神经外科手术室照明系统光照强度研究*

赵东升　费 舟*

神经外科手术室照明系统光照强度研究*

赵东升①费 舟①*

目的：检测神经外科手术室照明系统光照强度，分析各种波长下光照强度物理学性质，以满足微创手术及深部组织手术照明的需求。方法：采用光照仪、滤光片和温度计对无影灯、显微镜的光照强度进行检测，分析不同光照强度对局部组织的升温作用。结果：经检测普通照明在手术床上的光照度为280～360 lx；无影灯距离手术床1 m聚焦照射，光照度为40000～55000 lx；Leica手术显微镜距离术区30 cm，85%档位的光照度为150000 lx；100%档位的光照度为172500 lx；当Leica手术显微镜光照度为172500 lx时，光照10 min时局部可升温18.5 ℃；光照度为150000 lx，光照10 min时局部可升温11.6 ℃。结论：手术室高强度的光照局部升温作用明显，无影灯中蓝光、紫光光照强度较手术显微镜高，应引起神经外科手术室术者的高度重视。

无影灯；手术显微镜；手术室照明；神经外科

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

手术照明系统是医院手术室必备设备，且根据手术需要，所需光照强度各异，如胸外科手术照度要求达60000～100000 lx，口腔科手术要求达到10000 lx[1]。近年来，随着神经外科手术微创技术的应用，对深部组织照明要求越来越高，有时光照强度需达到200000 lx方可满足手术操作要求。

不同波长的光可能造成的主要生物危害为：①200～400 nm的光一定强度下易导致角膜炎、结膜炎、视网膜损害、晶状体白内障、皮肤红斑、弹性组织变性甚至皮肤癌[4-6]；②315～400 nm的光波易导致晶状体的白内障；③300～700 nm的光易导致视网膜炎；④380～1400 nm的光可灼伤视网膜；⑤780～3000 nm的光可致角膜灼伤和晶状体白内障。照射强度增强后其物理性质、对脑神经、脑组织及术者有否影响是医院神经外科手术室医务人员的重要课题。基于此，本研究对医院神经外科手术室的光源进行光照强度检测，以满足微创手术及深部组织手术照明的需求。

1　材料与方法

1.1仪器设备

特安斯TA8123光照仪(TES苏州泰世电子有限公司)；Testo 926电子温度计(青岛东方嘉仪电子科技有限公司)；滤光片(长春富琛光电公司)，其中包括绿光510 nm、红光625～665 nm、蓝光450 nm和紫光410 nm。

1.2检测方法

(1)打开7间手术室普通照明所有灯光，控制室温恒定，在手术室中心用光照仪进行检测，读取光照强度数值。

(2)距离手术床1 m左右聚焦无影灯，使用光照仪检测其光照强度；使用410 nm、450 nm、510 nm和625～665 nm的不同光波滤光片放在光照仪上，检测无影灯透过滤光片后的光照强度。

(3)距离手术床30 cm左右聚焦手术Leica手术显微镜光源，在85%和100%档位时用光照仪检测其光照强度，使用电子温度计检测不同档位照射手术床局部10 min后的温度变化；将波长410 nm、450 nm、510 nm和625～665 nm的滤光片放在光照仪上，检测手术显微镜透过滤光片后的光照强度。

1.3评价标准

(1)依据国际电工委员会(IEC)62471标准，将光生物安全危害分为4个级别[7]：①0类危险-无危险，辐射能量在安全范围内，只有长时间的直视才能造成危害；②1类危险-无危险，在曝光正常条件下，光源无光生物危害，标注光源合理使用时间供使用者参考，即可避免造成危害，属于目前国家允许使用的危害级别；③2类危险-重度危险，不产生强光和温度不适的敏感光生物危害；④3类危险-高危险，瞬间辐射就能造成光生物危害。

(2)根据国际照明委员会推荐采用国际通用眩光指数(CGI)法来评价眩光污染，即为公式1：

式中CGI为眩光指数；Ed为全部照明装置在观察者眼睛垂体面上的直射照度(lx)；Ei为全部照明装置在观察者眼睛垂体面上间接照度(lx)；W为观察者眼睛与同一个灯具构成的立体角；L为灯具在观察者眼睛方向的亮度(cd/m2)；P为考虑灯具与观察者位置有关的一个系数，不同场所对眩光指数均有一定要求，见表1和表2[2]。

表1　眩光指数及其视觉效应

表2　室内照明眩光指数限定值

1.4统计学方法

使用SPSS 14.0统计软件对数据进行统计分析，计量资料结果以均数±标准差(x-±s)表示，采用t检验，计数资料采用x2检验分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

表3　使用不同滤光片后的光照强度

表3　使用不同滤光片后的光照强度

被检设备光照强度(lx)滤光片(nm) 410 450510 625～665无影灯49000±26101600±5002350±12802430±7101270±140 Leica显微镜85%档位150000224±13580±224770±1902750±70 100%档位172500300±14620±455500±1203125±110

2　结果

2.1不同光源的光照强度

普通照明在手术床上的光照强度是280～360 1x；无影灯距离手术床1 m聚焦照射，光照强度为40000～55000 1x；Leica显微镜距离术区30 cm，当85%档位时光照强度为150000 lx；当100%档位时光照强度为172500 1x。

2.2不同光源不同光波的照射强度

使用滤光片后手术显微镜的光照中，蓝光、紫光的强度明显弱于无影灯，而红光、绿光的强度远高于无影灯，Leica手术显微镜在85%和100%档位红光时检测的光照强度与无影灯比较，差异有统计学意义(t=29.7586，t=9.6426；P＜0.001)，见表3。

2.3手术室内光照对温度的影响

Leica手术显微镜85%档位光照强度150000 lx距离照射区域20 cm照射10 min后，照射局部温度升高11.6 ℃，100%档位光照强度172500 lx距离照射区域20 cm照射10 min后，照射局部温度升高18.5 ℃，两组照射约10 min后升温作用减缓，如图1所示。

图1　手术显微镜不同光照强度对局部温度的影响示图

3　讨论

照明光源和照明技术在过去15～20年间发生了巨大变革，节能灯和白光LED灯相继出现，由于其节能环保、光照舒适且对人体损害较小等优点越来越得到广泛应用[2]。然而，由于我国医疗设备更新换代较延迟，各级医院装备量最大的手术无影灯仍然是整体反射式金属卤素灯，其波长为320～2500 nm[3]。

按照IEC 62471标准相关规定，只有制造商提供了标明灯具的辐照亮度属于0类或1类，认证机构才可以接受这样的灯具，如果属于2类或3类，在无警告标记的情况下则不能直接使用。但即使属于0～1类光源，神经外科手术长时间照射(某些手术时间＞24 h)，并不能保证对术者及组织无害。

神经外科手术是最紧张的视觉作业。目前，关于精细作业照明标准各国规定不一，以视别＜0.15 mm直径的物体光照度为例，法国为1200 lx，德国为2000 lx，英国为3000 lx，美国为5000～10000 lx，日本为700～1500 lx，我国暂定为2000 lx[8]。手术部位的不同，有些体腔深部手术要求聚光好、照度高，如神经外科手术，深部照明往往需要200000 lx的照明。对于如此高强度的照射是否对术者或患者脑组织有影响以及光源能否造成生物损害均取决于辐射能量和辐射时间。本研究检测结果显示，手术室无影灯正常光照情况下，其强度为(49000±2610)lx，比显微镜强度低(172500 lx)，但经滤光片过滤后的紫光、蓝光光照强度较Leica显微镜高，而紫光、蓝光长时间照射对术者及患者危害均较大。Leica显微镜的镜片将这两种光波强度能显著减少，为术者提供了一个相对较安全的手术环境，是光学设备的一项进步，但无影灯在有害光滤过方面仍需进一步改进。光污染中最普遍、最常见的一种形式是眩光，眩光污染是指在空间环境里，高强度光源的直射或辐射，或者视野中物体与背景之间亮度差极大，或因其急剧变化所引起的视觉不适或视力损害的光污染现象[2]。

在实际工作中，脑深部手术照明常需要较强的光照，使用Leica显微镜虽然可以满足这一要求，但其眩光感非常明显，远超B级以上，虽然已经意识到光污染对医务人员的伤害，但因无替代的更安全光源，故至今仍在使用。此外，人眼晶状体的聚焦作用，使可见光光强度增大数万倍，集聚于感光细胞时，由于强烈的热效应，可引起蛋白质不可逆凝固变性，造成眼睛永久失明，因此研制安全的手术光源迫在眉睫。

无论是无影灯还是Leica显微镜，随着光照度的增加，均会引起照射局部温度的升高。本研究检测发现，使用Leica显微镜模拟手术中的距离照射局部，短期内即可使照射局部温度提升11.6～18.5 ℃，随着光照度增强，升温作用越明显。虽然随着时间推移，其升温作用逐渐减缓，但仍可使局部维持在较高温度，这种升温作用是否对脑组织造成一定的损害尚无研究，但为了避免这种升温作用对脑组织的可能影响，术中操作时可间断向术区冲洗适温的生理盐水，用于缓解高温对脑组织的损害。对于这一问题，世界各国均比较重视，不断在研制新型手术照明灯，旨在努力降低灯的升温[8]。

近年来，国内采用化学药物，在反光罩上进行交替镀复膜层的方法来散热和聚光，再在灯泡的前面装配上一个热波反射镀复膜层的装置，使光源产生的可见光透过可滤去70%红外线的反射镜，剩下的红外线大部分由玻璃罩隔离和滤除。经过上述处理的光束称为冷光。这种冷光手术灯，不但热度小，且照度高，是目前较为理想的手术照明设备[3]。此外，对视网膜热损害国内外均有研究，其亮度≤50000/(α·t0.25) W·m-2·sr-1(10 μs≤t≤10 s)，而这种热损害常由氙灯弧光直射眼睛所致，常规照明下极少发生[9]。

有研究显示，使用波长为(535±10)nm的绿光、照射度约1 mW/cm2照射实验大鼠3 h，并在暗室恢复不同时间后取其眼球行同一定位处视网膜组织切片的光镜观察、凋亡细胞TUNEL检测、免疫组织化学染色以及视网膜总蛋白的免疫印迹分析，绿光损伤12 h后Müller胶质细胞GFAP表达量开始升高，这种升高趋势一直维持至损伤7 d后[10]。该项研究提示，长时间绿光照射对视网膜胶质细胞有一定损害，但对脑胶质细胞的影响未见报道。

而蓝光对眼睛的危害已有明确研究报道[11]。蓝光杀伤人眼活细胞的能力是绿光的10倍，所以规定视网膜蓝光照射能量≤105J·m-2·sr-1(t≤104s)或100W·m-2·sr-1(t＞104s)[9]。目前认为，蓝光危害机制主要有两种：①高能量蓝光对色素起损害作用，导致视网膜黄斑部锥状细胞死亡，产生黄斑变性；②过量高能蓝光进入人眼产生大量自由基，加速视网膜黄斑部和上皮细胞氧化，导致视觉细胞死亡[5-6]。但临床也有用蓝光治疗婴幼儿高胆红素血症，取得了较好的疗效，其主要的机制是由于胆红素分子能够吸收光波(420～480 nm)并被分解为异构体，而异构体易溶于水，进而能够通过尿液排出体外，使患儿体内的胆红素含量降低[12]。在神经外科手术中，术野的渗血是否会吸收无影灯下的蓝光而分解，加速其吸收排泄，函待进一步研究。另有研究表明，实验小鼠暴露在蓝光照射的环境可以增加警觉性和对刺激的认知功能[13-16]。然而，入睡前暴露在发光电子阅读器可能负面影响睡眠节律。此外，适量的蓝光可以治疗季节性情感障碍，这也是蓝光对人体有益的一面[17-19]。

4　结语

本研究局限于未对手术室光源进行光谱分析及对各光谱的辐射强度进行分类检测，这些均需要更加复杂的仪器进行测量，本研究仅对可见光中的一部分进行检测，旨在以满足微创手术及深部组织手术照明的需求。随着科学技术的发展，期待能设计出更加安全的手术光源，为术者和患者提供一个良好而安全的手术治疗环境。

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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

赵东升,男,(1981- ),硕士，副主任医师。第四军医大学西京医院神经外科，从事神经外科基础与临床科研工作。

1672-8270(2016)11-0020-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.007

国家自然科学基金重点项目(81430043)“线粒体自噬对高原低氧环境下神经元转归影响的分子病理机制研究”

①第四军医大学西京医院神经外科 陕西 西安 710032

feizhou@fmmu.edu.cn

2016-08-23