口罩防疫
戴口罩能防止病毒傳播嗎? Credit: Ivan Radic @flickr CC BY 2.0

戴口罩對防止病毒傳播,到底有沒有幫助? 有些國家,因為文化和國情,戴口罩易招來異樣眼光。有的地方,則是想戴口罩,但是買不到,或者因為別人的眼光而不敢戴,也有的是不認為戴口罩有什麼幫助。這樣的議題背後有太多的因素。面對2019年大爆發於中國武漢的病毒COVID-19,各國當政的主事者,面對戴不戴口罩這件事,不乏猶豫而錯失給人民明確指引的時機。決策者要考慮很多面向,可能是政治也是現實。或許各國政府是想要人民戴,但是因為口罩數量不足以讓所有的人民使用,必須優先提供給醫護,而告訴人民戴口罩不見得有直接幫助,以避免搶購潮; 也可能考量整體效益,戴口罩相對其它防疫措施,優先順序可以放在較後面。而不論是政策、資源還是文化因素,做為一個平凡百姓的我們,能自己判斷嗎? 科學怎麼解釋。

流體可視化

這幾天網路上開始有影片,讓受測者戴上口罩和不戴口罩,分別做打噴嚏、咳嗽、說話等動作,同時可視化口鼻附近的氣體以及飛沫流動。從影片中,我們明顯看到,戴上口罩,減少了嘴裡的飛沫噴出和附近的氣流擾動;然而,這樣是不是真的能讓周圍的人減少病毒的感染,就科學上,仍須要更多的實驗和數據分析。然而,流體可視化後的呈現,相信大家看了心裡都有個底,是不是需要戴口罩了。這裡我們要跟大家介紹,將說話、打噴嚏和咳嗽時週圍氣體流動,可視化的方法,紋影法 (Schlieren photography)。

紋影法呈現流體運動

紋影法的功用,是在檢視透明流體物質的流動現象。其原理在反應,光線通過不同密度的介質時,因為折射率(refraction index)的不同,折射後的光線,所呈現的影像。簡言之,是在檢視光通過的透明介質的不均勻性(inhomogeneity)。此方法多為黑白二維度影像,如果要看到顏色,可以在加置棱鏡,把光源的顏色分出來。此外,因為是以二維影像來觀測流體流動,在判斷時需要注意,此二維影像不能完整反應三維空間中,流體流動的狀況。有了這樣的影像,如果能對這些影像做影像處理,例如在影像中加上質點,計算其流動的瞬時速度,也就是所謂的質點影像測速法(particle image velocimetry),能在顯示流體流動的同時,把流速也顯示出來。最近網路上分享的幾個戴不戴口罩與否,週遭空氣和飛沫流動的影像,多是應用這兩個方法,紋影法(顯示影像)+質點影像測速技術(計算速度),來呈現的。此外,以高亮度雷射光,搭配高速攝影機拍攝,也能某種程度,呈現飛沫噴出的運動軌跡。

流體模擬分析

除了實際拍攝影像,另外我們也看到不乏有應用流體模擬分析軟體,來呈現說話、打噴嚏和咳嗽時的氣體流動。這種方法不做實驗,改以軟體進行模擬。例如,假使咳嗽時呼出飛沫或氣體的速度為10公尺/秒,模擬軟體可以將這樣的假設輸入,根據飛沫粒徑大小、有沒有戴口罩和不同的環境,計算出氣體擾動狀態和飛沫運動的距離。這類模擬計算方法,相較紋影法拍攝的影像,優點在於可以做各種假設,溫度、障礙物、口罩遮蔽的差異,都可以納入考量;相反的,基於各種假設的計算,結果需要有適當的解說。此外,若要以軟體模擬來呈現口罩的特質對氣體擾動和飛沫運動的影響,例如說N95和醫療外科所造成的效果,又是另外一個不同層級的探討。

科學之外的態度

這樣講述下來,各位覺得戴口罩對於防止病毒傳播,有沒有幫助呢?充足自己的知識,了解氣流、飛沫的流動,進而判斷,需不需要戴口罩! 及使假新聞和消息充斥,也不用擔心,被擾亂視聽。戴口罩好比騎機車戴安帽、玩美式足球穿護具一樣,當處在危險的環境,我們永遠不知道,別人會不會來撞我們,穿上防護裝備,有較大機率能降低傷害;而面對病毒呢? 在擁擠或密閉的環境,我們也不知道,病毒是不是就在你身邊,戴上口罩,有較大的機率能保護自己,也保護別人。以科學去了解後,要不要確實執行,就是尊重自己和別人與否的態度了!!

圖片來源:Ivan Radic @flickr CC BY 2.0
影片來源:Bauhaus-Universität Weimar, MSC Software



作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。