色温对手术灯光源质量影响的分析与研究*

曹铁军 孙 婷 胡永明 徐海琴*

色温对手术灯光源质量影响的分析与研究*

曹铁军①孙 婷②胡永明③徐海琴①*

目的：研究分析色温对手术灯光源质量的影响。方法：设计实验，在无光环境中利用手术灯光源质量检测装置采集不同品牌手术灯光源色温数据，并绘制光源的光谱图，通过观察分析，判断其色温对手术灯光源质量的影响情况。结果：过低的手术灯光源色温会直接影响人眼对颜色的判断，而过高的色温则会造成人体组织烘干，严重影响手术的质量，甚至影响患者的术后恢复。结论：手术灯光源的质量检测对于外科手术的顺利进行至关重要，应对其研究内容给予更广泛的关注与重视。

手术灯光源；色温；质量检测

[First-author’s address] Medical Engineering Department, the 323thHospital of The PLA, Xi’an 710054, China.

手术灯是手术室最重要的常规设备，其功能是为手术过程提供良好的照明环境，手术灯光源的质量直接影响手术的进行和效果。长期以来，手术灯的检测仅依托于出厂时生产厂家自身的评判，在验收和使用过程中缺乏必要的检测手段。

根据对手术灯光源长期研究的结果表明，医生在不同照明条件下长时间进行手术会产生不同的主观感受，良好的照明会明显减轻手术医生的视觉及身体疲劳，延迟疲劳发生的时间，利于长时间手术的有效开展；而光线条件较差的照明环境会造成手术医生视觉疲劳，甚至引发头痛、眩晕及出虚汗等身体应激症状[1]。经过对手术灯光源的检测显示，主观判断相同明亮的手术照明环境，其同一手术医生出现视疲劳的时间存在明显差异，即相同照度条件下手术灯光源会因其不同的色温而出现不同的照明效果。因此，对手术灯光源色温的检测极为重要。本研究通过分析色温对手术灯光源质量的影响，提高手术灯检测的科学性和准确性。

1 手术灯光源质量检测装置的功能和应用

本研究设计出一种能够直观、快速测量并计算出手术灯光源质量参数的检测装置，其主要结构包括光线感应模块、距离测量模块、光源照度测量模块、光源色温测量模块、光源色差测量模块、光源辐射度测量模块、光斑测量模块、电源模块以及显示输出模块[2](如图1所示)。

图1 手术灯光源检测装置功能模块结构图

该检测装置能够直接测量出手术灯光源的色温参数，完成对手术灯光源色温条件的评测，指导手术灯检测验收、安装调试及更换维修，在临床手术室中具有重要意义。

2 色温的概念及意义

色温即颜色温度，表示光源光色的尺度，其单位为K(开尔文)。光源的色温是通过对比光源的色彩和理论的热黑体辐射体而确定。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度则是光源的色温[3]。在可见光频谱内，当光源与某温度的黑体有相同的颜色时黑体的温度就称为该光源的色温，白光的色温为组成白光中各单色光色温的叠加，黑体是光源辐射理想状态的存在，自然界中并不存在，因此色温可以近似的描述为光源光谱能量的分部，不同色温白光中的单色光分布有很大区别。在手术灯光源中不同白色光源的色温有很大差异，所呈现出的光谱分布也存在较大区别，直接影响到手术灯光源下人体组织颜色的分辨，因此色温是手术灯光源质量重要的评定要素。

3 手术灯光源色温对手术的影响

在照度相同的不同手术灯光源下，手术医生可能对人体组织的颜色判断产生误差，尤其是对于光谱中相邻的两种颜色结合处难以分辨，医生在这种手术灯光源下进行手术剥离组织时会增大操作难度，严重妨碍手术中细节问题的处理，其影响因素是光源量化标准中的色温。物体所呈现的颜色通过该物体反射光线的颜色来定义，而手术灯光源发射的是多种颜色混合光，色温能够近似地反映光源中光谱的分布情况，因此相同颜色的物体会在不同色温的光源下呈现出颜色的差异[4]。

在距离手术灯光源正下方1 m处，通过手术灯光源质量检测装置中的色温检测模块，可以实时获得手术灯光源色温的检测数值，根据国家医药行业标准YY 0627-2008“医用电气设备第2部分：手术无影灯和诊断用照明灯安全专用要求”[5]手术灯光源要求色温为3000～6700 K，挑选检测目前市场上所售3款手术灯作为实验对象，在相同环境中测量3款手术灯的照度分别为53212 lx、53750 lx及53423 lx，主观感受明亮程度相同，对3款手术灯色温进行测量，分别为2975 K、5349 K及9035 K，通过频谱仪检测并绘制色温与波长的曲线，如图2所示。

图2 手术灯光源色温曲线图

(1)色温为2975 K的光源曲线在410～430 nm、440～480 nm及510～530 nm左右的波长上会出现间断，即黄、绿、蓝3色上均不能完整显示，尤其在绿色光谱(455～492 nm)段上接近完全缺失。将色盲测试图谱置于该手术灯光源下，通过人眼裸视观察，其绿色色块不能够正常分辨[6]。

(2)色温为9035 K光源曲线在部分波长上能量峰值较高，长时间照射后人体组织受照面温度明显升高(升高幅度＞2 ℃)，在该手术灯光源下进行手术可能会出现组织烘干的现象，轻则影响伤口愈合，重则危及手术患者的生命。

(3)色温为5349 K的光源能够满足人体组织显色需求，长时间照射只引起受照组织表面温度轻微浮动，是理想的手术灯光源。因此，超出色温要求范围的光源会因色彩缺失或辐照度过高而不能正常使用[7]。

通过对医院使用＞1000 h的手术灯光源进行检测发现，50%以上的手术灯出现色温不能达标的情况，甚至有近20%的手术灯光源照度水平也不符合要求(40000～160000 Lx)，需要及时更换手术灯泡，在未量化检测前仅通过主观感受，根本无法对不合格的手术灯光源进行排除[8]。

4 LED手术灯光源色温的研究

发光二极管(light emitting diode，LED)光源是近年来迅速崛起并普及的照明光源，并以高亮度、低辐射的节能优势倍受青睐。然而，在低幅射、节能的同时LED光源是以剔除光谱中非关注光色波长为代价，即光谱缺失[9]。

目前，市场所售LED光源的色温段为：暖白范围色温是3000～3200 K，正白范围色温是6000～6500 K，冷白范围色温是8000 K以上了，与国家标准中规定的色温标准有较大偏差[8，10]。随机挑选一款目前市场上的LED手术灯进行检测，其结果见表1。

表1 手术灯光源检测参数

检测的LED手术灯照度为75460 Lx，符合国家标准，人眼主管感觉亮度适中；在距离手术灯光源正下方1 m处色温为2987 K，LED色温光谱曲线图显示，在该LED手术灯光野中，辨识蓝、绿物体时出现困难，颜色差异不明显[11-12](如图3所示)。

图3 LED光源色温与色坐标图示

通过实际观察，在该光源下辨识色盲卡其蓝、绿斑块交界不明显，证实以上推论。这种情况的出现必然会增加手术中人体组织、血管辨识不清的风险，因此LED光源并不能成为传统手术灯光源的完美替代品[13]。然而，通过选取不同色温的LED光源进行合理的混合搭配，并控制混合光源的照度及色温，在理论上能够实现手术灯光源的建立，此课题有待进一步研究[14]。

5 结论

通过对手术灯光源色温研究表明，良好的手术照明环境不仅仅是对照度的单一要求，还包括色温等至关重要的因素，更不能仅凭短时间的主观感受来判断，必须通过科学的方法进行试验检测、数据计算以及统计分析等量化考核标准判定光源是否适合手术[15]。只有规范手术灯光源的量化标准，才能更好的控制手术中因手术灯光源而导致的各种风险，从而为手术质量保驾护航。

[1]刘慧，杨臣铸.光度测量技术[M].北京：中国计量出版社，2011.

[2]国家质量监督检验检疫总局.GB/T5702-2003光源显色性评价方法[S].北京：中国标准出版社，2003.

[3]金伟其，胡威捷.辐射度光度与色度及其测量[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

[4]国家质量监督检验检疫总局.GB/T7922-2008照明光源颜色的测量方法[S].北京：中国标准出版社，2008.

[5]国家食品药品监督管理局.YY0627-2008医用电气设备第2部分：手术无影灯和诊断用照明灯安全专用要求[S].国家食品药品监督管理局，2008-04-25.

[6]凌云.专业医用照明，先从标准入手[J].中国医院建筑与装备，2010(10)：11-13.

[7]国家食品药品监督管理局.医疗器械不良事件信息通报[J].中国药物警戒，2009，6(12)：767-768.

[8]胡军智，徐新民，杜生明，等.国内野战型太阳能LED无影手术灯的发展现状[J].医疗卫生装备，2010，10(31)：111-112.

[9]祝月.手术无影灯的质量要求及市场预测[J].中国医疗器械信息，1999，5(4)：44-45.

[10]滕秀金，邱迦易，曾晓栋.颜色测量技术[M].北京：中国计量出版社，2007.

[11]曹轶，赵帅峰，王银河，等.手术灯用调色温显色隔热滤光片的设计[J].中国医疗设备，2013，28(2)：18-20.

[12]陈振跃，王霞，邹晓峰，等.基于人眼视觉系统的假彩色融合图像质量的评价方法[J].光子学报，2012(4)：451-455.

[13]Ou-Yang M，Huang SW.Design considerations between color gamut and brightness for multi-primary color displays[J].J Display Technology，2007，3(1)：71-82.

[14]Wyszecki G，Stiles WS.Color science：concepts and methods，quantitative data and formulae[M].2th ed，New York：Wiley，1982.

[15]王安祥，翟学军，刘汉臣，等.光源相关色温计算方法的研究[J].西安工程科技学院学报，2006，20(4)：490-493.

Analysis and research on the effect of color temperature on surgical luminaries’ quality/

CAO Tie-jun, SUN Ting, HU Yong-ming, et al// China Medical Equipment,2014,11(8):22-24.

Objective: Analysis and research the influence of color temperature on of surgical luminaries source. Methods: Design of experiments, in a dark environment using the quality detection light source device to collect data of different brands surgical luminaries source color temperature , and draw the light spectrum, and determine the color temperature influence on the quality of the surgical. Results: Low light source color temperature will directly affect the operation of the human eye to determine the color, and high color temperature can cause the body's tissues drying, serious impact on the quality of surgical, and even affect the postoperative recovery of patients. Conclusion: Quality detection surgery light source is essential for the smooth progress of surgery, should be given more attention and importance to its extensive research.

Surgical luminaries source; Color temperature; Quality detection

1672-8270(2014)08-0022-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.08.007

2014-03-25

军事医学计量科研专项课题(2012-JL1-005)“便携式手术灯质量检测仪研制”

①解放军第323医院医学工程科 陕西 西安 710054

②解放军第323医院体检中心 陕西 西安 710054

③中国科学院西安光学精密机械研究所 陕西 西安 710054

*通讯作者: daweibayu-x@163.com

曹铁军，男，(1980- )，本科学历，主管技师。解放军第323医院医学工程科，研究方向：生物医学工程专业、医学计量和质量控制。