神經(jīng)外科手術(shù)室照明系統(tǒng)光照強(qiáng)度研究*

趙東升　費(fèi) 舟*

神經(jīng)外科手術(shù)室照明系統(tǒng)光照強(qiáng)度研究*

趙東升①費(fèi) 舟①*

目的：檢測(cè)神經(jīng)外科手術(shù)室照明系統(tǒng)光照強(qiáng)度，分析各種波長(zhǎng)下光照強(qiáng)度物理學(xué)性質(zhì)，以滿(mǎn)足微創(chuàng)手術(shù)及深部組織手術(shù)照明的需求。方法：采用光照儀、濾光片和溫度計(jì)對(duì)無(wú)影燈、顯微鏡的光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，分析不同光照強(qiáng)度對(duì)局部組織的升溫作用。結(jié)果：經(jīng)檢測(cè)普通照明在手術(shù)床上的光照度為280～360 lx；無(wú)影燈距離手術(shù)床1 m聚焦照射，光照度為40000～55000 lx；Leica手術(shù)顯微鏡距離術(shù)區(qū)30 cm，85%檔位的光照度為150000 lx；100%檔位的光照度為172500 lx；當(dāng)Leica手術(shù)顯微鏡光照度為172500 lx時(shí)，光照10 min時(shí)局部可升溫18.5 ℃；光照度為150000 lx，光照10 min時(shí)局部可升溫11.6 ℃。結(jié)論：手術(shù)室高強(qiáng)度的光照局部升溫作用明顯，無(wú)影燈中藍(lán)光、紫光光照強(qiáng)度較手術(shù)顯微鏡高，應(yīng)引起神經(jīng)外科手術(shù)室術(shù)者的高度重視。

無(wú)影燈；手術(shù)顯微鏡；手術(shù)室照明；神經(jīng)外科

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

手術(shù)照明系統(tǒng)是醫(yī)院手術(shù)室必備設(shè)備，且根據(jù)手術(shù)需要，所需光照強(qiáng)度各異，如胸外科手術(shù)照度要求達(dá)60000～100000 lx，口腔科手術(shù)要求達(dá)到10000 lx[1]。近年來(lái)，隨著神經(jīng)外科手術(shù)微創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)深部組織照明要求越來(lái)越高，有時(shí)光照強(qiáng)度需達(dá)到200000 lx方可滿(mǎn)足手術(shù)操作要求。

不同波長(zhǎng)的光可能造成的主要生物危害為：①200～400 nm的光一定強(qiáng)度下易導(dǎo)致角膜炎、結(jié)膜炎、視網(wǎng)膜損害、晶狀體白內(nèi)障、皮膚紅斑、彈性組織變性甚至皮膚癌[4-6]；②315～400 nm的光波易導(dǎo)致晶狀體的白內(nèi)障；③300～700 nm的光易導(dǎo)致視網(wǎng)膜炎；④380～1400 nm的光可灼傷視網(wǎng)膜；⑤780～3000 nm的光可致角膜灼傷和晶狀體白內(nèi)障。照射強(qiáng)度增強(qiáng)后其物理性質(zhì)、對(duì)腦神經(jīng)、腦組織及術(shù)者有否影響是醫(yī)院神經(jīng)外科手術(shù)室醫(yī)務(wù)人員的重要課題。基于此，本研究對(duì)醫(yī)院神經(jīng)外科手術(shù)室的光源進(jìn)行光照強(qiáng)度檢測(cè)，以滿(mǎn)足微創(chuàng)手術(shù)及深部組織手術(shù)照明的需求。

1　材料與方法

1.1儀器設(shè)備

特安斯TA8123光照儀(TES蘇州泰世電子有限公司)；Testo 926電子溫度計(jì)(青島東方嘉儀電子科技有限公司)；濾光片(長(zhǎng)春富琛光電公司)，其中包括綠光510 nm、紅光625～665 nm、藍(lán)光450 nm和紫光410 nm。

1.2檢測(cè)方法

(1)打開(kāi)7間手術(shù)室普通照明所有燈光，控制室溫恒定，在手術(shù)室中心用光照儀進(jìn)行檢測(cè)，讀取光照強(qiáng)度數(shù)值。

(2)距離手術(shù)床1 m左右聚焦無(wú)影燈，使用光照儀檢測(cè)其光照強(qiáng)度；使用410 nm、450 nm、510 nm和625～665 nm的不同光波濾光片放在光照儀上，檢測(cè)無(wú)影燈透過(guò)濾光片后的光照強(qiáng)度。

(3)距離手術(shù)床30 cm左右聚焦手術(shù)Leica手術(shù)顯微鏡光源，在85%和100%檔位時(shí)用光照儀檢測(cè)其光照強(qiáng)度，使用電子溫度計(jì)檢測(cè)不同檔位照射手術(shù)床局部10 min后的溫度變化；將波長(zhǎng)410 nm、450 nm、510 nm和625～665 nm的濾光片放在光照儀上，檢測(cè)手術(shù)顯微鏡透過(guò)濾光片后的光照強(qiáng)度。

1.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(1)依據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)62471標(biāo)準(zhǔn)，將光生物安全危害分為4個(gè)級(jí)別[7]：①0類(lèi)危險(xiǎn)-無(wú)危險(xiǎn)，輻射能量在安全范圍內(nèi)，只有長(zhǎng)時(shí)間的直視才能造成危害；②1類(lèi)危險(xiǎn)-無(wú)危險(xiǎn)，在曝光正常條件下，光源無(wú)光生物危害，標(biāo)注光源合理使用時(shí)間供使用者參考，即可避免造成危害，屬于目前國(guó)家允許使用的危害級(jí)別；③2類(lèi)危險(xiǎn)-重度危險(xiǎn)，不產(chǎn)生強(qiáng)光和溫度不適的敏感光生物危害；④3類(lèi)危險(xiǎn)-高危險(xiǎn)，瞬間輻射就能造成光生物危害。

(2)根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)推薦采用國(guó)際通用眩光指數(shù)(CGI)法來(lái)評(píng)價(jià)眩光污染，即為公式1：

式中CGI為眩光指數(shù)；Ed為全部照明裝置在觀察者眼睛垂體面上的直射照度(lx)；Ei為全部照明裝置在觀察者眼睛垂體面上間接照度(lx)；W為觀察者眼睛與同一個(gè)燈具構(gòu)成的立體角；L為燈具在觀察者眼睛方向的亮度(cd/m2)；P為考慮燈具與觀察者位置有關(guān)的一個(gè)系數(shù)，不同場(chǎng)所對(duì)眩光指數(shù)均有一定要求，見(jiàn)表1和表2[2]。

表1　眩光指數(shù)及其視覺(jué)效應(yīng)

表2　室內(nèi)照明眩光指數(shù)限定值

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3　使用不同濾光片后的光照強(qiáng)度

表3　使用不同濾光片后的光照強(qiáng)度

被檢設(shè)備光照強(qiáng)度(lx)濾光片(nm) 410 450510 625～665無(wú)影燈49000±26101600±5002350±12802430±7101270±140 Leica顯微鏡85%檔位150000224±13580±224770±1902750±70 100%檔位172500300±14620±455500±1203125±110

2　結(jié)果

2.1不同光源的光照強(qiáng)度

普通照明在手術(shù)床上的光照強(qiáng)度是280～360 1x；無(wú)影燈距離手術(shù)床1 m聚焦照射，光照強(qiáng)度為40000～55000 1x；Leica顯微鏡距離術(shù)區(qū)30 cm，當(dāng)85%檔位時(shí)光照強(qiáng)度為150000 lx；當(dāng)100%檔位時(shí)光照強(qiáng)度為172500 1x。

2.2不同光源不同光波的照射強(qiáng)度

使用濾光片后手術(shù)顯微鏡的光照中，藍(lán)光、紫光的強(qiáng)度明顯弱于無(wú)影燈，而紅光、綠光的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于無(wú)影燈，Leica手術(shù)顯微鏡在85%和100%檔位紅光時(shí)檢測(cè)的光照強(qiáng)度與無(wú)影燈比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=29.7586，t=9.6426；P＜0.001)，見(jiàn)表3。

2.3手術(shù)室內(nèi)光照對(duì)溫度的影響

Leica手術(shù)顯微鏡85%檔位光照強(qiáng)度150000 lx距離照射區(qū)域20 cm照射10 min后，照射局部溫度升高11.6 ℃，100%檔位光照強(qiáng)度172500 lx距離照射區(qū)域20 cm照射10 min后，照射局部溫度升高18.5 ℃，兩組照射約10 min后升溫作用減緩，如圖1所示。

圖1　手術(shù)顯微鏡不同光照強(qiáng)度對(duì)局部溫度的影響示圖

3　討論

照明光源和照明技術(shù)在過(guò)去15～20年間發(fā)生了巨大變革，節(jié)能燈和白光LED燈相繼出現(xiàn)，由于其節(jié)能環(huán)保、光照舒適且對(duì)人體損害較小等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用[2]。然而，由于我國(guó)醫(yī)療設(shè)備更新?lián)Q代較延遲，各級(jí)醫(yī)院裝備量最大的手術(shù)無(wú)影燈仍然是整體反射式金屬鹵素?zé)?，其波長(zhǎng)為320～2500 nm[3]。

按照IEC 62471標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，只有制造商提供了標(biāo)明燈具的輻照亮度屬于0類(lèi)或1類(lèi)，認(rèn)證機(jī)構(gòu)才可以接受這樣的燈具，如果屬于2類(lèi)或3類(lèi)，在無(wú)警告標(biāo)記的情況下則不能直接使用。但即使屬于0～1類(lèi)光源，神經(jīng)外科手術(shù)長(zhǎng)時(shí)間照射(某些手術(shù)時(shí)間＞24 h)，并不能保證對(duì)術(shù)者及組織無(wú)害。

神經(jīng)外科手術(shù)是最緊張的視覺(jué)作業(yè)。目前，關(guān)于精細(xì)作業(yè)照明標(biāo)準(zhǔn)各國(guó)規(guī)定不一，以視別＜0.15 mm直徑的物體光照度為例，法國(guó)為1200 lx，德國(guó)為2000 lx，英國(guó)為3000 lx，美國(guó)為5000～10000 lx，日本為700～1500 lx，我國(guó)暫定為2000 lx[8]。手術(shù)部位的不同，有些體腔深部手術(shù)要求聚光好、照度高，如神經(jīng)外科手術(shù)，深部照明往往需要200000 lx的照明。對(duì)于如此高強(qiáng)度的照射是否對(duì)術(shù)者或患者腦組織有影響以及光源能否造成生物損害均取決于輻射能量和輻射時(shí)間。本研究檢測(cè)結(jié)果顯示，手術(shù)室無(wú)影燈正常光照情況下，其強(qiáng)度為(49000±2610)lx，比顯微鏡強(qiáng)度低(172500 lx)，但經(jīng)濾光片過(guò)濾后的紫光、藍(lán)光光照強(qiáng)度較Leica顯微鏡高，而紫光、藍(lán)光長(zhǎng)時(shí)間照射對(duì)術(shù)者及患者危害均較大。Leica顯微鏡的鏡片將這兩種光波強(qiáng)度能顯著減少，為術(shù)者提供了一個(gè)相對(duì)較安全的手術(shù)環(huán)境，是光學(xué)設(shè)備的一項(xiàng)進(jìn)步，但無(wú)影燈在有害光濾過(guò)方面仍需進(jìn)一步改進(jìn)。光污染中最普遍、最常見(jiàn)的一種形式是眩光，眩光污染是指在空間環(huán)境里，高強(qiáng)度光源的直射或輻射，或者視野中物體與背景之間亮度差極大，或因其急劇變化所引起的視覺(jué)不適或視力損害的光污染現(xiàn)象[2]。

在實(shí)際工作中，腦深部手術(shù)照明常需要較強(qiáng)的光照，使用Leica顯微鏡雖然可以滿(mǎn)足這一要求，但其眩光感非常明顯，遠(yuǎn)超B級(jí)以上，雖然已經(jīng)意識(shí)到光污染對(duì)醫(yī)務(wù)人員的傷害，但因無(wú)替代的更安全光源，故至今仍在使用。此外，人眼晶狀體的聚焦作用，使可見(jiàn)光光強(qiáng)度增大數(shù)萬(wàn)倍，集聚于感光細(xì)胞時(shí)，由于強(qiáng)烈的熱效應(yīng)，可引起蛋白質(zhì)不可逆凝固變性，造成眼睛永久失明，因此研制安全的手術(shù)光源迫在眉睫。

無(wú)論是無(wú)影燈還是Leica顯微鏡，隨著光照度的增加，均會(huì)引起照射局部溫度的升高。本研究檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，使用Leica顯微鏡模擬手術(shù)中的距離照射局部，短期內(nèi)即可使照射局部溫度提升11.6～18.5 ℃，隨著光照度增強(qiáng)，升溫作用越明顯。雖然隨著時(shí)間推移，其升溫作用逐漸減緩，但仍可使局部維持在較高溫度，這種升溫作用是否對(duì)腦組織造成一定的損害尚無(wú)研究，但為了避免這種升溫作用對(duì)腦組織的可能影響，術(shù)中操作時(shí)可間斷向術(shù)區(qū)沖洗適溫的生理鹽水，用于緩解高溫對(duì)腦組織的損害。對(duì)于這一問(wèn)題，世界各國(guó)均比較重視，不斷在研制新型手術(shù)照明燈，旨在努力降低燈的升溫[8]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)采用化學(xué)藥物，在反光罩上進(jìn)行交替鍍復(fù)膜層的方法來(lái)散熱和聚光，再在燈泡的前面裝配上一個(gè)熱波反射鍍復(fù)膜層的裝置，使光源產(chǎn)生的可見(jiàn)光透過(guò)可濾去70%紅外線(xiàn)的反射鏡，剩下的紅外線(xiàn)大部分由玻璃罩隔離和濾除。經(jīng)過(guò)上述處理的光束稱(chēng)為冷光。這種冷光手術(shù)燈，不但熱度小，且照度高，是目前較為理想的手術(shù)照明設(shè)備[3]。此外，對(duì)視網(wǎng)膜熱損害國(guó)內(nèi)外均有研究，其亮度≤50000/(α·t0.25) W·m-2·sr-1(10 μs≤t≤10 s)，而這種熱損害常由氙燈弧光直射眼睛所致，常規(guī)照明下極少發(fā)生[9]。

有研究顯示，使用波長(zhǎng)為(535±10)nm的綠光、照射度約1 mW/cm2照射實(shí)驗(yàn)大鼠3 h，并在暗室恢復(fù)不同時(shí)間后取其眼球行同一定位處視網(wǎng)膜組織切片的光鏡觀察、凋亡細(xì)胞TUNEL檢測(cè)、免疫組織化學(xué)染色以及視網(wǎng)膜總蛋白的免疫印跡分析，綠光損傷12 h后Müller膠質(zhì)細(xì)胞GFAP表達(dá)量開(kāi)始升高，這種升高趨勢(shì)一直維持至損傷7 d后[10]。該項(xiàng)研究提示，長(zhǎng)時(shí)間綠光照射對(duì)視網(wǎng)膜膠質(zhì)細(xì)胞有一定損害，但對(duì)腦膠質(zhì)細(xì)胞的影響未見(jiàn)報(bào)道。

而藍(lán)光對(duì)眼睛的危害已有明確研究報(bào)道[11]。藍(lán)光殺傷人眼活細(xì)胞的能力是綠光的10倍，所以規(guī)定視網(wǎng)膜藍(lán)光照射能量≤105J·m-2·sr-1(t≤104s)或100W·m-2·sr-1(t＞104s)[9]。目前認(rèn)為，藍(lán)光危害機(jī)制主要有兩種：①高能量藍(lán)光對(duì)色素起損害作用，導(dǎo)致視網(wǎng)膜黃斑部錐狀細(xì)胞死亡，產(chǎn)生黃斑變性；②過(guò)量高能藍(lán)光進(jìn)入人眼產(chǎn)生大量自由基，加速視網(wǎng)膜黃斑部和上皮細(xì)胞氧化，導(dǎo)致視覺(jué)細(xì)胞死亡[5-6]。但臨床也有用藍(lán)光治療嬰幼兒高膽紅素血癥，取得了較好的療效，其主要的機(jī)制是由于膽紅素分子能夠吸收光波(420～480 nm)并被分解為異構(gòu)體，而異構(gòu)體易溶于水，進(jìn)而能夠通過(guò)尿液排出體外，使患兒體內(nèi)的膽紅素含量降低[12]。在神經(jīng)外科手術(shù)中，術(shù)野的滲血是否會(huì)吸收無(wú)影燈下的藍(lán)光而分解，加速其吸收排泄，函待進(jìn)一步研究。另有研究表明，實(shí)驗(yàn)小鼠暴露在藍(lán)光照射的環(huán)境可以增加警覺(jué)性和對(duì)刺激的認(rèn)知功能[13-16]。然而，入睡前暴露在發(fā)光電子閱讀器可能負(fù)面影響睡眠節(jié)律。此外，適量的藍(lán)光可以治療季節(jié)性情感障礙，這也是藍(lán)光對(duì)人體有益的一面[17-19]。

4　結(jié)語(yǔ)

本研究局限于未對(duì)手術(shù)室光源進(jìn)行光譜分析及對(duì)各光譜的輻射強(qiáng)度進(jìn)行分類(lèi)檢測(cè)，這些均需要更加復(fù)雜的儀器進(jìn)行測(cè)量，本研究?jī)H對(duì)可見(jiàn)光中的一部分進(jìn)行檢測(cè)，旨在以滿(mǎn)足微創(chuàng)手術(shù)及深部組織手術(shù)照明的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，期待能設(shè)計(jì)出更加安全的手術(shù)光源，為術(shù)者和患者提供一個(gè)良好而安全的手術(shù)治療環(huán)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

趙東升,男,(1981- ),碩士，副主任醫(yī)師。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)外科，從事神經(jīng)外科基礎(chǔ)與臨床科研工作。

1672-8270(2016)11-0020-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.007

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(81430043)“線(xiàn)粒體自噬對(duì)高原低氧環(huán)境下神經(jīng)元轉(zhuǎn)歸影響的分子病理機(jī)制研究”

①第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)外科 陜西 西安 710032

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2016-08-23