周蒙 科曼研發(fā)三部
LED 手術無影燈,主要用于手術過程提供足夠的中心照度和無影照明環(huán)境,是手術室最重要的設備之一。目前,國內大部分醫(yī)院還是以傳統的鹵素燈為主。鹵素燈效率低、顯色性差,壽命短,發(fā)熱量大,且對人體有潛在的輻射傷害,這些缺陷已經越來越受到醫(yī)務人員的重視。醫(yī)院迫切需要一款光學性能優(yōu)越,耐用,節(jié)能,綠色環(huán)保的手術照明系統,以LED 為光源的手術無影燈能夠很好地解決這些問題。為滿足手術照明需求,L6 應運而生。
傳統的鹵素燈,色溫不可調,紅外發(fā)熱量大,無法滿足豐富且復雜的手術。色溫可調的LED 手術燈,大多采用冷、暖兩種單色白光LED 作為光源,通過組合的方式來實現調節(jié)色溫。但白光LED 中重要的紅色光譜(R9)缺失嚴重,對飽和紅色物體的還原性較差,無法應用于復雜手術中(如心臟手術)區(qū)分組織器官、血管之間細微的顏色差別。也有廠商增加紅光LED 來彌補白光LED 中紅色光譜的缺失,這雖能得到較高的R9 值,但臨床中容易被醫(yī)生頭部擋住,導致R9(紅色顯色指數)和Ra(顯色指數)發(fā)生變化,所以用這種方式來提高無影燈的R9 值存在很大缺陷。
三種光源光譜分布圖(從左起依次為單色白光LED, 多色LED,太陽光)
CRI 與CQS 標準所體現出來的物體還原性對比(前者為CRI,后者為CQS)
從光學的角度來看,如果某種光源的光譜分布覆蓋了整個可見光區(qū)間,則該光源顯色指數最高。我們就會認為該光源是針對人眼比較理想的光源(如太陽光)。鹵素燈光譜雖然最接近太陽光,但在色溫調節(jié)、紅外發(fā)熱上存在致命缺陷。
多色合成LED 芯片是LED 白光照明發(fā)展到一定階段的產物。這是經過精確計算,人為挑選幾種特定的光譜組合,并通過PWM 控制幾種特定光譜的比例,以及采用特殊光學模組多次混光后得到相對連續(xù)光譜的白光。這種白光的顯色指數Ra 值可達95,紅色顯色指數R9 值達到92 以上,且通過軟件控制實現色溫連續(xù)可調,以適應不同手術對光照場景的需要。
目前的顯色指數仍是以CRI 值作標準,但CRI 存在一定的缺陷。它所采用的色樣并沒有覆蓋整個光譜的顏色系列,而這些顏色都是我們日常生活中經??吹降?。尤其是CRI 不能用來衡量復合顏色(如膚色、肉類物體)的顯色性,因為它不含有起關鍵作用的紅色長波。現有的無影燈標準通過CRI 值的高低來作為LED 無影燈的評判標準存在一定的局限性。
為了彌補CRI 在固體光源色質評判上的不足,NIST(美國國家標準與技術研究所)已經制定了一個新的標準CQS(Color Quality Scale),以更準確地傳達出照明產品的色質性能。CQS 采用的色樣基本完全覆蓋整個顏色系列,更真實地反映物體顏色(尤其是飽和紅色)。而L6 就是采用CQS 為標準開發(fā)出來的燈光顯色指數,其效果使手術創(chuàng)口更加真實,更易于區(qū)分創(chuàng)口組織細胞,血管的細微差別,方便醫(yī)生手術時的判斷。
經過調查,我們發(fā)現很多患者的手術創(chuàng)口近似長條狀,采用小光斑無法覆蓋所有創(chuàng)口面,若是采用大光斑則容易使手術輔助器械拉鉤,止血鉗等在強光下產生刺眼的反射光,導致眩光,而分散醫(yī)生的注意力,影響醫(yī)生手術正常進行。
橢圓光斑與圓形光斑的比較
L6 支持水平或垂直兩個方向的橢圓光斑,并且在橢圓光斑模式上還能保持高亮度,高顯色指數,通過觸摸屏一鍵切換,操作更加方便。
手術無影燈的無影率是醫(yī)生最關注的功能之一。
大部分手術燈燈頭懸掛在距離醫(yī)生頭部0.5 米左右的位置,如果遇到復雜的血管或是深腔手術,醫(yī)生頭部被擋住光線過多,就不得不頻繁調整燈盤的位置,以保證手術創(chuàng)口的燈光亮度。手術過程分秒必爭,頻繁操作顯然會浪費時間,有時還會使醫(yī)務人員分心,影響他們的情緒。
如果手術過程太長或者是遇到異常突發(fā)事件,醫(yī)護人員很可能因緊張而出汗。目前,大多數手術燈采用LED冷光源,幾乎不產生紅外發(fā)熱,但也因大功耗而產生高溫,一部分會隨光線輻射出來,加快醫(yī)務人員汗液的分泌頻率,而影響手術的正常進行。
L6 的智能陰影管理技術,在燈盤區(qū)域合理位置排布傳感器。當醫(yī)生頭部位于該區(qū)域時,傳感器檢測到信號后,會在幾秒鐘內迅速做出反應,擋住部分燈盤功率減少,其他部分功率加強。這樣不僅能減少醫(yī)生頭部因強光照射而造成的汗液分泌,保持手術創(chuàng)口的亮度不變,提高無影率,同時還能提高電能的利用效率,綠色環(huán)保。
眼睛對光線的感覺雖說總體一致,但由于生理構造的細微差別而有所區(qū)別,不同膚色的人差別會更大(黃種人黑色眼球與白種人藍色眼球的差別會導致對色溫的判斷不同),因此對燈光亮度和色溫適應度也會有差異。醫(yī)生對燈光的設置完全是通過眼睛來判斷,根據當時手術創(chuàng)口的場景來操作。醫(yī)生總是希望快速實現最佳的燈光。因此,怎樣合理布局界面和設置操作流程,使得醫(yī)生快速便捷操作,是我們設計頁面的重點。
我們走訪過許多醫(yī)院,通過深入分析醫(yī)務人員按鍵操作的頻率,功能分類,將相對應的觸摸按鍵監(jiān)護簡化成二級,設計出最合理的布局。
市面上大部分手術燈控制面板都是固定的,工業(yè)屏存在一定范圍內的視覺死角,造成不同身高的醫(yī)生操作上的諸多不便。L6 控制面板支持一定的角度旋轉,能適應不同身高醫(yī)生的使用需求。
L6,巧妙地融入了古錢幣、蝴蝶、梅花等元素,并結合用戶以往的使用經驗,給使用者帶來美的感受。
燈盤造型中的蝴蝶翅膀,中間鏤空設計就是充分考慮到術野層流,減少手術過程中的紊流對手術創(chuàng)口造成的污染。而燈盤中的梅花形出光模組則是實現橢圓光斑功能的最佳組合。子母燈的組合則結合了古錢幣的設計,張力十足,巧妙的分拆方式,以實現最大程度子母燈結構共模,減少研發(fā)成本。L6 的完美設計展示的是大自然、科技、傳統文化與人的和諧美,傳遞出平安美好、輕松和諧的氣息,緩解手術室危險緊張的氣氛。