神經(jīng)外科手術(shù)室照明系統(tǒng)光照強度研究*

趙東升　費 舟*

神經(jīng)外科手術(shù)室照明系統(tǒng)光照強度研究*

趙東升①費 舟①*

目的：檢測神經(jīng)外科手術(shù)室照明系統(tǒng)光照強度，分析各種波長下光照強度物理學(xué)性質(zhì)，以滿足微創(chuàng)手術(shù)及深部組織手術(shù)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(jié)果：經(jīng)檢測普通照明在手術(shù)床上的光照度為280～360 lx；無影燈距離手術(shù)床1 m聚焦照射，光照度為40000～55000 lx；Leica手術(shù)顯微鏡距離術(shù)區(qū)30 cm，85%檔位的光照度為150000 lx；100%檔位的光照度為172500 lx；當(dāng)Leica手術(shù)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(jié)論：手術(shù)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(shù)顯微鏡高，應(yīng)引起神經(jīng)外科手術(shù)室術(shù)者的高度重視。

無影燈；手術(shù)顯微鏡；手術(shù)室照明；神經(jīng)外科

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

手術(shù)照明系統(tǒng)是醫(yī)院手術(shù)室必備設(shè)備，且根據(jù)手術(shù)需要，所需光照強度各異，如胸外科手術(shù)照度要求達60000～100000 lx，口腔科手術(shù)要求達到10000 lx[1]。近年來，隨著神經(jīng)外科手術(shù)微創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)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(shù)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(dǎo)致角膜炎、結(jié)膜炎、視網(wǎng)膜損害、晶狀體白內(nèi)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(dǎo)致晶狀體的白內(nèi)障；③300～700 nm的光易導(dǎo)致視網(wǎng)膜炎；④380～1400 nm的光可灼傷視網(wǎng)膜；⑤780～3000 nm的光可致角膜灼傷和晶狀體白內(nèi)障。照射強度增強后其物理性質(zhì)、對腦神經(jīng)、腦組織及術(shù)者有否影響是醫(yī)院神經(jīng)外科手術(shù)室醫(yī)務(wù)人員的重要課題。基于此，本研究對醫(yī)院神經(jīng)外科手術(shù)室的光源進行光照強度檢測，以滿足微創(chuàng)手術(shù)及深部組織手術(shù)照明的需求。

1　材料與方法

1.1儀器設(shè)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(shù)室普通照明所有燈光，控制室溫恒定，在手術(shù)室中心用光照儀進行檢測，讀取光照強度數(shù)值。

(2)距離手術(shù)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(shù)床30 cm左右聚焦手術(shù)Leica手術(shù)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(shù)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(shù)顯微鏡透過濾光片后的光照強度。

1.3評價標(biāo)準(zhǔn)

(1)依據(jù)國際電工委員會(IEC)62471標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)，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(biāo)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(chǎn)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(jù)國際照明委員會推薦采用國際通用眩光指數(shù)(CGI)法來評價眩光污染，即為公式1：

式中CGI為眩光指數(shù)；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(gòu)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(guān)的一個系數(shù)，不同場所對眩光指數(shù)均有一定要求，見表1和表2[2]。

表1　眩光指數(shù)及其視覺效應(yīng)

表2　室內(nèi)照明眩光指數(shù)限定值

1.4統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS 14.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計量資料結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，采用t檢驗，計數(shù)資料采用x2檢驗分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)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(shè)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(jié)果

2.1不同光源的光照強度

普通照明在手術(shù)床上的光照強度是280～360 1x；無影燈距離手術(shù)床1 m聚焦照射，光照強度為40000～55000 1x；Leica顯微鏡距離術(shù)區(qū)30 cm，當(dāng)85%檔位時光照強度為150000 lx；當(dāng)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(shù)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(shù)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(tǒng)計學(xué)意義(t=29.7586，t=9.6426；P＜0.001)，見表3。

2.3手術(shù)室內(nèi)光照對溫度的影響

Leica手術(shù)顯微鏡85%檔位光照強度150000 lx距離照射區(qū)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(qū)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(shù)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(shù)在過去15～20年間發(fā)生了巨大變革，節(jié)能燈和白光LED燈相繼出現(xiàn)，由于其節(jié)能環(huán)保、光照舒適且對人體損害較小等優(yōu)點越來越得到廣泛應(yīng)用[2]。然而，由于我國醫(yī)療設(shè)備更新?lián)Q代較延遲，各級醫(yī)院裝備量最大的手術(shù)無影燈仍然是整體反射式金屬鹵素?zé)簦洳ㄩL為320～2500 nm[3]。

按照IEC 62471標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，只有制造商提供了標(biāo)明燈具的輻照亮度屬于0類或1類，認(rèn)證機構(gòu)才可以接受這樣的燈具，如果屬于2類或3類，在無警告標(biāo)記的情況下則不能直接使用。但即使屬于0～1類光源，神經(jīng)外科手術(shù)長時間照射(某些手術(shù)時間＞24 h)，并不能保證對術(shù)者及組織無害。

神經(jīng)外科手術(shù)是最緊張的視覺作業(yè)。目前，關(guān)于精細作業(yè)照明標(biāo)準(zhǔn)各國規(guī)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(shù)部位的不同，有些體腔深部手術(shù)要求聚光好、照度高，如神經(jīng)外科手術(shù)，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(shù)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(jié)果顯示，手術(shù)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(jīng)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(shù)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(shù)者提供了一個相對較安全的手術(shù)環(huán)境，是光學(xué)設(shè)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(huán)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(xiàn)象[2]。

在實際工作中，腦深部手術(shù)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(jīng)意識到光污染對醫(yī)務(wù)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(shù)萬倍，集聚于感光細胞時，由于強烈的熱效應(yīng)，可引起蛋白質(zhì)不可逆凝固變性，造成眼睛永久失明，因此研制安全的手術(shù)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(fā)現(xiàn)，使用Leica顯微鏡模擬手術(shù)中的距離照射局部，短期內(nèi)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(shù)中操作時可間斷向術(shù)區(qū)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(shù)照明燈，旨在努力降低燈的升溫[8]。

近年來，國內(nèi)采用化學(xué)藥物，在反光罩上進行交替鍍復(fù)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(fù)膜層的裝置，使光源產(chǎn)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(jīng)過上述處理的光束稱為冷光。這種冷光手術(shù)燈，不但熱度小，且照度高，是目前較為理想的手術(shù)照明設(shè)備[3]。此外，對視網(wǎng)膜熱損害國內(nèi)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(guī)照明下極少發(fā)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(fù)不同時間后取其眼球行同一定位處視網(wǎng)膜組織切片的光鏡觀察、凋亡細胞TUNEL檢測、免疫組織化學(xué)染色以及視網(wǎng)膜總蛋白的免疫印跡分析，綠光損傷12 h后Müller膠質(zhì)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(wǎng)膜膠質(zhì)細胞有一定損害，但對腦膠質(zhì)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(guī)定視網(wǎng)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(rèn)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(dǎo)致視網(wǎng)膜黃斑部錐狀細胞死亡，產(chǎn)生黃斑變性；②過量高能藍光進入人眼產(chǎn)生大量自由基，加速視網(wǎng)膜黃斑部和上皮細胞氧化，導(dǎo)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(gòu)體，而異構(gòu)體易溶于水，進而能夠通過尿液排出體外，使患兒體內(nèi)的膽紅素含量降低[12]。在神經(jīng)外科手術(shù)中，術(shù)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(huán)境可以增加警覺性和對刺激的認(rèn)知功能[13-16]。然而，入睡前暴露在發(fā)光電子閱讀器可能負面影響睡眠節(jié)律。此外，適量的藍光可以治療季節(jié)性情感障礙，這也是藍光對人體有益的一面[17-19]。

4　結(jié)語

本研究局限于未對手術(shù)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(fù)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(chuàng)手術(shù)及深部組織手術(shù)照明的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，期待能設(shè)計出更加安全的手術(shù)光源，為術(shù)者和患者提供一個良好而安全的手術(shù)治療環(huán)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(yī)師。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)外科，從事神經(jīng)外科基礎(chǔ)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(xué)基金重點項目(81430043)“線粒體自噬對高原低氧環(huán)境下神經(jīng)元轉(zhuǎn)歸影響的分子病理機制研究”

①第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)外科 陜西 西安 710032

feizhou@fmmu.edu.cn

2016-08-23