基于健康光環境的LED媒體界面在醫療空間的創新應用——以上海市第十人民醫院心內科導管手術室為例

徐俊麗，郝洛西，崔哲

(1.同濟大學建筑與城市規劃學院，上海 200092;2.蘇州大學建筑學院，江蘇蘇州 215123)

引言

醫療空間環境直接影響病患的情緒及康復速率。其中，光環境是一個重要影響因素［1］。目前，我國醫院的光環境設計以功能照明為主，偏向照度、色溫、眩光等技術指標;對于使用者心理和生理方面的研究還有待深入。本研究基于調研發現，照明方式不當、色溫偏高等光照問題，引發病患負面情緒。為此課題組設計并應用了LED媒體界面，探討光照對病患負面情緒的緩解作用。

1 光環境與負面情緒

1.1 負面情緒對病患的影響

負面情緒導致人體交感神經亢奮，引起血壓上升、心率增加，客觀上增加了心臟負擔［2］。Barbara等人 (1998)［3］研究表明，負面情緒與心血管病發病率具有相關性。Hoen等人 (2010)［4］調查研究表明，抑郁癥作為典型的負面情緒，與心血管發病率有極強的相關性。A Rosengren等人 (2004)［5］對52個國家、24767位被試進行了國際跟蹤調查，結果顯示，負面情緒人口的心肌梗死發病率為普通人的1.55倍，即負面情緒與心血管疾病有很強的正相關性。張艷等人 (2010)［6］采用綜合醫院焦慮抑郁量表 (HAD)對80例住院心血管疾病患者進行調查，結果表明:心血管疾病與情緒障礙常常共存，使心血管病患保持良好的心理狀態在臨床上顯得尤為重要，對穩定病情、促進康復具有重要的意義。

1.2 光照刺激對情緒的影響作用

光照刺激通過視覺通路 (visual forming system)與非視覺通路 (non-visual forming system)作用于視網膜［7］，對人體影響表現出多樣性與復雜性，不僅產生視覺現象，還對情緒和行為產生影響［8－9］。Prabu Wardono等人 (2012)［10］使用數字情景模擬、主觀問卷評價的方法，以光、色彩和裝飾為變量，針對被試的感知、情緒以及社交行為進行實驗研究。結果表明，光環境對使用者情緒的影響最為顯著。Boyce等人 (2003)［11］研究顯示，不同類型的光環境可以影響被試情緒，而情緒的變化進而影響被試的行為與表現。McCloughan等人 (1999)［12］指出，日常室內照明對使用者的情緒產生了系統性的影響。Hilary等人 (2006)［13］歸納了醫院不同空間屬性對光環境的需求，并指出光環境可以改善醫院空間體驗，不僅影響患者康復速率，同時與醫護人員工作效率呈現出相關性。針對光環境與負面情緒關系的研究，飛利浦研究中心［14］通過對病房光環境的改造，以照明方式、照度、色溫、光色為變量，對病房光環境與住院病患情緒的關系進行了一系列研究，結果顯示，良好的光環境有利于提高住院患者的正面情緒。我國針對醫院光環境與病患情緒的研究工作相對較少。戴德慈 (2014)［15］提出，醫療建筑水平的提升離不開光環境的構建，并強調醫院光環境應以病人為中心，除滿足病人的生理需求，還應關注心理需求。曹峰 (2012)［16］針對醫院建筑照明設計的特殊性，就門診、候診區域、病房區域、檢查室區域、手術室區域以及其他區域的照明設計及要求進行了分析，并提出照明設計措施。徐莽(2007)［17］特別針對病房進行了深入研究，并從仿生、色彩、人機界面的角度提出床頭燈單元的設計方案。此外，郝洛西 (2012)［18］參加了中國第29次南極科學考察，在長城站與中山站對科考隊員情緒進行了干預實驗研究，結果表明，彩色光對極地科考隊員的情緒具有積極作用。

綜上所述，光環境與負面情緒關系密切。我們倡導的醫院健康光環境，不僅需要滿足視覺功效，還應具有積極的情感效應。因此，如何利用LED照明技術，將健康照明應用于醫院，舒緩病患的緊張情緒及壓力，具有重要的現實意義。同濟大學郝洛西教授課題組自2012年9月以來，與上海市第十人民醫院共同開展了醫院健康光環境的研究，特別針對心內科進行了跟蹤觀測［19］。結果顯示醫院光環境現狀存在眩光 (吸頂燈直接照明、夜燈出光角過高等)、照明模式單一、色溫過高 (6000K)等問題，導致病患產生一定的負面情緒。因此，創造健康的醫院光環境，使病人保持良好心理狀態及正面情緒尤為重要，對于穩定病情、促進健康有重要意義。

2 醫用LED媒體界面在上海市第十人民醫院心內科的創新應用

上海市第十人民醫院心內科有50多年的歷史，目前已發展成為一個門類齊全、醫療技術雄厚的綜合性臨床科室，可常規開展心臟介入的相關類別手術。介入屬微創手術，病患局部麻醉，意識清楚，心理壓力較大。近年來，隨著半導體照明技術的發展與應用，LED逐漸應用于醫學領域，將先進的醫學技術與優質的光照環境巧妙結合，可以改善病患的負面情緒。

因此，我們引入醫用LED媒體界面作為輔助治療手段，改造上海市第十人民醫院心內科的光環境，希望營造一種輕松舒適的氣氛，達到緩解病人緊張情緒，放松心情的目的，同時提高醫護人員的工作效率，保證手術的正常進行。

2.1 醫用LED媒體界面的原理

醫用LED媒體界面，通過特殊的構造及控制系統形成一定的光照刺激，擬緩解病患的負面情緒。

首先，醫用LED媒體界面基于半導體照明及相關技術的快速發展，使得數字媒體界面更易實現，更具優勢。其次，LED光源色彩豐富、體積小巧、易于控制，由人工光構成視覺信號，傳遞信息，從而實現表皮。此外，它通過軟件程序的數字化編排，對圖形、視屏等視覺內容進行顯示和表達，使得醫用LED媒體界面更具藝術性和技術性。

醫用LED媒體界面建立了病患與醫院手術室空間的聯系。因此它不僅要考慮具體的照明技術，還需要從病患的視覺角度出發，考慮LED媒體圖像的亮度、色彩、圖案、尺度等諸多要素，并從室內空間環境效果的角度對照明器具、建筑構件、材質及表象內容進行一體化設計。

2.2 醫用LED媒體界面的設計應用

2.2.1 應用場所

圖1為光環境改造之前的心導管手術室。圖2為光環境改造之后的心導管手術室。平面尺寸為7800mm×8400mm，南面側窗，大型數字減影血管造影儀安置在導管室的中間位置，頂棚采用傳統石膏板吊頂。手術過程中，患者采用臥式姿態，視線主要面向天花板。因此，課題組使用LED媒體界面模塊 (600mm×600mm)替換原有石膏板吊頂，吸引病患注意力，緩解負面情緒，同時也減弱大型醫療設備帶給病人的緊張感和壓迫感。

圖1 改造前的心導管手術室Fig.1 The operating room for cardiac catheterization before renovation

2.2.2 構造系統

醫用LED媒體界面，其構造系統由低像素均質的LED基層、光介質層以及圖像承載層構成，這三層共同作用，產生獨特的藝術效果。

1)LED基層是由間距為40mm×40mm的LED發光點陣構成，LED發光點陣的功率為200W/m2，刷新頻率≥1920Hz，LED的出光角 (水平視角與垂直視角)均≥120°，通過LED控制器控制LED發光點陣的亮度、色彩變化。

圖2 改造后的心導管手術室Fig．2 The operating room for cardiac catheterization after renovation

2)光介質層是重要的成像因素，需要專門進行圖像設計和實驗模擬才能保證最終的效果。光介質層上隨機開設有多組透射紋路，每組透射紋路包含多個直徑不同且同心設置的不封閉圓形紋路，每個不封閉圓形紋路由多道相互不連接的弧形透光縫構成。在設計過程中，我們綜合考慮了尺寸、密度、材料等，并反復進行實驗與對比。

首先，考慮到病患的平躺狀態，眼睛至媒體界面的視距在2～2.5m之間，實驗確定每個不封閉圓形紋路的直徑控制在一定范圍內，保證實現光的多縫干涉，產生多變的視覺效果，同時避免超尺度、過于密集的圖案給病患造成視覺壓力。其次，在光介質層的選擇方面，經過多種材料的對比后，最終決定使用剛度好、延展性強、質量輕的鋁板，力圖在保證成像質量的同時減輕重量。光透過鋁板的縫隙射出，通過漫透射和折射在圖像承載層上形成媒體界面像素的視覺形象。

3)圖像承載層應采用透光或半透光特性的面板材料。經實驗對比，最終確定為半透明乳白亞克力板，其優質的光學特性能很好的控制光線的漫透射與折射，呈現出柔化的圖像。

綜合考慮心導管手術室吊頂的高度，材料的特性，醫用LED媒體界面的厚度、重量及散熱，成像清晰程度等因素，我們經過了反復推敲并最終確定LED基層、介質層、圖像承載層三者之間的間距。

2.2.3 控制系統

醫用LED媒體界面的電源開關與手術室內總電源開關并聯，方便操作使用。控制面板設置了多欄菜單，分別調控LED媒體界面的開關、光色、亮度等參數。針對不同病患人群，還特別設置了七彩模式及動態模式。所有模式可提前預制，并存儲在面板內可拆卸的SD卡中，用于替換及更新，具有操作簡易、設置人性化、替換方便等優點。

2.3 醫用LED媒體界面的光照模式

醫用LED媒體界面，可以依照病患或醫護人員的具體需求而設置，結合智能控制系統實現光色、亮度、圖案的變化，營造出輕松舒適的空間氛圍，使病患在手術過程中既保持平靜情緒，又避免引起過度興奮。

2.3.1 光色設置

色彩不僅具有視覺認知，同時對人的思維活動、心理情緒也產生影響。每種色彩都有不同的屬性，而這些屬性可以引發人的不同情緒。

考慮到病患在手術過程中的心理壓力較大，醫用LED媒體界面提供了不同的光色設置。不同顏色的光帶來不同的心理感受，而且光的強弱和顏色可以由病患根據自身喜好來選擇。這在病患與環境之間建立了互動，使他們不再處于被動的位置，從而降低對醫院環境的恐懼程度。如圖3所示，針對不同病患人群，醫用LED媒體界面的光色設置如下:

1)老年人。隨著年齡的增長，人的視覺器官像其他一樣，衰退的比較明顯。相對于年輕人而言，瞳孔的光通量能力下降，視覺敏感度降低，對明暗度的適應時間加長。經調查表明，他們更偏愛明亮的暖色調。柔和的米色調等溫暖、淡雅的色彩，對于老人緩解心理壓力，身體心理治療及恢復有明顯的幫助。因此，針對老年人的視覺特征及心理，我們營造一種恬靜、舒適、自然的光環境。

2)中、青年人。依據英國紐卡斯大學的研究(208名被試，含37名中國人)顯示，女性偏好藍色和粉色，而男性大部分偏好藍色。藍色系有助于保持鎮定平靜的心情，粉色象征著關愛與慰藉。此外，綠色象征著生命、青春、新生，可以幫助病人消除疲勞，調節視覺功能，還可以中和視覺殘像，讓醫生保持清楚的對比度。所以醫用LED媒體界面的光色設置，結合男女性別、喜好等特點進行選取。

3)少年、兒童。由于他們的生理發育和思維都處于初級階段，對于色彩的需求最為強烈，尤其是飽和度高的色彩。此外，他們對于外界信息非常感興趣，一般來說，注意力的集中時間較短且易轉移。因此，在少年及兒童病患的手術過程中，我們設置了動態彩色光來吸引他們的注意力，幫助舒緩壓力。

圖3 不同年齡、性別病患的光色設置Fig.3 Light color for different age and gender

關于中國病患在心內科導管手術室環境中對于光色偏好的實驗研究，課題組正在進行中。

2.3.2 亮度設置

亮度是空間給人的第一印象。從心理學、視知覺角度來說，光線明亮的空間給人寬闊、安全、明朗的感受，適合人們的工作學習。光線較暗的空間給人安靜、溫馨的感受，適合人們消遣放松;而光線過暗的空間，卻讓人感到壓抑、恐懼、情緒低落。

在醫用LED媒體界面的調試過程中，我們主要根據術后病患、醫護人員的主觀評價，以及課題組的現場試驗綜合確定屏幕亮度，如表1所示(數據在一般照明開啟，無影燈關閉的情況下測得)。界面亮度還需與室內功能性照明用燈、數字減影血管造影儀顯示屏以及室外日光亮度相協調，避免出現眩光、光幕反射等問題，保證各項醫技操作的順利進行。據訪談及問卷反饋結果，LED媒體界面對手術無影響。此外，醫用LED媒體界面的亮度還考慮了不同人群的視覺特點進行調節。如老年人眼睛晶體的屈曲性降低導致近看東西困難，并且由于傳導圖像的神經細胞的老化，導致視力一定程度的下降，所以針對老年病患時，可將屏幕亮度提高一些，而針對中青年與少年兒童病患時，亮度設置為適中。

表1 亮度與眼位照度Table 1 Luminance and eye illuminance

2.3.3 圖案設置

醫用LED媒體界面，除了設置光色、亮度的變化，還可以為病患提供變化豐富的圖案。針對病患在手術過程中的緊張情緒，圖案提取大自然中具有象征意義的畫面，讓病人有美好的聯想，達到放松的效果。此次上海市第十人民醫院心內科導管室的光環境改造，經多次實驗對比，最終采用了象征美好情感的玫瑰花圖案。

此外，我們還制作了仰望天空、樹木、熱氣球等圖案，更加符合病患在手術過程中的視看角度，用于LED媒體界面中間光介質層的替換，如圖4所示。根據不同病患的心理狀態和特點，選用不同的圖案，對于分散注意力、緩解緊張非常有效。

圖4 圖案設置Fig.4 Different patterns

3 結語與展望

隨著醫療理念的不斷發展，人們對醫院不再簡單定義在治療疾病的功能層面，更加注重人性化、情感化的需求。醫用LED媒體界面在上海市第十人民醫院的創新運用是一次具有積極意義的嘗試。目前，我們針對病患進行了后期跟蹤與調查，根據自我報告證實的確可以緩解緊張情緒。下一階段工作中，課題組將定量探討醫用LED媒體界面與病患情緒的關系:1)不同波長的單色光對不同年齡、不同性別患者情緒的影響作用;2)定量分析醫用LED媒體界面各參數 (表面亮度、變化周期、刷新頻率等)對病患情緒的影響;3)人性化控制模式。從而優化前期試制的醫用LED媒體界面，并為推廣醫用LED媒體界面提供技術參數支持。

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