在一项使用3D全息成像技术的新研究中，明尼苏达大学双子城分校的研究人员测试了三种过滤设备的有效性，这些设备可以在超声波洁牙过程中减缓气溶胶的扩散。超声波洁牙是一种常见的牙科清洁程序。这些发现可以提高COVID-19大流行期间牙科诊所的健康安全。
研究人员发现其中的两个装置——一个大容量疏散器和一个口腔外局部提取器——在减少气溶胶传播方面非常成功。这是使用先进工程成像技术绘制牙科诊所气溶胶大小、分布和缓解的首批研究之一。
这篇论文最近发表在《美国牙科协会杂志》(Journal of The American Dental Association)上，这是世界上最大的牙科组织的一份同行评议的科学出版物。
明尼苏达大学的研究小组由科学与工程学院贝大卫教授和机械工程系洪家荣副教授领导，并得到明尼苏达大学牙科学院临床事务副院长保罗·奥林教授的帮助。
2020年8月，世界卫生组织建议公民不要去看不必要的牙医，因为受感染的患者在牙科手术过程中可能产生更多的COVID-19气溶胶(我们呼气时释放的微小颗粒)。在州长的行政命令解除后，明尼苏达州的牙科诊所欢迎病人回来，但在牙科手术过程中产生多少气溶胶以及这些气溶胶是否具有传染性方面的数据有限。
记录在案的COVID-19在牙科诊所传播的病例几乎不存在，自2020年3月以来，明尼苏达大学已经有超过10万次预约，没有向患者传播或从患者身上传播。但直到最近，由于社交距离和预约之间的等待时间，牙科诊所仍在以较低的能力提供护理，以便有时间过滤气溶胶。
奥林说:“这将产生巨大的影响，不仅在经济上，而且在我们能够提供的护理数量上。”“我们大大减少了每天可以帮助的病人数量。作为牙医，了解我们制造的气溶胶以及它们是否会传播病毒和其他东西是很重要的。如果是这样，我们该如何缓解呢?但现在，我们了解了气流和气溶胶的产生，我们的诊所使用缓解程序和程序，恢复了满负荷工作。”
这个视频的第一个演示 在超声过程中释放的气溶胶和飞溅物 然后展示了当研究人员打开口腔外局部萃取器(ELE)过滤装置时，这种情况是如何减轻的。来源:明尼苏达大学流场成像实验室
在这项研究中，研究人员特别观察了超声波除垢过程中产生的气溶胶，超声波除垢是使用高速振动工具去除患者牙齿上的牙垢(一种牙菌斑)。研究人员使用一个牙科模型和热塑性牙齿，并由真正的牙科保健师进行操作，利用全息成像来绘制释放的气溶胶的大小和分布。
“这项技术使我们能够观察空气或液体中的悬浮颗粒，”洪解释说，他的实验室专门研究颗粒和流动的3D成像。“如果你看传统的显微镜，你把一个粒子放在载玻片上，必须使用显微镜，手动聚焦在物体上，才能看到粒子。全息成像让我们可以直接看到在空气中移动的粒子。”
然后，研究人员测试了三种旨在过滤空气中的气溶胶的设备。其中包括一个唾液喷射器，一个高容量抽液器(HVE)——这两种工具都是牙医在冲洗后经常使用的，以及一个口腔外局部抽液器(ELE)，一个由Donaldson公司制造的真空式装置，该公司是该大学过滤研究中心的行业合作伙伴。
他们发现ELE和HVE在过滤微粒方面最有效，分别减少了96%和88%的气溶胶数量。研究人员还发现，使用不同设备的组合不一定能更好地去除颗粒。例如，单独使用ELE比结合唾液喷射器或HVE更有效。吸力装置的位置也很重要。
研究人员希望他们的发现可以指导牙科专业人员使用什么策略来防止COVID-19在办公室传播。
“美国牙科协会杂志显然是牙科界非常重要的杂志，”贝说，他也是大学的董事教授和机械工程LM Fingerson/TSI主席。“通过在那里发表我们的研究，牙医可以审查我们的发现，并知道他们可以使用什么方法来控制潜在的传播，帮助减少牙科手术中的喷剂。”
本研究也为这一课题的进一步探讨奠定了基础。工程研究人员已经在与牙科学院合作进行另一个项目，测量另一种牙科工具——高速手板——产生的气溶胶。他们还计划更精确地模拟气雾剂在牙科诊所中的移动情况，以便为牙医允许病人预约的间隔时间提供更好的指导。
除了Pui, Hong和Olin，明尼苏达大学对这项研究的其他贡献包括机械工程高级研究科学家Qisheng Ou和研究生Rafael Grazzini Placucci，他们都帮助设计和实施了实验;机械工程研究科学家邵思尧;发展与外科科学系的Judy Danielson和Gary Anderson教授;诊断与生物科学系Paul Jardine教授;牙科实验室生产经理约翰·马登在修复科学系。唐纳森公司的行业合作者包括建模和数据科学主管袁庆辉(Qinghui Yuan)和公司副总裁蒂莫西·格拉夫(Timothy Grafe)。
