手术无影灯
手术区域提供照明的专用设备
手术无影灯是将灯的角度或者抛光反射面的角度调节成一种环形光照，从而达到照射部位结构凸凹形成的暗影或死角，成为亮度均匀的画片，为手术区域提供照明的专用设备。
发展历史
无影灯的核心器件是照明光源，因此，根据光源的改进，无影灯大致经历了3个发展阶段。
1. 第一代：以白炽灯为光源的孔式无影灯。但白炽灯发光强度较低，光照不够均匀。
2. 第二代：整体反射无影灯。光源以卤钨灯为代表，这类光源与白炽灯的最大区别在于，卤钨灯的玻璃外壳中充有卤族元素气体，使得灯丝工作温度更高，从而获得更为理想的亮度、色温和发光效率。
3. 第三代：LED为光源的无影灯。用于照明的LED为冷光源，是现阶段较为理想的无影灯光源。
工作原理
手术无影灯是利用多点光源效应的原理设计的，即当有多个光源照射一个物体时，其中有些光源的光线被物体遮挡而无法照到接收面产生阴影时，其他光源的光线会从另一个角度照射到这个阴影区域，从而减弱并消除这个区域的阴影，最终形成无影区。
分类和基本构造
1. 孔式无影灯。
比较典型的孔式无影灯有四孔灯、五孔灯、九孔灯和十二孔灯，这4种灯分别为4个、5个、9个和12个白炽灯泡光源，其孔式灯可以组合成为子母灯的结构形式，例如，十二孔/五孔子母灯、九孔/五孔子母灯，也可以单独使用。四孔、五孔无影灯的无影效果及照度较低，主要用于小型手术照明。单灯和十二孔/五孔子母灯，如图1所示。
图1 单灯和十二孔/五孔子母灯
孔式无影灯的悬臂系统有2根旋转臂，可以绕基座作360°旋转。灯头可以上下摆动，摆动范围为，水平线以上15°至水平线以下45°。孔式无影灯毕竟是20世纪70年代的产品，在它的工作范围内，无影灯并不能定位到所需要的任意位置。
孔式无影灯通过同时拉动连接在各个光源上的拉杆，将各组光源的光汇聚到一个点上，进而达到减弱阴影的效果。孔式灯的每孔都有一组光源，光源主要由白炽灯泡、反光碗、隔热玻璃、保护隔热玻璃的白玻璃等组成。
图2 孔式无影灯光源
如图2，白炽灯泡固定在反光碗上，拉杆扯动夹在白炽灯泡上的夹圈，可以带动反光碗在反光碗的固定圈内摆动，用以调节反射光的发射角度。反光碗固定在灯壳上，隔热玻璃、白玻璃由玻璃固定圈固定在灯壳。通过隔热玻璃、白玻璃过滤掉反射光的大部分红外线与紫外线，汇聚各光源发出的反射光，形成照明光斑。
1. 整体反射无影灯。
整体反射无影灯的光源是卤素灯泡，整体反射无影灯由灯头、机械悬臂系统和相应的控制电路组成。
（1）灯头
整体反射无影灯的灯头有2种规格，70灯头的直径为700mm、50灯头的直径为500mm。整体反射无影灯系统根据需要可以有不同的组合，一般根据灯头的直径分别组合为:700/700、700/500、500/500。不同于孔式手术无影灯，整体反射无影灯的大(700)、小(500)灯均能满足手术照明的需求。
图3 整体反射无影灯的灯头结构图
整体反射无影灯的灯头主要有3个组件。
1)光源组件:灯头共有2个卤素灯泡，其中一个为备用灯泡，即在主灯泡损坏时，备用灯泡可以立即自动启用。通过旋转消毒手柄能改变卤素灯泡对反光罩的相对位置，进而调节光斑尺寸，同时也可改变照明深度。
2)反光罩:整体反射无影灯的反光罩是有数千个小平面组成的复合曲面，卤素灯光源发出的光投射到这数千个小平面，由小平面将光反射到手术区域，这数千个不同角度的小平面可以将数千个不同方向的光形成具有理想照明深度的光斑。
图4 整体反射无影灯的反光罩
3)隔热组件:隔热组件为6片隔热玻璃组成的筒状六边形结构，卤素灯泡安装在隔热筒内，隔热筒的隔热玻璃可以将红外辐照隔绝在简内，透过隔热筒的仅是含有极少量红外线的冷光。隔热组件及隔热筒内的部件必须要采用耐高温材料。
图5 隔热组件
（2）机械悬臂系统
整体反射无影灯的机械悬臂系统，如图6所示。无影灯的机械悬臂系统是调整无影灯光照方位的机械装置。为了满足手术照明处于最佳角度，无影灯的机械悬臂系统可以对灯头进行全方位的准确定位。机械悬臂系统利用轴承转动，使手术灯能360°旋转并定位于需要的方位。机械悬臂系统中有旋转臂、平衡臂、吊臂和连接臂，它们之间连接的各结合器（关节）可以活动，目的是让使用者能方便、自如地调整无影灯的光照方位。
图6 机械悬臂系统
1. LED无影灯
LED无影灯的光学结构主要有两大类，一种是LED与透镜组合，另一种采用反光碗和LED组件。
（1）LED与透镜组合为光源的无影灯
LED与透镜组合无影灯的单组光学组件，它的单组光学组件由LED固定板、LED、凸透镜、透镜固定架等组成。尽管LED是冷光源，它的发光效率很高在发光的同时必然要产生一定的热量，如果不及时散热会使LED温度升高，导致LED发光效率降低、影响使用寿命。所以，固定衬板不仅用来固定LED，而且还起到为LED散热的作用。
将安装有透镜的支架固定在衬板上，由支架控制LED光源和透镜的相对位置，LED光源通过透镜折射，将不同位置LED所发出的光汇聚在一起，产生具有照明深度的光斑。
（2）反光碗和LED组件为光源的无影灯
反光碗和LED组件的单组光源组件由LED固定块、LED、反光杯、遮光罩组成。由于LED的发光射角一般为120°或90°，所以组件中的反光杯是3个半球面的组合，这样每个反光碗就有3个焦点，分别对应3个LED。采用反光碗的优点是最大限度地利用了LED的光效，光的损耗较小。如果采用透镜折射，不仅由于透镜的透过率(透镜一般用光学级亚克力，亚克力的可见光透过率为92%)会造成光效损失，并且透镜折射光的利用率仅有60°左右的锥形角，即使加反光碗的透镜，透镜和反光碗的连接处对光的损耗也很大。
（3）LED无影灯的结构
LED无影灯的基本结构所示。
1）旋转体：LED无影灯的旋转体组件有底座与旋转臂两部分。底座用来固定无影灯，并放置开关电源、保险丝与接线座等元器件。旋转臂与底座、平衡臂相连接，可以做360°转动，可以增大灯头水平工作区域。
2）平衡臂:用于平衡灯头，使灯头能在任意所需位置准确定位，并增大灯头水平、上下工作区域。拉动平衡臂和灯头弯管相接处，可以随意上下移动及轴向旋转灯头。推动消毒手柄使灯头做前后和左右翻转，最终将灯头体调节至所需位置。
3）控制面板:是无影灯的控制装置。采用触摸式按钮，通过内置微处理器可以控制手术无影灯的通断及亮度调节等。
4）电路控制:LED无影灯的电气原理框图如图7所示。
网电源(220V交流电)经电源噪声滤波器进入开关电源的输入端，开关电源输出24V直流电，经旋转臂、平衡臂的传电器，为主控制电路板供电。主控制系统接受控制面板的指令信息，通过控制2块LED驱动板，分别驱动LED光源组件和背景灯。同时，主控制系统实时检测LED光源组件的工作状态(亮度是否有损坏)，并调整控制面板的显示信息。无影灯光斑的大小，主要是通过调节灯头与手术区域的距离来调整。主控板还有判断主灯是否损坏的功能。等主灯损坏，主控板即可做出判断，并触发更换灯泡指示灯亮，要求立即更换主灯。
图7 LED无影灯电气原理框图
主要功能
能够最大限度地减弱手术活动中投射在手术区城的阴影。
优点
缺点
日常维护保养
1. 使用完毕后，必须切断电源。
2. 更换灯泡时，必须先切断安装在墙上的220V电源开关，待灯泡冷却后才能更换。
3. 定期检查无影灯各连接部位的连接状况。由于手术无影灯是永久悬挂式设备，其安全性至关重要。必须定期检查旋转体底盘连接螺母和其他连接螺钉的状态，发现有松动应立即旋紧。
4. 电源变压器置于墙壁内或天花板上，控制箱变压器产生的热量不能散发掉，易引起变压器烧坏，故变压器周围要余留足够散热空间；同时，夏天的时候，由于空调使用制冷功能，容易引起温差大，出现天花板或墙壁有冷凝水现象，导致变压器进水或受潮厉害，容易发生短路，所以也要做好防水的措施。
常见故障处理
1. 灯不亮
打开顶部罩壳，检查保险熔丝是否熔断，供电电压是否正常，如果两者均无问题，请找专业人员来维修。
2. 变压器损坏
一般有两种原因造成变压器损坏，供电电压问题及电路短路引起超大电流造成变压器损坏，后者应该请专业人员来维修。
3. 熔丝经常损坏
检查在用的灯泡是否按说明书规定的额定功率配置，配置过大的功率的灯泡会引起超过熔丝额定电流的容量造成熔丝损坏，检查电源电压是否正常。
4. 消毒手柄变形
无影灯消毒手柄可采用高压消毒(请详见使用说明书但注意消毒时手柄不能压重物，香则会引起手柄变形。
5. 无影灯转动一下角度，灯不亮
这主要是因为无影灯吊臂两端的传感器，使用一段时间后会产生接触不良现象，这种情况应该请专业人员来保养维修一次。
6. 无影灯移位
在较大的手术无影灯中，使用一段时间后，因内灯头分量较重，需要较大的摩擦力来定位，会产生移动，可采用旋紧上部定位螺丝，以加大摩擦力的方法解决。
7. 孔式灯亮度变暗
冷光孔式无影灯的反光玻璃碗是采用镀膜技术。一般国内镀膜技术只能保证两年寿命，两年以后镀膜层就会产生问题，反光变暗、起泡等。因此，碰到这种情说需要调换反光碗。
扩展阅读
[1]范彭年.整体反射式手术无影灯[J].中国医疗器械杂志,1991(04):213-215.
[2]刘力,闵苏.智能无障碍LED手术无影灯[J].中国医疗设备,2010,25(07):74-75+65.
[3]刘志.LED手术无影灯:节能照明潮产品[J].中国医院建筑与装备,2012,13(03):68-69.
参考文献
[1]漆小平,董海龙,付峰.手术室设备[M].北京:科学出版社,2016:43-54.
[2]李文静.光学原理及医用光学仪器[J].电子测试,2013(07):264-265.
[3]李桂明.手术无影灯常见故障分析与检修[J].医疗装备,2017,30(10):57.
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