手术无影灯的仿真及设计
无影灯的原理及使用
• 照度的提高，必然会引起灯体和光束温度 的提高，这将影响医生头部和手术部位组
织的温度，从而影响手术效率和手术质量。 为此，手术室的温升要求控制在10℃以内。 采取的主要办法是使光源产生的可见光透 过可滤去7O％红外线的反射镜，剩下的红 外线大部由玻璃罩隔离和滤除。经过上述 处理的光束称为冷光。
• 4 光质好。
• 从功能上讲，一般将 其分为手术灯和检查 灯手术灯一般体积较 大，功能很强，而检 查灯灯盘较小，且多 为带底座的移动式推
• 从外观上讲，可以分 为单头灯和多头 灯．目前ＢＥＲＣＨ ＴＯＬＤ，ＡＬＭ， ＨＡＮＡＵＬＵＸ， ＡＭＯＳＣＯ，ＤＲ ＡＧＯＲ，ＭＡＲＴ ＩＮ还有国产及台湾 灯多为单灯，而ＤＲ ＭＡＣＨ， ＨＥＲ ＵＳ，ＢＲＡＮＤＯ Ｎ等则属于多头灯阵
无影灯的外观
标准手术室布置
无影灯的原理
• 外科手术中使用的照 明灯具。有无影、冷 光、高照度等特点， 并有手术要求的色温。 无影即手术的照明区 域内不应有医生的头、 手和手术器械的影子， 以保证清晰地看到手 术内腔的器官、组织 和血管，以及看清内 腔深部的情况。
• 最新的无影手术灯是单灯 穹形整体反射器，该灯具 的出光口面的直径为照明 区域直径(180毫米)的4～6 倍，可在离灯1米的区域 内达到无影的要求。在手 术照明区域500平方厘米 内照度可达2700勒克斯 （lx）以上。为了减少高 照度灯光对医生头部、颈 部上的热感，以及对手术 面上神经、肠之类的娇嫩 忌热和容易干燥的器官的 损害 ，要求最大光照度处 的热量不大于25000毫瓦 ／平方厘米。所以，几乎 所有灯具的透光玻璃和反 射器上都镀有冷光膜将射 出的红外线减少到最低程 度，俗称“冷光”。
化硅涂层，涂层均匀，不含杂质。为了适应手术者的需要，
4 手术无影灯
声音激活的手术灯
Skytron公司的Stellar系列HERMES-Ready声音 激活手术灯为外科医生提供最大极限地控制自由， 明显降低视疲劳，并覆盖更大范围的工作距离。 Stellar系列的聚焦照明提供高强度、不耀眼的冷 照明。VSRD（垂直部分反射设计）光学系统产 生聚焦柔和的白光，在任何距离都能保持90%的 最大强度。灯泡寿命是5000小时，由Sof-Start系 统保护。灯头设计富于艺术性，采用重量轻、高 弹性的聚合材料，具有最大的可操纵性和耐用性。
手术无影灯
手术无影灯是医疗手术的照明设备，由于它具 有消除阴影的特性，所以叫做无影灯。但是，并不 是绝对无影。例如，当用手在无影灯的光线之下晃 动时，可以看到受照面上有手的残余阴影存在，只 是微弱而已。 手术无影灯是医院手术室的必备器械，为了提 高医疗手术的质量，对手术无影灯的要求是：在不 增高热度的情况下产生理想的照度，以使光线柔和、 术野清晰。
结构和要求
2.技术要求
冷光能发出等同于日光的冷光，可明显地观察血液与组织的自然色
彩，采用高亮度卤素灯光源与整体反射结构，以及高性能的热辐射吸 收滤光片。 其热辐射吸收率与冷光透射均在90%以上。 高照度，高效率，电动调节聚焦，能保持清晰的手术视野。 随着大难度手术的不断增加，垂直层流的高洁净度手术室的建立， 对手术无影灯的技术要求更高。主灯照度大于10万勒克斯（Lux）， 冷光源温度14~16℃，色温4000~4500K，色彩重演度93~96%。 能遥控调节高度。调节手柄可以用134℃高温消毒。 可以组合成各种形式的子母灯。 整体密封，高度抛光，能够避免净化空气产生湍流。
3.产品系列
已形成多孔式产品系列，有单孔、多孔（4~12孔）、冷光 子母灯、深部手术灯等多项品种，还有彩色电视（录放） 无影灯。 彩色电视手术灯能够转播各种手术实况，并能放大细 节部分，也可录像保存。由变焦距摄像机头、控制箱、监 视器和传输电缆组成，机头安装在子母无影灯的母灯中央， 对准手术部位，摄像距离0.7~1.2米。照度5000勒克斯， 色温3000±500K，反射率60%，功耗150瓦。
手术室无影灯要求标准
手术室无影灯要求标准一、光照均匀无阴影手术室无影灯的光照要求必须均匀，不能有阴影出现。
这是因为手术过程中，医生需要清晰地看到患者的手术部位，以及手术进展情况，任何阴影都会对手术操作造成干扰。
为实现光照均匀，无影灯的灯盘上应设置多个灯头，确保手术区域的每一个部分都能得到充足、均匀的光线。
二、色彩还原度高手术室无影灯的色彩还原度要求高，以便医生能更准确地判断患者的肤色、伤口情况等。
高色彩还原度可以减少误判，提高手术的准确性和安全性。
三、温度控制无影灯的温度控制对于手术的顺利进行至关重要。
如果温度过高，可能会对手术部位产生不良影响，甚至烫伤患者。
因此，无影灯应具备温度控制功能，确保手术过程中温度适宜。
四、防水防尘手术室无影灯需要具备防水防尘的功能，以应对手术室内的特殊环境。
防水功能可以防止水分进入灯具内部，影响灯具的正常工作。
防尘功能可以防止灰尘等杂质进入灯具，影响光线照射效果。
五、易于清洁与消毒手术室无影灯应易于清洁和消毒，以保持其良好的工作状态和卫生条件。
灯具的表面应易于清洁，不留死角，防止细菌滋生。
同时，灯具的材质应能抵抗常见的消毒剂腐蚀，确保其经久耐用。
六、低噪音设计手术室需要保持安静的环境，因此无影灯的设计应尽可能降低噪音。
低噪音设计可以减少对患者和医护人员的干扰，有利于手术的顺利进行。
七、能耗与节能手术室无影灯的能耗与节能要求高。
无影灯的能效应符合相关标准，尽可能减少能源消耗。
同时，应考虑采用节能技术，如LED照明技术等，以提高能效并降低运营成本。
这样不仅有利于环保，也能为医院节省能源开支。
手术室无影灯,吊塔配置方案(4)1
推荐项目方案手术室设备整体解决方案(手术无影灯/吊塔)手术室设备配置方案------手术无影灯、吊塔、手术床一、手术间配置如下： (单位:元)1、百级(骨科)手术间--（1间）：A)单光源反射式手术无影灯1套(双母灯)型号：DomeLUX-6262照明亮度：140,000lux+140,000luxB)固定双臂吊塔1套型号：TPF-2臂长：900+700CM 承重：150kg2、千级手术间--（1间）：A)单光源反射式手术无影灯1套(双母灯)型号：DomeLUX-6262（台湾三丰）照明亮度：140,000lux+140,000luxB)固定单臂吊塔1套型号：TPF-1 (台湾三丰）臂长：900CM 承重：250kg手术无影灯技术参数单光源反射式手术无影灯(双母灯) 数量:2套型号:DomeLUX-6262性能说明：1、国际知名主流产品.2、双母灯设计,灯头直径≥59CM，单灯的亮度≥14万Lux; 其中一灯头内置摄像系统.3、每盏灯均为单灯泡发光无影灯,灯头流线型设计,以适应于现代手术室的层流净化需要,灯盘轻巧,玻璃强度高,耐冲击.4、无需调焦, 光柱深度≥140CM, 工作聚焦范围为:70-140CM.5、触摸式多级调光(不少于6级),具有亮度记忆功能.6、连续工作4小时的灯体温升范围≤12℃.7、热辐射吸收率≥99%8、灯泡功率≤150W,使用寿命≥1000小时.9、照明区范围(光斑直径)可调,调节范围为:最小直径≤10CM 最大直径≥25CM.10、反射原理:采用多反射面原理，灯镜面≥1000个,具有自动聚焦系统.11、色温≥4300°K.12、具有内置同功率,同亮度备用灯泡,当主灯泡熄灭后备用灯泡在此期0.1秒内自动切换,并有故障提示,不影响手术过程,有坏灯指示.13、无影灯盘要便于移动,机械部分方便轻巧,关节数≥4个,每个关节能做到无限旋转;灯盘可拉至水平投射,稳定地照射截石位的会阴部.14、灯把手采用无方向性设计,可以任意方向插接后任意方向旋转即可固定,卸除时只需轻按卸除按钮即可，采用可高温蒸汽消毒材质。
手术灯无影灯的原理
手术灯无影灯的原理手术灯无影灯，也被称为手术室照明灯，是医疗设备中的一种，用来为手术室提供明亮而均匀的光照。
手术灯的灯具由一至多个灯头组成，每个灯头由数十甚至上百个小灯泡组成，可以通过不同的灯泡组合和调节光的亮度，以满足手术室不同需求的照明。
手术灯无影灯的原理主要有三个方面：光源、反射和投影。
下面我将详细介绍每个方面的原理。
首先是光源。
手术灯通常使用的光源是高亮度的白色冷光源，如LED灯泡。
LED 灯泡具有高效、低耗、寿命长的特点，适用于需要长时间连续照明的手术室。
采用LED灯泡可以提供高亮度的光线，同时有助于减少手术室的照明设备数量和功耗。
其次是反射。
手术灯的灯头通常配备有反射面，用来反射光线。
反射面通常使用高反射率且不产生热量的材料，如银镜面或铝镜面。
这些反射材料可以将光线反射出来，并避免产生光的损失。
通过反射面的设计和构造，手术灯可以实现光线的均匀分布，减少光线的折射和散射，提高手术室的照明质量。
最后是投影。
手术灯除了提供明亮的照明，还需要具备有效的无影效果。
这是通过在手术灯的灯头周围设置一圈障碍物来实现的，这些障碍物可以防止光线直接投射到手术区域，从而减轻手术人员和患者的视觉反射。
投影的原理是光的波动和折射特性。
手术灯上的障碍物会使光线经过多次反射和折射，从而改变光线的传播路径，最终实现在手术区域产生无影和均匀的照明效果。
除了以上三个主要的原理外，手术灯还具备其他一些辅助功能。
例如，手术灯通常可以通过旋钮或按钮来调节灯光的亮度和颜色温度，以适应不同手术的需求和医生的要求。
手术灯也可以进行灯头的移动和灯具的调整，以满足手术室内不同区域的光照需求。
总结起来，手术灯无影灯的原理主要包括光源、反射和投影。
光源提供高亮度的光线，反射面使光线均匀分布并减少光的损失，投影障碍物改变光线的传播路径，实现无影和均匀的照明效果。
手术灯的原理和设计旨在为手术室提供明亮而均匀的照明，以帮助手术人员进行准确和有效的手术操作。
手术无影灯的调试安装调试
七步骤手术无影灯的调试安装调试
手术无影灯的调试安装调试通常包括以下几项：
(1)机械安装检查：查看有无机械安装纰漏，有无少装螺钉或者螺钉不紧．卡簧有无卡好，各项装饰盖板是否已经盖好。
(2)电路检查：首先检查系统是否有短路或者断路。
若一切正常，可进行通电测试，此时应检查无影灯外部电源是否稳定。
变压器输出电压是否过高或过低。
(3)平衡臂调节：查看平衡臂与灯头是否匹配，是否还需要调节平衡臂的受力，是否需要调节平衡臂的角度加需要可通过灯臂的调节方法进行调节。
通常调节灯臂的螺钉在灯臂的两头，但不同厂家稍有不同，可仔细观察。
(4)关节灵活度调节：主要是调节关节的阻尼螺钉，标准规定阻尼调节的松紧程度是在任何位置推动或者旋转关节的力接近于20N或者5Nm。
(5)关节限位开关的调节和松启：为了便于无影灯的安装和运输，大多数无影灯产品在其关键部分如关节等都设置锁死开关或者限位开关．现在均可打开。
(6)检查照射距离及深度：大多数无影灯的照射距离在70-140cm或者60—130cm．即无影灯在这段距离内效果最好。
(7)检查照度及色温：照度和色温其实是一个近似的观念。
都是为描述无影灯的照射强度。
通常我们认为最理想的无影灯就是光线与太阳光近似．即在4400-4600K左右。
上述几项调节、检查合格后手术灯即可投入使用。
智能化LED手术无影灯的仿真及设计
２１ ０ １年 ３月
河 北
工 业 科 技
Ｖｏ ． ８， ． １ ２ ＮＯ ２
Ｍ ａ． ｒ ２０１ １
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文 章 编 号 ：０ ８ １ ３ （ ０ １ ０ — １ ０ ０ １ ０ — ５ ４ ２ １ ） ２０ ０ — ４
智 能化 Ｌ Ｄ手术 无 影灯 的仿 真及 设 计 Ｅ
霍 彦 明 王 志远 谭 俊廷 封 丽 华 ， ， ，
（． １ 河北科技 大 学电气信 息 学院 ， 河北石 家庄
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无 影灯是 医 院手 术室 必 用 设备 ， 医生 手 术过 在 程 中发 挥重要 的 照 明作 用 。按 光 源类 型 区分 ， 常 通 手术无 影灯分 为普通 型与 冷光 型 ２类 。普通 型无影
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眼科手术过程中常需要的手术无影灯
眼科手术过程中常需要的手术无影灯
眼科手术过程中常需要明亮的聚焦照明，手术无影灯在取出非磁性眼内异物是有其感到光明的重要性。
一般加强手术无影灯的亮度，只能是大范围的手术视野亮度增加，而不能满意的增加巩膜切口内的亮度。
如需看清切口内视网膜表面或玻璃体内的异物或其包膜，必须求助于明亮的聚焦照明，我们先是用剑眼镜微型灯泡及其聚光镜制作简易的照明灯，用来去除非磁性异物，其效果比无影手术灯好为进一步改进设计用导光纤维制成手术照明灯。
冷光源采用介质膜冷反光镜的15v150w卤钨灯，亮度可随需要加以调试，导光纤维束软管长1400mm，手持段长137mm，导光纤维束直径2.5mm离头端5mm处的光斑直径为5mm。
导光纤维手术灯的优点：
1.明亮在5mm直径范围内的亮度达3600lux,而眼底镜微型灯泡及聚光镜的亮度为1000lux.
2.对比度好：照明野大小于眼球壁切口相仿，此时关闭无影灯并用窗布遮掩门窗，由于对比度好，在巩膜切口内的照明效果异常优异。
3.操作方便：体积细小，头端直径仅4mm,不妨碍视线。
消毒可靠，头端可直接碰到巩膜切口并能任意转动光线投射方向，可照亮切口附近5mm范围的视网膜表面，且能照亮玻璃体附近近中心部。
这种照明灯非常适合于搜索眼内非磁性异物。
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手术无影灯的仿真及设计
手术无影灯是医院手术室必用设备,在医生手术过程中发挥重要的照明作用。
按光源类型区分,
通常手术无影灯分为普通型与冷光型2类。
普通型无影灯采用普通热光源(如白炽灯、卤钨灯等),由于光转换效率低,对于医院手术室需要长时间照明的场合,故障率明显提高[1-5],同时
由于缺乏停电保护措施等,因而易造成烫伤等事故[6]。
因其光源发热量大、功率高、寿命短,
并且由于手术无影灯光效强、持续
时间长,所以容易对医生眼睛造成损害,有文献分析手术无影灯是造成手术者老视的一个重要
原因.另外一种光源采用荧光发光,属于光源,该类光源能耗较低,亮度大,但是色温选择单一、
寿命与热光源差不多,而且光衰较大,且指向性不够,有较大局限性。
LED光源是近年来飞速发展的新型光源之一,LED光源应用于手术无影灯具有如下明显优势:
1)耗电低、散热小,不会造成患者损伤;
2)LED冷光源的光源特色有助于手术的顺利开展,它避免了由于热光源造成伤口失水的手
术风险;
3)LED光源寿命长,光源可根据需要进行指向性设计,因此针对性强;
4)可采用多种阵列曲面配光方式,满足不同应用需求。
1 不同功率LED阵列在无影灯中的应用仿真智能化大功率手术无影灯采用LED光源进行
设计,具有耗电低、显色特性好的特点,采用平面排列配光方式,其特点是将多颗LED单元根据
需要进行排列,采用将多颗LED单元均匀布置,不同单元轴线方向夹角与单元间距之间尺寸通过光学仿真进行最优化设计,将LED单元布置平面基板上,形成一定发光面积、一定发光强度的面光源,面光源的特点是覆盖面大、死角小而且局部发光不刺眼。
通过照度仿真计算方法[8],针
对现有3 W大功率LED单元,选择125颗进行矩形排列,仿真参数按厂家提供测试参数进行,被
照面距离光源间距1 m。
针对0.06 W小功率LED,选择6 250颗采用同样矩形排列方式,参数同上,本仿真中以传统度要求进行设计,实际应用中,可根据房间大小、手术台大小等实际参数进
行调整。
仿真结果见图1。
通过仿真结果可以看出,在距离光源1 m以上3 W大功率LED单元时,辐照区域光斑基本呈圆形,最大照度约为12 000 lx,以最大照度下降10%为界限(约10 000 lx 为界限),圆形辐照区域半径约为0.2 m,即均匀照明面直径大于0.4 m,完全符合手术无影灯照
明要求。
同样,当采用0.06 W小功率LED时,辐照区域也为圆形,中心最大照度大约为18 000 lx,以最大照度下降10%为界限(约16 000 lx),圆形辐照区域半径约为0.2 m,即均匀照明直径大于0.4 m,也满足手术无影灯照明要求。
2种情况下照度值有所偏差,这可能是因为2种功率的LED 发光角不同所致。
可以看出,此2种功率的LED光源,辐照模式大致相同,辐照范围集中,光输出量较大,照度高.
2 智能化LED手术无影灯硬件设计图2是智能化LED手术无影灯系统框图,采用大功率LED光源。
从系统框图可以看出,该电路有2种模式可供选择,即自动控制和手动控制。
自动控制模式是由环境光照度模块将手术现场的照度参数经过A/D转换传递给中央控制器,中央控制
器根据事先设定好的程序要求通过PWM控制LED恒流驱动模块,从而实现大功率LED串的自动
调光。
手动控制模式则可通过设计的SC2272无线收发模块,与单片机无线通信,同样通过PWM 控制LED恒流驱动模块,实现大功率LED串的手动调光。
为了使手术无影灯更加安全和可靠,该LED恒流驱动模块集成了完善的保护功能,当功率MOS管输出过大时,该信号由采样电阻RS反馈到恒流驱动芯片的电流检测引脚,对于反馈回来的信号进行分析后,控制功率MOS管作出相应的调节,以达到稳定无影灯亮度及保护仪器安全作用。
该电路结构包括STC12C5A60S2(中央控制器)、XLT604(高亮度LED恒流驱动芯片)恒流驱动模块、SC2272无线接收模块、环境光照度传感器模块等。
图3为智能化LED手术无影灯硬件电路图,其工作原理如下:环境光照度传感器模块采集手术现场的光照度,其输出为0~5 V的模拟信号,将该信号传递到中央控制器
STC12C5A60S2的P1.0口,STC12C5A60S2内部集成10位A/D转换器,A/D转换完成后,中央控制器根据事先设定好的程序分析并处理手术现场的光照度信息,然后根据事先设定好的光照度要求得出最佳照度驱动信号,通过控制器的P2.0控制XLT604的PWM调光控制端,从而控制功率MOS管的输出驱动电流,从而完成对LED手术无影灯的自动控制。
该电还设置有红外遥控信号接收电路,由无线芯片SC2270为核心构成无线接收模块。
通过遥控器发出红外控制信号,经接收芯片SC2270处理后发送给控制器。
控制器根据事先设定的程序控制XLT604的调光端,达到增加亮度或者是降低亮度的目的,从而实现手动遥控调整功能。
该设计可以在不影响医生进行手术操作的情况下由其助手远距离对手术无影灯进行遥控光照度的调节。
3 系统软件设计
如图4所示,系统软件主要实现调光模式的选择功能,可选择手动或自动调光,自动调光模式下,系统可根据设定好的照度自动调节,手动模式下可实现光照度连续调节,从而满足了工作人员在不同情况下的需要。
采用新型的LED冷光源,智能化LED手术无影灯具有发光效率高、发热量低、热辐射低、能耗低、寿命长、可靠性高以及易于设计各项安全保护措施等显著优点。
采用LED恒流驱动技术,再加上智能化控制接口,给医生的手术工作带来了较大便利,具有较好的应用前景。