Kontekst badania
Choroby zakaźne przenoszone drogą powietrzną stanowią istotne zagrożenie zdrowia publicznego, szczególnie w obiektach ochrony zdrowia, takich jak poradnie i kliniki gorączkowe. Obiekty te charakteryzują się dużą gęstością użytkowników, wielostrefowym układem pomieszczeń oraz dynamicznym ruchem pacjentów i personelu. Dotychczasowe modele oceny ryzyka zakażeń powietrznych często zakładają jednorodne mieszanie powietrza i pomijają wpływ ruchu ludzi oraz przepływów międzystrefowych, co ogranicza ich przydatność w rzeczywistych warunkach szpitalnych.
Cele i hipotezy
Celem pracy było opracowanie i zweryfikowanie czasoprzestrzennego podejścia do oceny ryzyka zakażeń powietrznych w wielostrefowej klinice gorączkowej, łączącego symulacje CFD transportu aerozoli z ulepszonym modelem Wells–Riley’a. Autorzy postawili hipotezę, że:
- dynamiczny ruch pacjentów istotnie wpływa na międzystrefowy transport aerozoli,
- zwiększona intensywność wentylacji mechanicznej prowadzi do istotnego obniżenia stężeń aerozoli i ryzyka zakażenia,
- uwzględnienie niejednorodności przestrzennej aerozoli pozwala dokładniej identyfikować obszary wysokiego ryzyka.
Metody badawcze
Badania oparto na połączeniu symulacji CFD (ANSYS Fluent) z ulepszonym modelem Wells–Riley’a. Wykonano:
- szczegółowy model geometryczny rzeczywistej kliniki gorączkowej w Wuhan (układ wielostrefowy),
- symulacje przepływu powietrza (RANS, RNG k–ε) oraz transportu aerozoli metodą fazy dyskretnej (DPM),
- modelowanie dynamicznego ruchu pacjenta z użyciem techniki overset mesh,
- analizę dwóch scenariuszy wentylacji: wysokiej i niskiej krotności wymian powietrza,
- obliczenia ryzyka zakażenia z uwzględnieniem lokalnych stężeń aerozoli, obciążenia wirusowego, czasu ekspozycji oraz stosowania masek (N95).
Model CFD zweryfikowano na podstawie pomiarów temperatury i prędkości powietrza w obiekcie rzeczywistym.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Wyniki wykazały, że ruch pacjentów generuje strugi śladowe (wake flow), które w połączeniu z różnicami ciśnień wywołanymi wentylacją powodują intensywny transport aerozoli pomiędzy strefami. Około 50–60% aerozoli obecnych w poczekalni pochodziło z innych pomieszczeń. Zwiększenie intensywności wentylacji obniżało całkowitą liczbę aerozoli nawet o 38% oraz znacząco redukowało obszar objęty zanieczyszczeniem. Najwyższe, krótkotrwałe ryzyko zakażenia (>90%) występowało bezpośrednio po wejściu pacjenta do mniejszych pomieszczeń (gabinet, sala obserwacyjna). Stosowanie masek N95 obniżało ryzyko zakażenia z poziomu powyżej 90% do poniżej 10% w większości stref.
Wnioski
Zaproponowane podejście umożliwia ilościową, czasoprzestrzenną ocenę ryzyka zakażeń powietrznych w złożonych, wielostrefowych obiektach ochrony zdrowia. Wyniki potwierdzają kluczową rolę ruchu ludzi i strategii wentylacyjnej w kształtowaniu rozkładu aerozoli i ryzyka zakażenia. Metoda może wspierać projektowanie i modernizację układów wentylacji, planowanie tras ruchu pacjentów oraz identyfikację obszarów wymagających podwyższonych środków ochrony.
Ograniczenia zakresu badawczego
Autorzy wskazują, że badania oparto na pojedynczym obiekcie referencyjnym, a walidacja CFD obejmowała jedynie parametry przepływowe (temperatura, prędkość powietrza), bez bezpośrednich pomiarów stężeń aerozoli i wirusów. Przyjęte wartości obciążenia wirusowego i parametrów modelu zakażenia mają charakter szacunkowy i wymagają dalszej weryfikacji klinicznej. W przyszłych pracach zaleca się analizę bardziej złożonych scenariuszy użytkowania oraz różnorodnych układów wentylacyjnych.
Artykuł opublikowano w ScienceDirect.