음압격리병실에서의 기침 토출입자의 입경에 따른 확산 및 침적에 대한 수치해석 연구 A Numerical Study on Coughed Particle Dispersion and Deposition in Negative Pressure Isolation Room according to Particle Size원문보기
Purpose: This study investigates the influences of coughing direction and healthcare worker's location on the transport characteristics of coughed particles in airborne infection isolation room (AIIR), which is commonly called negative pressure isolation room, with a downward ventilation system. Met...
Purpose: This study investigates the influences of coughing direction and healthcare worker's location on the transport characteristics of coughed particles in airborne infection isolation room (AIIR), which is commonly called negative pressure isolation room, with a downward ventilation system. Methods: Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to simulate the airflow and for tracing the behavior of particles. Results: The results show that the airflow pattern and coughing direction have a significant influence on the characteristics of particle dispersion and deposition. When healthcare workers are in the isolation room with the patient who is lying on the bed, it is recommended to be located far from the anteroom to reduce the exposures from infectious particles. And when the patient is lying, it is more effective in removing particles than when the patient is in Fowler's position. Although it is an isolation room that produces unidirectional flow, coughing particles can spread to the whole room and a large number of particles can be deposited onto patient, bed, side rails, healthcare worker, ceiling, floor, and sidewall. Implications: Following the patients' discharge or transfer, terminal cleaning of the vacated room, furniture, and all clinical equipment is essential. Also, it is necessary to establish detailed standard operating procedure (SOP) in order to reduce the risk of cross-contamination.
Purpose: This study investigates the influences of coughing direction and healthcare worker's location on the transport characteristics of coughed particles in airborne infection isolation room (AIIR), which is commonly called negative pressure isolation room, with a downward ventilation system. Methods: Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to simulate the airflow and for tracing the behavior of particles. Results: The results show that the airflow pattern and coughing direction have a significant influence on the characteristics of particle dispersion and deposition. When healthcare workers are in the isolation room with the patient who is lying on the bed, it is recommended to be located far from the anteroom to reduce the exposures from infectious particles. And when the patient is lying, it is more effective in removing particles than when the patient is in Fowler's position. Although it is an isolation room that produces unidirectional flow, coughing particles can spread to the whole room and a large number of particles can be deposited onto patient, bed, side rails, healthcare worker, ceiling, floor, and sidewall. Implications: Following the patients' discharge or transfer, terminal cleaning of the vacated room, furniture, and all clinical equipment is essential. Also, it is necessary to establish detailed standard operating procedure (SOP) in order to reduce the risk of cross-contamination.
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문제 정의
측벽배기를 사용하는 하향 환기방식은 공기에 의한 교차 감염의 위험을 방지하고 실에 있는 오염물질을 제거하는 데에 가장 추천되는 환기방식 중 하나이다. 따라서 본 연구는 CFD에 의한 입자 추적방법을 이용하여 측벽배기방식으로 환기가 이루어지는 음압병실에서 환자가 기침한 경우, 기침 토출 입자의 크기에 따른 입자 제거율과 침적률을 파악하였다. 이를 통하여 음압병실의 환기방식에 따른 효율적인 입자 제거방안을 강구하는데 기초자료를 얻고, 감염확산 방지를 위한 음압병실의 환경소독 방안을 제안해 보고자 하였다.
본 연구는 음압병실에서의 의료진의 위치와 기침 방향에 따른 입자의 확산 특성을 해석하여 효율적인 입자 제거방안을 강구하는데 기초자료를 얻고, 감염확산 방지를 위한 음압병실의 환경소독 방안을 제안해 보고자 하였다. 해석 결과 아래와 같은 결론을 도출할 수 있었다.
따라서 본 연구는 CFD에 의한 입자 추적방법을 이용하여 측벽배기방식으로 환기가 이루어지는 음압병실에서 환자가 기침한 경우, 기침 토출 입자의 크기에 따른 입자 제거율과 침적률을 파악하였다. 이를 통하여 음압병실의 환기방식에 따른 효율적인 입자 제거방안을 강구하는데 기초자료를 얻고, 감염확산 방지를 위한 음압병실의 환경소독 방안을 제안해 보고자 하였다.
가설 설정
3) 환자의 기침 방향에 의해 입자 저감 효과가 크게 달라진다. 측벽배기방식으로 환기가 이루어지는 경우, 환자가 45˚ 각도로 앉아서 기침하는 경우 보다 누워서 기침하는 경우에 빠른 초기입자 제거가 이루어지는 것으로 나타났다.
(2005)는 약 3,000개의 입자가 발생되는 것으로 보고하고 있다. 따라서 본 연구에서는 3,000개의 입자가 입경별로 균일한 분포의 비율로 토출되는 것으로 가정하였으며, 이 경우 입자의 총 토출량은 6.7 mg으로 설정하였다(Zhu et al., 2006: 1694).
051초, 즉 초기 입경이 100 µm 보다 작으면 증발의 영향은 거의 무시할 수 있다고 밝히고 있다. 따라서 본 연구에서는 증발은 일어나지 않는 것으로 가정하고 해석을 수행하였다.
4 cm²라고 보고하고 있다. 따라서 본 연구에서는 토출구를 2cm의 원형으로 하여 입의 면적을 약 3.14 cm²으로 가정하였다. 기침 지속시간은 0.
제안 방법
, 2009: 518). 일반적으로 기침은 많은 호흡기질환의 흔한 증상이기 때문에 본 연구에서는 기침모델을 기본적인 해석모델로 적용하였다.
토출된 입자는 각 배기구로 배기되거나 환자, 침대, 사이드레일, 의료진, 의료진 얼굴 부근, 천장,바닥, 벽의 표면에 침적되어 제거되는 것으로 하였다. 확산된 입자의 제거 및 침적된 위치와 개수 그리고 실에 부유하고 있는 입자의 개수에 대해 해석하고 이를 분석하였다.
환자가 침대와 수평으로 누워있을 때와 45˚로 앉아있을 때로 나누어 해석을 진행하였다. 모든 Case의 병실 급배기 방식은 천장에 설치된 급기구를 통해 공기가 공급되고, 환자와 가까운 벽에 설치된 배기구를 통해 공기가 나가는 측벽 배기방식을 나타내고 있다.
이론/모형
해석에 사용된 상용프로그램은 ANSYS CFX (Ver. 18.2)이며, Shear Stress Transport (SST) 난류모델을 적용하였다. SST모델은 k-ε 모델과 k-ω 모델을 혼합한 것으로서 벽면 부근 유동을 더 잘 모사하며, 해석결과가 격자의 밀도변화에 큰 영향을 받지 않는다고 알려져 있다(Menter et al.
해석모델에는 입자의 브라운 운동이 고려되지 않았으며, 유체는 입자의 거동에 영향을 미치지만 입자는 유체에 영향을 주지 않는 One-way coupling 방법을 사용하였다. 시간에 따른 입자의 이동을 추적할 수 있는 Lagrangian particle tracking을 적용하였다.
해석모델에는 입자의 브라운 운동이 고려되지 않았으며, 유체는 입자의 거동에 영향을 미치지만 입자는 유체에 영향을 주지 않는 One-way coupling 방법을 사용하였다. 시간에 따른 입자의 이동을 추적할 수 있는 Lagrangian particle tracking을 적용하였다.
성능/효과
2) 감염환자로부터 토출된 감염입자는 초기에 많은 양이 전실과 가까운 쪽으로 이동하므로, 환자를 진료하는 의료진은 전실과 먼 곳에 위치하는 것이 감염입자로부터의 노출을 줄일 수 있을 것으로 예측된다.
4) 일방향의 기류분포를 유도하는 음압병실임에도 불구하고 감염입자는 병실 전체로 확산되어 환자주변과 침대 외에도 의료진, 천장, 바닥, 측벽 등에 많은 양의 입자가 침적될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 호흡기질환 감염환자가 입원하고 있는 병실에 들어갈 때 각별한 주의가 필요하고, 환자 퇴원 후 입원하고 있던 병실과 가구, 의료 기구들을 모두 소독하는 것이 중요하다.
후속연구
따라서 감염확산 방지 관점에서 음압격리병실에서의 효율적인 환경소독과 함께 환자 진료 시 의료진의 진료에 대한 표준운영절차(SOP)를 보다 세밀하게 수립해야 할 것으로 판단 된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
공기감염은 어떻게 발생하는가
이런 감염성입자들은 기침, 재채기, 구토, 말하기, 화장실 물 내리기(toilet flush) 등을 통해 토출되고, Airborne이나 Droplet의 형태로 기류를 타고 공기 중을 이동한다. 공기감염은 감염된 사람으로부터 나온 감염 바이러스에 의해 발생되고, 그 바이러스가 공기 중으로 퍼져 피감염자가 흡입하게 되면서 발생한다. 재채기나 기침은 배출속도와 비말되는 양이 크고, 입자농도가 높기 때문에 공기감염의 주된 원인으로 알려져 있다(Duguid, 1946; Gupta et al.
중증급성호흡기증후군(SARS)와 같은 호흡기 질환은 어떻게 퍼지는가?
중증급성호흡기증후군(SARS), 결핵, 메르스(MERS), 신종플루(H1N1) 등의 호흡기 질환의 감염환자로부터 나오는 공기 중의 미생물은 먼 거리를 이동하여 감염환자와 접촉하지 않은 사람에게도 전파되어 감염을 유발할 수 있다. 이런 감염성입자들은 기침, 재채기, 구토, 말하기, 화장실 물 내리기(toilet flush) 등을 통해 토출되고, Airborne이나 Droplet의 형태로 기류를 타고 공기 중을 이동한다. 공기감염은 감염된 사람으로부터 나온 감염 바이러스에 의해 발생되고, 그 바이러스가 공기 중으로 퍼져 피감염자가 흡입하게 되면서 발생한다.
호흡기 질환이 옮는 과정 중 재채기와 기침이 가지는 특징은?
공기감염은 감염된 사람으로부터 나온 감염 바이러스에 의해 발생되고, 그 바이러스가 공기 중으로 퍼져 피감염자가 흡입하게 되면서 발생한다. 재채기나 기침은 배출속도와 비말되는 양이 크고, 입자농도가 높기 때문에 공기감염의 주된 원인으로 알려져 있다(Duguid, 1946; Gupta et al., 2009: 518).
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