本方案描述了一种新型干雾过氧化氢(aHP)熏蒸消毒技术的使用方法,该技术具备智慧医院连接功能,可集成于数据平台,提供设备使用历史数据、aHP剂量验证、房间覆盖范围、消毒时间及位置等信息,以降低医疗相关感染(HAIs)的发生率。
本方案描述了一种新型干雾过氧化氢(aHP)熏蒸消毒技术的使用方法,该技术具备智慧医院连接功能,可集成于数据平台,提供设备使用历史数据、aHP剂量验证、房间覆盖范围、消毒时间及位置等信息,以降低医疗相关感染(HAIs)的发生率。
传统的手动和紫外线消毒方法在难以触及或存在遮挡的区域难以实现彻底的全房间消毒,从而增加了医疗机构相关感染(HAIs)的风险。有效的环境消毒是综合性感染防控项目的核心组成部分。传统方法的局限性包括消毒不彻底、医护人员暴露风险以及人力成本较高,这些因素促使人们采用更新的技术。一种旨在克服上述局限的自动化气溶胶过氧化氢(aHP)干雾消毒技术 recently 进入市场,可能提供一种在临床和经济上更为有效的解决方案。该新型技术可将微米级的过氧化氢液滴均匀分布至整个房间,确保所有表面达到最佳消毒效果。该系统还可与数据平台集成,提供设备使用历史、aHP剂量验证、房间覆盖范围、消毒时间及位置等信息,以实现质量保证和可审计记录。通过干雾方式分散微小液滴的aHP可实现均匀覆盖,为现代医疗环境提供更强的杀菌效力。本实验方案的目的是阐述自动化aHP干雾消毒系统的使用方法,包括实时追踪与审计功能在感染风险管控中的作用。随后提供的代表性结果展示了其覆盖效能以及在减少耐碳青霉烯类病原体传播、直接成本和生产力损失方面的实际影响 鲍曼不动杆菌 (耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌,CRAB),一种被美国疾病控制与预防中心(CDC)列为“紧急威胁”的多重耐药菌。与每千次住院最低传播数0.40相比,在此情况下预计会发生9.6例患者机构内传播;而将干雾消毒技术纳入全面的耐碳青霉烯类微生物(CRO)防控策略后,实际传播率相较于预期传播率显示出统计学上显著的下降。
受污染的表面在导致医疗机构相关感染(HAIs)的病原体传播中起着关键作用1。HAIs 是指患者、医护人员及访客在住院时不存在或未处于潜伏期,而在医疗机构内获得的感染2。为便于报告,我们采用了国家医疗安全网络(NHSN)提供的监测定义,该定义为识别住院患者中的感染提供了标准化标准。HAIs 被定义为入院 48 小时或之后发生的感染,是导致死亡率上升和不良结局的主要原因3。引起 HAIs 的病原体可通过接触被污染的表面传播,例如门把手、病床、水龙头、电话以及共用的临床设备4,5。常见的 HAIs 包括Clostridium difficile(C. diff)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素肠球菌(VRE)、诺如病毒等,这些病原体均具有从感染者体内脱落、在干燥表面长期存活、难以通过人工清洁和消毒彻底清除、且感染所需剂量较低等特点1。病原体能够长期存活的机制可能与生物膜的发现有关,生物膜可使营养型细菌在缺乏营养来源的条件下以菌落形式生存。生物膜是由细菌自身分泌的胞外基质包裹形成的多细胞群落,相较于游离态细菌,其对杀菌剂的抵抗力显著增强6。因此,采用正确且彻底的表面消毒方法,对于降低 HAIs 的发生与传播风险至关重要。
传统的清洁方法通常每天进行数次,以确保患者环境的可见清洁度。终末清洁是对病房进行更彻底的清洁,通常在患者出院后进行,以确保为后续患者提供安全的环境。然而,在终末消毒后进行的环境采样经常发现某些表面仍被病原体污染,甚至多次使用漂白剂也可能不足以杀灭某些病原体(如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,MRSA)1。一项研究发现,细菌可在消毒湿巾上存活,导致这些微生物的传播而非清除7。在房间内反复实现消毒剂的均匀分布以及足够的接触时间存在困难,这进一步导致消毒效果的不一致。为补充人工消毒方法,已引入新型技术,例如紫外线C(UVC)消毒。然而,紫外线消毒技术的有效性存在局限性,包括无法有效穿透未直接暴露于光线的表面(阴影效应),以及随着与光源距离的增加,辐射剂量强度下降8。这些技术大多无法测量实际剂量,因此无法确定其应用的真实有效性。由于阴影效应和确保足够剂量的需求,可能需要多次重新定位设备,从而增加人力成本。
因此,气溶胶化过氧化氢(aHP)干雾消毒系统作为一种新颖且具有吸引力的方法,能够实现稳定且高效的全房间消毒。aHP系统可将微米级的过氧化氢液滴均匀分布于整个空间,减少了对人工操作的依赖;其优势之一是减轻工作人员负担,并提高房间周转速度。最近一项研究发现,与仅采用传统人工方法相比,引入非接触式aHP全房间消毒系统后,C. diff 感染率显著降低9。过氧化氢因其高效性、安全性、环境影响小、使用方便、稳定性好以及与各类表面材料的兼容性,被多个行业视为“理想”的杀菌剂6。气溶胶化后的过氧化氢还具有不稳定的特性,能以指数衰减的方式高效分解为氧气和水,蒸发后不会留下任何有毒残留物。若在雾化过程中或刚结束时进入房间,需佩戴个人防护装备;然而,在过氧化氢消散并完全分解后(处理完成后15分钟),残留的过氧化氢浓度已低于可能造成健康危害的水平,也低于美国职业安全与健康管理局(OSHA)规定的限值,即最高暴露限值<75 ppm,以及8小时时间加权平均(TWA)限值<1 ppm。
本方案描述了一种利用新型气化过氧化氢(aHP)消毒系统的方法,该系统采用5%过氧化氢溶液(图1),并可进一步集成至智能医院环境中,提供有关设备使用情况、aHP剂量、房间覆盖范围、消毒时间及位置的历史数据,从而有助于优化流程、验证效果以及生成可审计的记录。

图1:干雾化过氧化氢气溶胶消毒系统。用于干雾化过氧化氢气溶胶消毒的设备。请点击此处查看该图的放大版本。
1. 智能控制器初始设置
2. 气溶胶化过氧化氢(aHP)消毒喷雾器的初始设置
3. 仪表板启动
4. aHP 消毒喷雾器的初始配置
5. 使用 aHP 消毒喷雾器进行消毒
6. 数学建模
注意:数学建模可以通过多种方法实现,但最直接的方法是利用现有的软件包。COMSOL Multiphysics 是一种广泛使用的软件系统,结合额外的粒子追踪模块包,可高效分析气溶胶液滴分布等物理现象。
7. 有效性分析
8. 经济学分析

图2:显示消毒活动的主页界面。成功完成的消毒事件将被记录在Breezy Cloud仪表板上。如果喷雾过程被中断或消毒液不足,这些错误将被记录为未成功的喷雾事件。 请点击此处查看此图的放大版本。

图3:消毒事件的详细信息。 点击“查看全部数据”按钮可查看这些事件。 请点击此处查看此图的放大版本。
数学建模
为了更直观地展示利用过氧化氢干雾(aHP)进行干雾消毒的效果,数学模型提供了一种量化液滴扩散和确定空间覆盖范围的方法10。这一点尤为重要,因为干雾本身对肉眼不可见。在标准化的房间几何结构下(图4),采用典型的过氧化氢干雾系统设置,对液滴扩散和空间覆盖情况进行了量化分析。房间尺寸设定为11英尺×12英尺(132平方英尺),层高8英尺。假设房间内为空气湍流稳态环境,液滴喷雾随流体流动呈时间依赖性,模型中包含阻力和重力作用,但忽略液滴的破裂或蒸发过程。

图4:标准化模拟的房间几何结构。房间尺寸设定为11英尺×12英尺(132平方英尺),天花板高度为8英尺。请点击此处查看该图的放大版本。
模型结果显示,气溶胶化过氧化氢颗粒的速度范围从 0.2 m/s 到超过 25 m/s。在 图5 中所示的稳态速度流线表示作用在液滴上的阻力。

图 5:颗粒物速度场。 气溶胶化过氧化氢颗粒物的速度范围为 0.2 m/s 至超过 2 m/s。请点击此处查看此图的放大版本。
在这些速度下,通过与过氧化氢的表面接触,房间覆盖在治疗开始1分钟时即已完成(图6)。

图6:房间覆盖情况。 气溶胶化过氧化氢液滴在扩散一分钟后在标准化医院病房模型中的覆盖范围图,显示整个房间已实现完全覆盖。 请点击此处查看该图的放大版本。
分散与覆盖过程的动画可在配套的实验方案视频中查看。这些结果表明,在标准化的医院病房模型中,自动化气化过氧化氢喷雾系统可在1分钟内实现整个房间的覆盖,提示其具有快速且有效的消毒潜力。
疗效分析
该技术已被用作耐碳青霉烯类生物体(CRO)综合防控策略的一部分11在长期急性护理医院(LTACH)中,为患有慢性危重症、正从严重疾病中康复的患者提供高质量的急性后期服务时,常因存在医院获得性感染(HAIs)风险以及耐碳青霉烯类多药耐药菌(MDRO)等多重耐药菌的传播而变得复杂 鲍曼不动杆菌 (CRAB)。美国大多数CRAB分离株可产生碳青霉烯酶(一类能够使碳青霉烯类及其他β-内酰胺类抗生素失活的酶),导致这些治疗药物无效。
在实施了一项利用自动化气溶胶过氧化氢干雾消毒的流程改进计划后,研究人员对24个月内收治的已知定植或感染耐碳青霉烯类生物体(CROs)的患者数量进行了测量,并分析了在此期间医疗机构内传播事件的发生情况。该流程改进计划包括加强由药师主导的多学科抗菌药物管理团队的参与,项目核心内容涵盖员工教育培训、数据收集与报告、实时监测与反馈、依从性审计,以及采用新型aHP消毒系统的环境清洁规程。在2023年1月至2025年7月这24个月期间,共收治了24名已知定植或感染CROs的患者。在此期间,仅在入院后检出2例新发病例,其中经流行病学调查判定1例极不可能为医疗机构内传播所致。与最低的每例入院患者再生数0.4012相比(预期将发生9.6例患者医疗机构内传播),该结果表明传播率显著低于预期(p < 0.004),如图7所示。这些发现提示,一项包含新型气溶胶过氧化氢干雾消毒技术的综合性多学科流程改进计划,与耐碳青霉烯类生物体传播率的统计学显著下降相关。

图7:传播率的比较。 实施综合性多学科流程改进计划(包括引入新型气溶胶过氧化氢干雾消毒技术)后,耐碳青霉烯类生物体(CRO)的传播率较预期显著下降。缩写:CRO,耐碳青霉烯类生物体 请点击此处查看该图的放大版本。
经济分析
已针对该技术进行了直接成本和生产力影响的分析。为估算成本,建立了一个拥有平均129张住院床位、每日每床 occupancy 为0.73名患者的美国医院模型。假设每日医院出院率为17%,环境服务人员的小时工资为22.81美元,使用过氧化氢干雾消毒技术后平均每次换床时间减少10分钟。据此,每次换床可节省3.80美元的成本。以每日16次换床计算,每日可节省61美元,每年可节省22,165美元。
基于2023年涵盖33个地点的平均数据,在未实施任何流程优化系统作为基线的情况下,病房周转时间为132分钟,据此估算了生产力影响。以此数值作为环境服务(EVS)团队一名成员完成一间患者病房全面周转(包括消毒、更换床单、废物清除等)的标准生产力,并按12小时轮班制(含1小时休息时间,实际工作时间为11小时),标准生产力为每班次完成12间病房的全面周转。使用自动化过氧化氢干雾消毒技术,每间病房的消毒时间据报道可缩短10至35分钟。尽管手动“清洁”步骤始终是必要的,用于清除污垢和碎屑,但清洁通常仍会在表面残留肉眼不可见的微生物。对于隔离患者,通常还需进行第二步“补充消毒”,该步骤可通过以下方式完成:(A)人工更彻底地擦拭,(B)使用紫外线(UV),或(C)使用气化过氧化氢(aHP),其中最后一种方式相比前两种可节省更多时间。因此,在隔离病房终末清洁后,紫外线或气化过氧化氢可作为补充消毒的可选方案。利用自动化过氧化氢干雾技术,每间病房可节省10至35分钟,在标准完成12间病房的工作量下,总共可多出多达420分钟的时间。因此,在12小时轮班中,使用自动化过氧化氢干雾技术可额外完成3间病房的清洁工作。相比之下,紫外线C(UVC)消毒在三个位置平均需要50分钟。
感染预防在很大程度上属于质量改进领域,依赖以数据为基础的方法来改善并监测感染率。该方案中的一个关键步骤是确保技术能够在10分钟的接触时间内产生特定的过氧化氢气溶胶(aHP)剂量,剂量单位为ppm-min,以实现4-log至6-log的病原体减少。每次消毒循环的验证可确保其有效性和可靠性。此外,操作数据的自动记录可减少人力投入,并为监测终末清洁的地点、时间和剂量提供一种简便方法,有助于流程改进和审计。相较于无法验证关键操作参数或依赖人工记录的环境消毒技术,这一优势尤为显著。
过去采用气态过氧化氢(aHP)的主要障碍之一是需要对房间进行密封,以防止其泄漏到其他区域,这会增加工作流程的时间和复杂性,而这种额外操作在很大程度上被认为是不可接受的。即使进行了密封,仍曾有泄漏情况的报道。当过氧化氢以气溶胶形式释放时,会迅速蒸发,因此最初的10分钟内可实现大部分杀菌效果。一种能够在极短时间内(<4分钟)快速生成并充满所需剂量的aHP系统,不仅在杀菌效果上更优,而且由于液滴在接触表面和干燥空气后迅速蒸发,因而无需对房间进行密封。上一代aHP系统填充房间所需时间超过10分钟甚至更长,因此更容易发生泄漏。由于气溶胶态的过氧化氢会快速蒸发并分解为水和氧气,因此泄漏在健康危害方面并不构成重大问题。同样,由于正在实施雾化处理的房间内部湿度(在短暂的雾化期间较高)与外部空间(通常低得多)之间存在湿度梯度,使得过氧化氢维持气溶胶状态的能力受到严重限制,任何逸出的液滴都会迅速蒸发。
该方案的关键步骤以及方法的潜在修改或故障排除包括上述需要确保气溶胶化过氧化氢有足够的接触时间,以达到对病原体的目标对数减少量。如第5.4节所述,根据房间大小设定喷雾时间可确保实现这一目标。数学建模的关键步骤包括在建模软件中使用正确的物理变量(房间尺寸)和适当的模块,以获得准确的输出结果,并进行合理的推断,例如房间覆盖时间。效力分析的关键步骤包括确定历史感染暴露和传播率,或从文献中查找所关注病原体的预期传播率。经济分析的关键步骤包括确定当前特定场所的劳动力成本和任务完成时间,作为比较的基线数据。
该方法的局限性包括对房间尺寸的上限要求。单个气雾发生器适用的最大房间面积约为1000平方英尺,最大单边长度约为40英尺。超过此尺寸或长度的房间将导致气溶胶液滴分布不均。为解决此问题,可对方法进行改进,例如同时使用多个过氧化氢气雾发生器。由于液滴会在整个房间体积内扩散,因此较高的天花板需要延长气雾作用时间。没有门或墙壁的开放空间会影响过氧化氢气雾的均匀分布。由于暖通空调(HVAC)系统导致的空气流动过强,可能会干扰液滴的分布和蒸发过程。在此情况下,可根据10分钟接触时间内以ppm·分钟为单位测得的过氧化氢剂量,调整气雾作用时间,以达到目标病原体的对数减少值。医院环境的相对湿度通常建议控制在60%以下,以抑制细菌生长;若湿度过高,超过推荐的60%相对湿度(RH),可能会影响液滴的扩散和蒸发过程。如果必须在规定的重新进入时间之前进入房间,应佩戴护目镜和呼吸面罩,以避免过氧化氢引起的刺激。在使用气溶胶化过氧化氢进行消毒之前,应通过清洁程序去除生物膜和其他有机污染物。如果存在大量可被氧化的有机物质,则可能出现可用过氧化氢不足以对所有目标区域完成消毒的情况,尽管在医院环境中这种情况并不常见。
还有其他因素会影响消毒效果,例如,产生热量的电气设备或温度较高或较低的窗玻璃(可能引起冷凝)会影响消毒剂的颗粒分布。消毒剂与目标表面之间的充分接触至关重要,尤其是在需要防止由附着在表面的病原体引起的感染时。若环境条件与典型医院病房条件存在显著差异,可能需要考虑调整气雾参数;但在医院环境中,这种情况并不常见。
该方法相较于现有或替代方法的重要性在于其覆盖范围和操作效率。与基于紫外线的系统不同,aHP 干雾技术能够对整个空间进行消毒,且不存在阴影效应,从而消除了有害病原体在处理后仍可能残留的风险,也无需为处理难以触及的区域而耗时地重新定位和重复施用。此外,紫外线灯的输出强度会随时间逐渐下降,需要定期更换8。更重要的是,基于紫外线系统的消毒效果仍存在不确定性,因为UVC剂量的强度与光源和表面之间距离的平方成反比,这意味着表面距离紫外线源越远,接收到的紫外线强度便显著降低8。一项最早采用集群随机交叉设计的研究评估了UVC光消毒(使用一种通过157.7 cm(62英寸)最大输出汞灯发射波长为254 nm的UVC光的移动设备),结果发现,在美国一家学术性三级转诊中心的癌症和移植住院病房中,尽管在标准患者病房清洁基础上增加了每日及出院时的UVC消毒,但并未显著降低VRE或C. difficile的新发感染率13。一项系统性综述在合并13项研究的数据后发现,使用紫外线照射进行病房消毒与C. difficile感染率显著下降相关,但亚组分析显示,仅在C. difficile感染率较高(≥每1,000患者日1.5例)的环境中才表现出显著降低效果14。其他研究同样显示出不一致的结果15,16,最近的一项综述得出结论认为,目前UVC消毒应被视为适用于低水平而非高水平消毒的方案8
aHP在感染预防方面的潜在应用十分广泛,为后续研究提供了丰富的课题。随着减少耐药病原体产生和传播的迫切需求日益增加,采用自动化aHP干雾消毒系统的方法对于改善相关结果以及量化多种医院获得性感染(HAIs)的降低程度均具有重要意义。目前的应用包括在环境服务(EVS)人员进行常规清洁前,使用该系统对公共卫生间、值班员工房间和办公室进行消毒,这为进一步研究优化操作参数和工作流程开辟了新的方向。员工反馈,在使用自动化aHP干雾消毒以降低感染性微生物暴露风险后,他们感到清洁环境更安全;同时指出,对于窗帘等复杂表面的清洁时间可进一步缩短,这些表面原本需要人工拆卸和更换,不仅存在病原体气溶胶化带来的安全风险,还需使用梯子或踏凳,增加操作危险性。
Catherine Lazarus、Christopher Joseph、Erik Kulstad 和 Kathy Warye:担任 Breezy Med 的顾问;Meghan Johnson:无;Timothy Short:无;Savannah Stevenson:无;Marcela Montoya 和 Tatiana Bustamante:担任 IN SILICO STEM S.A.S. 的顾问;Ranya Sikka:无;Kristin Grimes:无;Barbara Hawkins:无。
作者感谢德克萨斯州奥斯汀市 Bedwatch, LLC 团队提供病房周转时间数据。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
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