智能無障礙LED手術(shù)無影燈

劉力，閔蘇

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 麻醉科，重慶 400016

手術(shù)無影燈是手術(shù)室內(nèi)重要的設(shè)備，傳統(tǒng)的鹵素?zé)襞轃o影燈沿用了數(shù)百年，雖然經(jīng)歷了無數(shù)次改進(jìn)，但由于鹵素?zé)襞荼旧淼娜秉c(diǎn)，使暴露出的問題一直沒有從根本上得到很好的解決。隨著現(xiàn)代物理照明技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用LED（發(fā)光二極管）技術(shù)開發(fā)的大功率LED手術(shù)無影燈，具有安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、色溫和光強(qiáng)無級(jí)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)色溫滿足手術(shù)狀態(tài)下人體不同組織在不同色溫條件下的顯色特性要求，有效地解決了手術(shù)照明系統(tǒng)體積龐大且能耗高的問題，有利于提高手術(shù)室的空氣凈化質(zhì)量，更適合層流手術(shù)室凈化氣流的要求，降低手術(shù)室凈化維護(hù)成本，最大限度地滿足臨床手術(shù)照明的客觀要求，是現(xiàn)代手術(shù)室的一大革新。

1 智能手術(shù)無影燈的基本原理和技術(shù)

LED技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)70年代，利用半導(dǎo)體材料的電子遷移釋放特定波長(zhǎng)的能量產(chǎn)生可見光。通過近50年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用到日常生活照明和特殊作業(yè)的照明，其具有節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。但由于發(fā)光強(qiáng)度的限制，一直沒有突破手術(shù)照明的要求范圍[1]。2004年超高亮度的LED光引擎及光機(jī)的誕生使得這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到手術(shù)照明領(lǐng)域成為可能。運(yùn)用高亮度LED “封裝光通”原理技術(shù)[2]，具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)大功率LED芯片智能手術(shù)無影燈在中國(guó)重慶研制成功。

2 智能手術(shù)無影燈的綜合優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)鹵素光源無影燈存在諸多的問題：① 照明質(zhì)量較差，容易造成醫(yī)生視覺疲勞；② 超高紅外熱輻射，給手術(shù)醫(yī)生帶來不適感；③ 固定色溫，不易清晰地分辨各種組織、器官，不利于進(jìn)一步提高手術(shù)質(zhì)量； ④ 功耗大，平均功率1000W；⑤ 龐大的燈具結(jié)構(gòu)，阻擾凈化空氣正常流通、降低消毒凈化效果；⑥ 維護(hù)成本高，每月檢查、燈泡壽命平均1000h。

大功率LED芯片手術(shù)無影燈解決了傳統(tǒng)鹵素光源無影燈存在的問題，其主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

⑴ 多晶體矩陣排列光源 大功率LED芯片智能手術(shù)無影燈由3～5區(qū)段組成，每個(gè)區(qū)由單獨(dú)的匯聚透鏡組成。在這個(gè)排列中，每個(gè)晶體產(chǎn)生一個(gè)單色光，共有4種單色光。4色光源配比能夠提供最佳的對(duì)比度和分辨力。照射區(qū)域5倍光重疊，最大限度地減少了陰影，并能實(shí)現(xiàn)深度照射，光強(qiáng)可達(dá)160, 000LUX，滿足深部手術(shù)的照明需要。

⑵ 色溫可調(diào) 色溫是表示光源光譜質(zhì)量的通用指標(biāo)，可以比較方便、直觀地表示白光的光色。色溫低，白里帶黃，稱暖色調(diào)；色溫高，白里帶藍(lán)，稱冷色調(diào)。色溫是人眼對(duì)發(fā)光體或白色反光體的主觀感覺，是因人而定的。人體不同組織器官的色飽和特性不同，在人眼中反應(yīng)的色溫也不同。例如血供比較豐富的組織器官（比如肝、腎）色溫比較高；如果用色溫較高的光源照射器官，看起來就更加真實(shí)；而肺臟、脂肪組織色溫相對(duì)比較低，此時(shí)仍用高色溫的光源照射，看起來就會(huì)偏紅。因此，進(jìn)行不同部位的手術(shù)需要調(diào)節(jié)光源的色溫來達(dá)到最佳的視覺效果。然而傳統(tǒng)的鹵素光源無影燈不能調(diào)節(jié)色溫，并不能適應(yīng)不同手術(shù)的需要。LED芯片手術(shù)無影燈采用多個(gè)白、紅、綠、藍(lán)色LED按矩陣陣列緊密排列在較小面積的基板上,采用多路驅(qū)動(dòng)控制器分別控制各色LED，根據(jù)不同照度要求,通過PWM控制白光LED的亮度，根據(jù)紅、綠、藍(lán)三色LED光混合與對(duì)應(yīng)色溫變化規(guī)律，用PWM控制各色LED所發(fā)出的光使之達(dá)到所需的色溫。色溫可調(diào)范圍在3200～5000K。醫(yī)生可以根據(jù)不同的喜好和不同部位的手術(shù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，較高的色溫可以解除長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)光刺激造成的視覺疲勞，提高夜間手術(shù)和長(zhǎng)時(shí)間手術(shù)的質(zhì)量。

表1 LED燈和傳統(tǒng)手術(shù)燈性能比較

⑶ 智能控制 大功率LED芯片智能手術(shù)無影燈符合人體功效學(xué)新標(biāo)準(zhǔn)，集成智能變光模式，同步化多光電傳感頭。

⑷ 科學(xué)的整體設(shè)計(jì) 層流手術(shù)室凈化氣流是目前最先進(jìn)有效的方式，凈化氣流的方向一般多采用垂直層流式[3,4]，使手術(shù)區(qū)處于潔凈氣流形成的主流區(qū)內(nèi)，確?？諝鉂崈舳冗_(dá)標(biāo)。層流手術(shù)室不僅要求高度潔凈的空氣，而且要求能控制氣流的流通方向，使氣流從潔凈度高的手術(shù)區(qū)流向潔凈度相對(duì)較低的區(qū)域，并帶走和排出氣流中的塵粒和病原微生物。然而，傳統(tǒng)的天棚嵌入式多孔型無影燈或大背殼式無影燈會(huì)阻礙垂直層流風(fēng)口的氣流，使無影燈背殼上方的積塵和病原微生物帶入到手術(shù)區(qū)域，增加手術(shù)病人術(shù)后感染的幾率。大功率LED芯片手術(shù)無影燈的設(shè)計(jì)采用中空式流線設(shè)計(jì)，不影響垂直層流流線，更科學(xué)合理，不僅能滿足手術(shù)光照要求，而且更適合層流手術(shù)室的空氣凈化要求。

2.2 生態(tài)優(yōu)勢(shì)

⑴ 環(huán)保、節(jié)能 大功率LED芯片手術(shù)無影燈的設(shè)計(jì)屬于綠色技術(shù)。其發(fā)光原理是基于電子躍遷發(fā)射出可見光波長(zhǎng)，因而在設(shè)計(jì)上不含汞、鉛等有害重金屬，而且廢棄的LED芯片還可以回收利用，大大減少了環(huán)境污染，符合國(guó)家環(huán)保質(zhì)量要求。LED光源使用低電壓，適合手術(shù)室的安全用電范圍，而且堅(jiān)固耐震，耐沖擊，使得光源穩(wěn)定性高。另外，LED光源響應(yīng)時(shí)間在納秒級(jí)，非常適合高頻操作[6]，LED芯片的工作電壓很低，大大節(jié)約了能源。

⑵ 長(zhǎng)壽命、低熱量 作為第四代新型照明光源，LED具有許多不同于其他電光源的特點(diǎn)(見表1)，這也使其成為節(jié)能環(huán)保光源的首選。LED燈的平均壽命為連續(xù)100000h，是普通照明燈的30倍(見表1)。大功率LED芯片手術(shù)無影燈所采用的冷光源光效高[1,5]、散熱低、減少上升熱氣流，非常適合在無障礙層流手術(shù)室中運(yùn)用。另外，LED光源發(fā)出的冷光源，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間站在手術(shù)燈下手術(shù)的醫(yī)生來說具有更佳的舒適性。

2.3 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

我國(guó)現(xiàn)在手術(shù)室無影燈主要是傳統(tǒng)的鹵素光源無影燈或熒光源無影燈，以全國(guó)在用的約53000臺(tái)手術(shù)無影燈為基數(shù)，若全部使用LED芯片手術(shù)無影燈，每年可節(jié)約24000萬度電，節(jié)能減排的社會(huì)效益將十分顯著。由此每年可節(jié)約火電燃煤10萬噸，減少火電產(chǎn)生的二氧化碳排放26200萬升，減少火電產(chǎn)生的二氧化硫排放85萬升，其環(huán)保節(jié)能的社會(huì)意義重大。另外，由于傳統(tǒng)鹵素或熒光光源無影燈的壽命較短，增加了手術(shù)室的折舊費(fèi)用，使手術(shù)室運(yùn)行成本增加。因此，大功率LED芯片手術(shù)無影燈更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 結(jié)論

綜上所述： 色溫連續(xù)可調(diào)大功率LED芯片手術(shù)無影燈集LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電源、穩(wěn)壓器及控制技術(shù)、萬向節(jié)懸臂等創(chuàng)新技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)色溫滿足手術(shù)狀態(tài)下人體不同組織在不同色溫條件下的顯色特性要求，從根本上突破傳統(tǒng)醫(yī)療照明技術(shù)存在的色溫不可調(diào)、溫升較高等局限，解決了手術(shù)醫(yī)生長(zhǎng)時(shí)間工作的視覺疲勞問題，從而有效提高手術(shù)質(zhì)量。

大功率LED芯片手術(shù)無影燈具有冷光源、節(jié)能環(huán)保、色溫和光強(qiáng)無級(jí)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，采用LED芯片制備的手術(shù)無影燈可以有效解決目前手術(shù)照明系統(tǒng)體積龐大且能耗高的問題，有利于提高手術(shù)室的空氣凈化質(zhì)量，降低手術(shù)室凈化維護(hù)成本，能夠最大限度地滿足臨床手術(shù)照明的客觀要求。大功率LED芯片手術(shù)無影燈具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，并能提供更加優(yōu)越的手術(shù)照明效果，必將為現(xiàn)代層流手術(shù)室?guī)砀锩缘娘L(fēng)暴[7]。

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