神經外科手術室照明系統光照強度研究*

趙東升　費 舟*

神經外科手術室照明系統光照強度研究*

趙東升①費 舟①*

目的：檢測神經外科手術室照明系統光照強度，分析各種波長下光照強度物理學性質，以滿足微創手術及深部組織手術照明的需求。方法：采用光照儀、濾光片和溫度計對無影燈、顯微鏡的光照強度進行檢測，分析不同光照強度對局部組織的升溫作用。結果：經檢測普通照明在手術床上的光照度為280～360 lx；無影燈距離手術床1 m聚焦照射，光照度為40000～55000 lx；Leica手術顯微鏡距離術區30 cm，85%檔位的光照度為150000 lx；100%檔位的光照度為172500 lx；當Leica手術顯微鏡光照度為172500 lx時，光照10 min時局部可升溫18.5 ℃；光照度為150000 lx，光照10 min時局部可升溫11.6 ℃。結論：手術室高強度的光照局部升溫作用明顯，無影燈中藍光、紫光光照強度較手術顯微鏡高，應引起神經外科手術室術者的高度重視。

無影燈；手術顯微鏡；手術室照明；神經外科

[First-author’s address] Department of Neurosurgery, Xijing Hospital Affiliated the Fourth Military Medical University, Xi’an 710032, China.

手術照明系統是醫院手術室必備設備，且根據手術需要，所需光照強度各異，如胸外科手術照度要求達60000～100000 lx，口腔科手術要求達到10000 lx[1]。近年來，隨著神經外科手術微創技術的應用，對深部組織照明要求越來越高，有時光照強度需達到200000 lx方可滿足手術操作要求。

不同波長的光可能造成的主要生物危害為：①200～400 nm的光一定強度下易導致角膜炎、結膜炎、視網膜損害、晶狀體白內障、皮膚紅斑、彈性組織變性甚至皮膚癌[4-6]；②315～400 nm的光波易導致晶狀體的白內障；③300～700 nm的光易導致視網膜炎；④380～1400 nm的光可灼傷視網膜；⑤780～3000 nm的光可致角膜灼傷和晶狀體白內障。照射強度增強后其物理性質、對腦神經、腦組織及術者有否影響是醫院神經外科手術室醫務人員的重要課題。基于此，本研究對醫院神經外科手術室的光源進行光照強度檢測，以滿足微創手術及深部組織手術照明的需求。

1　材料與方法

1.1儀器設備

特安斯TA8123光照儀(TES蘇州泰世電子有限公司)；Testo 926電子溫度計(青島東方嘉儀電子科技有限公司)；濾光片(長春富琛光電公司)，其中包括綠光510 nm、紅光625～665 nm、藍光450 nm和紫光410 nm。

1.2檢測方法

(1)打開7間手術室普通照明所有燈光，控制室溫恒定，在手術室中心用光照儀進行檢測，讀取光照強度數值。

(2)距離手術床1 m左右聚焦無影燈，使用光照儀檢測其光照強度；使用410 nm、450 nm、510 nm和625～665 nm的不同光波濾光片放在光照儀上，檢測無影燈透過濾光片后的光照強度。

(3)距離手術床30 cm左右聚焦手術Leica手術顯微鏡光源，在85%和100%檔位時用光照儀檢測其光照強度，使用電子溫度計檢測不同檔位照射手術床局部10 min后的溫度變化；將波長410 nm、450 nm、510 nm和625～665 nm的濾光片放在光照儀上，檢測手術顯微鏡透過濾光片后的光照強度。

1.3評價標準

(1)依據國際電工委員會(IEC)62471標準，將光生物安全危害分為4個級別[7]：①0類危險-無危險，輻射能量在安全范圍內，只有長時間的直視才能造成危害；②1類危險-無危險，在曝光正常條件下，光源無光生物危害，標注光源合理使用時間供使用者參考，即可避免造成危害，屬于目前國家允許使用的危害級別；③2類危險-重度危險，不產生強光和溫度不適的敏感光生物危害；④3類危險-高危險，瞬間輻射就能造成光生物危害。

(2)根據國際照明委員會推薦采用國際通用眩光指數(CGI)法來評價眩光污染，即為公式1：

式中CGI為眩光指數；Ed為全部照明裝置在觀察者眼睛垂體面上的直射照度(lx)；Ei為全部照明裝置在觀察者眼睛垂體面上間接照度(lx)；W為觀察者眼睛與同一個燈具構成的立體角；L為燈具在觀察者眼睛方向的亮度(cd/m2)；P為考慮燈具與觀察者位置有關的一個系數，不同場所對眩光指數均有一定要求，見表1和表2[2]。

表1　眩光指數及其視覺效應

表2　室內照明眩光指數限定值

1.4統計學方法

使用SPSS 14.0統計軟件對數據進行統計分析，計量資料結果以均數±標準差(x-±s)表示，采用t檢驗，計數資料采用x2檢驗分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

表3　使用不同濾光片后的光照強度

表3　使用不同濾光片后的光照強度

被檢設備光照強度(lx)濾光片(nm) 410 450510 625～665無影燈49000±26101600±5002350±12802430±7101270±140 Leica顯微鏡85%檔位150000224±13580±224770±1902750±70 100%檔位172500300±14620±455500±1203125±110

2　結果

2.1不同光源的光照強度

普通照明在手術床上的光照強度是280～360 1x；無影燈距離手術床1 m聚焦照射，光照強度為40000～55000 1x；Leica顯微鏡距離術區30 cm，當85%檔位時光照強度為150000 lx；當100%檔位時光照強度為172500 1x。

2.2不同光源不同光波的照射強度

使用濾光片后手術顯微鏡的光照中，藍光、紫光的強度明顯弱于無影燈，而紅光、綠光的強度遠高于無影燈，Leica手術顯微鏡在85%和100%檔位紅光時檢測的光照強度與無影燈比較，差異有統計學意義(t=29.7586，t=9.6426；P＜0.001)，見表3。

2.3手術室內光照對溫度的影響

Leica手術顯微鏡85%檔位光照強度150000 lx距離照射區域20 cm照射10 min后，照射局部溫度升高11.6 ℃，100%檔位光照強度172500 lx距離照射區域20 cm照射10 min后，照射局部溫度升高18.5 ℃，兩組照射約10 min后升溫作用減緩，如圖1所示。

圖1　手術顯微鏡不同光照強度對局部溫度的影響示圖

3　討論

照明光源和照明技術在過去15～20年間發生了巨大變革，節能燈和白光LED燈相繼出現，由于其節能環保、光照舒適且對人體損害較小等優點越來越得到廣泛應用[2]。然而，由于我國醫療設備更新換代較延遲，各級醫院裝備量最大的手術無影燈仍然是整體反射式金屬鹵素燈，其波長為320～2500 nm[3]。

按照IEC 62471標準相關規定，只有制造商提供了標明燈具的輻照亮度屬于0類或1類，認證機構才可以接受這樣的燈具，如果屬于2類或3類，在無警告標記的情況下則不能直接使用。但即使屬于0～1類光源，神經外科手術長時間照射(某些手術時間＞24 h)，并不能保證對術者及組織無害。

神經外科手術是最緊張的視覺作業。目前，關于精細作業照明標準各國規定不一，以視別＜0.15 mm直徑的物體光照度為例，法國為1200 lx，德國為2000 lx，英國為3000 lx，美國為5000～10000 lx，日本為700～1500 lx，我國暫定為2000 lx[8]。手術部位的不同，有些體腔深部手術要求聚光好、照度高，如神經外科手術，深部照明往往需要200000 lx的照明。對于如此高強度的照射是否對術者或患者腦組織有影響以及光源能否造成生物損害均取決于輻射能量和輻射時間。本研究檢測結果顯示，手術室無影燈正常光照情況下，其強度為(49000±2610)lx，比顯微鏡強度低(172500 lx)，但經濾光片過濾后的紫光、藍光光照強度較Leica顯微鏡高，而紫光、藍光長時間照射對術者及患者危害均較大。Leica顯微鏡的鏡片將這兩種光波強度能顯著減少，為術者提供了一個相對較安全的手術環境，是光學設備的一項進步，但無影燈在有害光濾過方面仍需進一步改進。光污染中最普遍、最常見的一種形式是眩光，眩光污染是指在空間環境里，高強度光源的直射或輻射，或者視野中物體與背景之間亮度差極大，或因其急劇變化所引起的視覺不適或視力損害的光污染現象[2]。

在實際工作中，腦深部手術照明常需要較強的光照，使用Leica顯微鏡雖然可以滿足這一要求，但其眩光感非常明顯，遠超B級以上，雖然已經意識到光污染對醫務人員的傷害，但因無替代的更安全光源，故至今仍在使用。此外，人眼晶狀體的聚焦作用，使可見光光強度增大數萬倍，集聚于感光細胞時，由于強烈的熱效應，可引起蛋白質不可逆凝固變性，造成眼睛永久失明，因此研制安全的手術光源迫在眉睫。

無論是無影燈還是Leica顯微鏡，隨著光照度的增加，均會引起照射局部溫度的升高。本研究檢測發現，使用Leica顯微鏡模擬手術中的距離照射局部，短期內即可使照射局部溫度提升11.6～18.5 ℃，隨著光照度增強，升溫作用越明顯。雖然隨著時間推移，其升溫作用逐漸減緩，但仍可使局部維持在較高溫度，這種升溫作用是否對腦組織造成一定的損害尚無研究，但為了避免這種升溫作用對腦組織的可能影響，術中操作時可間斷向術區沖洗適溫的生理鹽水，用于緩解高溫對腦組織的損害。對于這一問題，世界各國均比較重視，不斷在研制新型手術照明燈，旨在努力降低燈的升溫[8]。

近年來，國內采用化學藥物，在反光罩上進行交替鍍復膜層的方法來散熱和聚光，再在燈泡的前面裝配上一個熱波反射鍍復膜層的裝置，使光源產生的可見光透過可濾去70%紅外線的反射鏡，剩下的紅外線大部分由玻璃罩隔離和濾除。經過上述處理的光束稱為冷光。這種冷光手術燈，不但熱度小，且照度高，是目前較為理想的手術照明設備[3]。此外，對視網膜熱損害國內外均有研究，其亮度≤50000/(α·t0.25) W·m-2·sr-1(10 μs≤t≤10 s)，而這種熱損害常由氙燈弧光直射眼睛所致，常規照明下極少發生[9]。

有研究顯示，使用波長為(535±10)nm的綠光、照射度約1 mW/cm2照射實驗大鼠3 h，并在暗室恢復不同時間后取其眼球行同一定位處視網膜組織切片的光鏡觀察、凋亡細胞TUNEL檢測、免疫組織化學染色以及視網膜總蛋白的免疫印跡分析，綠光損傷12 h后Müller膠質細胞GFAP表達量開始升高，這種升高趨勢一直維持至損傷7 d后[10]。該項研究提示，長時間綠光照射對視網膜膠質細胞有一定損害，但對腦膠質細胞的影響未見報道。

而藍光對眼睛的危害已有明確研究報道[11]。藍光殺傷人眼活細胞的能力是綠光的10倍，所以規定視網膜藍光照射能量≤105J·m-2·sr-1(t≤104s)或100W·m-2·sr-1(t＞104s)[9]。目前認為，藍光危害機制主要有兩種：①高能量藍光對色素起損害作用，導致視網膜黃斑部錐狀細胞死亡，產生黃斑變性；②過量高能藍光進入人眼產生大量自由基，加速視網膜黃斑部和上皮細胞氧化，導致視覺細胞死亡[5-6]。但臨床也有用藍光治療嬰幼兒高膽紅素血癥，取得了較好的療效，其主要的機制是由于膽紅素分子能夠吸收光波(420～480 nm)并被分解為異構體，而異構體易溶于水，進而能夠通過尿液排出體外，使患兒體內的膽紅素含量降低[12]。在神經外科手術中，術野的滲血是否會吸收無影燈下的藍光而分解，加速其吸收排泄，函待進一步研究。另有研究表明，實驗小鼠暴露在藍光照射的環境可以增加警覺性和對刺激的認知功能[13-16]。然而，入睡前暴露在發光電子閱讀器可能負面影響睡眠節律。此外，適量的藍光可以治療季節性情感障礙，這也是藍光對人體有益的一面[17-19]。

4　結語

本研究局限于未對手術室光源進行光譜分析及對各光譜的輻射強度進行分類檢測，這些均需要更加復雜的儀器進行測量，本研究僅對可見光中的一部分進行檢測，旨在以滿足微創手術及深部組織手術照明的需求。隨著科學技術的發展，期待能設計出更加安全的手術光源，為術者和患者提供一個良好而安全的手術治療環境。

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The research of light intensity in neurosurgery operating room

ZHAO Dong-sheng, FEI Zhou// China Medical Equipment,2016,13(11):20-23.

Objective: To investigate the light intensity and physics properties of the operating room lighting systems. Methods: Using a light meter, filter and thermometer to test the light intensity of shadowlessl lamp and operating microscope and the effect of local tissue temperature on the different light intensity. Results: The light intensity of operating room lighting in surgical bed is 280～360 lx. The shadowless lamp is 40000～55000 lx, 1m distance from surgery bed. The Leica operating microscope lamp of 85% gear is 150000 lx, 30 cm from the operation. And the 100% gear is 172500 lx. When the light intensity of Leica operating microscope light is 172500 lx, the temperature of the local tissue raise 18.5 ℃ after 10 min’s illumination. When the light intensity is 150000 lx, the temperature raise 11.6 ℃. Conclusion: High strength light local thermal effect is obvious, the blue and violet light intensity of shadowless lamp is higher than that of the operating microscope and it should be paid great attention by the neurological surgeon.

Shadowless lamp; Opearting microscope; Operating room lighting; Neurological surgery

趙東升,男,(1981- ),碩士，副主任醫師。第四軍醫大學西京醫院神經外科，從事神經外科基礎與臨床科研工作。

1672-8270(2016)11-0020-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.007

國家自然科學基金重點項目(81430043)“線粒體自噬對高原低氧環境下神經元轉歸影響的分子病理機制研究”

①第四軍醫大學西京醫院神經外科 陜西 西安 710032

feizhou@fmmu.edu.cn

2016-08-23