患者隔离单元的操作策略：基于计算流体力学的多目标优化方法（用于控制气溶胶传播）

《Journal of Computational Design and Engineering》：Operational Strategies for Patient Isolation Units to Control Aerosol Transmission: A Computational Fluid Dynamics-based Multi-objective Optimization Approach

　　

摘要

COVID-19大流行使医院容量不堪重负，这促使人们使用患者隔离单元（PIUs）来灵活扩大急诊室（ERs）的隔离能力。然而，现有研究主要依赖静态分析，很少量化对医护人员（HCWs）的直接感染风险。为了解决这些问题，我们提出了一个综合框架，在动态条件下同时最小化气溶胶扩散指数（ADI）和感染风险指数（IRI）。我们开发了一种多阶段方法，结合了计算流体动力学（CFD）、替代建模和非支配排序遗传算法II（NSGA-II），分析了120种动态情景。得出最佳解决方案，以量化ADI和IRI相对于常规操作的改进情况。此外，还采用了基于相似程度进行排序的TOPSIS算法，根据加权优先级确定PIU操作参数和医护人员行为因素的最佳分布。与常规操作相比，优化策略在ADI和IRI方面都表现出显著提升。最优控制减少了IRI超过没有PIU时的水平，同时提高了ADI。变量分析表明，最佳风扇过滤装置（FFU）的操作严重依赖于特定的动态条件。此外，保持物理距离在降低IRI方面始终是一个主导因素，而呼吸避免效果则受到湍流的显著影响。这项研究强调了在PIUs中采用适应性优化的必要性和有效性。实施能够响应现实世界环境变化的智能策略和自适应控制算法对于高风险环境中的全面感染控制至关重要。

图形摘要

在新标签页中打开下载幻灯片

COVID-19, 空气传播病毒, 患者隔离单元, 计算流体动力学, 数据驱动建模, 多目标优化