4 innovatieve ideeën voor OK-ventilatie

Ik heb me nooit intensief met OK-ventilatie beziggehouden. Omdat luchtstroming wel mijn specialiteit is, heb ik me wel altijd verbaasd over het grote inblaasplenum, en in het bijzonder dat daarbij de temperatuurregeling vaak onderbelicht bleef. De luchttemperaturen zijn in dit geval niet alleen van belang voor het comfort, maar juist ook voor het creëren van de gewenste unidirectionele stroming (UDF). Als het temperatuurverschil tussen inblaaslucht en ruimte te klein is, gaat de straal uitwaaieren. Is het verschil te groot, dan gaat de lucht versnellen en treedt contractie op. Zie het prachtige plaatje hiernaast.

Het belang van temperatuurregeling

Omdat, zeker bij toepassing van een 2T of zelfs 3T plenum, een groot koelvermogen in de operatiekamer wordt gebracht, is het noodzakelijk een verwarmingssysteem in de OK te hebben om het te grote koelvermogen indien nodig deels te compenseren. Het verwarmingssysteem wordt meestal gevormd door panelen die hun warmte door straling en convectie in de ruimte brengen. Daarmee zijn er 2 systemen die warmte/koude in de ruimte brengen, ieder met een eigen tijdconstante. Zie dat onder dynamische omstandigheden maar eens te regelen. En die temperatuurregeling is extreem belangrijk. Veel belangrijker nog dan uitwaaieren, is mijns inziens het risico dat door een te lage snelheid van de UDF de thermiek van apparatuur en personen niet meer kan worden tegengegaan. Er ontstaat dan een giftige combinatie van een instabiele stroming in de UDF en, juist op die plaats, de grootste vervuiler de mens.

Alternatief systeem

Ik heb daarom een jaar of 5 geleden als eens geopperd terug te gaan naar het vroeger gebruikte kleine plenum en daarbij de periferie met een 2^e luchtsysteem te ventileren. Dit 2^e systeem te regelen op circa 1,5K boven de UDF lucht. Voordeel is dan dat het warmte producerende chirurgisch team niet onder de UDF staat. De hierboven beschreven gevaarlijke situatie kan zich dan niet voordoen. In mijn idee zou de periferie met een verdringingssysteem van onder naar boven moeten worden geconditioneerd. Toen waren de geesten er niet rijp voor. Ik heb het idee verder gelaten voor wat het was.

Tot ik enige tijd geleden een gesprekje met een oud-collega had. Het ging onder andere over het Opragon systeem. Ik heb me toen eens in dat systeem verdiept. En wat blijkt? Opragon doet in essentie datgene wat ik zelf 5 jaar geleden bedacht. Opragon noemt het TAF (Temperature-controlled Air Flow). Daarmee suggereert men dat dat het wezenlijke aspect van het systeem is. In plaats van een plenum gebruikt men enkele bollen waar lucht met lage snelheid uit komt. Ten gevolge van de ondertemperatuur ontstaat daardoor een gebied met een neergaande stroming met een relatief kleine doorsnede. In tegenstelling tot mijn idee doorstroomt Opragon de periferie van boven naar beneden. Maar in essentie komt het op hetzelfde neer.

Blijkbaar levert dit systeem een goede ventilatie-effectiviteit op, want men werkt met minder lucht en claimt minstens zo effectief te zijn als het grote plenum.

Ventilatie-effectiviteit

In artikelen van zowel de leverancier als van onafhankelijke deskundigen wordt min of meer terloops gesproken over de efficiëntie van de Opragon-ventilatie. Ventilatie-effectiviteit lijkt wel het toverwoord. Als je een fenomeen niet kan (of wil) verklaren, gooi je de term ventilatie-effectiviteit in de ring. Werkt altijd.

Maar wat is ventilatie-effectiviteit (VE) nu eigenlijk? Er zijn diverse grootheden die met VE worden aangeduid. In dit verband is de contaminant removal effectivity ε_c van belang. Deze is gedefinieerd als de verhouding van de verontreinigings-concentratie in de afvoer en die op een specifieke positie in de ruimte.

In formulevorm: \( \epsilon_{c} = \frac{c_{afvoer}}{c_{locatie}}\)

Interessante locaties zijn de operatietafel en de instrumententafel. Als de ε_c van een systeem bekend is, kan op basis van de vervuiling (=aantal personen x deeltjesafgifte per persoon) en de gewenste concentratie op de locatie (ISO 5) berekend worden hoeveel ventilatielucht benodigd is.

VE bepalen

Dan moet de VE nog wel bepaald worden. Dat kan in een testopstelling waar de warmteproductie tijdens normaal bedrijf wordt gesimuleerd. DIN 1946-4 (2008) geeft hiervoor standaard opstellingen. De warmteontwikkeling is essentieel. Deze is bepalend voor de werkelijke luchtstroming (en dat is vaak iets anders dan de gewenste luchtstroming) en daarmee voor de verspreiding van deeltjes.

Om de VE te kunnen meten, dient er verontreiniging te worden ingebracht op die plaatsen waar die ook in de praktijk kan worden verwacht. Dus vooral bij de personen. De VE volgt uit de concentraties in de afvoer en op de interessante locaties. De verontreiniging kan bestaan uit deeltjes, maar net zo goed uit een tracergas. Ik bedenk me net dat wanneer er geen stralingsasymmetrie is, er wellicht ook op basis van de temperaturen kan worden gemeten. Als er geen netto stralingsuitwisseling is wordt de VE voor warmte gelijk aan de VE voor deeltjes. Dat zou de meting aanzienlijk vereenvoudigen!

Als de VE’s van verschillende systemen eenmaal zijn bepaald kunnen deze op basis daarvan worden vergeleken. Dit levert voor de luchttechnisch ontwerper veel meer inzicht op dan een vergelijking op basis van de beschermingsgraad. Voor de gebruikers is dat wellicht anders: beschermingsgraad en ventilatie-effectiviteit kunnen heel goed naast elkaar bestaan.

Vier ideeën voor innovatie van OK-ventilatie

Tot zover de meettechniek, maar op welk innovatief ventilatiesysteem deze toe te passen? Mijn suggestie zou zijn: neem een klein plenum boven de operatietafel en doorspoel de periferie met HEPA gefilterde recirculatielucht, die impulsarm wordt ingebracht. Regel met deze luchtstroom de ruimtetemperatuur. Regel de toevoer naar het plenum op 1,5K onder de ruimtetemperatuur. Experimenteer met de luchtstroming in de periferie (van onder naar boven en andersom). Pas op dat er geen inbreuk op patenten wordt gemaakt.

Als door omstandigheden het 2^e luchtsysteem niet voor de temperatuurregeling kan worden gebruikt, zorg dan wel dat het alternatieve temperatuurregelsysteem dezelfde tijdconstante heeft als het UDF systeem. Maar zorg in ieder geval voor een systeem dat het temperatuurverschil tussen UDF en ruimte constant houdt, want dat is de basis voor een betrouwbare bescherming van het operatiegebied.

Wat te doen met de instrumenttafel?

Bij toepassing van dit systeem is de instrumenttafel niet langer beschermd. Dat is zeer zeker een nadeel. Ideetje: omspoel de instrumenten met HEPA gefilterde lucht. Minder dan 100m³/h zou in mijn ogen voldoende moeten zijn. Zal het werken? Geen idee, ik hoor het graag.

Voor hen die niet zelf willen ontwikkelen verwijs ik graag naar het patent EP2258991. Dit betreft het oorspronkelijk door Imtech Duitsland ontwikkelde systeem dat de OK-ventilatie letterlijk op z’n kop zet. In plaats van een naar beneden gerichte stroming boven de operatietafel is in dit systeem de stroming naar boven gericht. Er wordt niet gepoogd de thermische krachten tegen te werken, maar deze worden juist ondersteund. Ik voorspel een zeer hoge ventilatie-effectiviteit. Wellicht wil de huidige patenthouder wel een licentie voor Nederland afgeven. Wie neemt de handschoen op?

Conclusie

Ik pleit voor een goede temperatuurverschil regeling tussen UDF-lucht en de periferie. Verder adviseer ik ontwikkelaars om hun uitvindingen op basis van de ventilatie-effectiviteit te beoordelen.