劉力，閔蘇

重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 麻醉科，重慶 400016

手術(shù)無影燈是手術(shù)室內(nèi)重要的設備，傳統(tǒng)的鹵素燈泡無影燈沿用了數(shù)百年，雖然經(jīng)歷了無數(shù)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(xiàn)代物理照明技術(shù)的發(fā)展，運用LED（發(fā)光二極管）技術(shù)開發(fā)的大功率LED手術(shù)無影燈，具有安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、色溫和光強無級可調(diào)等優(yōu)點，實現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)色溫滿足手術(shù)狀態(tài)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(shù)照明系統(tǒng)體積龐大且能耗高的問題，有利于提高手術(shù)室的空氣凈化質(zhì)量，更適合層流手術(shù)室凈化氣流的要求，降低手術(shù)室凈化維護成本，最大限度地滿足臨床手術(shù)照明的客觀要求，是現(xiàn)代手術(shù)室的一大革新。

1 智能手術(shù)無影燈的基本原理和技術(shù)

LED技術(shù)產(chǎn)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(chǎn)生可見光。通過近50年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)廣泛地運用到日常生活照明和特殊作業(yè)的照明，其具有節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠性高、實用性強、響應時間短等優(yōu)點。但由于發(fā)光強度的限制，一直沒有突破手術(shù)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(shù)運用到手術(shù)照明領(lǐng)域成為可能。運用高亮度LED “封裝光通”原理技術(shù)[2]，具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)大功率LED芯片智能手術(shù)無影燈在中國重慶研制成功。

2 智能手術(shù)無影燈的綜合優(yōu)勢

傳統(tǒng)鹵素光源無影燈存在諸多的問題：① 照明質(zhì)量較差，容易造成醫(yī)生視覺疲勞；② 超高紅外熱輻射，給手術(shù)醫(yī)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(shù)質(zhì)量； ④ 功耗大，平均功率1000W；⑤ 龐大的燈具結(jié)構(gòu)，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(shù)無影燈解決了傳統(tǒng)鹵素光源無影燈存在的問題，其主要的技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在以下三個方面。

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

⑴ 多晶體矩陣排列光源 大功率LED芯片智能手術(shù)無影燈由3～5區(qū)段組成，每個區(qū)由單獨的匯聚透鏡組成。在這個排列中，每個晶體產(chǎn)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(qū)域5倍光重疊，最大限度地減少了陰影，并能實現(xiàn)深度照射，光強可達160, 000LUX，滿足深部手術(shù)的照明需要。

⑵ 色溫可調(diào) 色溫是表示光源光譜質(zhì)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(diào)；色溫高，白里帶藍，稱冷色調(diào)。色溫是人眼對發(fā)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(shù)需要調(diào)節(jié)光源的色溫來達到最佳的視覺效果。然而傳統(tǒng)的鹵素光源無影燈不能調(diào)節(jié)色溫，并不能適應不同手術(shù)的需要。LED芯片手術(shù)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(qū)動控制器分別控制各色LED，根據(jù)不同照度要求,通過PWM控制白光LED的亮度，根據(jù)紅、綠、藍三色LED光混合與對應色溫變化規(guī)律，用PWM控制各色LED所發(fā)出的光使之達到所需的色溫。色溫可調(diào)范圍在3200～5000K。醫(yī)生可以根據(jù)不同的喜好和不同部位的手術(shù)需要進行調(diào)節(jié)，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(shù)和長時間手術(shù)的質(zhì)量。

表1 LED燈和傳統(tǒng)手術(shù)燈性能比較

⑶ 智能控制 大功率LED芯片智能手術(shù)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(shù)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(shù)區(qū)處于潔凈氣流形成的主流區(qū)內(nèi)，確保空氣潔凈度達標。層流手術(shù)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(shù)區(qū)流向潔凈度相對較低的區(qū)域，并帶走和排出氣流中的塵粒和病原微生物。然而，傳統(tǒng)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(shù)區(qū)域，增加手術(shù)病人術(shù)后感染的幾率。大功率LED芯片手術(shù)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(shù)光照要求，而且更適合層流手術(shù)室的空氣凈化要求。

2.2 生態(tài)優(yōu)勢

⑴ 環(huán)保、節(jié)能 大功率LED芯片手術(shù)無影燈的設計屬于綠色技術(shù)。其發(fā)光原理是基于電子躍遷發(fā)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(huán)境污染，符合國家環(huán)保質(zhì)量要求。LED光源使用低電壓，適合手術(shù)室的安全用電范圍，而且堅固耐震，耐沖擊，使得光源穩(wěn)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(jié)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(jié)能環(huán)保光源的首選。LED燈的平均壽命為連續(xù)100000h，是普通照明燈的30倍(見表1)。大功率LED芯片手術(shù)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(shù)室中運用。另外，LED光源發(fā)出的冷光源，對長時間站在手術(shù)燈下手術(shù)的醫(yī)生來說具有更佳的舒適性。

2.3 經(jīng)濟優(yōu)勢

我國現(xiàn)在手術(shù)室無影燈主要是傳統(tǒng)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(shù)無影燈為基數(shù)，若全部使用LED芯片手術(shù)無影燈，每年可節(jié)約24000萬度電，節(jié)能減排的社會效益將十分顯著。由此每年可節(jié)約火電燃煤10萬噸，減少火電產(chǎn)生的二氧化碳排放26200萬升，減少火電產(chǎn)生的二氧化硫排放85萬升，其環(huán)保節(jié)能的社會意義重大。另外，由于傳統(tǒng)鹵素或熒光光源無影燈的壽命較短，增加了手術(shù)室的折舊費用，使手術(shù)室運行成本增加。因此，大功率LED芯片手術(shù)無影燈更具經(jīng)濟價值。

3 結(jié)論

綜上所述： 色溫連續(xù)可調(diào)大功率LED芯片手術(shù)無影燈集LED二次光學設計、散熱技術(shù)、驅(qū)動電源、穩(wěn)壓器及控制技術(shù)、萬向節(jié)懸臂等創(chuàng)新技術(shù)為一體，實現(xiàn)通過調(diào)節(jié)色溫滿足手術(shù)狀態(tài)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(tǒng)醫(yī)療照明技術(shù)存在的色溫不可調(diào)、溫升較高等局限，解決了手術(shù)醫(yī)生長時間工作的視覺疲勞問題，從而有效提高手術(shù)質(zhì)量。

大功率LED芯片手術(shù)無影燈具有冷光源、節(jié)能環(huán)保、色溫和光強無級可調(diào)的優(yōu)點。同時，采用LED芯片制備的手術(shù)無影燈可以有效解決目前手術(shù)照明系統(tǒng)體積龐大且能耗高的問題，有利于提高手術(shù)室的空氣凈化質(zhì)量，降低手術(shù)室凈化維護成本，能夠最大限度地滿足臨床手術(shù)照明的客觀要求。大功率LED芯片手術(shù)無影燈具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠的優(yōu)點，并能提供更加優(yōu)越的手術(shù)照明效果，必將為現(xiàn)代層流手術(shù)室?guī)砀锩缘娘L暴[7]。

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