Принцип работы и преимущества бестеневых медицинских светильников

Многие медицинские светильники, представленные на рынке, позиционируются производителями как бестеневые — в особенности это касается моделей, применяющихся для проведения хирургических операций, для которых наличие бестеневого эффекта теневого разбавления является строгим требованием. Тем не менее далеко не все пользователи — и уж тем более лица, ответственные за продажу или закупку оборудования, — понимают, в чём именно должен выражаться данный эффект и за счёт каких конструктивных особенностей он реализуется. 

В связи с этим в этой статье мы решили подробно разобрать, что же теневое разбавление на самом деле, по каким критериям определяется, является ли светильник бестеневым, и, разумеется, как работают такие осветители.

Что такое тень и как она образуется?

Для того, чтобы объяснить суть бестеневого эффекта, начать стоит с основы основ — самого механизма тенеобразования.

Простейшим образом тень можно определить как пространство, на которое не падает свет из-за наличия между ним и источником света какого-либо непрозрачного препятствия. В зависимости от способа образования теней выделяют две их основных разновидности:

• основная или полная тень, которая формируется на освещаемой плоскости непосредственно за объектом, её отбрасывающим, с прямо противоположной стороны от места падения на него светового луча;
• частичная тень или полутень, которая формируется на периферии полной тени в том случае, если источник света находится очень близко к источнику тени  — или же существенно превосходит его размерами.

Полная тень — это место полного отсутствия света; полутень же представляет собой область, в которой зона полной тени переходит в зону полного света, в силу чего её визуальный вид характеризуется наличием эффекта градиента: насыщенно тёмная на границе с основной тенью, по мере приближения к внешнему краю она становится всё более бледной и размытой. 

Как работает бестеневой светильник?

Если мы увеличим число точечных источников света при соблюдении условия равномерности их распределения, площадь полутени будет продолжать расти, а полной тени — уменьшаться. Таким образом, увеличив число точек, испускающих свет в нужном направлении, до определённого предела, мы сможем избежать образования основных теней и тем самым добиться нужного нам эффекта: даже если тень не исчезнет полностью, она не будет заметно нарушать однородность освещения и негативно сказываться на видимости.

Данный рабочий принцип един для всех конструктивных и функциональных типов медицинских светильников — различаются лишь подходы к его реализации:

• Наиболее распространённое решение — это оснащение световой головы большим количеством точечных источников света, равномерно распределённых по её поверхности, но несколько отличающихся заданным для них направлением освещения за счёт изгибов формы самого блока или же разницы в углах их установки. Этот способ актуален для всех светодиодных и некоторых галогеновых светильников.
• Ещё один вариант, актуальный только для моделей с галогеновыми источниками света, подразумевает оснащение световой головы куполообразным отражателем. Лампа устанавливается в центре блока, и световые лучи от неё распространяются вбок, после чего под разными углами отражаются от рефлектора, перенаправляющего их на освещаемую поверхность.

Оба способа обеспечивают эффективное рассеивание теней, однако стоит отметить, что особенности конструкции светодиодных медицинских светильников позволяют реализовать теневое разбавление более выраженно за счёт большей плотности светового потока.

Некоторые современные модели хирургических светильников оснащены интеллектуальными системами светокомпенсации, автоматически распознающими снижение уровня освещённости и усиливающими яркость освещения у отдельных сегментов светового блока, дабы предотвратить возникновение заметных теней. В качестве примеров осветительных систем, в которых используется подобная технология, можно привести Mindray Hyled X и Merivaaara Q-Flow.

По каким критериям определяется то, является ли светильник бестеневым?

Согласно ГОСТ 26368, который устанавливает актуальные технические требования ко всем типам медицинских светильников, показателем, характеризующим степень выраженности у осветительного прибора бестеневого эффекта, является остаточная освещённость — процентное отношение освещённости, фиксируемой при наличии на пути световых лучей препятствия или препятствий, к центральной освещённости. Проще говоря, остаточная освещённость в процентном выражении выражает, насколько сильно ослабеет освещение, если пространство между источником света и освещаемой поверхностью окажется частично заблокировано. 

В актуальной версии межгосударственного стандарта нормативные значения для остаточной освещённости не приводятся — указано лишь требование, согласно которому в технической документации на хирургические светильники обязательно должны быть указаны значения остаточной освещённости, полученные по итогам проведения соответствующих испытаний. Тем не менее в проектной редакции данного ГОСТ был представлен вариант критериев, согласно которым определялось, способен ли светильник в должной степени нивелировать тенеобразование.

И хотя по итогу эти критерии так и не вошли в регламент, они всё ещё представляют интерес как ориентир, позволяющий наглядно оценить световые характеристики светильников с точки зрения реализации бестеневого эффекта, в связи с чем мы хотели бы ознакомить с ними наших читателей. Итак, согласно ранней версии ГОСТ 26368-24, уровень остаточной освещённости у бестеневых светильников должен составлять:

• при наличии одной маски — не менее 60%;
• при наличии двух масок — не менее 30%;
• на дне трубки, имитирующей анатомическую полость — не менее 65%;
• на дне трубки при наличии одной маски — не менее 35%;
• на дне трубки при наличии двух масок — не менее 25 %.

Так, например, условный медицинский светильник, показатель центральной освещённости у которого равен 120 клк, можно будет считать бестеневым, если при попадании в световое поле одной помехи он будет обеспечивать уровень освещённости не ниже 72 клк, двух — не менее 36 клк и т.д.

Резюме

Обобщим наш краткий экскурс в бестеневое освещение: 

• теневое разбавление — это «способность светильника сводить к минимуму воздействие теней в рабочей площади вследствие частичной блокировки оператором ис­пускаемого света»: иначе говоря, бестеневое освещение подразумевает не полное отсутствие теней в световом поле, а минимизацию их воздействия на условия видимости;
• теневое разбавление реализуется за счёт того, что затенённые области частично попадает свет, из-за чего резкая полная тень переходит в размытую полутень, минимально нарушающую однородность освещения;
• для того, чтобы избежать образования полных теней, отбрасывающий их объект должен освещаться как минимум несколькими точечными источниками света;
• бестеневые светильники реализуют этот принцип за счёт того, что формируют световое поле из множества равномерно распределённых световых лучей, испускаемых под разными углами.