LED医用头灯 101

2023年2月27日/护眼安全医用头灯

人体工程学实践新闻-2022年2月 作者：金昌博士 jchang@surgitel.com

总结

临床照明的主要目的是帮助临床医生看到其手术所特有的解剖特征。SurgiTel认识到一种类型的LED灯无法满足各种临床病例的照明要求，因此提供了四种LED颜色：暖色（约3000K）、中性色（约4000K）、1型冷色（约5700K）和2型冷态（约6500K）。暖和中性（或自然）LED灯设计用于牙科或美容手术，冷LED灯用于外科手术。由于牙齿能有效反射蓝光，牙科专业人员面临着来自具有强蓝色光谱峰值的冷LED灯的更多蓝光危害。

最佳照明的基本因素

在为各种临床程序设置最佳照明时，应考虑几个因素——为特定程序选择合适的LED灯，并优化前照灯和头顶灯的亮度水平

1、眼睛对光的适应：眼睛的“暗到亮”适应明显快于“亮到暗”适应。这意味着背景区域的亮度应该远小于目标区域的亮度。建议的目标与背景比大于3.1。这意味着头顶灯的照明应该比LED大灯的照明暗，但对于许多临床病例来说，背景照明太亮。

2、反射率：牙齿比红色组织反射更多的蓝光。牙科专业人员面临更多蓝光危害。

3、颜色精度：牙科美容可能需要颜色精度。

4、增强某些解剖特征：可以增强某些解剖特性的图像以便于诊断。

5、滤光器的使用：吸收、反射或偏振滤光器可用于增强某些解剖特征。

6、光束质量：为了看得最好，光线必须产生均匀的光束（图1）。如果光束不均匀，我们会在中心看到一个过于明亮的眩光点，而在外围则会有一个暗淡的细节缺失。此外，不均匀的光束边缘使得在牙科手术过程中几乎不可能防止眩光进入患者的眼睛。具有清晰边缘的光束使临床医生易于控制和预防。

如果您对临床照明和LED技术的基础知识感兴趣，可以阅读2013年11月出版的《ErgoPractice News》，标题为“临床照明和发光二极管技术的基础”，了解更多信息。

图1：SurgiTel的专利多透镜、消色差光学系统可以实现均匀的光束。

LED前照灯作为牙科照明的要求

白色LED灯由两个光谱带组成：“蓝色”光谱带和“绿色-红色”光谱带。图2显示了目前牙科专业人员使用的各种品牌LED大灯的光谱分布。作为牙科照明，LED大灯应满足两个基本要求。第一个要求是帮助显示牙齿和组织等物体的准确颜色。第二个要求是最大限度地减少蓝光危害。图3显示了四种示例光的光谱分布下的蓝光危害函数和眼睛的视觉效率（光视觉反应）函数。LED灯的蓝色光谱带刚好低于蓝光危害函数。值得注意的是，眼睛对紫外线和可见光（不包括蓝光）有很好的防御机制，但眼睛对蓝光没有防御能力，因为眼睛对蓝光不敏感。

图2：牙科专业人员使用的各种品牌LED大灯的光谱分布

图3：四种光谱分布和蓝光危害与视觉效率（Photopic Response）函数

为了满足第一和第二要求，LED前照灯的光束应具有平衡的光谱——蓝色光谱带峰值与绿色-红色光谱峰值相似。图4显示了牙科专业人员使用的各种品牌LED灯的蓝色光谱峰值与绿色-红色光谱带峰值的比率（或LED蓝光的相对风险因素）。SurgiTel中性LED灯提供了最具色彩平衡的光束，已被证明具有最佳的色彩精度。图5显示了SurgiTel中性LED照明和LumaDent灯照明下的示例图像。随着比率的增加，蓝光危害也会增加。图6显示了CCT（校正后的色温）与LED蓝光的相对风险因子（蓝色光谱带峰值与绿色-红色光谱带峰值的比率）之间的关系。长时间暴露在具有强蓝色光谱带的LED灯下会导致年龄相关性黄斑变性（AGD）。图7和图8分别显示了蓝光对视网膜细胞的物理影响和AMD的视觉影响。

图4：不同品牌LED灯的LED蓝光相对风险系数。

从35厘米处的反射光中获得的比率。直接观察时测得的开尔文色温。

图5：SurgiTel中性LED灯照明和LumaDent LED灯照明下的示例图像。

图6：蓝色/绿色-红色比率与开尔文（K）色温之间的关系。从35厘米处的反射光中获得的比率。直接观察时测得的开尔文色温。

图7：蓝光对视网膜细胞的影响。

图8：年龄相关性黄斑变性（AMD）的视觉效应。

外科LED前照灯的要求
与牙科相反，蓝光可能有害，蓝光对外科手术有帮助。凉爽的LED灯将增强静脉和神经的图像。由于红色组织吸收了大部分蓝光，外科医生面临的蓝光危害较小。SurgiTel最近发布了两款新的外科LED大灯，点击此处了解更多信息。

长效电池
持久的电池对于长时间的手术或程序非常重要。你不应该担心你的灯的电池没电了。这就是为什么我们新的Surgical Mini LED和Surgical Headband LED 2.0的电池寿命长达12小时。

轻量的
理想的外科手术LED前照灯应该很轻，以免引起疼痛或增加任何不必要的额外重量。我们的外科迷你LED灯重量轻，只有14.6克，而且不会牺牲亮度。手术迷你LED灯为100000勒克斯，开尔文温度为5700，有助于增强解剖特征。

左图：ArmorFlex框架上的手术迷你LED。| 右图：外科头带LED 2.0。

参考文献
1、Chang，Jin。“LED大灯作为临床照明：临床医生提出的问题和答案”，SurgiTel。《ErgoPractice News》，2021 7月。https://www.surgitel.com/led-headlights-as-clinical-illumination-question-raised-by-clinicians/

2、普莱斯·理查德。“各种品牌LED前照灯的光谱分布”，《私人通信》，2021 5月
3、斯塔马塔科斯、凯瑟琳和珍妮特·L·哈里森。“LED牙科照明应用可能对眼睛造成的危害”，《田纳西州牙科协会杂志》93，第2期（2013）：25-29。https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24611218/

4、普莱斯，理查德。“蓝光对医学和牙科的危害”，YouTube。价格固化实验室，2012年7月22日。https://www.youtube.com/watch?v=VfCmL4Kz2iw
5、Chang, Jin. "你的LED头灯类型对你的眼睛安全吗？" SurgiTel. ErgoPractice新闻，2018年11月。https://www.surgitel.com/is-your-led-headlight-type-safe-for-your-eyes
6、"ANSES关于'使用发光二极管（LED）的系统对人类健康和环境（动物群和植物群）的影响'。" ANES。法国食品、环境和职业健康与安全局，2019年4月5日。https://www.anses.fr/en/system/files/AP2014SA0253EN.pdf
7、Fluent, Marie T., Jack L. Ferracane, James G. Mace, Anjali R. Shah, and Richard B. Price。"照亮潜在的危险"。美国牙科协会杂志》150，第12期（2019年12月）： 1051–58. https://doi.org/10.1016/j.adaj.2019.08.012.
8、"固态照明： 美国能源未来的辉煌解决方案。" 美国能源部，2013年1月。https://www1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/ssl-overview_brochure_feb2013.pdf
9、"选择手术放大镜镜的临床指南"。Gordon J. Christensen临床医生报告9，第8期（2016年8月）： 1-2。https://www.cliniciansreport.org/products/dental-reports/clinical-guidelines-for-selecting-loupes-is-overhead-led-lighting-ready-for-dental-operatories-are-scanning-and-milling-for-you-august-2016-volume-9-issue-8
10、“无绳LED前照灯：一个光明的想法？”Gordon J.Christensen临床医生报告10，第5期（2017年5月）：1-2。https://www.cliniciansreport.org/products/dental-reports/cordless-led-headlamps-a-bright-idea-wipe-disinfection-killing-or-spreading-the-germs-radiation-are-you-and-your-patients-and-staff-protected-%E2%80%93-may-2017-volume-10-issue-5
11、Neelam、Kumari、Kah Guan Au Eong和Sandy Wenting Zhou。“蓝光在与年龄相关的黄斑变性发病机制中的作用”。《国际眼科光学评论》，2014。https://www.pointsdevue.com/article/role-blue-light-pathogenesis-age-related-macular-degeneration#:~:text=Blue%20light%20may%20damage%20the,in%20the%20development%20of%20AMD.
12、普莱斯、Richard B.、Daniel Labrie、Braden Sullivan和David H.Sliney。“LED前照灯潜在的‘蓝光危害’”，《牙科杂志》125期（2022年10月）：文章104226。https://doi.org/10.1016/j.jdent.2022.104226。
13、Price, R和Ferracane, J，《蓝光危害：我们应该有多担心》，作为IADR主题演讲提出，2021年7月23日；与Price博士的私人交流，2021年