数据
文摘
方法
气流上有肺内的烟雾。咳嗽发作的短脉冲产生的氧气流在650年,320年和220年l / min模拟正常,分别轻微和可怜的咳嗽。咳嗽飞机被激光纸张和捕捉到的图像显示高清晰度视频。烟尘浓度的估计从光散射烟雾粒子。重要的接触是任意定义那里有≥20%的烟尘浓度正常化。
引用:回族DS, Chow BK,楚L Ng党卫军,李N,杜松子酒T, et al。(2012)呼出空气分散在咳嗽,没有戴外科或N95口罩。《公共科学图书馆•综合》7 (12):e50845。https://doi.org/10.1371/journal.pone.0050845
编辑器:拉维雅,北卡罗莱纳大学医学院的美利坚合众国
收到:2012年8月9日;接受:2012年10月24日;发表:2012年12月5日,
版权:©2012回族等。这是一个开放的文章下分布式知识共享归属许可条款,允许无限制的使用、分配、和繁殖在任何媒介,被认为提供了原作者和来源。
资助:这项工作得到了传染病防治研究基金会(# CU-09-01-05, PHE18),食物和卫生局,香港特别行政区政府。资助者没有参与研究设计、数据收集和分析,决定发表,或准备的手稿。
利益冲突:作者宣称没有利益冲突存在。
介绍
流感和肺炎等呼吸道感染主要通过呼吸道飞沫传播在传播咳嗽而接触污染物是另一个传播途径。几个感染是众所周知的是由空气传播的路线,包括结核病(TB),水痘和麻疹[1],[2]。近年来,有越来越多的证据表明,季节性流感等病毒感染可能通过空气传播路线,[3]- - - - - -[5],[6]而非侵入式通风在内科病房气流不均衡的存在可能会导致机会主义机载流感传播[7]。
咳嗽是呼吸道感染如流行性感冒的主要症状和严重急性呼吸系统综合症[8]- - - - - -[10]。当感染者咳嗽在直立位置,呼吸道飞沫空气被释放和最大速度可以达到8米/秒[11]。工作时直接接触患者的住院治疗流感,标准和液滴的预防措施是很重要的感染控制措施对于防止流感的传播在大多数医疗情况,除了疫苗接种的医疗人员、护理人员和脆弱的患者对抗季节性流感毒株[12]。源代码控制的实现和便利化,呼吸道卫生和咳嗽礼仪是重要的措施来帮助控制呼吸道分泌物和呼吸道症状的人。此外,它已建议每当可用,流感样疾病的迹象的病人应戴面罩在等候区,当他们被运输[12]。然而有咳嗽的空气动力学数据有限,没有覆盖标准口罩在临床设置。
推进我们的知识在感染控制措施管理呼吸道传染病患者时,我们进行了一项研究,揭示了驱逐空气咳嗽发作期间,基于我们建立激光可视化技术使用烟作为一个标记,在人类患者高保真模拟器(HPS)[13]- - - - - -[19]。我们比较排出空气的距离和方向在咳嗽,没有覆盖的医用口罩和N95口罩在医院与负压隔离房。
方法
实验通过测量呼出的空气在咳嗽的距离和方向在高保真HPS(医学教育技术公司,萨拉索塔,FL)在医院隔离房间设置,以反映实际的医院环境。隔离室的尺寸为4.1×5.1×2.6米,房间通风系统被设定为一个压力−7.4 Pa和16每小时换气次数。
高保真人类病人模拟器
所代表的HPS 70公斤的成年男性坐在45°斜医院的病床上。HPS包含现实的气道和肺模型已应用于先前的研究模拟人类呼吸[20],[21]。具体来说,模拟器被氧气和二氧化碳注入系统根据预设呼吸交换比率和O2消费。咳嗽发作生成通过调整吸气压力,因此短脉冲(0.2秒持续时间)的氧气流在650升/分钟是正常的咳嗽[22]。流率减少到320 L / min和220 L / min模拟咳嗽在中度和重度肺损伤,分别导致轻度和糟糕的咳嗽[23]。
流可视化
可视化的HPS周围气流通过空气和烟雾粒子标记m - 6000产生的烟雾发生器(N19、DS电子、澳大利亚悉尼)中描述我们的先前的研究[13]- - - - - -[19]。油基烟雾粒子,测量直径小于1µm,众所周知,跟随气流模式与滑动可以忽略不计[16]。介绍了烟HPS的向右主支气管。它与肺泡气体混合,然后通过呼吸道呼出。部分通过泄漏喷气羽被揭示了一层薄薄的激光纸张(绿色,532 nm波长)由一个二极管抽运固体(离散长)激光器(OEM啊- 800 mW, Lambdapro技术,中国),与定制的柱面光学[13]- - - - - -[19]。
激光纸张最初定位的正中矢状面HPS,随后转移到靠近中央的飞机。这允许我们调查地区正上方和横向HPS的面具[13]- - - - - -[19]。所有咳嗽喷气羽图片,有或没有戴着口罩(安全+面具,AR Medicom公司(亚洲)有限公司,香港)或N95口罩(美国M1860、3 M、锰),揭示了激光纸张被高清晰度摄像机捕获(索尼高清数字视频摄像机,HDR-SR8E ClearVid互补金属氧化物半导体传感器,卡尔蔡司®Vario-Sonnar T *镜头,耶拿,德国),光学分辨率为1440×1080像素/视频帧(图1)。我们交换了激光设备和摄像机的位置时,检查咳嗽的横向扩散距离。
隔离室装有下行通风系统。设计提供条件,从天花板上清洁空气扩散器清除污染物,然后将删除通过排风口在地板水平。人类的病人模拟器在床上躺在45°。呼出的空气上有肺内的烟雾,和由激光显示表。由高清摄像机捕获的图像定位的左侧模拟器当检查咳嗽传播距离正中矢状面。烟尘浓度的估计从光散射烟雾粒子。
图像捕捉和帧提取
20咳嗽发作的运动视频捕获和单个帧提取灰度位图进行强度分析。帧提取从一开始的咳嗽,生成相应的统计平均值即时的咳嗽发作。的时间归一化浓度等高线分布在最广泛的地区,从HPS的口,被选中的统计平均值估计最大的扩散距离[13]- - - - - -[19]。
平均强度和浓度正常化
所有灰度帧读入程序专门为本研究开发(美国MathCad 8.0,剑桥,MA)与背景强度与激光关闭拍摄的图像[25]每一帧的图像减去背景强度,逐像素删除任何杂散背景光和像素强度值是所有帧长度的平均值来确定系综平均强度。由此产生的图像是总光强由烟雾粒子散射光垂直于表,并直接与上面提到的烟尘浓度条件下成正比。图像规范化对最高强度被发现泄漏射流柱内生成规范化粒子浓度轮廓[13]- - - - - -[19]。
随着烟雾粒子标志空气起源于HPS的航空公司从面罩泄漏之前,轮廓有效浓度的概率表示周围遇到空气中的病人来自面具和/或病人的呼吸系统。归一化浓度轮廓是由收集的数据从20咳嗽。轮廓值1表示一个地区,包括完全由病人呼出的空气,那里有一个非常高的机会接触呼出的空气。值0表示没有可衡量的漏风附近地区和一个小的机会接触呼出的空气。重要的接触是任意定义为至少有20%的烟尘浓度正常化[13]- - - - - -[19]。
这个研究没有涉及人类受试者,病人的同意和批准,内部审查委员会不是必需的。非电离辐射的研究获得批准和生物/化学安全由香港中文大学。
结果
咳嗽的峰值和平均值,速度在正常、适度和弱咳嗽努力估计分析数据从12咳嗽周期在每个模式(表1)。在正常时咳嗽努力HPS 45°躺在床上,呼出的空气平均色散沿正中矢状面距离为68.0±6.5厘米面罩。这是大大减少了戴着口罩(30.0±3.4厘米)或N95口罩(15.1±2.7厘米),p< 0.001 (图2)。呼出空气分散,而咳嗽没有戴面罩,在向前和向下的方向没有任何横向分散(图3和图4)。有大量泄漏通过mask-nasal桥接口方向向上和向下渗漏通过较低的边缘时,戴着口罩(图3)。与严格程序的N95口罩,驱逐了漏风少通过鼻桥上行方向(图4)。相应的横向扩散距离时戴着手术口罩是27.9±2.6厘米而N95口罩显著降低横向分散15.0±1.7厘米,p< 0.001 (图4)。
盒须图:箱子的上下边缘显示四分位范围,通过框线中间值,胡须是5%和95%百分位数和封闭的圈子是离群值。
矢状排出的空气扩散距离明显减少中等(55.0±6.7厘米)和严重肺损伤(30.0±2.6厘米,p< 0.001)。使用口罩或N95口罩进一步降低了扩散距离27.2±2.4厘米,14.0±1.6厘米(p< 0.001)在中度肺损伤和24.0±2.4厘米,12.1±1.2厘米在严重的肺损伤,分别。呼出的空气分散在中度和重度肺损伤不穿任何面具再次向前和向下的方向,但又有大量渗漏通过mask-nasal桥接口方向向上和向下渗漏时戴着手术口罩。前进的N95口罩防止泄漏,通过鼻桥与轻微泄漏向上的方向(图3和图4)。
归一化浓度估计从光散射烟雾粒子通过计算机分析。白色的颜色代码和红色代码代表地区组成分别为100%和70%的呼出空气而隔离房间的背景(深蓝代码)本质上是自由呼出空气。
讨论
由于没有可靠和安全标志,可以引入人类肺咳嗽空气动力学的研究中,我们采用了激光烟雾可视化方法和HPS本研究的模型[13]- - - - - -[19]。我们已经表明,咳嗽发作了湍流射流年底接近0.7米的床靠着高保真HPS躺在医院45°和负压隔离房。在正常的咳嗽,呼出空气分散距离沿正中矢状面时显著降低≤30厘米HPS戴口罩或N95口罩。恶化的肺损伤,提出分散距离进一步缩小,这正中矢状distnace≤12.1厘米的N95口罩。横向弥散距离在正常咳嗽时28厘米和15厘米的HPS戴着口罩和N95口罩,分别。因此N95口罩是更有效的比口罩防止空气泄漏在咳嗽但仍有大量的旁路泄漏。
在2009年H1N1流感大流行流感,院内感染发生在卫生保健工作者(卫生工作者)[26]和病人[27]。一线卫生工作者sero-prevalence高于其他医院的工作人员或普通人群在台湾的一项研究可能由于较大,[28]而一些医院暴发发生在免疫力差的病人住院[29]- - - - - -[31]。感染控制措施建议世卫组织的流感大流行期间包括液滴和标准预防措施在卫生工作者除了维持病人之间的最小距离> 1米时提供常规护理病人感染了甲型H1N1流感和流感样症状[12]。我们咳嗽传播距离的HPS支持世卫组织推荐HCW戴着一个面具,如果工作大约1米内病人或进入一个病人的房间/隔间液滴的预防措施[12]。外科手术口罩似乎是有效的N95呼吸防护口罩的卫生工作者在与季节性流感住院病人的常规护理,[32],[33],也有效地减少生产感染性气溶胶在咳嗽时所穿的流感病人[34]。院内感染H1N1大流行性流感的发病率似乎仍然很低的员工使用口罩在医院尽管承认大量的H1N1大流行性流感病人[35]。系统回顾表明口罩执行类似于N95口罩减少呼吸道病毒的传播,但后者更贵,不舒服,刺激皮肤[36]。最近,Noti等显示大约三分之二的流感病毒粒子从一个咳嗽侏儒(在模拟病人间高效微粒空气过滤器)的房间被封锁进入口腔外科口罩或N95口罩不合适而超过99%的传染性病毒粒子被封锁的修身N95口罩呼吸模拟器[37]。不过似乎更实用的卫生工作者戴口罩作为对院内感染的预防措施的合理的过滤能力,更好的安慰,和更高的遵从性。
流感患者或其他高传染性疾病如结核病往往需要戴上面罩急性住院期间为了减少引起院内感染的风险。在实验室房间设置,唐等[38]- - - - - -[40]检查咳嗽空气动力学在健康受试者在直立位置使用纹影和皮影戏成像技术。据估计,人类自愿咳嗽导致气流传播距离0.55米和0.64米的女性和男性分别[40]但穿着N95口罩可以阻止射流的形成而口罩可以重定向更少的有害的方向在顶部,底部和两边的面具[39]。皮影戏成像技术无法想象一次咳嗽气流的温度冷却到环境空气,可能低估了咳嗽传播距离[40]。我们当前的研究能够估计驱逐了咳嗽的规范化浓度粒子在不同距离伏卧患者不同程度的肺损伤,除了显示类似的分布的咳嗽羽并没有覆盖手术或N95口罩唐et al[39],[40]。虽然N95口罩相对比的口罩更有效减少空气泄漏从病人在正常咳嗽不佩带任何面具(从68厘米到15厘米,30厘米),我们的研究揭示了重要的小说发现仍有大量旁路泄漏到15厘米和28厘米尽管分别戴着这两种不同的面具。
我们的研究由于使用烟雾粒子作为呼出空气的标记。蒸发的水分含量在某些呼吸道飞沫由咳嗽会产生飞沫核悬浮在空气中,而更大的水滴轨迹路径将落在地上。随着烟雾粒子在这项研究标志着连续空气阶段,因此我们的结果代表了“上界”液滴的分散估计会遵循一个更短的轨迹比喷气由于引力效应,但不能完全反映大型飞沫传播的风险[13]- - - - - -[19]。虽然咳嗽努力研究人工,咳嗽峰值速度在正常咳嗽是人类峰值接近健康咳嗽8 m / s的数据观察到唐与光学纹影法等38和在最大速度-14 - 3.2 m / s的男性以皮影戏成像[40]。Pantelic等[41]有型咳嗽产生的初始膨胀速度机器大约10 m / s,而其他调查人员报道人类咳嗽速度峰值测量通过粒子图像测速技术显现为22米/秒6[42],[43]。差异可能与不同区域的嘴打开[44]和对象的性别[40],[43]。
总之,这项研究表明,咳嗽发作了湍流射流接近年底0.7伏卧的床病人在医院躺在45°和负压隔离房。N95口罩相对比口罩更有效防止漏风向前在咳嗽,但仍有大量的旁路泄漏到15厘米。卫生工作者应采取适当的感染控制预防措施检查或住院患者护理时潜在的空气传染病或严重肺炎的原因不明的antero-lateral径向距离30厘米,即使病人戴外科或N95口罩。
作者的贡献
构思和设计实验:DH BC MC。进行了实验:公元前DH LC SN MC。分析了数据:DH BC MC。造成试剂/材料/分析工具:DH BC MC TG问。该报写道:公元前公元前DH MC。批准手稿:DH LC SN问TG MC。
引用
- 1。驾驶者DM(2003)常见的呼吸道感染传染性有多大?郑传经地中海J 348: 1256 - 1266。
- 2。唐JW,李Y,埃姆斯我,陈PK, Ridgway GL(2006)因素参与气溶胶传播的感染和控制通风在医疗场所。J Hosp感染64:100 - 114。
- 3所示。唐JW,李Y(2007)在人类甲型流感的传播。柳叶刀感染说7:758。
- 4所示。杨W, Elankumaran年代,马尔LC(2011)机载A型流感病毒的浓度和粒径分布测量室内卫生中心,一个日托中心和飞机。J R Soc接口8:1176 - 1184。
- 5。Lindsley WG Blachere调频,休里斯再保险,毗瑟奴,戴维斯KA, et al .(2010)测量空气中的流感病毒的气溶胶粒子从人类咳嗽。《公共科学图书馆•综合》5:e15100。
- 6。费边P,麦克德维特JJ, DeHaan WH Fung RO,整流罩BJ, et al .(2008)流感病毒在人类呼出一口气:一项观察性研究。《公共科学图书馆•综合》。3 (7):e2691。
- 7所示。公元前黄,李N,李Y,陈PK,邱H, et al。(2010)气溶胶传播的可能作用在医院爆发的流感。感染说51:1176 - 1183。
- 8。回族DS(2008)的临床症状和频谱与流感A / H5N1感染人类。Respirology (5。1): S10-13。
- 9。回族DS,李N,陈PK(2010)大流行性流感(H1N1)感染的临床管理。胸部137:916 - 925。
- 10。李N,回族DS,吴、陈P,卡梅伦P, et al。(2003)主要在香港爆发的严重急性呼吸系统综合症。郑传经地中海J 348: 1986 - 1994。
- 11。唐JW,落定GS(2008)在临床医学图像。咳嗽和气溶胶。郑传经地中海359 (15):e19。
- 12。期间(2009)感染预防和控制医疗对确诊、疑似或2009年H1N1流感大流行病毒感染疑似病例和流感等疾病更新指导。可用:http://www.who.int/csr/resources/publications/cp150_2009_1612_ipc_interim_guidance_h1n1.pdf。2012年1月21日访问。
- 13。回族DS、Ip M,唐JW,黄,陈太,et AL。(2006)气流在氧气面罩:一个潜在的感染源?胸部130:822 - 826。
- 14。回族DS,大厅SD,陈太,Chow BK,祖文萃司法院,et al。(2006)非侵入式正压通风:一个实验模型来评估空气和颗粒分散。胸部130:730 - 740。
- 15。回族DS,大厅SD,陈太,Chow BK, Ng党卫军,et al。(2007)呼出空气分散在氧气交付通过一个简单的氧气面罩。胸部132:540 - 546。
- 16。回族DS, Chow BK,大厅SD, Ng党卫军,大厅SD, et al。(2009)呼出空气和喷射雾化器的雾化液滴分散在应用程序。胸部135:648 - 654。
- 17所示。回族DS, Chow BK,大厅SD,楚LC,大厅SD, et al。(2009)呼出空气分散距离应用无创性通气期间通过不同Respironic口罩。胸部136:998 - 1005。
- 18岁。回族DS, Chow BK,楚L Ng党卫军,赖昌星圣,et al。(2011)呼出空气分散和删除是受到隔离房间大小和通风设置在氧气交付通过鼻插管。Respirology 16: 1005 - 1013。
- 19所示。陈MTV, Chow B,朱里奥,回族DS(2012)面具通风和色散呼出空气。地中海是J和保健(新闻)。
- 20.古德温是的,范·穆尔西城,库托Sa CD, Beneken我,坟墓Sa(2004)模型的教育模拟婴儿心血管生理学。Anesth 99: 1655 - 1664。
- 21。Lizdas DE Lampotang年代,Gravenstein N, S先生(2006)呼气的声音指示期间增加了潮汐卷包阀罩通风病人模拟器。Anesth 102: 168 - 171。
- 22。Lavietes MH、比赛SC、SD做饭,Modak RM, Smaldone GC(1998)气道动力学、食管压力和咳嗽。欧元和J 11: 156 - 161。
- 23。苏亚雷斯AA, Pessolano FA,蒙泰罗SG,进球G, Capria我,et al。(2002)峰流和峰咳嗽流的评价呼气肌肉无力和球障碍患者的神经肌肉疾病。地中海是J phy Rehabil 81: 506 - 511。
- 24。SL -秀(1967)的多相流体动力学系统。多伦多:布莱斯德尔出版公司。
- 25。MathSoft是公司(2000)8.0 Mathcad窗口,用户指南。美国剑桥,马MathSoft是公司。
- 26岁。聪明的我,De Perio M,哈尔平J, Jhung M, Magill年代,et al . .(2011)2009年H1N1流感大流行流感传染给医务人员在美国。中国感染说17 (1):s198 - 204。
- 27。Enstone我,麦尔斯公关,奥彭肖PJ,盖德EM, Lim WS, et al .(2011)医院2009年H1N1流感大流行,英国,2009 - 2010。紧急情况感染说17:592 - 598。
- 28。陈YJ,李CL,黄SJ, Fung CP,王FD, et al。(2010) Seroprevalence的2009年H1N1流感大流行流感病毒抗体在医院的工作人员在台湾某医学中心。J下巴Assoc 73: 62 - 66。
- 29。摩尔C, Galiano M, Lackenby Abdelrahman T,巴恩斯R, et al。(2011)人际传播的证据具有耐药性的2009年甲型流感(H1N1)病毒在血液学单位。J感染Dis 203: 18 - 24。
- 30.Buchbinder N, Dumesnil C, Pinquier D,山鸟V, Filhon B, et al。(2011)大流行性流感A / H1N1/2009儿科血液学和肿瘤学部门:成功的管理一个突然爆发。J Hosp感染79:155 - 160。
- 31日。Rao AK,陈低频Dailey NJ Fleischauer, Greenwald我,et al。(2011)集群具有耐药性的2009甲型流感(H1N1)病毒感染在医院病房中免疫功能不全的patients-North卡罗莱纳,2009年。203年J感染说:838 - 846。
- 32。杰斐逊T,德尔C, Dooley L, Ferroni E, Al-Ansary洛杉矶,et al .(2009)物理干预措施中断或减少呼吸道病毒的传播:系统性回顾。BMJ 339: b3675。
- 33。勒布M,达福N,马赫尼J,约翰M, Sarabia, et al .(2009)口罩vs N95口罩预防流感在卫生保健工作者:一项随机试验。《美国医学会杂志》302:1865 - 1871。
- 34。约翰逊DF, Druce JD、桦木C,格雷森毫升(2009)的定量评估手术的疗效和N95口罩过滤在急性流感患者感染流感病毒。感染说49:275 - 277。
- 35。和B, Poh BF,赢得可,周润发的(2010)口罩保护医疗人员对-2009年大流行小说Swine-Origin甲型流感(H1N1):一项观察性研究的结果。感染说50:1011 - 1014。
- 36。杰斐逊T系列全集CB Dooley L, Ferroni E, Al-Ansary洛杉矶,et al .(2011)物理干预中断或减少呼吸道病毒的传播。科克伦数据库系统(7)牧师:CD006207。
- 37岁。Noti JD、Lindsley WG Blachere调频,曹G, Kashon ML, et al .(2012)检测咳嗽感染流感病毒的气溶胶中生成一个模拟病人考场。感染说54:1569 - 1577。
- 38。唐JW,落定GS(2009)在临床医学图像。咳嗽和面具。郑传经地中海361(26):约。
- 39岁。唐JW, Liebner TJ,怯懦的英航,解决GS(2009)纹影光学研究人类的咳嗽对气溶胶感染控制,没有戴面具。J R Soc界面6 (6)s727 - 736。
- 40。唐JW,总在Pantelic J, Koh GC,王LD, et al。(2012)气流动力学咳嗽在健康志愿者的皮影戏成像:气溶胶感染控制的援助。《公共科学图书馆•综合》7:e34818。
- 41岁。Tham千瓦Pantelic J, Sze-To GN,曹国伟CY,邱YC(2009)个性化通风作为机载传染性疾病传播的控制措施。J R Soc界面6 5 6 s715 - 726。
- 42。杨朱,加藤,JH(2006)研究运输特点的唾液滴各种咳嗽在平静的室内环境。构建环境41:1691 - 1702。
- 43。Kwon某人,公园J,张成泽J,曹Y,公园DS, et al。(2012)研究的初始速度分布呼出空气从咳嗽和演讲。臭氧层87 (11):1260 - 1264。
- 44岁。古普塔JK,林CH,陈问(2009)流动动力学以及咳嗽的表征。室内空气19:517 - 525。