大規模歯科医院におけるSARS-CoV-2汚染リスクのコンピュータシミュレーション

Computer simulation of the SARS-CoV-2 contamination risk in a large dental clinic.

抄録

SARS-CoV-2（重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2）ウイルスによるCOVID-19が、2019年12月から世界中で急速に拡大し、公衆衛生上の危機を引き起こしています。最近の研究では、SARS-CoV-2が空気感染経路でヒトに感染することが示されました。これらは、様々な環境におけるエアロゾルと空気飛沫の感染に関する研究を動機付けました。本研究では，エアロゾルを発生させる処置を含む現実の歯科医院の大規模な数値シミュレーションを行った．このシミュレーションでは，歯科用超音波スケーリン グの際に放出される蒸発液滴の拡散を追跡しています．このシミュレーションでは，オープンプランの歯科クリニックの 25 個の患者用キュービクルについて検討しました．この液滴は，揮発性（蒸発性）と，ウイルス，唾液，灌漑用水からの不純物からなる不揮発性の画分を持つものとしてモデル化されています．シミュレーションしたクリニックの境界条件と流れ条件を，実際のクリニックの実験結果と比較し，検証した．その結果，大きな液滴とエアロゾルの挙動を評価することができた．液滴の直径が異なる場合の液滴の滞留時間と移動距離，液滴の沈降と堆積による表面汚染，空気中のエアロゾルの質量濃度，換気によって逃げる液滴の量について調査しました．シミュレーションの結果、エアロゾルの滞留時間が長く（平均 7.31 分）、移動距離が長い（平均 24.45m） ため、社会的距離のガイドラインを超えていることが懸念されます。最後に、この結果は、汚染が患者の治療エリア以外にも及ぶことを示しており、クリニックでの表面消毒を追加する必要があることを示しています。本研究で得られた結果は、特に超音波スケーリングによって発生するエアロゾルウィルス量とヒトへの感染に必要なウィルス量の閾値に関する今後の補足資料と組み合わせることで、より安全な歯科医院の業務手順を確立するために利用できると思われる。

COVID-19, caused by the SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) virus, has been rapidly spreading worldwide since December 2019, causing a public health crisis. Recent studies showed SARS-CoV-2's ability to infect humans via airborne routes. These motivated the study of aerosol and airborne droplet transmission in a variety of settings. This study performs a large-scale numerical simulation of a real-world dentistry clinic that contains aerosol-generating procedures. The simulation tracks the dispersion of evaporating droplets emitted during ultrasonic dental scaling procedures. The simulation considers 25 patient treatment cubicles in an open plan dentistry clinic. The droplets are modeled as having a volatile (evaporating) and nonvolatile fraction composed of virions, saliva, and impurities from the irrigant water supply. The simulated clinic's boundary and flow conditions are validated against experimental measurements of the real clinic. The results evaluate the behavior of large droplets and aerosols. We investigate droplet residence time and travel distance for different droplet diameters, surface contamination due to droplet settling and deposition, airborne aerosol mass concentration, and the quantity of droplets that escape through ventilation. The simulation results raise concerns due to the aerosols' long residence times (averaging up to 7.31 min) and travel distances (averaging up to 24.45 m) that exceed social distancing guidelines. Finally, the results show that contamination extends beyond the immediate patient treatment areas, requiring additional surface disinfection in the clinic. The results presented in this research may be used to establish safer dental clinic operating procedures, especially if paired with future supplementary material concerning the aerosol viral load generated by ultrasonic scaling and the viral load thresholds required to infect humans.