В рамках альянса по энергетике в больницах (Hospital Energy Alliance, HEA), созданного Министерством энергетики США, ведущие больницы и национальные ассоциации объединяются в стратегическом союзе с целью повышения энергоэффективности и снижения выбросов парниковых газов в здравоохранении по всей стране. Члены HEA, используя передовые технологии, разрабатываемые национальными лабораториями, создают национальный форум для обмена доказательственно обоснованными технологическими решениями и влияния на энергетическую производительность медицинского оборудования и систем.
В октябре 2010 года, осознавая быстрый прогресс в области светодиодной технологии (LED), проектная группа по освещению HEA выбрала светодиодное хирургическое осветительное оборудование в качестве проекта для исследования в 2011 году. Проект по определению области применения был завершен в январе 2011 года и описывал потенциал энергосбережения с использованием доступных светодиодных продуктов по сравнению с галогеновыми (тунгстен-галогеновыми) и высокоинтенсивными разрядными (HID) источниками света.i Затем был разработан информационный лист, предоставляющий объективное руководство владельцам и управляющим больницами, которые стремятся приобрести высокопроизводительное светодиодное хирургическое осветительное оборудование.
Почему использовать светодиоды для хирургического осветительного оборудования?
Технология светодиодов продвигается в новые области применения белого света, включая хирургическое осветительное оборудование, где первоначальные данные указывают на значительный потенциал для снижения энергопотребления и уменьшения затрат на обслуживание. Галогеновые лампы, обычно используемые в хирургическом осветительном оборудовании, имеют относительно низкую световую эффективность (люмены светового потока на ватт энергии), которая еще ухудшается фильтрами, используемыми для снижения количества невидимого излучения. Светодиодные хирургические осветительные приборы обычно не требуют таких фильтров, и их более высокая эффективность может привести к снижению подключенной нагрузки на 50 процентов или более, а также к дополнительным энергосберегающим возможностям благодаря функции постоянной регулировки цвета и уменьшению нагрузки на охлаждение в операционной. Более того, в то время как галогеновые лампы обычно имеют срок службы всего 1 000-3 000 часов и выходят из строя катастрофически (внезапно и без предупреждения), светодиодные хирургические осветительные приборы обычно рассчитаны на 25 000-40 000 часов работы и ожидается, что они постепенно тускнеют. Технология светодиодов также может предложить дополнительные преимущества, включая более эффективное устранение теней, создаваемых медицинским персоналом, как показано на Рисунке 1.ii Некоторые продукты даже позволяют регулировать цвет. Однако на данный момент независимые тестовые данные обычно не предоставляются, производительность в последующие годы срока службы продукта может быть только оценена, а продукты относительно дороги по себестоимости. Тщательная спецификация и оценка продукта являются необходимыми условиями для успешного проекта по использованию светодиодного хирургического осветительного оборудования.
Для получения эквивалентного уровня освещенности светодиоды требуют меньшей мощности.
Светодиоды требуют удаления значительного количества тепловой энергии - радиаторы
Управление по контролю за качеством продукции и пищевыми препаратами США (FDA), которое выдает разрешение на маркетинг медицинских изделий, в 1998 году опубликовало руководство по испытаниям продукции для хирургических осветительных приборов.iii В этом руководстве рекомендуется следовать проектному стандарту 60601-2-41 Международной электротехнической комиссии (МЭК), второе издание которого было опубликовано в 2009 году.iv Многие критерии МЭК тесно соответствуют критериям Ассоциации по освещению Северной Америки (IESNA или IES) в разделе 4.11 ее американского национального стандарта, которые практически неизменны с 1995 года.
В настоящее время критерии МЭК используются аккредитованными лицами FDA, осуществляющими стороннюю проверку хирургических осветительных приборов. Учитывая существующий протокол и относительно высокую стоимость испытаний продуктов в этой категории медицинского оборудования, рекомендуется сохранять критерии МЭК в качестве основы для технических характеристик продукта. Однако рекомендации IES заслуживают внимания, и медицинский персонал должен быть опрошен для выявления необходимых уточнений, чтобы удовлетворить требования различных хирургических процедур. Кроме того, при модернизации или модификации существующего оборудования необходимо провести аудит для получения точного измерения базовой производительности. Такой аудит может выявить любое ухудшение фильтров УФ-ИК, используемых для галогеновых продуктов.
МЭК стандарт содержит определения для ряда терминов, используемых в настоящем документе. Обратите внимание, что "глубина освещения" изначально определялась МЭК как комбинированное расстояние вверх и вниз до точек с 20 процентами от центральной освещенности, но во втором издании стандарта это значение было изменено на 60 процентов. Многие технические описания продуктов не были обновлены после пересмотра стандарта, поэтому сравнение оценок продукта должно выполняться с осторожностью, чтобы обеспечить последовательное сообщение производителей о глубине освещения на основе текущего издания.
Некоторые критерии МЭК устанавливают фиксированные минимальные требования или максимальные ограничения, такие как ограничение общего излучения до 1000 Вт/м2. Другие критерии устанавливают диапазоны приемлемых значений. Например, для осветительных приборов для крупных хирургических операций (хирургических осветительных приборов или светильников) и систем осветительных приборов (с несколькими осветительными приборами) требуется центральная освещенность от 40 000 до 160 000 люкс. Поскольку значение, требуемое хирургическим персоналом, может быть в любом месте в этом широком диапазоне, спецификации должны устанавливать более узкие поддиапазоны, где каждый поддиапазон адаптирован к требованиям соответствующей хирургической процедуры. Количество осветительных приборов должно быть определено заранее, поскольку их совокупная освещенность не должна превышать 160 000 люкс.
Цветовые характеристики
Критерии МЭК для коррелированной цветовой температуры (CCT) и хроматических координат также требуют большей специфичности. Два источника света с эквивалентной CCT, как правило, ожидается, что будут иметь эквивалентное цветовое восприятие, будучи желтовато-белыми, голубовато-белыми или что-то между ними. Но если их хроматические координаты не находятся около планковой кривой, они могут выглядеть зеленоватыми или розоватыми по цвету. Ассоциация национальных производителей электротехнической продукции (NEMA) совместно с Группой американского национального стандарта по освещению (ANSLG) определила метрику Duv для дополнения CCT с целью ограничения такой цветовой вариации.
Стандарт NEMA/ANSLG упрощает спецификацию хроматичности, позволяя измерять значения Duv от -0,006 до 0,009 в зависимости от номинальной CCT. Критерии NEMA/ANSLG более строгие, чем критерии МЭК. Красный текст указывает на то, что пять из шести граничных точек МЭК значительно отклоняются от допустимых отклонений NEMA/ANSLG для белого света, что указывает на необходимость оценки Duv в дополнение к критериям МЭК для CCT и хроматических координат.
Аналогично, общий индекс цветопередачи (CRI или Ra) может не предоставлять достаточной меры способности источника света обеспечивать цветовую дискриминацию. CRI измеряет цветовую точность испытуемого источника при освещении набора пастельных объектов по сравнению с эталонным источником (лампа накаливания или дневной свет в зависимости от CCT). В дополнение к CRI, специальный индекс цветопередачи R9 оценивает способность источника передавать насыщенный красный объект (с пиковым отражением от 745 до 805 нм), но не ясно, обеспечивают ли эти две метрики вместе достаточную оценку цветопередачи в хирургическом освещении.
Шкала цветового качества (CQS) была разработана Национальным институтом стандартов и технологии (NIST) как альтернатива CRI после того, как исследования показали, что CRI плохо коррелирует с предпочтением цвета для некоторых типов источников света, включая светодиоды.viii CQS в значительной степени основан на CRI, с одним существенным отличием - использованием насыщенных цветов вместо пастельных. Хирургический персонал может пожелать провести свои исследования.