手术安全的“光与影”
引言
(资料图)
外科手术是一项长时间的高压工作。一台成功的手术很大程度上取决于外科医生对术中切口的可见度和判断能力。正确舒适的手术照明对病人和工作人员来说尤为重要。
手术无影灯的发展史
光照度是指光照射在物体表面单位面积上受到的光通量，单位是勒克斯（lux或lx）。在电灯发明之前，第一次手术是在日光下进行的，根据时间和云层厚度的不同，光照度从 10，000 lux 到 80，000 lux 不等。
到 19 世纪末，法国教授韦兰制作了世界上最早的手术无影灯，他将一个100瓦的灯泡放在无影灯圆顶上由许多窄小平面镜均匀放置而形成的屈光透镜的中心处，整体呈消去尖顶的锥形。灯泡取代了直射阳光，摆脱了外科医生看天做手术的窘境，后来无影灯的原理和形状均沿用这种方式。
到五十年代，为了提高无影灯的照度，孔式多灯型无影灯陆续在欧洲和日本生产使用。这种类型的无影灯增加了光源的数量，用高纯铝做小反光罩，提高了无影灯的照度。但是，这种类型的无影灯由于灯泡数量的增加，使无影灯的温度上升很快，容易引起医生的不适以及手术部位组织的干燥，不利于患者的术后康复。20世纪80年代初，日本开始生产冷光孔型手术无影灯，其利用光学系统和冷光反射镜，可以较好地控制温升。选用卤素灯光源，无影灯的照度可以达到100000勒克斯（Lux）以上。相当于地中海海滩上明亮的正午阳光。当然，这种灯也并不完美，它的缺点在于寿命相对较短，需要经常更换灯泡。
八十年代末九十年代初，整体反射式手术无影灯问世。这种无影灯采用计算机辅助设计技术设计反光罩曲面，曲面由工业冲压一次成型，形成多边反射器。这种无影灯的光源不仅与日光一样明亮而且绝无阴影。
手术无影灯的组成
手术无影灯主要由灯头、灯臂和控制系统组成，其中，灯头一般系定在灯臂上，数量为单个或多个；灯臂分为旋臂和平衡臂，共有 6 个自由度，通常连接在天花板、墙壁或轨道上固定点的结合器上，并能围绕着手术无影灯旋转。手术无影灯通过可消毒的手柄或曲轨操纵定位，具有自动刹车和停止功能，以灵活定位，根据手术医生的需求将光源移动至手术部位的上面和周围，定位于合适的空间。
无影灯不无影
在一般情况下，光线照射到不透明的物体上，就会产生阴影，完全暗的部分叫本影，半明半暗的部分叫半影。但当光源、遮挡物存在一定距离时，本影的大小一般与光照方向、光源面积息息相关，即光照面积越大，本影就越小，反之则相反。无影灯就是利用了这个原理，将发光强度大的灯放在灯盘上，并围绕成一个圆，从不同角度照射手术台。
所以，无影灯并不能做到真正的无影，它只是让本影变淡，从不同角度照射，看起来感觉没有影子。
光照度是否越大越好呢？
根据现行的《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》的规定，手术无影灯中心照度的最大值不能超过160000lux。由此可见，无影灯的照度并非越大越好。
三十年后，气体放电灯的可用亮度几乎增加了一倍，达到 200，000 lux! 但是这种“多多益善”的方法反而会导致视觉疲劳，降低外科医生的效率。研究表明，三分之一的外科医生会经历视觉疲劳，导致不良的姿势和身体疲劳，从而影响外科医生的手术表现。降低视觉疲劳与诊断准确性、性能和安全之间存在相关性。
手术室视觉疲劳的风险
视觉问题会使外科医生及其患者面临风险。研究发现工作场所的高对比度会抑制工作表现。这在外科手术环境中尤其明显。可以理解的是，手术部位的照明必须明亮且集中。现代手术灯可提供直径约 20 厘米的光斑，照明度高达 160,000 lux，比在海滩上晴天的日光还要亮。房间内的环境照明很少超过 1,000 lux。明亮的光斑与周围区域之间的对比度过大，从而容易导致术者不适和眼睛疲劳。高对比度照明可能会导致疲劳相关的失误。
外科手术照明的本质是，主光斑和过渡照明必须始终保持同步。为了实现此目标，过渡灯必须与主灯安装在同一灯头内，从共享的中心轴照射出更大范围的光线。
减少手术部位与周围区域之间的对比度可从一定程度上改善舒适度和视觉效果。有效的外科手术照明将在照明区域和手术室照明之间做到逐渐的过渡，以减少眼睛疲劳。
减轻视觉疲劳的方法
1、在尽可能低的照度设置下开始进行手术，并随着手术区域的深入和视野的变暗逐渐调高照明亮度。
2、避免过多直视照明区域的最亮点。
3、使用多盏手术灯时，注意避免手术区域过度曝光。将两盏或多盏灯的照明亮度相加以测量照明强度。
4、尽可能降低手术部位与房间环境照明之间的强烈对比。
如何识别外科手术室的照明需求
良好照明的4 个主要标准：亮度、阴影管理、体积和温度的特殊平衡。这在很大程度上提高了对手术部位的可见性，同时减轻了视觉疲劳。
亮度
亮度是指向某一方向发射或反射的光。对于外科医生来说，亮度是腔内发出的光。明暗表面可能突然出现在腔内，包括出血和手术工具。亮度的过度变化会损害外科医生的能力和舒适度。
手术无影灯的光照度以中心照度（central illuminance，Ec）来定义，指的是在照明光束未被遮挡的情况下，距无影灯光发射外表面下1米处光斑中心的照度，光斑中心（light field centre,LFC）就是该照明区域内照度最大的点。
阴影管理
手术灯的质量取决于光量和阴影处理能力之间的平衡。阴影包括：投射阴影和轮廓阴影。投射阴影影像可视性，而轮廓阴影则帮助测量深度和体积。有效照明能减少投射阴影，同时加强轮廓。
深度管理
由于手术腔不是平的，外科医生需要三维光照。因为对于深腔手术来讲，大量光线被人体组织吸收，手术区域照明强度只有十几照明亮度的10%。融合几个光斑在不同的高度以同样的强度同时照射形成均匀的光量。良好的手术灯在腔内的光量极强，即使灯的位置距离手术部位超过一米。
频闪管理
手术室一般照明不宜采用传统电感镇流器，使用传统电感镇流器供电的灯具，由于受电网交流电过零的影响，对50Hz电网来讲会使灯产生每秒100次的频闪。医生在这种不断变化的频闪光源下进行紧张作业，视觉系统需要不断地调节眼球瞳孔的大小来保证视网膜照度的稳定性和成像清晰度，长时间工作必然使得瞳孔括约肌因过度使用而疲劳，不但会给手术带来不利影响，而且对医生的视力也会造成一定的损害
热量管理
光是一种能量，为了防止组织脱水，安全的热量管理是有必要执行的。热量会引起外科医生手术过程中的不适，也会使暴露在灯下的患者组织脱水。虽然 LED 不会产生有害的红外线，但其产生的热量仍然存在。光照越多，辐射能量越大。IEC 将光斑处的辐照度限制在不超过 1000 W/m2。重叠的光斑始终将在外科医生笼罩其中。然而灯头也是热辐射的来源之一，需要提供高质量的手术灯将尽可能减少热量，通过减少热辐射以防止局部过热和对层流系统的干扰。以改善舒适度和治疗效果。
手术照明保障系统
手术室里不允许失误。故障安全设备的设计是为了确保即使在单一故障状态下也不存在安全隐患。它确保照明和机动性，提供不低于 40,000 lux 的中央照度。在单一故障条件下，没有对光中断进行任何保护的单一灯具是不安全的。有两个小型的灯且分别带有变压器、保险丝、电线和滑环的手术灯，这是安全保障的设计。
小结
手术无影灯凝结着医疗器械行业研发人员的智慧结晶，识别外科手术照明需求对患者的安全和医护人员的舒适尤为重要，为实现更复杂、时间更长的手术提供了基础支持。（沈敏伟）
