Consecințele proiectării unui sistem slab de ventilație în sălile de operație pot fi foarte grave, conducând la un procent de infectare mai mare în rândul pacienților și la reducerea performanțelor personalului chirurgical. Sistemele de ventilație ale sălilor dintr-un spital sunt cruciale, servind la menținerea temperaturii necesare, la filtrarea extinsă a microorganismelor și a prafului, a gazelor anestezice și a mirosurilor din aer, precum și la disiparea sarcinilor termice.
În sălile de operație, este important ca efectele termice și de presiune să fie ținute sub control în orice moment. Știm cu toții că viața pacienților se decide în sala de operație. Există cazuri frecvente în care pacientul a supraviețuit unei intervenții chirurgicale (avem medici buni și noi credem în angajamentul lor de a salva vieți), dar, din cauza ventilației neadecvate, virusurile emergente au declanșat infecții ce au pus în pericol viața pacienților sau au fost chiar fatale.
Așadar, în urma identificării acestor probleme, a fost inițiat proiectul EQUATOR – „Strategii performante pentru creșterea calității ambientale în sălile de operație”. Acest proiect, la care participă INCAS, se află deja într-un stadiu avansat.
Partenerii din cadrul proiectului sunt Universitatea Tehnică de Construcții București-UTCB-Cambi, în calitate de coordonator, Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare Aerospațială „Elie Carafoli” – INCAS ca partener 1, Universitatea Tehnică Cluj-Napoca UTCN, Spitalul Bagdasar-Arseni București și Firma S IND PROCESS CONTROL SRL. Director al proiectului „EQUATOR” este Dr. Ilinca Năstase, Profesor asociat la UTCB, iar Responsabilul proiectului din partea INCAS este Dr. Ioan Ursu, Cercetător Științific Principal.
Pentru rezolvarea problemelor identificate mai sus, Proiectul EQUATOR propune o serie de obiective, contribuind astfel la integrarea unor soluții, ca urmare a unei abordări inovatoare.
Unele dintre aceste obiective vizează: dezvoltarea unei baze de date naționale de studii clinice, în vederea corelării ratei infecțiilor postoperatorii (PIR) cu starea fizică a clădirii spitalului, în general, și, în special, cu difuzia aerului în încăperi și cu realizarea ventilației ambientale din sălile de operație; dezvoltarea unui ansamblu experimental la scară reală pentru studierea IEQ (calitatea aerului interior) și a strategiilor de ventilație din sălile de operații.
Acest obiectiv include dezvoltarea unui prototip de manechin termic existent la UTCB, care va deveni un „manechin termic – pacient care respiră”, prin echiparea lui cu un sistem dedicat de termoreglare.
Alte obiective se referă la: dezvoltarea de modele CFD pentru corpul uman și influența asupra mediului interior și cuplarea cu modelele de termoreglare adaptivă, care să permită proiectarea, testarea și validarea strategiilor de control cu aplicații în ventilarea în spitale și săli de operație în scopul scăderii infecțiilor transmise prin aer; conceperea și propunerea unui „Ghid de bune practici” pentru strategiile de ventilație în sălile de operație pentru pacienții cu condiții speciale.
Vor fi testate difuzoare de aer și va fi elaborată o strategie de difuzare a aerului în celula experimentală HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning), inclusiv tehnici de ventilație cu ajutorul unor jeturi de aer, în vederea îmbunatățirii personalizate a confortului termic și a calității aerului în încăperi.
De fapt, proiectul este destinat să creeze un dialog direct între specialiștii din sectorul medical și ingineri, să dezvolte prototipuri de manechine termice dedicate domeniului medical și să dezvolte un sistem experimental de monitorizare dedicat studiului calităţii aerului într-o sală de operații.
Aceste dezvoltări reprezintă o inovație unică atât la nivel național, cât și la nivel internațional. Principalii beneficiari ai proiectului sunt: Ministerul Sănătații, Spitalele și personalul din blocurile operatorii din România, Academia Militară Regală și Spitalul Militar din Bruxelles.
Participarea INCAS
Sarcina INCAS în cadrul proiectului EQUATOR este de a măsura și de a controla temperatura de pe suprafața unui manechin termic, un manechin care poate simula și cuantifica comportamentul uman în ceea ce priveşte transferul de căldură. Prototipul manechin are șase circuite electrice separate pentru fiecare parte a corpului, cu ajutorul cărora se reproduc temperaturile locale fiziologice ale regiunilor corpului uman.
Mai multe informații despre participarea INCAS sunt oferite de Dr. Ioan Ursu, Responsabil al Proiectului EQUATOR, INCAS: „Proiectul prevede sprijin logistic și financiar pentru atingerea unor obiective corelate având în comun realizarea unui manechin termic și a unei celule de încercare de tip încălzire, ventilație și aer condiționat- Sistem HVAC”. Acestea vor fi facilități experimentale care vor ajuta la elaborarea unei strategii de îmbunătățire a calității mediului din sălile de operație din spitale.
Echipa de la Modelarea curgerilor (condusă de drd. ing. Victor Pricop) a realizat, în colaborare cu partenerii, activități specifice de modelare și simulări numerice, cum ar fi: modelarea matematică a curgerii aerului în încăperi climatizate specifice (săli de operație), modelarea matematică a contaminării, modele de optimizare a calității aerului, analiza datelor experimentale.
Însă obiectivul esențial, aflat în sarcina echipei de Mecatronică din INCAS, s-a concretizat în realizarea întregului sistem de măsură și control al temperaturii (suprafeței) manechinului „manechin termic”, distribuit pe 80 de porțiuni ale acestei suprafețe, definite de cât mai multe patch-uri de siliciu cu rezistențe electrice încorporate.
Sistemul include o lege de control robust de tip neuro-fuzzy. Componenta neuronală asigură un caracter optim legii de stabilizare, iar componenta fuzzy va avea un rol de supraveghere, și anume de a contracara saturația componentei neuro.
Manechinul utilizat pentru a studia efectul termic al factorilor de mediu (temperatura, viteza și umiditatea aerului) asupra organismului uman este format din patch‑uri de siliciu plasate pe suprafața acestuia, fiecare plasture fiind alimentat în mod independent de la o sursă de alimentare reglabilă.
Valoarea intensității curentului prin fiecare plasture (patch) este controlată de un sistem complex care servește la menținerea constantă a temperaturii elementului de încălzire a suprafeței, indiferent de variația factorilor de mediu ambiant. Aceste modificări determină un transfer de căldură variabil între elementul de încălzire și mediu.
De asemenea, sistemul va oferi informații cu privire la variația cantității de energie disipate în fiecare grup de elemente de încălzire. În final, este realizat un model de metabolism echivalent al energiei consumate din cauza factorilor perturbatori.
În general, în cercetare, nu sunt excluse abordările sau ideile irealizabile. Astfel, o perioadă destul de lungă a fost folosită pentru a căuta o soluție specifică a problemei, care să fie evidențiată printr-o metodă de tip reglare fără senzori. În acest moment, o soluție robustă este aproape finalizată, incluzând utilizarea a cinci senzori de temperatură pe fiecare patch.
Personalul științific responsabil pentru implementarea acestei soluții tehnice este alcătuit din dr. Daniel Dragoș Ion Guță, Șef Departament Sisteme INCAS, și dr. Ioan Ursu, cercetător științific Principal și Responsabil al proiectului EQUATOR din partea INCAS.
