法国圣路易斯医院使用Dassault Systems数字孪生技术预防病房内呼吸道病毒传播

法国圣路易斯医院使用Dassault Systems数字孪生技术预防病房内呼吸道病毒传播

病人来到医院就诊时他们最不希望发生的情况就是在逗留期间染上其他病毒。因此医院的额外的预防措施至关重要。肾衰竭患者由于免疫功能受损，更容易感染病毒。每隔一天，他们必须去透析室接受治疗，和其他病人坐在一个房间里，这让他们更易处于感染病毒的危险之中。

为了了解呼吸道传播的病原体是如何在免疫功能低下的患者中传播并有效防止病毒传播，圣路易斯大学医院团队与Dassault Systems合作，在透析部门开展了一项气流模拟研究。并建立了一个虚拟的数字孪生透析室，在该虚拟透析室中，能够可视化空气中病毒的浓度，有效提高专业卫生人员对病毒的防范意识。

圣路易斯医院的泌尿科医生Fabien Métivier博士说:“圣路易斯医院的透析室是一个开放的空间，可以同时为9名患者提供治疗服务。我们一直在努力调查病原体是如何通过空气传播进入到那些免疫力较低病人的体内的。Guillaume Mellon博士建议我们进行一项气流模拟研究。”

Mellon负责监控医院内感染风险传播的监控工作。他和ESPRI团队与病毒学部门合作。一起在透析病房内开始了一项调查，比较了白天和夜晚服务结束时不同时间内空气中的病毒浓度水平。

研究小组从房间的不同地方采集了空气样本，以观察患者是否暴露于更高水平的病毒浓度之中（病毒的浓度取决于他们所处的位置）。该小组发现，尽管在治疗期间进行了病毒清理，但在白天，病毒颗粒仍在空气中循环。而到了晚上，他们的样本中几乎没有检测到任何病毒颗粒。

“我们意识到，不同样本的位置不同，结果也不同，”Mellon说，“其中一个样本的阳性率为56%，而在房间另一端的另一个样本的阳性率为7%。这要怎么解释呢？”

该小组怀疑通风网络可能存在不平衡。它希望找到更多信息，并进行气流模拟研究。

“通过与Dassault Systems合作，借助增强现实这一创新的教育工具，我们现在已经能够揭示如病毒这种近乎于无形的事物。”主治医师，APHP圣路易医院感染预防和控制小组组长Dr Guillaume Mellon说道。

为了创建透析治疗室的数字孪生并对其进行气流模拟研究，Mellon找到了Dassault Systems，其拥有其他医院合作类似项目的经验。尤为重要的是，他们可以将所有必要的建模和模拟工作外包给Dassault Systems，这能够为他们省去不少时间。

“Dassault Systems是流程模型化方面的专家，知道我们面临的问题，他们在巴黎的Salpêtrière、Bichat和Avicenne医院的项目中的成果让我们最终选择与他们合作”Mellon说道。

在第一次交流中，Dassault Systems团队指导Mellon和团队检查了整个通风系统，并对房间内的气流，包括空气入口和出口进行了一一检查。最终测量结果显示房间内的空气流通性存在问题。在接下来的几个月里，他们对透析部内病原体的空气传播进行了广泛的研究。通过OBE法，Dassault Systems的专家创建了一个精确、全面的透析室数字孪生模型。在展示他们的发现之前，他们模拟了空气中的病毒污染情况，测试了空间内的不同场景和设置，以改善通风情况。所有工作都是在三维云体验平台上完成的。

“我们在虚拟体验中的互动非常丰富且活跃，”Mellon说。“Dassault Systems团队积极主动，提出了进一步的开发建议。三维云平台上的体验分享信息非常实用。整个体验超出了我的预期。”

气流模拟可视化病毒传播过程

为了创建透析单元的数字孪生，团队使用建筑蓝图，结合使用现场制作的房间3D扫描HomeByMe移动应用程序检查房间中因气流流向不同所导致的差异性。

然后，该团队使用以下工具进行气流模拟模拟解决方案三维体验平台准确可视化和预测呼吸道和病毒粒子通过空气传播的路径。初步结果显示，房间的特定区域缺乏气流，使病毒粒子聚集。考虑到房间内医疗设备和病人的位置，团队模拟了不同的场景以改善透析室内的通风状况。

“该解决方案使我们能够可视化呼吸所导致的病毒颗粒的产生，跟踪它们的轨迹，并可视化在250平方米房间一端的病人是如何通过他们的呼吸分泌物污染房间另一端的病人”Mellon说道。

ESPRI的护士经理Nathalie Osinski补充说:“Dassault Systems帮助我们根据不同的空气流速以及门是开着还是关着，患者何时呼吸，揭示了各种不同场景（戴口罩带不戴口罩）中的‘隐形’现象。”

用SIMULIA模拟粒子扩散、速度和温度。

增强现实的实践体验

Dassault Systems的技术团队在项目中更进一步，开发了一种增强现实体验以用来解释他们的检查结果和建议。他们邀请医院的主要利益相关者，亲眼观看检查结果。与会者通过平板电脑在现场观看由团队创造的数字孪生模拟，以确切了解病毒粒子是如何传播的。

“当增强现实模拟完成时，每个人都恍然大悟”Osinski说。“通过每个人手里拿着的平板电脑，他们可以走到每张床前，根据他们站的位置，观察病毒粒子在房间里是如何传播的。我们可以清楚的看到粒子如何通过患者的呼吸道向天花板和通风口方向移动。”

“这是医院里一次独特的经历，也是一种令人难以置信的创新教育工具，使我们能够让卫生专业人员意识到医院里的呼吸交叉传播风险，”Mellon补充道。

现在圣路易斯医院已经采取积极措施来改善透析部的通风。他们重新检查了房间内的改进方案，并重新讨论在透析室门关闭的情况下如何组织其诊所保护高风险患者。

“增强现实为我们提供了关于病毒粒子传播的非常直观的信息，”Mellon说。“我现在能够以一种非常直观的方式了解一个患流感的透析患者将被安置在房间的哪个位置，以防止其感染所有其他患者。”

Mellon和他的团队随后进行了一项后续研究，以确保他们有效地解决了这个问题，并成功地降低了病毒传播的可能性。现在透析室中的病毒检测结果已经正常化，透析室中特定位置的病毒变异或高浓度聚集也不复存在。

“我认为当医院的某一部门存在感染风险时，我们都应该利用这种解决方案来进行研究。”

Dassault Systems开发了一种增强现实体验，向圣路易斯医院的利益相关者展示他们的发现和建议。

病人护理方面的创新

对于如何将技术创新应用于医院以更好地保护的患者，Mellon这样说到。

“就新技术而言，我们正处于一个转折点，有些病毒对普通人来说不太危险，但对血液病患者来说却很危险。该解决方案能够让我们可视化这些病毒并找出防止它们传播的方法。有将助于降低患者感染的风险。”

基于这种OBE方法的成功，圣路易斯医院的另一个科室已经在与Dassault Systems合作开展类似的日常病人护理和感染预防计划。与Dassault Systèmes的合作使医院能够更轻松地获得新兴技术，而无需预先投资或在内部开发新的IT功能。此外还能进一步提升医院作为领先医疗服务提供商的声誉，并鼓励更多医院通过新的技术理念和工具完成数字化转型。

“这种类型的合作是必不可少的，特别是在设计新的医院和科室时，因为它们可以帮助确定通风口、病床的最佳位置以及病人在房间中的安置位置，”Osinski说。“关于空气流动以及它们如何影响医疗保健环境和患者护理，我们还有太多的东西需要了解。”

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