色溫對手術燈光源質量影響的分析與研究*

曹鐵軍 孫 婷 胡永明 徐海琴*

色溫對手術燈光源質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：研究分析色溫對手術燈光源質量的影響。方法：設計實驗，在無光環境中利用手術燈光源質量檢測裝置采集不同品牌手術燈光源色溫數據，并繪制光源的光譜圖，通過觀察分析，判斷其色溫對手術燈光源質量的影響情況。結果：過低的手術燈光源色溫會直接影響人眼對顏色的判斷，而過高的色溫則會造成人體組織烘干，嚴重影響手術的質量，甚至影響患者的術后恢復。結論：手術燈光源的質量檢測對于外科手術的順利進行至關重要，應對其研究內容給予更廣泛的關注與重視。

手術燈光源；色溫；質量檢測

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

手術燈是手術室最重要的常規設備，其功能是為手術過程提供良好的照明環境，手術燈光源的質量直接影響手術的進行和效果。長期以來，手術燈的檢測僅依托于出廠時生產廠家自身的評判，在驗收和使用過程中缺乏必要的檢測手段。

根據對手術燈光源長期研究的結果表明，醫生在不同照明條件下長時間進行手術會產生不同的主觀感受，良好的照明會明顯減輕手術醫生的視覺及身體疲勞，延遲疲勞發生的時間，利于長時間手術的有效開展；而光線條件較差的照明環境會造成手術醫生視覺疲勞，甚至引發頭痛、眩暈及出虛汗等身體應激癥狀[1]。經過對手術燈光源的檢測顯示，主觀判斷相同明亮的手術照明環境，其同一手術醫生出現視疲勞的時間存在明顯差異，即相同照度條件下手術燈光源會因其不同的色溫而出現不同的照明效果。因此，對手術燈光源色溫的檢測極為重要。本研究通過分析色溫對手術燈光源質量的影響，提高手術燈檢測的科學性和準確性。

1 手術燈光源質量檢測裝置的功能和應用

本研究設計出一種能夠直觀、快速測量并計算出手術燈光源質量參數的檢測裝置，其主要結構包括光線感應模塊、距離測量模塊、光源照度測量模塊、光源色溫測量模塊、光源色差測量模塊、光源輻射度測量模塊、光斑測量模塊、電源模塊以及顯示輸出模塊[2](如圖1所示)。

圖1 手術燈光源檢測裝置功能模塊結構圖

該檢測裝置能夠直接測量出手術燈光源的色溫參數，完成對手術燈光源色溫條件的評測，指導手術燈檢測驗收、安裝調試及更換維修，在臨床手術室中具有重要意義。

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)。光源的色溫是通過對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的開爾文溫度則是光源的色溫[3]。在可見光頻譜內，當光源與某溫度的黑體有相同的顏色時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別。在手術燈光源中不同白色光源的色溫有很大差異，所呈現出的光譜分布也存在較大區別，直接影響到手術燈光源下人體組織顏色的分辨，因此色溫是手術燈光源質量重要的評定要素。

3 手術燈光源色溫對手術的影響

在照度相同的不同手術燈光源下，手術醫生可能對人體組織的顏色判斷產生誤差，尤其是對于光譜中相鄰的兩種顏色結合處難以分辨，醫生在這種手術燈光源下進行手術剝離組織時會增大操作難度，嚴重妨礙手術中細節問題的處理，其影響因素是光源量化標準中的色溫。物體所呈現的顏色通過該物體反射光線的顏色來定義，而手術燈光源發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在不同色溫的光源下呈現出顏色的差異[4]。

在距離手術燈光源正下方1 m處，通過手術燈光源質量檢測裝置中的色溫檢測模塊，可以實時獲得手術燈光源色溫的檢測數值，根據國家醫藥行業標準YY 0627-2008“醫用電氣設備第2部分：手術無影燈和診斷用照明燈安全專用要求”[5]手術燈光源要求色溫為3000～6700 K，挑選檢測目前市場上所售3款手術燈作為實驗對象，在相同環境中測量3款手術燈的照度分別為53212 lx、53750 lx及53423 lx，主觀感受明亮程度相同，對3款手術燈色溫進行測量，分別為2975 K、5349 K及9035 K，通過頻譜儀檢測并繪制色溫與波長的曲線，如圖2所示。

圖2 手術燈光源色溫曲線圖

(1)色溫為2975 K的光源曲線在410～430 nm、440～480 nm及510～530 nm左右的波長上會出現間斷，即黃、綠、藍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。將色盲測試圖譜置于該手術燈光源下，通過人眼裸視觀察，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上能量峰值較高，長時間照射后人體組織受照面溫度明顯升高(升高幅度＞2 ℃)，在該手術燈光源下進行手術可能會出現組織烘干的現象，輕則影響傷口愈合，重則危及手術患者的生命。

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

通過對醫院使用＞1000 h的手術燈光源進行檢測發現，50%以上的手術燈出現色溫不能達標的情況，甚至有近20%的手術燈光源照度水平也不符合要求(40000～160000 Lx)，需要及時更換手術燈泡，在未量化檢測前僅通過主觀感受，根本無法對不合格的手術燈光源進行排除[8]。

4 LED手術燈光源色溫的研究

發光二極管(light emitting diode，LED)光源是近年來迅速崛起并普及的照明光源，并以高亮度、低輻射的節能優勢倍受青睞。然而，在低幅射、節能的同時LED光源是以剔除光譜中非關注光色波長為代價，即光譜缺失[9]。

目前，市場所售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，與國家標準中規定的色溫標準有較大偏差[8，10]。隨機挑選一款目前市場上的LED手術燈進行檢測，其結果見表1。

表1 手術燈光源檢測參數

檢測的LED手術燈照度為75460 Lx，符合國家標準，人眼主管感覺亮度適中；在距離手術燈光源正下方1 m處色溫為2987 K，LED色溫光譜曲線圖顯示，在該LED手術燈光野中，辨識藍、綠物體時出現困難，顏色差異不明顯[11-12](如圖3所示)。

圖3 LED光源色溫與色坐標圖示

通過實際觀察，在該光源下辨識色盲卡其藍、綠斑塊交界不明顯，證實以上推論。這種情況的出現必然會增加手術中人體組織、血管辨識不清的風險，因此LED光源并不能成為傳統手術燈光源的完美替代品[13]。然而，通過選取不同色溫的LED光源進行合理的混合搭配，并控制混合光源的照度及色溫，在理論上能夠實現手術燈光源的建立，此課題有待進一步研究[14]。

5 結論

通過對手術燈光源色溫研究表明，良好的手術照明環境不僅僅是對照度的單一要求，還包括色溫等至關重要的因素，更不能僅憑短時間的主觀感受來判斷，必須通過科學的方法進行試驗檢測、數據計算以及統計分析等量化考核標準判定光源是否適合手術[15]。只有規范手術燈光源的量化標準，才能更好的控制手術中因手術燈光源而導致的各種風險，從而為手術質量保駕護航。

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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

軍事醫學計量科研專項課題(2012-JL1-005)“便攜式手術燈質量檢測儀研制”

①解放軍第323醫院醫學工程科 陜西 西安 710054

②解放軍第323醫院體檢中心 陜西 西安 710054

③中國科學院西安光學精密機械研究所 陜西 西安 710054

*通訊作者: daweibayu-x@163.com

曹鐵軍，男，(1980- )，本科學歷，主管技師。解放軍第323醫院醫學工程科，研究方向：生物醫學工程專業、醫學計量和質量控制。