详细介绍
呼吸衰竭是严重呼吸道感染的主要并发症,例如严重急性呼吸道综合症(SARS),禽流感H5N1,以及2009年大流行性感冒H1N1。向呼吸衰竭重症患者进行及时快速且有效地供氧是临床治疗非常重要的步骤。但是通过无创正压通气式(NPPV)的物理性通气或者是气管插管术通常使用于更为严重的病例当中,通过鼻插管进行供氧的方式被经常适用于早期的治疗阶段。然而该方式的相关步骤会导致呼吸滴液,这通常是传染性病原体的重要来源。在SARS爆发的关键时期,气管内茶馆,供氧治疗以及NPPV都是对于影响医院爆发时期的很多医护人员的独立危险因素。也有相关证据可能存在气溶胶传播在流感季节医院中,主要由于在室内气流不平衡的急性住院医疗病房对于索引病人使用NPPV所导致。基于此,独立病房应安装相较于走廊处于负压的通风系统以来更好的管理高度传染的情况。然而,对于在呼吸疗法所排出受污染的空气是否会扩散在这些通风系统下,以及不同的尺寸及换气效率的隔离房间针对病人排出的空气和污染物是否有不同的效果仍然未知。
基于该研发团队所获得的HPS呼出标记气体的高辨析度摄像镭射图片,团队主要基于呼出空气的扩散距离和使用鼻插管氧气疗法所产生的房间污染物研究相关有效的建筑尺寸设计和空气流通表现。除此之外,该团队也针对热浮力效应对于呼出空气在负压房间流通的方向和扩散进行了研究。
方式:
在此项研究当中,该团队的实验主要在香港主要的公共医院中进行,主要考虑还原真实的医疗环境。房间A是比较宽阔的,其尺寸为4.1x5.1x2.6m,通风系统设置为-7.4Pa以及换气效率为16ACH;房间B尺寸为2.7x4.2x2.4m,气压为-5Pa及换气率为12ACH。尽管这两个房间的尺寸和气压有所不同,两个房间都拥有相同的空气流通速率(图二)
鼻插管氧气疗法的肺部模型
该实验通过在高仿真HPS(HPS6.1, 由Medical Education Technologies Inc, Sarasota, 佛罗里达,美国,提供)来进行在进行鼻插管氧气疗法的空气扩散距离的测试。这个HPS因为之前实验需求所以有仿真的气管以及肺部模型来模拟人类呼吸。这个HPS代表一个70公斤重的男性以45°倾斜的姿势卧床。HPS被调整成为有微小肺部损伤自然地呼吸。肺部指标被设定为35ml/cm H2O消耗每分钟300ml的氧气。潮气量及呼吸频率通过调整以达到呼吸置换率在测试中维持在0.8水平。这样的水平典型的情况就是达到300ml的潮气量及呼吸率达到25次每分钟。氧气流量供给达到1 L/min,3 L/min及5L/min。呼出的空气扩散距离在不同的氧气速率通过镭射烟雾呈像方式测得。热温度影响在进行通过鼻插管供氧呼出空气的方向和距离通过在60watts电热毯加热房间B的HPS 30分钟的进行评估。
流量呈像
在HPS周围空气流的呈像是通过M-6000烟雾制造机(N19, DS Electrics 悉尼,澳大利亚)制造的烟雾颗粒进行周围空气的标记,正如该团队之前的研究描述。这样以直径小于1μm油基粒子将会遵循气流的模式伴随可忽略不计的滑移。这样的烟雾被导流到HPS右支气管。它主要会与肺泡气混合,然后通过气管排出。通过泄漏喷射羽流的部分将会暴露于薄镭射光板(Green, 532nm 波长,连续波长模式),由二极管泵浦固态激光器所制造(OEM UGH-800mW, Lambdapro Technologies, 北京,中国),拥有定制的圆柱光学。
这张光片期初放置于HPS的正中矢状断面,接着转换到准中平面。这样的操作能够让研究团队直接观察到HPS正上方和侧面周围的区域。所有泄露的羽流图像将会被高辨析度摄像(Sony High-Definition digital video camcorder, HDR-SR8E ClearVid 金属氧化物半导体传感器,Carl Zeiss Vario-Sonnar T*Lens, Jena, 德国)捕捉至光板上,光学分辨率达到1440x1080像素每视频图像(图二)。
图像分析
该研究团队通过被粒子分散光测量呼出气体统一化烟雾浓度。这项分析的依据是,在激光照射强度和烟雾颗粒大小和形状不变的条件下(分散的),散射光的强度与颗粒浓度成正比。
图像捕捉及帧提取
捕获每个氧流量设置至少20个呼吸周期的运动视频,并提取单个帧作为灰度位图进行强度分析。从每个吸气的开始提取帧,以生成呼吸周期相应时刻的集合平均值。当统一化烟雾浓度从HPS鼻插管轮廓开始扩散到更广的范围的时刻,被选择成为整体扩散范围的最远距离。这样的发现通常会处于呼吸循环的中间阶段。
强度平均化和浓度统一化
将所有灰度帧都与专门为该研究开发的程序(MathCad 8.0,剑桥,马萨诸塞州,美国)一起阅读,并将其背景强度图像在关闭激光的情况下读取。从每个帧中逐个像素减去不同隔离室背景强度图像中的呼出空气,以去除任何杂散的背景光,并对所有帧的像素强度值求平均值,以确定集合平均强度。所得图像是烟雾颗粒垂直于光片散射光的总强度,并且在上述条件下与烟雾浓度成正比。针对在泄漏射流羽流中发现的最高强度对图像进行统一化,以生成统一化的粒子浓度轮廓。