手術無影燈現場檢測裝置設計

張秀俊 徐漢成 錢德軍 雷蒙杰

【摘要】手術無影燈是手術室最基礎、最重要的設備之一，手術質量與其質量和性能的好壞有直接影響。在手術無影燈的日常維修保障過程中，時常會遇到手術醫生反映手術燈光線太暗、太強、手術區的組織色彩不真實等諸多問題，而又無法提供客觀直接的檢測數據報告。本文旨在研制一種符合國際規范、易操作、便攜式的用于手術無影燈檢測和質量控制的質量檢測裝置，擬解決手術無影燈的多參數檢測和現場檢測問題。

【關鍵詞】手術無影燈;檢測裝置;測量模塊;現場檢測;設計

【DOI 編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.015

Design of on-site Detection Device for Surgical Shadowless Lamp

ZHANG Xiu-jun1，XU Han-cheng1，QIAN De-jun2，LEI Meng-jie3

（1.Yancheng Bureau of Quality and Technical Supervision，Yancheng 224000，China;2.Yancheng Jianhu people's Hospital，Yancheng 224000，China;3.Nanjing Mingrui Testing Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210049，China）

Abstract：Operating shadowless lamp is one of the most basic and important equiμment in operating room. Its quality and performance have a direct impact on the quality of operation. In the daily maintenance and guarantee process of the operating shadowless lamp，the surgeon often encounters many problems，such as the light of the operating lamp is too dark and too strong，the tissue color of the operating area is not true，and can not provide an objective and direct test data report. The purpose of this paper is to develop a portable quality detection device for the detection and quality control of surgical shadowless lamp，which conforms to international standards，is easy to operate，and is intended to solve the problems of multi parameter detection and field detection of surgical shadowless lamp.

Key words：shadowless operating lamp;detection device;measurement module;on site inspection;design

手術無影燈是醫院手術室最重要的設備之一，是一種具有特殊功能的燈。手術無影燈用來照明手術部位，以便醫生觀察處于切口和體腔中不同深度的、小的、對比度低的物體。手術無影燈一般由單個或多個燈頭組成，系定在懸臂上能做垂直或循環移動，懸臂通常連接在固定的結合器上，并能圍著它旋轉。無影燈采用可消毒的手柄或箍（曲軌）做靈活定位，并具有自動剎車和停止功能以操縱其定位，在手術部位的上面和周圍保持相宜的空間。無影燈的固定裝置可安裝在天花板或墻壁的固定點上，也可安裝在天花板的軌道上。

由于無影燈的安裝特點，造成對在用無影燈檢測時只能在無影燈的使用現場進行。因此，本文根據手術無影燈的檢測設計一款手術無影燈現場檢測裝置。

1檢測裝置的設計

按照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》的規定，在對無影燈進行質量檢測時需要對其中心照度、光斑分布、光柱深度、光源色溫、無影率、表面溫升這些參數進行測量，為此所述檢測裝置有照度檢測模塊、距離測量模塊、色溫測量模塊、輻射測量模塊。

1.1測量平臺的結構設計

測量平臺是檢測裝置的主要部分，其主要作用是承載各個測量模塊、數據參數顯示以及對光源燈相關測量裝置固定。測量平臺的整體外形可以設計成圓柱形箱體或矩形箱體，設計成圓柱形箱體可以減少測量平臺的體積，設計成矩形箱體則能方便固定測量光源燈的夾持架。整個箱體的材質可以選用吸光材料，避免箱體內壁的反射對測量結果造成影響。

測量平臺由底板、側板、前后板、夾持架組成，前后板、側板、底板組成測量平臺的箱體，底板為矩形，其厚度2 cm左右，側板、前后板厚度2 cm，都采用塑料材質。底板的作用是承載各個測量模塊。

1.2無影燈及測量裝置夾持系統

無影燈夾持系統需要匹配目前市場上多數無影燈裝置，夾持可靠并可以伸縮一定長度范圍，確保測量條件;測量裝置即模擬手術人員頭遮擋的遮擋板，用于測量光源無影率。燈具夾持架用于夾持被檢測光源，夾持架豎直桿可伸縮，其伸縮范圍為0～1.5m，安裝在箱體后板的中心位置處，水平桿固定長度為40 cm。

遮擋板夾持架是在測量無影率時夾持遮擋板用，要求靈活、可旋轉、固定性好，其安裝在上述豎直桿上，中心可旋轉，共有三個固定位置，中心處和兩端處，其中心正對光照中心，兩端距中心的距離為130 mm，燈具夾持架和遮擋板夾持架都采用鋁合金材質。

1.3測量模塊固定底座

為了能進行測量，需要在光源中心下方安裝測量模塊對其光源的相關參數進行測量，為了適應不同測量參數需要做到測量模塊探頭可拆卸。

底板中心處安裝有固定底座，用于安裝照度測量模塊探頭、距離測量模塊探頭、輻照度測量模塊探頭、色溫測量模塊探頭、深腔管、立柱，且照度探頭、深腔管、立柱可拆卸。

立柱用于測量光柱深度，立柱內有移動滑槽，滑槽用于安裝照度探頭。深腔的內徑為50 mm，高度為80 mm，遮擋板為直徑210 mm的無光黑圓盤。

1.4測量模塊控制系統

測量模塊的電路設計和探頭結構設計。測量模塊分為照度測量模塊、距離測量模塊、色溫測量模塊、輻射測量模塊。其中距離測量模塊的探頭為紅外接收和發送探頭，其余模塊的探頭均為光接收探頭。

1.5數據處理和上位機顯示

經過傳感器測量出來的數據按照標準給出的方法進行計算處理后得出質量分析報告，其報告方式類似于人體檢測報告，列出正常范圍和實際值，最后通過顯示屏顯示，同時顯示屏還實現人機交互功能。顯示屏嵌入測量平臺前板，用于數據顯示和人機交互。

2測量模塊的設計

測量模塊是得出測量參數值的核心，主要有照度測量模塊、距離測量模塊、色溫測量模塊、輻射測量模塊。照度測量模塊用于測量無影燈中心照度大小，距離測量模塊用于測量不同照度大小的地方距中心照度的距離，色溫測量模塊主要是色溫傳感器，對光的色溫大小進行測量，輻射測量模塊主要測量紫外光輻射照度的大小。

2.1照度測量模塊

光通過接收探頭照射在光照傳感器上，光電傳感器的光電探測元件發生光電效應，將光信號轉換成電流信號，電流信號經過信號處理、放大后被ADC采集，經過換算后得出相應照度值。光電傳感器中，硅光電池的光照度與電流信號呈現良好的線性關系，即每增加1 lx的光照，光電流增加0.13 uA，我們所需測量的光照范圍為10～200 klx，換算成電流為1.3～ 26 mA，可以看出其電流信號已經很大，只需要將其進行濾波等處理，為此我們需要將電流信號經過處理后變成可以被單片機接收的電壓信號，其電路原理見圖2。

2.2輻射測量模塊

無影燈在進行照射工作時應當避免不需要的或過量的輻射，為此需要檢測其紫外輻射的強度。在無影燈的光源發出的光中，處于紫外波段的光是非常微量的，但是不能忽略，因為它是影響表面溫升的主要原因。輻射測量模塊采用紫外光電倍增管作為光接收元件，經過信號處理電路和A/D轉換電路將信號輸入單片機采集。

2.3色溫測量模塊

色溫是無影燈的重要參數之一，反映了物體顏色的真實程度。色溫檢測的傳感器一般采用CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器，由于這類傳感器的主要應用對象是靜態或動態圖像，所以像素分辨率很高，但圖像傳感器較高的像素分辨率導致傳感器尺寸較大，需要光學系統輔助，外圍電路復雜，價格昂貴。色溫檢測傳感器的重點是對被測物體色彩的識別，并不需要很高的像素分辨率，而顏色傳感器注重的是色彩的分析，無像素分辨率要求，因此體積小，外圍電路簡單，非常適合作為色溫檢測的傳感器件。選用TCS3200顏色傳感器（見圖3），芯片上繼承了RGB三種濾光器，能夠實現每個彩色信道10位以上的轉換精度，因而不再需要A/D轉換電路，直接與單片機相連。

由三原色感應原理可知，如果知道構成各種顏色的三原色的值，就可以知道被測物體的顏色，將色光的強度按色度學方法進行處理，轉換成色溫。

2.4距離測量模塊

本測量模塊采用GP2D12紅外傳感器，其探測距離識別較短，測量范圍10～80 cm，正適合我們測量光斑分布、光柱深度參數。GP2D12總共有三根線，分別為5V電源線、地線、IO口（見圖4），其中IO口用于接到單片機內部的ADC通道，沒有其余的外部電路。

光斑分布要求達到中心照度50%區域的直徑不小于照度達到中心照度10%的區域的50%。光柱深度為沿著光軸，光軸上照度達到中心照度20%的兩點之間的距離，故需要對其位置的距離進行測量，測量距離模塊采用紅外測距傳感器，其基本原理為發光探頭發出紅外光，接收探頭接收物體反射的光，根據反射光的強弱判斷物體的距離。

3結語

本文研制的手術無影燈現場檢測裝置，集多參數檢測于一體，且體積小、方便攜帶，能夠滿足目前市場上不同型號規格的手術無影燈檢測需求。測量結果經過分析處理，能夠直接得到質量分析報告，同時通過顯示屏顯示可以實現人機交互功能。

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