1. Unidirectionele flow: principe van Charnley. 

UDF is gevoelig voor obstakels in de lucht

Uit literatuuronderzoek blijkt dat de gouden standaard erg gevoelig is aan obstakels in de luchtstroming binnen de beschermde zone. Een Noorse onderzoeksgroep2 heeft de luchtsnelheid onder verschillende operatielampen gemeten en vergeleken met de situatie zonder operatieverlichting. Onder de operatielampen (van welk merk dan ook) viel de luchtsnelheid plaatselijk quasi volledig weg. Ook luchtstalen wezen uit dat de lucht zonder operatieverlichting quasi géén bacteriën bevat, maar dat bij het inschuiven van de operatielampen wel steeds micro-organismen (>1 KVE/m³) konden gekweekt worden.

Zweedse onderzoekers3 hebben via computersimulaties kunnen aantonen dat de luchtstromen door operatielampen sterk vervormen. Er ontstaan zelfs zones waarin de lucht stagneert (zie figuur 2a en 2b). Toch worden de kritische zones voldoende gereinigd door de overmaat aan lucht. Bij een ventilatievoud (ACH = Air Changes per Hour) gelijk aan 100 wisselingen per uur is er nog steeds voldoende verdringingseffect om op een veilige manier te werken.

Het effect van grote obstakels zoals radiologische toestellen in combinatie met alle huidig gebruikte pendels is tot op vandaag onvoldoende uitgewerkt in de wetenschappelijke literatuur, maar uit het voorgaande moge blijken dat er serieuze vragen zijn over de luchtkwaliteit indien men verder afwijkt van het eerder besproken principe van Charnley.

figuur 2. Verstoring van unidirectionele flow door aanwezige operatielampen. 

Temperatuurgecontroleerde luchtkwaliteitssystemen (TcAF)

Recent werd een nieuwe technologie (Opragon 8, Avidicare, Zweden) ontwikkeld, waarbij de luchtkwaliteit beheerst wordt door de luchttoevoer te onderwerpen aan een temperatuurverschil (zie figuur 3). Via halve bollen wordt er centraal licht gekoelde lucht in de ruimte gebracht. In de periferie wordt via vergelijkbare halve bollen iets warmere lucht ingeblazen. Door de temperatuursgradiënt en het verschil in luchtdensiteit (koude lucht daalt, warme lucht stijgt) ontstaat een versnelling van de centrale lucht en krijgt men een combinatie van verdringing en verdunning. In de centrale zone worden de mogelijk gecontamineerde stofdeeltjes in de lucht weggespoeld, terwijl in de rest van de operatiekamer de lucht verdund wordt.
Recent wetenschappelijk onderzoek4 toont aan dat de door computermodellen gesimuleerde luchtkwaliteit in de centrale zone zowel op de operatietafel als op de instrumentatietafels goed is en weinig afhangt van het ventilatievoud. Met 40 % minder luchtdebiet (in vergelijking met een UDF) worden goede resultaten behaald. Ook metingen van de luchtkwaliteit3 tijdens orthopedische ingrepen hebben bij 47 ACH deze bevindingen bevestigd, weliswaar in de centrale zone.

Figuur 3. Temperatuur gecontroleerde airflow: Opragon.

Hybride operatiezaal

In het gebouw met ingang 12 van UZ Gent bevindt zich onder meer de afdeling Interventionele Cardiologie en Elektrofysiologie voor het uitvoeren van complexe hartprocedures. In 2016 nam de dienst de beslissing om twee van de bestaande hybride zalen te vernieuwen. Om reeds te voldoen aan de toekomstige normering, werd bij één van de twee zalen ook het ventilatiesysteem vernieuwd. Voor deze zaal werd er ISO 5 in rust en < 10 CFU/m³ in operatie geëist. Eén van de voorwaarden om in een operatiezaal een goede luchtkwaliteit te bereiken, is het creëren van een luchtdichte cocon er omheen. De bestaande behandelruimte (inclusief plafonds, tussenwanden, schrijnwerk, …) werd integraal afgebroken en aan de hand van nieuwe, duurzame materialen heropgebouwd door een ruwbouwaannemer. Hoofdaannemer Philips Healthcare stond in voor de installatie van de nieuwe apparatuur voor medische beeldvorming. Als onderaannemer voor luchtbehandeling was Halton onder meer verantwoordelijk voor de installatie van het ventilatiesysteem (Vita OR Space, Halton, Finland)-op basis van nozzle-roosters, dat verder in de tekst als cDAF (controlled Dilution Air Flow) beschreven wordt.

cDAF: een net van nozzle-roosters

De hybride operatiezaal heeft een totale oppervlakte van 42 m². De nozzle-roosters in het plafond, die als een ring rondom het plenum zijn gepositioneerd, voeren ultraschone lucht centraal naar de operatietafel, maar ook naar de wanden. De naar binnen gerichte luchtstroom verdringt de contaminaties die in het werkgebied ontstaan en voorkomt het binnendringen van de uitwendig gerichte luchtstroom. De lucht wordt via 3 hoekroosters en één plafondafzuiging afgevoerd. Wat deze innovatieve technologie zo bijzonder maakt is dat men de luchtkwaliteit op basis van het ontwerp kan sturen: het luchtbehandelingssysteem brengt de ultraschone lucht daar waar dit nodig is. Tijdens het ontwerp wordt de volledige behandelkamer evenals alle toestellen en personen gemodelleerd (zie figuur 4a) en gesimuleerd via CFD-software (Computational Fluid Dynamics). Elke individuele nozzle wordt eerst virtueel en tijdens de uitvoering ook reëel ingeregeld.
Doordat het benodigd luchtdebiet bij dergelijk verdunningssysteem op een andere (slimmere) manier wordt berekend dan bij een laminair flow (zie figuur 4b en 4b bis), kon het totale luchtdebiet terug gebracht worden tot slechts 42 ACH, dus minder dan de helft in vergelijking met een UDF. Hierdoor konden de installatiekost, de onderhoudskost en het energieverbruik aanzienlijk gereduceerd worden.
Bovendien wordt de luchtkwaliteit ook buiten de centrale zone goed gecontroleerd zodat de gesimuleerde en gemeten contaminatie zelfs bij complexe procedures als TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation) op de instrumentatietafels in de periferie binnen de toegelaten grenswaarden (< 10 CFU/m³) blijft (zie figuur 4c). 

Figuur 4a. Gecontroleerde dilutie airflow: Halton Vita. Rode zones zijn kritisch nl. interventiezone en locatie van  instrumententafels.

Figuur 4b. Microbiële zuiverheid in kritische zones: UDF (links) versus CDAF (rechts)

 Figuur 4c 

Akoestisch en thermisch comfort is niet onbelangrijk voor de patiëntveiligheid

Tot nog toe hebben we in dit artikel de focus op luchtkwaliteit gelegd, maar ook comfort voor de professionele zorgverstrekker is van groot belang. Luchtbehandelingssystemen maken gebruik van ventilatoren. Uit de literatuur4 en metingen in het UZ Gent vinden we dat het geluidsniveau van de luchtbehandeling sterk afhangt van het ventilatievoud. Zowel TcAF als cDAF leiden tot een vermindering met minstens 10 dB en dat maakt een wereld van verschil. Lawaai vermindert de concentratie, zeker als mener uren lang aan blootgesteld wordt.
De perceptie van het thermisch comfort door gebruikers wordt vooral door tochtgevoel en temperatuur bepaald. Een energetisch zuiniger systeem met uitstekende luchttoevoer-elementen herleiden het tochtgevoel tot bijna nul. Eigen ervaring in het UZ Gent resp. observaties en gesprekken met gebruikers in andere ziekenhuizen leren dat in het geval van cDAF resp. TcAF het thermisch comfort vrij goed is.
Systemen, die met totale turbulente vermenging en dus op het principe van volledige verdunning werken, geven goede resultaten op vlak van luchtkwaliteit bij 100 ACH. Deze nochtans reeds lang bestaande systemen worden in dit artikel bewust niet verder beschreven. In de praktijk geeft een dergelijke technologie teleurstellende resultaten omwille van lage thermische en akoestische comfort bij die hoge aantallen van luchtwisselingen. De klinische gebruikers kiezen er dan vaak voor om de luchtverversing te verlagen teneinde een werkbaar binnenklimaat te bereiken, waardoor de vereiste luchtkwaliteit tijdens de ingrepen mogelijk niet gehaald wordt.

Tot slot een aantal overwegingen bij de bouw van een nieuwe behandelruimte

• Alle aspecten voor het bereiken van een optimale patiëntveiligheid moeten in beschouwing genomen worden: er is veel meer dan ultraschone lucht.
• Naast de klassieke UDF zijn er nu recent nieuwere, slimmere technieken op de markt gekomen voor luchtbehandeling. Vooral in geval van hoge grote complexiteit, belangrijke obstakels en kritische zones in de periferie is het overwegen van deze innovatieve systemen wenselijk.
• Als het principe van Charnley (géén obstructie van de stroomlijnen, instrumentatietafels enkel in de centrale, beschermde zone) om klinische of organisatorische redenen niet kan vervuld worden, is een computersimulatie via CFD absoluut noodzakelijk.
• TcAF (Opragon 8, Avidicare) geeft veelbelovende resultaten voor orthopedische chirurgie, voor zover de instrumentatietafels centraal worden geplaatst. Wij vonden géén evidentie dat TcAF ook bij hybride operatiezalen afdoende werkt, maar we sluiten dit ook niet uit.
• cDAF (Vita Space OR, Halton) geeft goede resultaten ook voor operatiecomplexen waarin men complexe procedures uitvoert, grote obstakels in de centrale zone brengt en instrumentatietafels in de periferie plaatst.
• Het energieverbruik voor de innovatieve technologieën is veel lager en het thermisch en akoestisch comfort voor de eindgebruiker is hoger in vergelijking met de klassieke UDF.

Bibliografie 

1. J Charnley, A clean-air operating enclosure, Br J Surg (1964), 51:202-5

2. A Aganovic et al; Impact of surgical lights on the velocity distribution and airborne contamination level in an operating room with laminar flow, Building and Environment 126(2017) 42-53

3. M. Alsved, Temperature-controlled airfow ventilation in operating rooms compared with laminar airflow and turbulent mixed airflow, J Hosp Infect 98(2018) 181-190

4. C Wang et al, Numerical Study of temperature-controlled airflow in comparison with turbulent mixing and laminar airflow for operating room ventilation Building and Environment 144 (2018) 45-56