Trang chủ
Xu thế Công nghệ
Mô phỏng kỹ thuật buồng thu thập mẫu COVID-19 di động

Mô phỏng kỹ thuật buồng thu thập mẫu COVID-19 di động

2020-05-26 ---

Trong môi trường hiện nay, việc lây bệnh do tiếp xúc cộng đồng là rất dễ xảy ra, vì vậy việc ngăn chặn sự lây lan do COVID-19 trong cộng đồng là một điều hết sức quan trọng. Một trong những cách để giảm thiểu sự lây lan trong cộng đồng là phát hiện được người bệnh sớm, đòi hỏi số lượng lớn người được xét nghiệm trong một thời gian ngắn.

Hiện tại, xét nghiệm chỉ giới hạn ở những người đang có triệu chứng COVID-19. Để kiểm tra rộng rãi hơn, các bệnh viện cần xây dựng cơ sở để tiến hành xét nghiệm hàng loạt. Các phương pháp thu thập mẫu dựa trên phòng thí nghiệm truyền thống [2,3] không phù hợp để thử nghiệm số lượng người bệnh lớn trong giai đoạn phòng chống lây nhiễm cộng đồng.

Một phương pháp thu nhập mẫu riêng biệt cần được triển khai cho công chúng theo tiêu chuẩn BSL-2 [2]. Tiêu chuẩn này đề xuất thiết kế của một buồng thu thập mẫu COVID-19 di động, có thể được lắp ráp nhanh chóng và di chuyển dễ dàng để tạo điều kiện cho việc thu nhập mẫu ngay cả ở khu vực thành thị hay các vùng sâu vùng xa.

Sự an toàn của các nhân viên y tế lấy mẫu và những người đến xét nghiệm sẽ được kiểm tra và ưu tiên tối đa theo tiêu chuẩn BSL-2 [2]. Hàn Quốc là một trong những nước đã áp dụng một phòng thử nghiệm như vậy [4], và họ thấy rằng nó có hiệu quả trong việc làm giảm sự lây lan cộng đồng [5].

Thiết kế ý tưởng

Mục tiêu chính của buồng lấy mẫu COVID-19 là tránh tiếp xúc trực tiếp giữa nhân viên lấy mẫu và người cung cấp mẫu. Hơn nữa, giữa các lượt đến kiểm tra cũng cần cách ly một cách an toàn.

Thời gian tổng thể một quy trình cho mỗi lượt lấy mẫu xét nghiệm (bao gồm cả thay găng tay nhựa và khử trùng buồng lấy mẫu) không quá 5-7 phút, để có thể thu được số lượng mẫu lớn trong thời gian ngắn nhất. Các cơ sở lấy mẫu được xây dựng dựa trên khái niệm phòng áp suất âm (NPR), cần phải duy trì áp suất âm trong phòng để không khí trong phòng không bị rò rỉ qua các khoảng trống ra bên ngoài. Không khí từ bên trong buồng được thải ra bên ngoài sau khi đã được kiểm soát và xử lý qua hệ thống lọc.

Hình 1. Cơ sở lấy mẫu xét nghiệm COVID-19 tại Hàn Quốc [4].

Hình 1 là một cơ sở lấy mẫu xét nghiệm COVID19 tại Hàn Quốc [4]. Cơ sở này bao gồm một buồng áp suất âm dành cho việc lấy mẫu xét nghiệm và hoạt động theo nguyên tắc an toàn sinh học với thiết kế có các hộp an toàn khi lấy găng tay cách ly. Các mẫu xét nghiệm được lấy theo cách sau:

Nhân viên lấy mẫu đứng bên ngoài buồng và mặc đồ bảo hộ PPE.
Người vào buồng được khử trùng, gỡ mặt nạ và nói chuyện bằng loa thoại với nhân viên bên ngoài để cung cấp các thông tin cần thiết.
Nhân viên y tế lấy mẫu bằng găng tay chuyên dụng đã được trang bị sẵn.
Sau khi lấy mẫu, người đến xét nghiệm cần đeo khẩu trang lại trước khi rời khỏi buồng.
Nhân viên lấy mẫu sẽ xử lý găng tay vừa sử dụng, khử trùng buồng lấy mẫu và đặt mẫu vào hộp.
Sẵn sàng buồng lấy mẫu cho lượt tiếp theo.

Thiết kế được đề xuất

Trong thiết kế đề xuất, áp suất âm được duy trì trong buồng để tránh rò rỉ bất kỳ nguồn gốc lây bệnh nào ra bên ngoài. Thử nghiệm sử dụng khói để có thể tìm ra những điểm rò rỉ, đảm bảo không khí di chuyển vào bên trong phòng. Không khí thông thoáng sau khi được xử lý sẽ được thải ra ngoài phòng và được lọc qua bộ lọc di động HEPA để loại bỏ hết các khí thải, nguồn lây nghiễm virus sau đó mới được xả ra môi trường bên ngoài.

Tốc độ dòng khí được thiết lập để đáp ứng khoảng 24 lượt thay đổi không khí mỗi giờ, do đó mất khoảng 2.5 phút để thông gió hầu hết không khí trong phòng. Tốc độ dòng khí có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng van điều khiển lưu lượng trước bộ lọc HEPA.

Nhân viên y tế tương tác với bệnh nhân thông qua hộp găng tay cách ly để tránh tiếp xúc vật lý hoặc tiếp xúc qua không khí trực tiếp. Hệ thống thông gió dòng chảy này được thiết kế và xác nhận với mô hình động lực học chất lỏng tính toán () bằng phần mềm mô phỏng ANSYS Fluent [6].

Tốc độ dòng chảy được chọn sao cho khí thải ra từ bệnh nhân thở, ho hoặc hắt hơi được nhanh chóng xử lý và xả ra ngoài mà không cần lưu thông nhiều trong phòng. Hình 2 cho thấy thiết kế được đề xuất. Nó bao gồm nhiều buồng với kích thước 2.5ft x 2.5ft x 7ft, mỗi buồng có một cửa. Một cửa sổ khoảng 6 inch hướng uống 45 độ được lắp phía trên của cửa buồng.

Một ống xả tròn được trang bị ở chính giữa, trên đỉnh của buồng. Bức tường trong suốt của buồng có hai lỗ tròn được lắp hộp đựng găng tay tại đó. Ống xả được kết nối với hệ thống ống xả bao gồm lọc HEPA và ống xả khí. Kích thước của lỗ thông hơi đầu vào và ống xả tròn được chọn sao cho diện tích dòng chảy ở đầu vào và ống xả là giống nhau. Bảng 1 cho thấy kích thước tổng thể và các thông số vận hành của buồng.

Hình 2. Thiết kế đề xuất cho phòng lấy mẫu COVID19.

Thông số	Giá trị
Kích thước phòng lấy mẫu	2.5 ft. x 2.5 ft. x 7 ft.
Kích thước lỗ thông hơi	10 in. x 5 in
Vị trí lỗ thông hơi	6 in. above the ground
Đường kính lỗ thông hơi	8 in.
Lưu lượng	24 air changes per hour (ACH)
Vận tốc khí thải	1fps

Bảng 1. Kích thước của phòng lấy mẫu COVID19.

Dưới đây là danh sách các vật liệu cần để xây dựng một văn phòng lấy mẫu xét nghiệm như trên:

Tấm Acrylic
Khung nhôm
Cửa sổ hướng xuống 45 độ
Bộ lọc HEPA 125 feet khối mỗi phút (CFM) [7,8]
Nguồn điện dự phòng (máy phát nhỏ)
Ống mềm ID 8in
Van điều khiển lưu lượng (nếu thiết bị HEPA không có van điều khiển lưu lượng)
Hệ thống khử trùng để khử trùng nhiều thiết bị
Bộ đồ bảo hộ PPE BSL-2
Găng tay cao su

Xác nhận thiết kế bằng cách sử dụng mô phỏng tính toán động lực học chất lỏng

Thiết kế được đề xuất đã được xác nhận bằng cách sử dụng mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán ANSYS Fluent như trong hình 3. Hình minh họa cho thấy kết quả vận tốc không khí. Các đường dẫn hiển thị đường dẫn tại mũi hoặc miệng của người cung cấp mẫu.

Kết quả cho thấy các dòng không khí khi ra khỏi mũi và miệng của người lấy mẫu sẽ được hút ra khỏi buồng dễ dàng mà không tạo ra một vòng tuần hoàn lớn trong buồng. Do đó, thiết kế phù hợp và đảm bảo khả năng lây nhiễm trong buồng là thấp đến mức tối thiểu trong trường hợp người đến cung cấp mẫu trong buồng dương tính với COVID-19. Kết quả cũng làm nổi bật khu vực cần được khử trùng kỹ lưỡng trước khi người kế tiếp vào buồng.

Hình 3. Xác nhận thiết kế được đề xuất cho buồng lấy mẫu xét nghiệm.

Tổng kết

Tài liệu này giải thích thiết kế của một cơ sở lấy mẫu xét nghiệm COVID-19 di động. Thiết kế được đề xuất có thể được xây dựng cố định độc lập, hoặc gắn trên một chiếc xe tải nhỏ như một đơn vị di động. Buồng xét nghiệm này có thể được xây dựng nhanh chóng để kiểm tra số lượng lớn bệnh nhân với tốc độ khoảng 7 phút mỗi người.

Thông số kỹ thuật cấp 2 của BSL cần được xây dựng chính xác dựa vào các tài liệu được liệt kê trong hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới. Để đáp ứng các thông số kỹ thuật của BSL2, khu vực xả khí thải cuối cùng phải được đặt đủ xa để nó không đến gần buồng hoặc lỗ thông hơi đầu vào.

Tham khảo

Laboratory Testing Strategy Recommendations for COVID-19, Interim Guidance, March 2020.
Laboratory Biosafety Manual, Third Edition, 2004.
WHO interim guidelines for Laboratory for COVID-19, Feb 2020.
South Korean Hospital’s ‘Phone Booth’ Coronavirus Tests.
How South Korea Flattened the Curve, The New York Times, March, 2020.
ANSYS, Inc.
RPS Ventilation Unit.
Ventilation Design Guidelines for booth, tents and room.

Phụ lục I

Thiết kế được đề xuất của buồng lấy mẫu

Hình 4. Thiết kế được đề xuất của buồng lấy mẫu

Phụ lục II

Các bước để vận hành phòng lấy mẫu xét nghiệm

Buồng lấy mẫu đã được khử trùng và sẵn sàng lấy mẫu

Bước 1. Buồng lấy mẫu đã được khử trùng và sẵn sàng được sử dụng

Người đến xét nhiệm vào buồng lấy mẫu

Bước 2. Người đến xét nghiệm sẽ vào trong buồng lấy mẫu, nhân viên 1 sẽ thu thập mẫu, để ống vận chuyển các mẫu xét nghiệm vào vị trí tập hợp để tiến hành mang đi xét nghiệm.

Người đến cung cấp mẫu ra khỏi buồng

Bước 3: Người đến cung cấp mẫu ra khỏi buồng lấy mẫu

Nhân viên 2 khử rùng buồng và thay găng tay

Bước 4: Trong khi người tiếp theo chờ đợi ở bên ngoài, Nhân viên 2 sẽ:

Giữ phương tiện vận chuyển hộp đựng mẫu bệnh phẩm trong túi Zip-lock (Túi chống rò rỉ) và đặt nó vào hộp đựng nước đá
Tháo găng tay nhựa vừa sử dụng
Khử trùng bên trong buồng lấy mẫu
Đặt găng tay nhựa mới vào khu vực lấy găng tay

Buồng đã sẵn sàng để lấy mẫu tiếp theo