牙科手术室中按尺寸划分的空气颗粒物控制：窗式通风、便携式空气净化器与紫外线空气消毒的现场效果比较

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Size-Resolved Airborne Particle Control in a Dental Operatory: Field Comparison of Window Opening, Portable Air Purifier, and UV Air Disinfection

　　摘要：牙齿气溶胶控制策略通常在实验室或模拟环境中进行评估，而实际口腔诊所的现场数据则相对有限，尤其是关于超细颗粒物的研究。我们对一个自然通风、单椅位的牙周治疗室（容积约32立方米）进行了持续监测。采用三因素两水平正交设计，以评估开窗、便携式空气净化器使用以及固定紫外线空气消毒三种措施的主要效果。我们在两个监测点使用不同方法检测了10纳米至35微米范围内的颗粒物，包括超细颗粒物数量浓度、0.01至1微米颗粒物数量浓度（PN1）、PM1、PM2.5和PM10等颗粒物质量浓度，以及按尺寸分类的颗粒物数量浓度。结果表明，便携式空气净化器在A点能最有效地降低超细颗粒物和PM浓度，在B点则可有效降低PN1浓度。固定紫外线空气消毒的颗粒物控制效果较为有限：在A点未观察到超细颗粒物浓度下降，PM浓度反而上升；在B点，PN1浓度的下降仅出现在非处理日的单日时段。开窗操作会导致A点超细颗粒物浓度上升，B点PN1浓度上升，但在A点并未出现PM浓度变化的显著趋势。按尺寸分类的分析显示，空气净化器使用后颗粒物浓度整体下降，紫外线照射则会使275–449纳米范围内的颗粒物浓度上升，而开窗则主要导致10–275纳米范围内的颗粒物浓度上升。不同干预措施对不同颗粒物指标及不同监测点的影响存在差异。在本研究的治疗室中，便携式空气净化器提供了最稳定的颗粒物控制效果。未来的研究应结合室外及走廊区域的颗粒物监测、气流特性分析以及微生物检测，以进一步明确各种因素的影响，并在其他口腔环境中验证这些研究结果。

引言：牙科治疗过程中，由于使用了高速手机、超声洁牙器等设备，会产生大量气溶胶。这些气溶胶主要由患者的唾液、血液、牙菌斑以及来自牙科设备水路的清水混合而成[[1], [2], [3], [4]]。先前的研究表明，牙科气溶胶可在空气中悬浮30分钟到数小时[5]，在室内气流作用下可扩散数米远，从而污染整个治疗室甚至周边区域[[6], [7], [8], [9]]。因此，牙科气溶胶不仅是常规治疗的常见副产品，也是影响牙科诊所室内空气质量的重要因素。牙科气溶胶之所以备受关注，主要有两个原因。其一，它们可能成为病原体的传播载体。已有研究指出，牙科气溶胶中可能含有细菌、病毒和真菌[4,[10], [11], [12]]。受污染的牙科设备水路以及治疗过程中产生的气溶胶暴露，与多种医疗相关感染有关，这类感染涉及的病原体包括铜绿假单胞菌[13,14]、嗜肺军团菌[15,16]、脓肿分枝杆菌[17]，以及单纯疱疹病毒1型[18,19]，还有腮腺炎传播事件[20]以及神经芽生菌病爆发调查[21]。这些研究结果凸显了牙科气溶胶在感染控制中的重要性。其二，从环境暴露和职业健康的角度来看，牙科气溶胶是空气中有害颗粒物的重要来源。这些颗粒物可深入呼吸道，长期暴露可能引发黏膜刺激、慢性炎症反应以及呼吸系统疾病[[22], [23], [24]]。尽管关于牙科气溶胶的研究日益增多，但目前大多数证据都来自实验室模拟，而非实际临床环境[25,26]。有些研究使用人体模型或虚拟头模进行体外检测[5,6,27,28]，还有些研究借助计算流体动力学来模拟气溶胶的传播情况[[29], [30], [31], [32], [33], [34]]。虽然这些方法有助于分析作用机制和控制变量，但无法完全再现真实牙科治疗过程中的复杂性，比如患者的呼吸动作、口腔微环境、持续的水雾喷射，以及医护人员和患者的移动情况。此外，针对口腔诊所的现场研究大多侧重于传统的颗粒物指标，如空气动力学直径≤2.5微米和≤10微米的颗粒物（即PM2.5和PM10）[2,[35], [36], [37], [38], [39]]，或是生物指标，如菌落形成单位数（CFU）[8,[40], [41], [42], [43]]。至于超细颗粒物（直径≤0.1微米的颗粒物）以及按尺寸分类的颗粒物浓度，其现场检测数据仍然十分有限。现有的现场研究结果表明，超细颗粒物是牙科气溶胶污染中的关键成分，治疗过程中的其浓度往往会显著高于背景水平[[44], [45], [46], [47]]，在某些情况下甚至可高出16倍[48]。Sotiriou等人[49]发现，在钻孔和超声洁牙过程中，颗粒物浓度会大幅上升，且大部分颗粒物的尺寸低于500纳米。有研究报道，最高颗粒物浓度可达16483.534±13570.588 #/立方厘米，这一数值已经达到或超过了世界卫生组织规定的高颗粒物浓度参考标准（24小时平均值，10000颗粒物/立方厘米）[[44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52]]。

目前关于牙科气溶胶控制的研究主要聚焦于源头控制、传播路径控制以及个人防护措施。术前漱口[[53], [54], [55], [56], [57]]、大流量排风系统[HVEs][32,38,43,[58], [59], [60], [61], [62], [63]]以及个人防护装备[59,62,[64], [65], [66], [67], [68]]在临床实践中被广泛使用，其有效性也已在临床和实验环境中得到验证。相比之下，房间级别的环境干预措施有望在尽量不影响常规治疗的前提下，降低整个治疗室内的气溶胶暴露水平，不过其在实际口腔诊所中的效果尚未通过大量现场测量得到充分证实。在这些干预措施中，自然通风成本低且易于实施，但在实际牙科诊所中的控制效果相关研究较少[35,69]。另外，配备高效过滤器的便携式空气净化器以及循环式紫外线空气消毒装置，已成为许多医疗机构常用的空气净化手段。先前研究表明，空气净化器能够降低牙科环境中的气溶胶颗粒物浓度[36,37,[69], [70], [71], [72], [73], [74]]。例如，Capparè等人[70]报告称，使用便携式高效颗粒空气过滤器可使气溶胶污染程度降低69%至80%。然而，尽管紫外线空气消毒装置在医院中被广泛使用，其在牙科诊所中的效果仍缺乏足够的研究[72,75]。Alvarenga等人[72]虽指出便携式UV-C空气净化器能够降低牙科环境中的生物气溶胶浓度，但由于需要长时间运行（超过6小时）且需多台设备配合，其临床应用可能受到限制。此外，在同一临床治疗室中，针对自然通风、便携式空气净化器以及固定式紫外线空气消毒装置进行的直接对比研究也相当少见。因此，我们在一家正在使用的牙科诊所进行了持续现场监测，旨在比较开窗、便携式空气净化器以及固定式紫外线空气消毒三种措施在控制超细颗粒物、直径≤1微米的颗粒物数量浓度（PN1）、PM1、PM2.5、PM10，以及10纳米至35微米范围内按尺寸分类的颗粒物浓度方面的效果，为优化牙科诊所的空气质量管理、减少与气溶胶相关的颗粒物暴露提供依据。

材料与方法：为评估自然通风、便携式空气净化器以及紫外线空气消毒在降低牙科治疗室颗粒物浓度方面的效果，我们采用了三因素两水平正交设计，并结合持续颗粒物监测，开展了现场研究。我们通过现场测量、定期数据提取以及统计分析，来评估这三种控制措施在不同时间尺度上的效果。

结果：结果按干预措施分别呈现。对于每种干预措施，我们根据监测地点和颗粒物指标来描述研究结果。在A点，我们对超细颗粒物、PM1、PM2.5、PM10以及按尺寸分类的颗粒物浓度进行了分析；而在B点，则仅检测了PN1浓度。总体而言，在所测试的条件下，便携式空气净化器带来的颗粒物浓度下降最为稳定，且下降趋势明显；而开窗操作则主要……

与以往研究的对比：此前的牙科研究显示，不同房间级别的气溶胶控制措施具有不同的效果。基于HEPA过滤器的便携式空气净化器通常能够降低颗粒物浓度[70,71]，而紫外线相关装置则被认为可以降低微生物气溶胶浓度[72,75]；开窗操作在不同环境条件下，可能会使气溶胶浓度稀释或重新分布[35,69,79]。本研究通过比较这三种措施的主要效果，进一步丰富了相关研究资料。

结论：本研究在常规临床条件下，比较了三种房间级别干预措施对活跃牙科治疗室空气中颗粒物浓度的影响。在所测试的条件下，便携式空气净化器带来的颗粒物浓度下降最为稳定。在所有具有统计学意义的总体结果中，A点的超细颗粒物平均控制效率为37.0 ± 7.4%，A点的PM平均控制效率为44.7 ± 7.8%，B点的PN1平均控制效率为45.5 ± 13.8%。至于按尺寸分类的颗粒物……

作者贡献：陈晨：概念设计、研究方法设计、初稿撰写、修改润色、项目监督。张迪：概念设计、研究方法设计、初稿撰写、修改润色。肖晓毅：数据整理。王传豪：数据整理。聂瑞新：研究实施。林晓静：研究实施。曹萌萌：研究实施。洪美秋：研究实施。苏彦军：研究实施。赵斌：修改润色。史珊珊：修改润色。姚明耀……

关于写作过程中生成式人工智能及人工智能辅助技术的声明：在撰写本文档时，作者使用了ChatGPT来优化英文表述。在使用该工具/服务之后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表的内容承担全部责任。

符号说明：Cmax——最大浓度；Cmin——最小浓度；Cmean——平均浓度；η——控制效率（百分比）；UFP——超细颗粒物（直径≤0.1微米的颗粒物）；PN1——0.01–1微米范围内的颗粒物数量浓度；PM1——空气动力学直径≤1微米的颗粒物；PM2.5——空气动力学直径≤2.5微米的颗粒物；PM10——空气动力学直径≤10微米的颗粒物。

CRediT作者贡献说明：陈晨：修改润色、初稿撰写、项目监督、研究方法设计、概念设计。张迪：修改润色、初稿撰写、研究方法设计、概念设计。肖晓毅：数据整理。王传豪：数据整理。聂瑞新：研究实施。林晓静：研究实施。曹萌萌：研究实施。洪美秋：研究实施。苏彦军：研究实施。赵斌：修改润色。史珊珊：修改润色。姚明耀……

陈晨|张迪|肖晓毅|王传豪|聂瑞新|林晓静|曹萌萌|洪美秋|苏彦军|赵斌|史珊珊|姚明耀|洪晓强|施峰|张赫|陈银银中国厦门市361005，厦门大学建筑与土木工程系