色溫對(duì)手術(shù)燈光源質(zhì)量影響的分析與研究*

曹鐵軍 孫 婷 胡永明 徐海琴*

色溫對(duì)手術(shù)燈光源質(zhì)量影響的分析與研究*

曹鐵軍①孫 婷②胡永明③徐海琴①*

目的：研究分析色溫對(duì)手術(shù)燈光源質(zhì)量的影響。方法：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在無(wú)光環(huán)境中利用手術(shù)燈光源質(zhì)量檢測(cè)裝置采集不同品牌手術(shù)燈光源色溫?cái)?shù)據(jù)，并繪制光源的光譜圖，通過(guò)觀察分析，判斷其色溫對(duì)手術(shù)燈光源質(zhì)量的影響情況。結(jié)果：過(guò)低的手術(shù)燈光源色溫會(huì)直接影響人眼對(duì)顏色的判斷，而過(guò)高的色溫則會(huì)造成人體組織烘干，嚴(yán)重影響手術(shù)的質(zhì)量，甚至影響患者的術(shù)后恢復(fù)。結(jié)論：手術(shù)燈光源的質(zhì)量檢測(cè)對(duì)于外科手術(shù)的順利進(jìn)行至關(guān)重要，應(yīng)對(duì)其研究?jī)?nèi)容給予更廣泛的關(guān)注與重視。

手術(shù)燈光源；色溫；質(zhì)量檢測(cè)

[First-author’s address] Medical Engineering Department, the 323thHospital of The PLA, Xi’an 710054, China.

手術(shù)燈是手術(shù)室最重要的常規(guī)設(shè)備，其功能是為手術(shù)過(guò)程提供良好的照明環(huán)境，手術(shù)燈光源的質(zhì)量直接影響手術(shù)的進(jìn)行和效果。長(zhǎng)期以來(lái)，手術(shù)燈的檢測(cè)僅依托于出廠時(shí)生產(chǎn)廠家自身的評(píng)判，在驗(yàn)收和使用過(guò)程中缺乏必要的檢測(cè)手段。

根據(jù)對(duì)手術(shù)燈光源長(zhǎng)期研究的結(jié)果表明，醫(yī)生在不同照明條件下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行手術(shù)會(huì)產(chǎn)生不同的主觀感受，良好的照明會(huì)明顯減輕手術(shù)醫(yī)生的視覺(jué)及身體疲勞，延遲疲勞發(fā)生的時(shí)間，利于長(zhǎng)時(shí)間手術(shù)的有效開展；而光線條件較差的照明環(huán)境會(huì)造成手術(shù)醫(yī)生視覺(jué)疲勞，甚至引發(fā)頭痛、眩暈及出虛汗等身體應(yīng)激癥狀[1]。經(jīng)過(guò)對(duì)手術(shù)燈光源的檢測(cè)顯示，主觀判斷相同明亮的手術(shù)照明環(huán)境，其同一手術(shù)醫(yī)生出現(xiàn)視疲勞的時(shí)間存在明顯差異，即相同照度條件下手術(shù)燈光源會(huì)因其不同的色溫而出現(xiàn)不同的照明效果。因此，對(duì)手術(shù)燈光源色溫的檢測(cè)極為重要。本研究通過(guò)分析色溫對(duì)手術(shù)燈光源質(zhì)量的影響，提高手術(shù)燈檢測(cè)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

1 手術(shù)燈光源質(zhì)量檢測(cè)裝置的功能和應(yīng)用

本研究設(shè)計(jì)出一種能夠直觀、快速測(cè)量并計(jì)算出手術(shù)燈光源質(zhì)量參數(shù)的檢測(cè)裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括光線感應(yīng)模塊、距離測(cè)量模塊、光源照度測(cè)量模塊、光源色溫測(cè)量模塊、光源色差測(cè)量模塊、光源輻射度測(cè)量模塊、光斑測(cè)量模塊、電源模塊以及顯示輸出模塊[2](如圖1所示)。

圖1 手術(shù)燈光源檢測(cè)裝置功能模塊結(jié)構(gòu)圖

該檢測(cè)裝置能夠直接測(cè)量出手術(shù)燈光源的色溫參數(shù)，完成對(duì)手術(shù)燈光源色溫條件的評(píng)測(cè)，指導(dǎo)手術(shù)燈檢測(cè)驗(yàn)收、安裝調(diào)試及更換維修，在臨床手術(shù)室中具有重要意義。

2 色溫的概念及意義

色溫即顏色溫度，表示光源光色的尺度，其單位為K(開爾文)。光源的色溫是通過(guò)對(duì)比光源的色彩和理論的熱黑體輻射體而確定。熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時(shí)的開爾文溫度則是光源的色溫[3]。在可見(jiàn)光頻譜內(nèi)，當(dāng)光源與某溫度的黑體有相同的顏色時(shí)黑體的溫度就稱為該光源的色溫，白光的色溫為組成白光中各單色光色溫的疊加，黑體是光源輻射理想狀態(tài)的存在，自然界中并不存在，因此色溫可以近似的描述為光源光譜能量的分部，不同色溫白光中的單色光分布有很大區(qū)別。在手術(shù)燈光源中不同白色光源的色溫有很大差異，所呈現(xiàn)出的光譜分布也存在較大區(qū)別，直接影響到手術(shù)燈光源下人體組織顏色的分辨，因此色溫是手術(shù)燈光源質(zhì)量重要的評(píng)定要素。

3 手術(shù)燈光源色溫對(duì)手術(shù)的影響

在照度相同的不同手術(shù)燈光源下，手術(shù)醫(yī)生可能對(duì)人體組織的顏色判斷產(chǎn)生誤差，尤其是對(duì)于光譜中相鄰的兩種顏色結(jié)合處難以分辨，醫(yī)生在這種手術(shù)燈光源下進(jìn)行手術(shù)剝離組織時(shí)會(huì)增大操作難度，嚴(yán)重妨礙手術(shù)中細(xì)節(jié)問(wèn)題的處理，其影響因素是光源量化標(biāo)準(zhǔn)中的色溫。物體所呈現(xiàn)的顏色通過(guò)該物體反射光線的顏色來(lái)定義，而手術(shù)燈光源發(fā)射的是多種顏色混合光，色溫能夠近似地反映光源中光譜的分布情況，因此相同顏色的物體會(huì)在不同色溫的光源下呈現(xiàn)出顏色的差異[4]。

在距離手術(shù)燈光源正下方1 m處，通過(guò)手術(shù)燈光源質(zhì)量檢測(cè)裝置中的色溫檢測(cè)模塊，可以實(shí)時(shí)獲得手術(shù)燈光源色溫的檢測(cè)數(shù)值，根據(jù)國(guó)家醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0627-2008“醫(yī)用電氣設(shè)備第2部分：手術(shù)無(wú)影燈和診斷用照明燈安全專用要求”[5]手術(shù)燈光源要求色溫為3000～6700 K，挑選檢測(cè)目前市場(chǎng)上所售3款手術(shù)燈作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在相同環(huán)境中測(cè)量3款手術(shù)燈的照度分別為53212 lx、53750 lx及53423 lx，主觀感受明亮程度相同，對(duì)3款手術(shù)燈色溫進(jìn)行測(cè)量，分別為2975 K、5349 K及9035 K，通過(guò)頻譜儀檢測(cè)并繪制色溫與波長(zhǎng)的曲線，如圖2所示。

圖2 手術(shù)燈光源色溫曲線圖

(1)色溫為2975 K的光源曲線在410～430 nm、440～480 nm及510～530 nm左右的波長(zhǎng)上會(huì)出現(xiàn)間斷，即黃、綠、藍(lán)3色上均不能完整顯示，尤其在綠色光譜(455～492 nm)段上接近完全缺失。將色盲測(cè)試圖譜置于該手術(shù)燈光源下，通過(guò)人眼裸視觀察，其綠色色塊不能夠正常分辨[6]。

(2)色溫為9035 K光源曲線在部分波長(zhǎng)上能量峰值較高，長(zhǎng)時(shí)間照射后人體組織受照面溫度明顯升高(升高幅度＞2 ℃)，在該手術(shù)燈光源下進(jìn)行手術(shù)可能會(huì)出現(xiàn)組織烘干的現(xiàn)象，輕則影響傷口愈合，重則危及手術(shù)患者的生命。

(3)色溫為5349 K的光源能夠滿足人體組織顯色需求，長(zhǎng)時(shí)間照射只引起受照組織表面溫度輕微浮動(dòng)，是理想的手術(shù)燈光源。因此，超出色溫要求范圍的光源會(huì)因色彩缺失或輻照度過(guò)高而不能正常使用[7]。

通過(guò)對(duì)醫(yī)院使用＞1000 h的手術(shù)燈光源進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，50%以上的手術(shù)燈出現(xiàn)色溫不能達(dá)標(biāo)的情況，甚至有近20%的手術(shù)燈光源照度水平也不符合要求(40000～160000 Lx)，需要及時(shí)更換手術(shù)燈泡，在未量化檢測(cè)前僅通過(guò)主觀感受，根本無(wú)法對(duì)不合格的手術(shù)燈光源進(jìn)行排除[8]。

4 LED手術(shù)燈光源色溫的研究

發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)光源是近年來(lái)迅速崛起并普及的照明光源，并以高亮度、低輻射的節(jié)能優(yōu)勢(shì)倍受青睞。然而，在低幅射、節(jié)能的同時(shí)LED光源是以剔除光譜中非關(guān)注光色波長(zhǎng)為代價(jià)，即光譜缺失[9]。

目前，市場(chǎng)所售LED光源的色溫段為：暖白范圍色溫是3000～3200 K，正白范圍色溫是6000～6500 K，冷白范圍色溫是8000 K以上了，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的色溫標(biāo)準(zhǔn)有較大偏差[8，10]。隨機(jī)挑選一款目前市場(chǎng)上的LED手術(shù)燈進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 手術(shù)燈光源檢測(cè)參數(shù)

檢測(cè)的LED手術(shù)燈照度為75460 Lx，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，人眼主管感覺(jué)亮度適中；在距離手術(shù)燈光源正下方1 m處色溫為2987 K，LED色溫光譜曲線圖顯示，在該LED手術(shù)燈光野中，辨識(shí)藍(lán)、綠物體時(shí)出現(xiàn)困難，顏色差異不明顯[11-12](如圖3所示)。

圖3 LED光源色溫與色坐標(biāo)圖示

通過(guò)實(shí)際觀察，在該光源下辨識(shí)色盲卡其藍(lán)、綠斑塊交界不明顯，證實(shí)以上推論。這種情況的出現(xiàn)必然會(huì)增加手術(shù)中人體組織、血管辨識(shí)不清的風(fēng)險(xiǎn)，因此LED光源并不能成為傳統(tǒng)手術(shù)燈光源的完美替代品[13]。然而，通過(guò)選取不同色溫的LED光源進(jìn)行合理的混合搭配，并控制混合光源的照度及色溫，在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)燈光源的建立，此課題有待進(jìn)一步研究[14]。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)手術(shù)燈光源色溫研究表明，良好的手術(shù)照明環(huán)境不僅僅是對(duì)照度的單一要求，還包括色溫等至關(guān)重要的因素，更不能僅憑短時(shí)間的主觀感受來(lái)判斷，必須通過(guò)科學(xué)的方法進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)、數(shù)據(jù)計(jì)算以及統(tǒng)計(jì)分析等量化考核標(biāo)準(zhǔn)判定光源是否適合手術(shù)[15]。只有規(guī)范手術(shù)燈光源的量化標(biāo)準(zhǔn)，才能更好的控制手術(shù)中因手術(shù)燈光源而導(dǎo)致的各種風(fēng)險(xiǎn)，從而為手術(shù)質(zhì)量保駕護(hù)航。

[1]劉慧，楊臣鑄.光度測(cè)量技術(shù)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2011.

[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T5702-2003光源顯色性評(píng)價(jià)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[3]金偉其，胡威捷.輻射度光度與色度及其測(cè)量[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[4]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T7922-2008照明光源顏色的測(cè)量方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[5]國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局.YY0627-2008醫(yī)用電氣設(shè)備第2部分：手術(shù)無(wú)影燈和診斷用照明燈安全專用要求[S].國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局，2008-04-25.

[6]凌云.專業(yè)醫(yī)用照明，先從標(biāo)準(zhǔn)入手[J].中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2010(10)：11-13.

[7]國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局.醫(yī)療器械不良事件信息通報(bào)[J].中國(guó)藥物警戒，2009，6(12)：767-768.

[8]胡軍智，徐新民，杜生明，等.國(guó)內(nèi)野戰(zhàn)型太陽(yáng)能LED無(wú)影手術(shù)燈的發(fā)展現(xiàn)狀[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，10(31)：111-112.

[9]祝月.手術(shù)無(wú)影燈的質(zhì)量要求及市場(chǎng)預(yù)測(cè)[J].中國(guó)醫(yī)療器械信息，1999，5(4)：44-45.

[10]滕秀金，邱迦易，曾曉棟.顏色測(cè)量技術(shù)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

[11]曹軼，趙帥峰，王銀河，等.手術(shù)燈用調(diào)色溫顯色隔熱濾光片的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2013，28(2)：18-20.

[12]陳振躍，王霞，鄒曉峰，等.基于人眼視覺(jué)系統(tǒng)的假彩色融合圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法[J].光子學(xué)報(bào)，2012(4)：451-455.

[13]Ou-Yang M，Huang SW.Design considerations between color gamut and brightness for multi-primary color displays[J].J Display Technology，2007，3(1)：71-82.

[14]Wyszecki G，Stiles WS.Color science：concepts and methods，quantitative data and formulae[M].2th ed，New York：Wiley，1982.

[15]王安祥，翟學(xué)軍，劉漢臣，等.光源相關(guān)色溫計(jì)算方法的研究[J].西安工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，20(4)：490-493.

Analysis and research on the effect of color temperature on surgical luminaries’ quality/

CAO Tie-jun, SUN Ting, HU Yong-ming, et al// China Medical Equipment,2014,11(8):22-24.

Objective: Analysis and research the influence of color temperature on of surgical luminaries source. Methods: Design of experiments, in a dark environment using the quality detection light source device to collect data of different brands surgical luminaries source color temperature , and draw the light spectrum, and determine the color temperature influence on the quality of the surgical. Results: Low light source color temperature will directly affect the operation of the human eye to determine the color, and high color temperature can cause the body's tissues drying, serious impact on the quality of surgical, and even affect the postoperative recovery of patients. Conclusion: Quality detection surgery light source is essential for the smooth progress of surgery, should be given more attention and importance to its extensive research.

Surgical luminaries source; Color temperature; Quality detection

1672-8270(2014)08-0022-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.08.007

2014-03-25

軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量科研專項(xiàng)課題(2012-JL1-005)“便攜式手術(shù)燈質(zhì)量檢測(cè)儀研制”

①解放軍第323醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 陜西 西安 710054

②解放軍第323醫(yī)院體檢中心 陜西 西安 710054

③中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所 陜西 西安 710054

*通訊作者: daweibayu-x@163.com

曹鐵軍，男，(1980- )，本科學(xué)歷，主管技師。解放軍第323醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)、醫(yī)學(xué)計(jì)量和質(zhì)量控制。