Optimización de la iluminación LED para entornos clínicos

Snjezana Soltic y Andrew Chalmers | 2019
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La llegada de la luz LED ha promovido el concepto de iluminación centrada en el ser humano (HLC). El LED también ha sido responsable de los aumentos en la eficiencia eléctrica de los sistemas de iluminación, junto con las recientes mejoras en sus propiedades de color. Hemos descubierto que también es posible crear un entorno iluminado con atributos clínicos mejorados al proporcionar un espectro que cumpla con los requisitos del Índice de Observación de Cianosis (COI). Este documento describe el uso de un algoritmo de evolución diferencia para el diseño espectral de una fuente de luz LED mixta capaz de cumplir las recomendaciones de COI y los criterios de rendimiento de HLC.

Introducción

Los investigadores de todo el mundo han intentado durante varios años cuantificar los beneficios de la iluminación centrada en el HCL. Un informa para la Comisión Europea ha identificado una serie de posibles problemas de salud derivador de la iluminación LED. HCL intenta evitar estos problemas mediante la creación de un entorno iluminado que emule la iluminación natural y promueva la respuesta circadiana humana. La relación entre la luz y los niveles de bienestar de los usuarios se expandió cuando se identificó un tercer fotorreceptor en el ojo humano a principios de este siglo. Estos fotorreceptores fotosensibles adicionales en la capa de células ganglionares de la retina son directamente sensibles a la luz y son los principales responsables de medias estas respuestas. Estas células son más sensibles a la luz de longitud de onda corta con una sensibilidad máxima en el rango de luz azul visible (446-477 nm).

Con este descubrimiento, los efectos sobre los ritmos circadianos podrían correlacionarse con condiciones de iluminación específicas, en particular, las propiedades del espectro de luz, así como el nivel absoluto de la iluminación. Ahora están surgiendo varios propósitos distintos para HCL, de los cuales tres se distinguen fácilmente: iluminación biológicamente efectiva para mejorar el rendimiento cognitivo; iluminación emocionalmente efectiva para crear ambientes estimulantes; e iluminación clínicamente efectiva para mejorar la atención medica y las instalaciones de tratamiento en hospitales, clínicas y residencias para personas mayores. La iluminación LED parece ser la fuera impulsora de una nueva investigación sobre HCL y sus aplicaciones en una amplia gama de configuraciones apropiadas. Los LED permiten el control de la iluminación, con la posibilidad de variar independientemente la intensidad, el espectro y el color.

Bajo este enfoque, HCL aprovecha la optimización del espectro de la fuente de luz para lograr la máxima comodidad y eficiencia para los ocupantes. En el contexto clínico, esto requiere una buena reproducción del color en general, así como la facilidad para la observación efectiva de los pacientes por parte del personal sanitario.

Los médicos consideran que la cianosis es un indicador importante de la salud del paciente. Se refiere a una coloración azul de la piel y los labios y es el resultado de una insuficiencia en la oxigenación de la sangre que puede ser un indicador de una variedad de condiciones. El COI se ha desarrollado con el objetivo de diseñar una iluminación que mejore la capacidad del profesional clínico para discernir las diferencias entre los tonos de color azul y rojo en la piel.

Los siguientes objetivos de diseño de iluminación surgen de estos conceptos: CCT variable (temperatura de color correlacionada) para estimular la respuesta circadiana; las mejores propiedades de reproducción de color y COI alcanzables en cada CCT; la mayor eficacia luminosa alcanzable (para la mejor eficiencia del sistema) consistente con los dos primeros objetivos.

El propósito de este proyecto es derivar los SPD (distribuciones de potencia espectral) de mezclas de LED que son capaces de proporcionar una observación óptima de la cianosis, junto con excelentes propiedades de reproducción del color, así como la mayor eficacia luminosa alcanzable de la radiación. Dado que estos tres objetivos imponen sus propias demandas únicas sobre la distribución del poder espectral, esto requiere un equilibrio (y optimización) de sus efectos contravariantes.

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