便携式手术灯质量检测装置的研究

徐海琴，徐新民，曹铁军，胡军智，殷朝庆，孙 婷，南玉萍，王光明

便携式手术灯质量检测装置的研究

徐海琴，徐新民，曹铁军，胡军智，殷朝庆，孙 婷，南玉萍，王光明

目的：设计出一种能够对手术灯质量进行检测的装置。方法：充分解读目前现有的相关标准，研究设计测量原理及基本模型，通过测量手术灯中心照度、色温、显色指数、光斑直径等主要参数，检测其质量。结果：该装置能快速检测出医院手术灯的中心照度、色温等参数是否符合相关标准。结论：该装置数据测量快速、外形小巧、便于携带，适用于在野战等各种环境下对手术灯质量的检测。

手术灯；质量；中心照度；色温；检测

0 引言

手术室是医院设计和建设要求最严格的部门之一，手术灯又是手术室最基础、最重要的设备之一，其质量和性能的好坏对手术质量有着直接的影响[1]。在国内，对手术灯的检测只停留在生产厂家的出厂检验阶段，因此由手术灯质量问题而引发的不良事件正逐渐增加。国家药品不良事件反应监测中心2009年10月19日发布关于“警惕手术灯玻璃前透明罩破碎”的报道中就明确提出：该类事件存在再次发生的可能，且可能造成对患者及其他人员的伤害[2]。因此手术灯的质量应该引起使用者的关注。

工程技术人员在日常对手术灯的维修保障过程中，时常会遇到手术医生反映手术灯光线太暗、太强、手术区的组织色彩不真实等诸多问题，却无法提供客观直接的数据检测报告[3-4]。手术灯质量检测是一个不容忽视但又容易被忽视的问题。因此，应该设计一种手术灯质量检测仪器，主要测量手术灯照度、色温等照明参数，为手术灯的质量控制提供全面、可靠的数据基础，客观评价手术灯质量。

1 理论依据

依据中华人民共和国医药行业标准YY 0627—2008《手术无影灯和诊断用照明灯安全专用要求》（以下简称《专用要求》）、中华人民共和国国家标准GB/T 7922—2008《照明光源颜色的测量方法》以及GB/T 5702—2003《光源显色性评价方法》3个标准的要求，对手术无影灯的检测涉及7个光学参数：（1）中心照度（EC）；（2）光斑直径（D10）；（3）光斑分布；（4）无影效果；（5）色温（TC）；（6）显色指数（Ra）；（7）最大辐照度（Ee）。7个参数中有3个给出了量化标准，其余4个仅仅以《专用要求》作标准[5-7]。

手术医生使用手术灯时，更关注光学方面的要求，他们需要接近日光质量的光强度。太阳是炽热发光体，其发光光谱分布是连续光谱，由于人眼长期适应于这类光源照明，在这类光源照明下观察物体的颜色是恒定的，对物体颜色的辨别能力是准确的，故可以认为在日光下看到的物体的颜色是“真实”的。

而手术灯所发出的光只是接近日光，因此其光谱分布不再是完全连续光谱，有线谱、带谱，更多的是混合光谱。在这种光照下看到的物体颜色与日光下看到的颜色会有较大的差异。如果手术灯缺少哪种光谱的辐射，那人眼看到的物体中哪种颜色就偏少。因此人眼在不同光谱照明下看到的物体颜色会改变，感到物体颜色失真，这种影响物体颜色的照明光源特性称为光源显色性。显色性好的光源，物体色失真小，显色性的好坏是评价手术灯的一个重要指标。因此，《专用要求》要求手术灯的显色指数（R）a在85～100。

色温是颜色温度的简称。在可见谱段内，当发射体和某温度的黑体有相同的颜色时，那么黑体温度就称为发射体的色温。对于具有不连续光谱的发射体或具有连续光谱但其光谱能量分布特性与黑体相差甚大的发射体，也可用色温来描述。而手术灯所发出的光谱是不连续的，所以色温可以说明光谱能量的分布。黑体（或称为绝对黑体）是一个能完全吸收入射在它表面的辐射能的理想物体，对黑体温度的测量起到了确定辐射度量的作用。《专用要求》指出，色温（TC）应在3 000～6 700 K（绝对温度（K）=摄氏温度（℃）+273）之间。色温与显色指数是衡量手术灯是否能真实显现各种物体颜色的2个重要指标。

手术灯光源过弱、过强，都会引起眼睛疲劳。光辐射度量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量。而我们平常所说的光度量是对光辐射能被一般人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量，即光度量是具有平均人眼视觉响应特性的，对人眼所接收到的辐射量的度量。因此，光辐射度量是光辐射能本身的客观度量，是纯粹的物理量，而光度量则还包括了生理学、心理学的因素。光度量就是研究光辐射能中与人眼有关且对人眼有影响的光辐射能，其包括光通量（φ），单位为lm；发光强度（I），单位为cd；照度（E），单位为lx等8个基本参数[8-10]。《专用要求》选择手术灯光源特性的光度量为照度，一般要求中心照度（EC）为40～160 klx。

2 便携式手术灯质量检测装置的设计

2.1 外形结构

便携式手术灯质量检测装置体积小巧、携带轻便，为直径10 cm、高度10～15 cm的圆柱形。在圆柱面上装有距离感应探头、光线感应探头；在柱体上有显示屏以及面板。

2.2 组成及模块

装置由测量部分、电源系统及显示系统3大部分组成。测量部分主要包括距离测量、照度测量、色温测量、光斑测量及光线感应模块。其框图如图1所示。

2.3 设计及工作原理

打开手术灯，使其在热稳定状态下进行检测。首先，调整手术灯灯头位置，使其光轴竖直向下，将装置置于被测手术灯发光面下。打开装置电源，由距离测量模块发射红外线和接收红外线，精确定位出被测手术灯发射外表面最低点与装置表面的光线感应探头之间距离，调整手术灯灯头高度，使二者之间的距离为1m。同时，手术灯发出的手术光线通过光线感应探头分别传给照度测量模块与色温测量模块，测量出光源的照度EC数值及色温TC数值，按下“hold”键锁定读数并记录。水平移动本测量装置，使其中心点与光源光斑的中心点重合，通过人工观察落在光斑测量模块上光斑的直径D10。通过所测量的实验数据即可评定所测手术灯的照明特性是否合格。整套系统的供电模块可提供直流、交流2种供电方式。

图2 便携式手术灯质量检测第一、二代模拟装置

2.4 应用效果

图2为所研究设计装置的第一、二代模拟样机。其已对医院的不同光源进行了试验检测。目前发现1台LED手术灯存在色温不合格，不能达到手术灯

图1 便携式手术灯质量检测装置组成框图

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）检测行业标准YY 0627—2008中光谱特性要求TC在3 000～6 700 K的标准；2台手术灯存在光斑直径过小、手术照面范围太小，手术照面温度过高等现象。该装置在实验中优势明显，数据（中心照度EC、光斑直径D10）测量快速，适用于各种环境，尤其是它外形尺寸小巧，非常适用于野战环境中手术灯的检测。

3 结语

目前，本装置研制的理论依据已经基本完备，但是实验数据还不完善，需要积累大量数据进行结构与性能优化。第二代检测装置仍然有一些测量数据有待丰富，如色温TC、最大辐照度Ee及显色指数Ra参数还不能直接测量，这些已作为第三代检测装置的设计重点。今后研究的重点将是对设计理论的挖掘，每个参数测量的必要性、方法以及对测量不确定度的计算等。本项目后期设计还将在标准细则上再下工夫，使标准操作可行性增强，并能在手术灯质量上给予测量方法的统一，拓展卫生装备质量检测范围。

[1] 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.

[2] 医疗器械不良事件信息通报[J].中国药物警戒，2009，12（6）：767-768.

[3] 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，2010，31（10）：111-112．

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

[5]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[S].北京：国家食品药品监督管理局，2008.

[6]GB/T 7922—2008 照明光源颜色的测量方法[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2008.

[7]GB/T 5702—2003 光源显色性评价方法[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003.

[8] 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.

[9] 刘慧，杨臣铸.光度测量技术[M].北京：中国计量出版社，2011.

[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.

（收稿：2013-12-24 修回：2014-04-20）

Research on quality inspection device for portable surgical light

XU Hai-qin1,XU Xin-min1,CAO Tie-jun1,HU Jun-zhi1,YIN Zhao-qing1, SUN Ting1,NAN Yu-ping1,WANGGuang-ming2
(1.The 323rd Hospital of the PLA,Xi'an 710054,China;2.No.521 Hospital ofWeapon Industry Medical Institute,Xi'an 710065,China)

Objective To design a quality inspection device for the portable surgical light.Methods The existing standards were studied well,and the measuring principle and basic model were explored.The quality of the light was detected by measuring the central illuminance,color temperature,color rendering index,facula diameter and etc.Results The device could be used for the rapid inspection of the central illuminance,color temperature and etc.Conclusion The quality inspection device is effective and portable,and thus can be applied to the inspection of the surgical light in the field.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：39-40，63]

surgical light;quality;central illuminance;color temperature;detection

R318.6；TH777

A

1003-8868（2014）08-0039-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.039

军事医学计量科研专项课题（2012-JL1-005）

专 利：国家实用新型专利（ZL 201320113969.0）

徐海琴（1971—），女，副主任，副主任技师，主要从事医疗设备计量、质控、维修等管理方面的研究工作，E-mail：daweibayu-x@163.com。

710054西安，解放军323医院（徐海琴，徐新民，曹铁军，胡军智，殷朝庆，孙 婷，南玉萍）；710065西安，兵器工业卫生研究所521医院（王光明）

曹铁军，E-mail：ctjxrzs@163.com