智能無障礙LED手術無影燈

劉力，閔蘇

重慶醫科大學附屬第一醫院 麻醉科，重慶 400016

手術無影燈是手術室內重要的設備，傳統的鹵素燈泡無影燈沿用了數百年，雖然經歷了無數次改進，但由于鹵素燈泡本身的缺點，使暴露出的問題一直沒有從根本上得到很好的解決。隨著現代物理照明技術的發展，運用LED（發光二極管）技術開發的大功率LED手術無影燈，具有安全穩定、節能環保、色溫和光強無級可調等優點，實現了通過調節色溫滿足手術狀態下人體不同組織在不同色溫條件下的顯色特性要求，有效地解決了手術照明系統體積龐大且能耗高的問題，有利于提高手術室的空氣凈化質量，更適合層流手術室凈化氣流的要求，降低手術室凈化維護成本，最大限度地滿足臨床手術照明的客觀要求，是現代手術室的一大革新。

1 智能手術無影燈的基本原理和技術

LED技術產生于上世紀70年代，利用半導體材料的電子遷移釋放特定波長的能量產生可見光。通過近50年的發展，該技術已經廣泛地運用到日常生活照明和特殊作業的照明，其具有節能、環保、安全、可靠性高、實用性強、響應時間短等優點。但由于發光強度的限制，一直沒有突破手術照明的要求范圍[1]。2004年超高亮度的LED光引擎及光機的誕生使得這項技術運用到手術照明領域成為可能。運用高亮度LED “封裝光通”原理技術[2]，具有中國自主知識產權大功率LED芯片智能手術無影燈在中國重慶研制成功。

2 智能手術無影燈的綜合優勢

傳統鹵素光源無影燈存在諸多的問題：① 照明質量較差，容易造成醫生視覺疲勞；② 超高紅外熱輻射，給手術醫生帶來不適感；③ 固定色溫，不易清晰地分辨各種組織、器官，不利于進一步提高手術質量； ④ 功耗大，平均功率1000W；⑤ 龐大的燈具結構，阻擾凈化空氣正常流通、降低消毒凈化效果；⑥ 維護成本高，每月檢查、燈泡壽命平均1000h。

大功率LED芯片手術無影燈解決了傳統鹵素光源無影燈存在的問題，其主要的技術優勢表現在以下三個方面。

2.1 技術優勢

⑴ 多晶體矩陣排列光源 大功率LED芯片智能手術無影燈由3～5區段組成，每個區由單獨的匯聚透鏡組成。在這個排列中，每個晶體產生一個單色光，共有4種單色光。4色光源配比能夠提供最佳的對比度和分辨力。照射區域5倍光重疊，最大限度地減少了陰影，并能實現深度照射，光強可達160, 000LUX，滿足深部手術的照明需要。

⑵ 色溫可調 色溫是表示光源光譜質量的通用指標，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；色溫高，白里帶藍，稱冷色調。色溫是人眼對發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；而肺臟、脂肪組織色溫相對比較低，此時仍用高色溫的光源照射，看起來就會偏紅。因此，進行不同部位的手術需要調節光源的色溫來達到最佳的視覺效果。然而傳統的鹵素光源無影燈不能調節色溫，并不能適應不同手術的需要。LED芯片手術無影燈采用多個白、紅、綠、藍色LED按矩陣陣列緊密排列在較小面積的基板上,采用多路驅動控制器分別控制各色LED，根據不同照度要求,通過PWM控制白光LED的亮度，根據紅、綠、藍三色LED光混合與對應色溫變化規律，用PWM控制各色LED所發出的光使之達到所需的色溫。色溫可調范圍在3200～5000K。醫生可以根據不同的喜好和不同部位的手術需要進行調節，較高的色溫可以解除長時間強光刺激造成的視覺疲勞，提高夜間手術和長時間手術的質量。

表1 LED燈和傳統手術燈性能比較

⑶ 智能控制 大功率LED芯片智能手術無影燈符合人體功效學新標準，集成智能變光模式，同步化多光電傳感頭。

⑷ 科學的整體設計 層流手術室凈化氣流是目前最先進有效的方式，凈化氣流的方向一般多采用垂直層流式[3,4]，使手術區處于潔凈氣流形成的主流區內，確保空氣潔凈度達標。層流手術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區流向潔凈度相對較低的區域，并帶走和排出氣流中的塵粒和病原微生物。然而，傳統的天棚嵌入式多孔型無影燈或大背殼式無影燈會阻礙垂直層流風口的氣流，使無影燈背殼上方的積塵和病原微生物帶入到手術區域，增加手術病人術后感染的幾率。大功率LED芯片手術無影燈的設計采用中空式流線設計，不影響垂直層流流線，更科學合理，不僅能滿足手術光照要求，而且更適合層流手術室的空氣凈化要求。

2.2 生態優勢

⑴ 環保、節能 大功率LED芯片手術無影燈的設計屬于綠色技術。其發光原理是基于電子躍遷發射出可見光波長，因而在設計上不含汞、鉛等有害重金屬，而且廢棄的LED芯片還可以回收利用，大大減少了環境污染，符合國家環保質量要求。LED光源使用低電壓，適合手術室的安全用電范圍，而且堅固耐震，耐沖擊，使得光源穩定性高。另外，LED光源響應時間在納秒級，非常適合高頻操作[6]，LED芯片的工作電壓很低，大大節約了能源。

⑵ 長壽命、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(見表1)，這也使其成為節能環保光源的首選。LED燈的平均壽命為連續100000h，是普通照明燈的30倍(見表1)。大功率LED芯片手術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室中運用。另外，LED光源發出的冷光源，對長時間站在手術燈下手術的醫生來說具有更佳的舒適性。

2.3 經濟優勢

我國現在手術室無影燈主要是傳統的鹵素光源無影燈或熒光源無影燈，以全國在用的約53000臺手術無影燈為基數，若全部使用LED芯片手術無影燈，每年可節約24000萬度電，節能減排的社會效益將十分顯著。由此每年可節約火電燃煤10萬噸，減少火電產生的二氧化碳排放26200萬升，減少火電產生的二氧化硫排放85萬升，其環保節能的社會意義重大。另外，由于傳統鹵素或熒光光源無影燈的壽命較短，增加了手術室的折舊費用，使手術室運行成本增加。因此，大功率LED芯片手術無影燈更具經濟價值。

3 結論

綜上所述： 色溫連續可調大功率LED芯片手術無影燈集LED二次光學設計、散熱技術、驅動電源、穩壓器及控制技術、萬向節懸臂等創新技術為一體，實現通過調節色溫滿足手術狀態下人體不同組織在不同色溫條件下的顯色特性要求，從根本上突破傳統醫療照明技術存在的色溫不可調、溫升較高等局限，解決了手術醫生長時間工作的視覺疲勞問題，從而有效提高手術質量。

大功率LED芯片手術無影燈具有冷光源、節能環保、色溫和光強無級可調的優點。同時，采用LED芯片制備的手術無影燈可以有效解決目前手術照明系統體積龐大且能耗高的問題，有利于提高手術室的空氣凈化質量，降低手術室凈化維護成本，能夠最大限度地滿足臨床手術照明的客觀要求。大功率LED芯片手術無影燈具有節能環保、安全可靠的優點，并能提供更加優越的手術照明效果，必將為現代層流手術室帶來革命性的風暴[7]。

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