Was haben OP-Räume mit der Marslandung gemeinsam?

Auf den ersten Blick haben ein moderner Operationsraum und die Raumfahrt nichts gemeinsam. In ersterem halten wir uns nur ungern auf, bei letzterem sind die Ticketpreise noch unerschwinglich.

Auf den zweiten Blick gibt es aber eine wichtige Gemeinsamkeit.

Bei der Montage von Satelliten muss unbedingt vermieden werden, dass Partikel an empfindliche Optiken und Sensoren kommen, denn im Weltraum sind die Reinigungsmöglichkeiten sehr eingeschränkt. Bei extraterrestrischen Landemissionen auf dem Mars, wie z.B. Perseverance oder ExoMars, sind auch extreme Anforderungen an die Viren- und Bakterienreinheit einzuhalten. So darf sich umgerechnet im „Herzstück“ auf 0,1 m² maximal ein Virus oder eine Bakterie aufhalten. Das ist nicht viel.

Die Luft, die mit dem Patienten in Verbindung kommt, muss absolut sauber sein. Dies lässt sich über Hochleistungsluftfilter, z.B. HEPA H14 erreichen. Wie sorgt man aber dafür, dass die gefilterte Luft genau dort ankommt, wo sie landen soll?

Dies ist eine typische Aufgabe der Strömungssimulation.

Das grundsätzliche Ziel von Reinraumkonzepten ist eine saubere Umgebung zu schaffen und im Betrieb durch optimierte Luftführung den Übertrag von Kontamination auf das zu schützende Objekt (ein Spiegel bzw. ein Patient) maximal zu reduzieren. Auslegung und Anordnung von Geräten und Personal basieren primär auf Erfahrungswerten und punktuellen Messungen.

In einer Kooperation zwischen Merkle & Partner sowie der OHB System AG und der HT Group wurden CFD-Simulationen auf relevante Räume dieser beiden Industriezweige angewendet. Erste Ergebnisse zeigen die Leistungsfähigkeit der CFD-Simulation hinsichtlich eines besseren Verständnisses, der Risikoreduktion sowie der Optimierung von Betriebskonzepten.

Wir waren sehr gespannt, was unsere CFD-Simulation zur Nachrechnung eines Luftreinigungskonzeptes der Firma HT-Group in Operationsräumen zeigt. Schließlich geht es hier um Menschenleben, die uns womöglich näher sind, als ein möglicher Bakterienteppich auf dem Mars oder ein Hubble Teleskop mit einem Schmutzfleck auf jedem Bild.

Es ist bemerkenswert, wie gut das Lüftungskonzept des untersuchten Operationsraumes mit Hilfe einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung (TAV-Strömung) in diesem Fall funktioniert: Die gefilterte Luft bildet einen Vorhang um den Patienten und es kommt kaum zu Verwirbelungen. Lediglich unter dem Tisch ist ein minimaler Wirbel zu erkennen. Die Luft wird am Sockel in Bodennähe gleichmäßig abgesaugt. Auch dort bilden sich keine Wirbel, welche Schmutzteilchen vom Boden aufwirbeln könnten.

Zwar ist die TAV-Strömung noch idealtypisch, da z.B. die Untersuchungsleuchten nicht eingeschwenkt sind und der Operateur und die Schwestern nicht nur im laminaren Luftstrom stehen, sondern selbst auch noch Wärmequellen und Quellen von Aerosolen und Partikeln sind. Dies wird jedoch in erweiterten Modellen ebenfalls berücksichtigt.

Nicht alle Anforderungen sind so hoch wie im Operationsraum. Ob Brände, Ausbreitung von Schadstoffen und Viren, oder einfach die Klimatisierung von Räumen: Die CFD-Simulation kann eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob alles so funktioniert wie es sollte, oder ob Optimierungsmaßnahmen erforderlich sind.

Sehen, was sonst unsichtbar ist, das ist die Stärke der CFD-Simulation. Messungen von kleinsten Luftströmungen sind meist sehr kompliziert und mit einem hohen Messaufwand verbunden. Daher ist es oft schwierig, Maßnahmen zur Luftreinhaltung, zur Schadstoffausbreitung oder der Ausbreitung von Aerosolen und Viren versuchstechnisch zu bestimmen. Die CFD-Simulation jedoch macht dies mit geringem Aufwand möglich.

Der hochinteressante Mehrwert aus dem Simulationsansatz für die Raumfahrt, als auch für die Medizinanwendung liegt in der Visualisierung von Geräten, Personen und Bewegungsabläufen. Daraus können sich neue Bewertungsansätze und Optimierungsmöglichkeiten ableiten lassen.

Gerne informieren wir Sie unverbindlich, was wir in Ihrem konkreten Anwendungsfall für Sie tun können.

Schicken Sie eine kurze Mail über das Kontaktformular, gerne mit dem Betreff „OP“ oder „Reinraum“.