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貴州大學(xué)機(jī)械學(xué)院趙津教授、醫(yī)學(xué)院楊威教授貴陽(yáng)市口腔醫(yī)院余曉燕主任共同組成課題組在口腔超聲潔牙手術(shù)中噴濺飛沫流動(dòng)特性研究方面取得進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間:2023-12-22瀏覽次數(shù):10



一、研究背景

近十年來(lái)世界范圍內(nèi)接連遭受到多次新發(fā)、再發(fā)重大傳染病的威脅。牙科診所是特別容易受到呼吸道傳染疾病影響的醫(yī)療機(jī)構(gòu)之一,牙科診療過(guò)程中使用超聲波潔牙機(jī)因噴濺可產(chǎn)生大量飛沫,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為飛沫核以氣溶膠的形式懸浮留存于診室空氣中,如果患者口腔內(nèi)攜帶血液傳播病毒或呼吸道傳播病毒,這些病毒會(huì)以飛沫作為載體在空氣中進(jìn)行傳播。貴州大學(xué)機(jī)械學(xué)院趙津教授、醫(yī)學(xué)院楊威教授和貴陽(yáng)市口腔醫(yī)院余曉燕主任組成的聯(lián)合課題組,針對(duì)現(xiàn)階段潔牙手術(shù)過(guò)程中引發(fā)的飛沫流動(dòng)機(jī)理尚不清楚,造成口腔診療飛沫吸附消殺設(shè)備的研制尚未完善,出現(xiàn)飛沫吸附不完全、噪音大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合人機(jī)工程學(xué)影響醫(yī)生手術(shù)和患者感受等問(wèn)題,開(kāi)展研究。

二、研究?jī)?nèi)容

為解決上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,本課題組以某口腔診室為研究對(duì)象,采用PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)合CFD數(shù)值模擬方法對(duì)超聲潔牙手術(shù)中噴濺的飛沫流動(dòng)進(jìn)行研究。初步揭示了超聲潔牙過(guò)程中不同操作模式下所引發(fā)的飛沫流動(dòng)特性,所獲得結(jié)果對(duì)研究其它類(lèi)型的牙科手術(shù)引發(fā)的飛沫流動(dòng)同樣具有借鑒意義,相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Physics of Fluids》上。


三、研究結(jié)果

本研究以某口腔診室為研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法對(duì)超聲潔牙手術(shù)中噴濺的飛沫流動(dòng)進(jìn)行研究。研究了超聲潔牙過(guò)程中不同操作模式下所引發(fā)的飛沫空間流動(dòng)特性異同,結(jié)果表明超聲波潔牙機(jī)引發(fā)的大飛沫(粒徑>100μm)傳播的危險(xiǎn)范圍可至患者周?chē)?/span>2.5m處,飛沫可噴濺可至到患者口腔上方1.5m,診室受污染空間達(dá)17.5m3。飛沫噴濺后在患者口腔0.75m內(nèi)飛沫較集中,小飛沫顆粒(粒徑1-100μm)的飛濺高度可至診室天花板,在空氣中停留時(shí)間長(zhǎng)污染范圍可擴(kuò)大至整個(gè)診室。飛沫噴濺后到離開(kāi)患者口腔正前方0.75m處,這一距離內(nèi)飛沫濃度較為集中。考慮到吸附裝置不能影響醫(yī)生在手術(shù)中的操作,建議吸附口可以設(shè)置在患者口腔正前方0.25-0.75m的區(qū)域內(nèi)。隨著超聲波潔牙機(jī)的功率和初始擴(kuò)散角度的增加,飛沫顆粒造成的的污染區(qū)域也會(huì)隨著增加,表明潔牙機(jī)不同的操作模式對(duì)飛沫的空間流動(dòng)特性有較大的影響。

1. (a) 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景示意圖,包括粒子測(cè)速設(shè)備、人體模型和超聲波潔牙機(jī);(b) 口腔牙齒分區(qū)示意圖,其中口腔內(nèi)的牙齒被分為六個(gè)主要區(qū)域;(c) 單顆牙齒分區(qū)示意圖,其中每顆牙齒被分為三個(gè)表面。(c) 單顆牙齒的分區(qū)圖,其中每顆牙齒分為三個(gè)表面、腭面、頰面和咬合面;

2 (a) 液滴流動(dòng);(b) 液滴流動(dòng)軌跡圖;(c) 液滴流場(chǎng)計(jì)算;


3. 案例 7-9 分別模擬了在大初始噴射角下使用低、中、高功率引發(fā)的液滴流動(dòng)。(a)-(c) 液滴顆粒在空氣中的停留時(shí)間;(d)-(f) 不同粒徑的液滴顆粒在空氣中的停留時(shí)間;(d)-(f) 不同粒徑液滴顆粒的速度分布;(g)-(i) 液滴顆粒的粒徑分布;

4. 案例 7-9 分別模擬了在大初始噴射角下使用低、中、高功率引發(fā)的液滴流動(dòng)。(a) 液滴的初始噴射速度為 2 /秒、液滴的初始噴射角為 90;(b)液滴的初始噴射速度為 5m/s,液滴的初始噴射角為 90;以及(c)液滴的初始噴射速度為 8m/s,液滴的初始噴射角為 90。液滴的初始噴射角為 90;


15. 超聲波除垢儀的三種工作條件和三種初始擴(kuò)散角的不同組合對(duì)手術(shù)過(guò)程中大液滴顆粒的空間流動(dòng)特性的影響粒子的空間流動(dòng)特性的影響。(a) 飛濺距離的變化 (b) 污染空間的變化 (c) 飛濺沉積面積的變化 (d) 飛濺高度的變化。

四、創(chuàng)新點(diǎn)與意義

目前針對(duì)口腔診療中由動(dòng)力機(jī)械引發(fā)的飛沫流動(dòng)研究還不足,不能為針對(duì)口腔診療的飛沫吸附消殺設(shè)備的研制提供有力的數(shù)據(jù)支撐。相比于現(xiàn)有的研究,本研究具有以下的創(chuàng)新:(1)本研究分析了超聲潔牙機(jī)不同操作模式對(duì)飛沫流動(dòng)特性的影響。(2)本研究探究了對(duì)人體口腔模型內(nèi)不同牙齒區(qū)域進(jìn)行治療時(shí)引發(fā)的飛沫流動(dòng)特性。(3)牙科手術(shù)中引發(fā)的大飛沫顆粒(粒徑>100μm)產(chǎn)生后會(huì)快速沉降,是給周?chē)t(yī)護(hù)人員造成巨大感染風(fēng)險(xiǎn)的重要因素之一,但是現(xiàn)有的研究忽略了這個(gè)粒徑范圍的飛沫顆粒。本研究對(duì)大顆粒飛沫(粒徑>100μm)的空間流動(dòng)特性也進(jìn)行了分析。因此相關(guān)研究結(jié)果將為口腔診療微生物吸附與消殺裝備研制和針對(duì)牙科診室的新型防控意見(jiàn)的制定提供較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。



五、作者介紹



第一作者:

張帆,碩士研究生,貴州大學(xué)機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)。研究方向:流體動(dòng)力學(xué),醫(yī)工結(jié)合。











通訊作者:

趙津,教授,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)任貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)、貴州省省管專(zhuān)家、貴州省優(yōu)秀教師、貴州省普通高?!敖饚煛保F州省百層次人才等。主要研究領(lǐng)域:智能汽車(chē)、新能源汽車(chē)、無(wú)人裝備、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制。主持多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、貴州省重大科技專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目。獲省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、省級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械行業(yè)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)等。



楊威,教授、主任醫(yī)師,現(xiàn)任貴州大學(xué)醫(yī)學(xué)院副院長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事口腔頜面外科工作,研究領(lǐng)域:口腔醫(yī)學(xué)新材料及新技術(shù)。


余曉燕,主任醫(yī)師,從事口腔內(nèi)科臨床、教學(xué)、科研工作。近5年來(lái)主持、參與及合作科研項(xiàng)目5項(xiàng)、發(fā)表論文6篇、主編專(zhuān)著1部、主持新技術(shù)新項(xiàng)目2項(xiàng)。




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