理性认识蓝光危害及蓝光生物安全性评价

柯城 吴春法 李伟军 郑建 李敏 王敏 黄正

摘 要：日常生活和工作中会接触到多种多样的蓝光辐射，蓝光的生物作用及其生物安全性也越来越受到关注。国内外已颁布一系列关于蓝光潜在健康危害、蓝光生物安全性评价，以及蓝光产品风险组别的指南、技术报告和标准。“蓝光危害”是灯和灯系统的光生物安全性评价标准体系中使用的一个专业技术术语。该术语并非泛指蓝光辐射有风险，也不应被误认为蓝光都是有害的。蓝光在维持正常视觉和人体健康中发挥着重要作用，理性认识蓝光危害对蓝光技术的发展和应用有积极意义。本文围绕蓝光辐射的一些重要性质、来源、蓝光的生物作用以及蓝光生物安全性评价体系，对蓝光危害目前的共识以及误解进行了客观和理性分析，并对关于蓝光辐射的生物安全性的相关标准以及藍光生物安全性评价方法进行了综述。

关键词：蓝光危害；蓝光危害加权函数；蓝光生物安全性；曝辐限值；最大允许照射时间

中图分类号：R77                                  文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2023.02.001

Rational Understanding of Blue Light Hazard     and Blue Light Biological Safety Assessment

KE Cheng1， WU Chunfa1， LI Weijun2， ZHENG Jian3， LI Min3， WANG Min1， HUANG Zheng1*

（1. Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technology for Medicine of Ministry of Education and Fujian Provincial Key Laboratory of Photonics Technology， College of Photonic and Electronic Engineering， Fujian Normal University， Fuzhou 350100， China; 2. Department of Forensic Science， Fujian Police College， Fuzhou 350007， China; 3. Zhejiang Institute of Medical Device Testing， Hangzhou 310018， China）

Abstract： Human being can be exposed to various blue light in daily life and workplace. The biological effects and biosafety of blue light have attracted more and more attentions in recent years. A series of guidelines， technical reports and standards have been issued at home and abroad on the potential health hazards of blue light， the biological safety assessment of blue light and the risk group of blue light products. The “blue light hazard” is a technical term used in the standard system for the photobiological safety assessment of lights and lamp systems. The term does not generically imply that blue light radiation is risky nor should it be mistakenly considered as harmful. Blue light plays an important role in maintaining normal vision and human health. Rational understanding of blue light hazard would have positive effects on the development and application of blue light technology. This article focuses on some important properties and sources of blue light radiation， biological effects of blue light and the assessment system of blue light biosafety， and intends to make an objective and rational analysis of the current consensus and misunderstanding on the blue light hazard， and reviews the relevant standards on the biosafety of blue light radiation and the evaluation methods of blue light biosafety.

Key words： blue light hazard; blue-light hazard function; biosafety of blue light; exposure limit; maximum permissible exposure duration

（Acta Laser Biology Sinica， 2023， 32（2）： 097-110）

“蓝光危害” 是灯和灯系统的光生物安全性评价标准体系中使用的一个技术术语。该术语仅在评价人眼视网膜组织的光化学风险时使用，并非泛指蓝光辐射有危害，也不应被误解为蓝光都是有害的。光生物损伤的风险与能量有关，光线的能量是波长的函数（图1a）。而蓝光的能量是可见光中最强的，因此，可见光中蓝光波段的风险相对较高。该术语中“蓝光”一词仅是明确指出这一特殊的波长依赖关系。为此，国际非电离辐射防护委员会（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection，ICNIRP）在1997年发布了宽带非相干光的曝辐限值（exposure limit，EL）指南，定义了蓝光危害加权函数（blue-light hazard function）（图1b），并规定了蓝光波长相关加权函数和指导性EL［1］ 。EL表明，在低风险照射条件下，一般人被反复照射后不应该发生不利的健康影响［2］。

国际照明委员会（Commission Internationale de IEclairage，CIE）2002年颁布的《灯和灯系统的光生物安全》标准（CIES009：2002）直接采用了该函数，并将其标准化［3］。国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）2006年颁布的标准进一步规定了灯和灯系统的光生物安全性的风险组别分类系统（risk group classification）和测量方法 （IEC/CIE62471：2006）［4］。2014年，IEC修订了此标准，对照明产品的蓝光危害评估又进行了说明，新定义了蓝光辐射的四个风险组别分类（IEC62778）［5］。我国现行的2006年《灯和灯系统的光生物安全性》国家标准等同采用2002年CIE《灯和灯系统的光生物安全性》标准（CIES009/E）（后简称GB）［2］；2021年颁布了《应用GB/T 20145评价光源和灯具的蓝光危害》指导性技术文件，等同采用IEC62778的光源和灯具的蓝光危害评价国际标准，定义了蓝光灯具的安全等级［6］。

目前，尚没有可靠的科学证据表明，人体偶尔暴露于EL范围内的蓝光辐射会对视网膜和人体健康产生不利的影响，但不同群体对上述标准中使用的术语和制定的限值有多种解读，其中也包括缺少科学根据的误解和曲解。对此，CIE于2019年发表了立场声明，反对使用“蓝光危害”这一术语去泛指眼损伤风险和健康影响，因为正常照明使用的白光光源，如普通灯具和LED灯具，甚至富含蓝光成分的光源，都不会造成蓝光危害和视网膜光损伤［7］。国内一项调研显示，LED显示屏的最大亮度低于光生物安全风险的亮度最低值，其并不会对人的视网膜造成蓝光生物危害［8］。国内外相关的标准制定机构建议，避免多日且连续暴露于接近蓝光EL的环境中［7］。随着对日光和照明光的非视觉（non-visual）效应的认知，人们对这些光源中的短波长成分，特别是蓝光的有益作用也愈加重视［9］。为了引导安全合理地使用室内外光源，CIE于2015年和2019年发布了关于光的非视觉效应的声明，特别指出：当提及昼夜节律紊乱或睡眠障碍时不应使用“蓝光危害”这一术语［10-11］。

理性认识蓝光危害对蓝光技术和应用的发展有积极意义。本文围绕蓝光辐射性质，对蓝光危害的共识以及误解进行了客观分析，并对蓝光生物安全性的内涵及标准进行了讨论。

1 蓝光来源和基本性质

光是电磁波的一部分，其能量随波长的变化而变化。如图1a所示，能量（E）与波长（λ）的关系为：

E=。

其中，h是普朗克常数，c是光速。

10～400 nm范围的光称为紫外线，380～760 nm范围的光称为可见光，其中约三分之一的高能可见部分，即380～500 nm的光被稱为蓝光［12］。蓝光涵盖部分紫外线（主要是UV-A）和部分短波长可见光，包含紫色（violet）、靛蓝（indigo）、蓝色（blue）和蓝绿色（blue-green）波段的光。

太阳光中的这部分连续光谱组成的光线（包括部分日光紫外线或光化学紫外线）是人体白天可能接受到的室外天然蓝光的主要来源。在日常生活中，人体还会暴露于来自人造光源的蓝光中，如室内照明的荧光灯和LED灯（图2）［13-14］。此外，日常生活中很多使用LED作为背光源的电子设备也可发射蓝光，如平板电视屏、投影灯光、电脑显示屏、平板电脑屏幕和智能手机屏幕等。蓝光是显示产品光谱中必不可少的波段，同时也能满足显示产品色温和色域的需求，完美展现了丰富色彩的必需颜色［15-17］。白色LED可发射蓝色光的磷光体转换，使得LED在获得较高色温的同时，所含蓝光的成分也有所增加。另外，一些特殊职业和一些特殊的工作场所也会接触到高强度的蓝光照射，如蓝光LED光源和蓝光成分高的强白光光源（包括投影灯、电焊弧光等）。除显示领域，LED在光疗领域的使用也越来越普遍［18］。

随着LED的普遍使用，特别是大功率高亮度LED，蓝光危害也成为LED 光生物安全要考虑的最主要因素。将电子设备的光谱发射与蓝光危害加权函数进行波长加权后的结果表明，在相同的波长范围内，太阳光的辐照度远高于电子设备的辐照度［19］。相对于太阳光，人造光源的蓝光强度是比较低的，但其潜在危害常常被夸大。

蓝光在维持正常视觉和人体健康中发挥着重要作用，在视知觉和颜色视觉中扮演着重要角色，蓝光还参与瞳孔光反射和瞳孔收缩［20］。除了这些与视觉相关的生理作用外，蓝光还参与调节生物钟。比如，接近490 nm 的蓝光能够刺激和控制睡眠激素褪黑素（melatonin）的合成 ［21］。目前普遍认为，适当的蓝光照射有助于健康，如提高警觉感、提高记忆和认证功能、调节情绪和增加幸福感等。但从光健康和光安全的角度考虑，长时间直视蓝光存在造成人眼损伤的可能，因此，蓝光的过度暴露是不必要的［22］。

2 人眼与大脑的视觉通道及非视觉通道

眼球是一个精细的生物光学系统。光线经过眼球的视觉通道抵达具有成像功能的视网膜时，其中角膜会过滤295 nm以下的光，前房内的房水会吸收部分280～360 nm 的光以及长红外范围（1 200～2 300 nm）的光，瞳孔在虹膜组织内肌肉的作用下可以扩大和缩小，以改变进入人眼的光能量，晶状体会吸收300～400 nm的光。到达视网膜的光的波长范围为400～1 400 nm［23］，这个波长范围也被称为视网膜危害区（retinal hazard region）［2］。无晶状体眼的视网膜危害的下限波长可降低到300 nm。到达视网膜中可产生视知觉的光的范围为400～760 nm。

视网膜作为视觉系统的第一级功能结构，是连接感光功能和视觉信号处理功能的重要枢纽，可将物象的光信号转换并加工成神经信号，经由神经节细胞传入大脑，产生视觉 ［24-25］。

视网膜由大量的感光细胞或光感受器构成，用来感知颜色的S-视锥细胞、M-视锥细胞和L-视锥细胞含有不同的感光色素，能够吸收特定范围的光，分别对某一个特定波长的颜色异常敏感。三种锥状细胞的最大灵敏度分别位于可见光部分的420、535和 565 nm，分别对光谱中的蓝、绿、红这三种主色进行响应，占据比例为64%、32%和2%（图3）［26］。而杆状细胞在暗光下起作用，最大灵敏度位于500 nm。根据Young-Helmholtz三色學说，不同波长的可见光照射时，三种视色素的漂白程度各不相同，它们的组合产生了颜色视觉。因为感光细胞捕获光子的效率高，受到光损伤的可能性也大［27］。

2002年发现的内在光敏性视网膜神经节细胞（intrinsically photosensitive retinal ganglion cell，ipRGC），改变了人眼感光机制的传统认识 ［28］。虽然ipRGC对于视觉感受没有直接帮助，但却可以将信号从非视觉通路传递给大脑的生物钟调节器——视交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）。ipRGC的主要作用是控制负责非成像视觉功能的大脑区域，参与调节人体激素分泌、生理节律和瞳孔大小等。黑视素（melanopsin）作为ipRGC的光色素，其最大光谱响应峰值在可见光的蓝光部分的480 nm附近［29］ 。

3 蓝光对人体的影响

蓝光存在对视网膜造成光损伤的潜在风险，尤其是可见光谱中的短波长。但是，当白色光源发出的蓝光接近EL时，所发出的光会很亮，会产生令人不适的眩光。正常情况下，人是不会过长时间凝视这样的光的，从而也很大程度上避免了可能的光危害。另外，如果将高色温的照明作为家用照明，对于大多数人而言也是不愉快和不舒服的。的确，在正常工作和生活场景中，人们每天都会或多或少地暴露在高亮度的光中。由于视网膜对可见光谱的蓝色光敏感性偏强，相较于其他波长，蓝色光对视网膜的风险相对较高［3］。短时间直视或凝视高强度蓝光或长时间直视低强度蓝光都可能造成视网膜蓝光损害。虽然对于一般照明中使用的白光光源甚至富含蓝光成分的光源来说，不存在蓝光危害的问题，但对于主要发出蓝光的光源是可能的，然而一天当中曝光量的积累通常不会超过蓝光辐射的EL［7］。

3.1 蓝光的波长效应

如图3所示，人眼对不同波长的光的相对敏感度不同。将光源所辐射的到达眼底的能量转换为光度量应根据明视觉光谱光视效率函数进行波长的权重分配，目的是同时考虑辐射能量、人眼感光特性和波长作用的综合度量。讨论蓝光的益处和风险时，需要对蓝光分段看待。通常蓝光可以分为蓝紫光（400～450 nm）和蓝绿光（465～495 nm）两个波段 ［12，30］。试验研究显示，400～450 nm的蓝紫光更多的是损伤视觉系统。当视觉感受到相同光强度时，波长越短的光产生的能量越大，从而更易导致光热损伤。

3.2 蓝光所产生的非视觉效应

相对于蓝紫光，蓝绿光更多的是参与非视觉系统的反应。合理使用蓝绿光可以有效地调节昼夜节律［31］。相同波长下，太阳光辐照度远高于电子设备。有研究表明，褪黑激素的抑制率会随着辐照度的上升而变大，从而对昼夜节律产生影响［19，32］。

褪黑激素节律影响试验结果显示，470 nm和497 nm的褪黑激素抑制效果最强［33］。抑制随辐照度的增加而增加。褪黑激素抑制效应的光谱响应试验显示，褪黑激素抑制作用的峰值波长为464 nm，较明视觉峰值波长550 nm明显向短波长移动［34］。通过对志愿者在有无暗黑环境下光照的对照试验发现，相对于550 nm的光，460 nm的光会导致更强的褪黑素抑制和警觉效应，同时还会引起心率加快和体温变化。研究还发现，454～474 nm的波长照射会使眼球运动变慢，脑电图的变化率变低，注意力和记忆力提高［35］。光色素黑视蛋白作用光谱一般被称为黑视光谱。2018年，CIE将标准黑视光谱的峰值响应波长定于蓝光范围内的490 nm。动物试验发现，黑视蛋白也会影响瞳孔的光反射［36］。

在非视觉系统中，蓝光会影响褪黑激素和皮质醇等激素的分泌。褪黑激素是一种甲氧基吲哚，由松果体在夜间正常光照/黑暗条件下合成和分泌，根据夜间长度调节分泌，从而调节身体光周期的变化，促进睡眠。褪黑激素抑制的灵敏度峰值约为 460 nm。蓝光在夜间会导致褪黑激素的分泌受到抑制，从而影响昼夜节律系统，引起睡眠质量变差。暴露于蓝光环境会导致唾液皮质醇的浓度增加［37］。皮质醇浓度长时间维持在一个较高的水平会产生疲倦感。鉴于公众存在蓝光对人类健康的非视觉影响方面的担忧，CIE就此连续发布立场声明，指出，在提及昼夜节律紊乱或睡眠障碍时不应使用“蓝光危害”这一术语［10-11］。

3.3 年龄变化与蓝光危害

人眼经历着各种光线的照射，其结构、功能和外观在各个年龄阶段会不断变化。人眼透光特性主要由晶状体决定，儿童的晶状体较清澈，不能有效阻挡蓝光。婴幼儿和儿童自我防护意识尚不建全，有长时间凝视明亮光源和物体的可能性。因此，国内外标准对具有潜在蓝光危害的儿童灯具和玩具的安全要求做了特殊的规定。为确保儿童使用光源时的光生物安全性，应基于儿童与成人群体的生理和心理行为的特性差异来修正评价方法 ［38］。CIE建议，针对儿童的限制阈值应该比成年人更严格，即使光源的蓝光成分没有超过蓝光危害的EL，也还是要加强防护意识，并谨慎使用［7］。

随着年龄的增长，吸收短波光的色素（氟化物）在晶状体中的积累将减少到达视网膜的短波长光。在正常衰老过程中可发生老年性瞳孔缩小以及视网膜和高级视觉中心视觉细胞总数减少的神经系统变化。这些解剖变化与视力降低、对比敏感度降低以及视野测量中光检测阈值升高有关［39］。此外，视网膜光感受器的丧失、外周和中枢神经元正常和非病理性丢失会导致视觉能力下降。老年人更容易因各种病理变化而出现視野缺陷和视觉退化［40］。

随着年龄的增长，晶状体的透射不断下降（图4），进而可能对蓝光危害阈值产生一定的影响［41］。晶状体变浑浊会导致光线较暗时视物困难；晶状体变硬会导致对近距离物体对焦能力下降；晶状体黄染会造成颜色感知的变化，影响对颜色的识别。调节瞳孔大小的肌肉的力量也会随着年龄的增长而逐渐减弱，瞳孔的反应变慢。视神经细胞数量减少会影响视觉的深度感。老年人因多年暴露于紫外线中，晶体变为黄色或褐色，结膜变薄，巩膜透明度增加，可能造成蓝色调视觉。

由于不同年龄阶段人眼的结构和功能的差别，蓝光在年轻群体和老年群体中的影响并不一样。随着年龄的不断增长，眼睛开始出现透光率降低、瞳孔缩小以及晶状体增厚的现象，这些变化将导致蓝光对老年群体的危害减低［42］。研究显示，衰老与光线敏感度下降有关。与年轻个体相比，老年个体在480 nm短波长光下的褪黑激素抑制相对减弱，非图像信息（non-image-forming，NIF）的光敏度峰值从480 nm偏移至490 nm；并且，老年人在暴露于短波长的环境中警觉性有所提高，短波长的光对大脑反应的影响会随着年龄的增长而减弱；老年人在蓝光照射后，睡眠稳态调节标志的额叶正面总慢波活动的第一个非快速眼动和快速眼动睡眠周期不会显著降低［43］。

老年人群中，视网膜退行性病变、视力衰退和失明的发生率随年龄的增加而增高。但事实上，与吸烟、心血管疾病、高血压和糖尿病以及肥胖等多种高风险因素相比，在日常生活和工作中，低于EL的蓝光照射导致的视网膜退行性病变和失明的风险可以忽略不计。

3.4 蓝光的潜在危害

光对眼球组织的危害一般分为光化学、光热、光机械损伤。视网膜的过度曝光可导致感光细胞外节肿胀、极性消失、空泡变性、感光细胞内节细胞核固缩、视网膜色素上皮细胞（retinal pigment epithelium，RPE）屏障功能破坏，严重的不可逆的光损伤会导致感光细胞和RPE细胞消失［44-45］。蓝光对于眼球组织产生的危害一般是光化学损伤引起的，蓝光激光可引起光热损伤，超过10 s后，光化学损伤远高于光热损伤［3］。

蓝光危害的光化学损伤较为常见。正常情况下，感光细胞保持在富氧环境中，以满足高代谢率的需求。研究表明，视网膜蓝光损伤的机制涉及活性氧（reactive oxygen species，ROS）的生成以及氧化修饰的脂质、核酸和蛋白质的产物积累。而在有氧条件下，蓝光刺激视网膜启动光氧化机制，诱导线粒体产生大量的自由基，使得脂质过氧化，mRNA及蛋白质被破坏，从而导致感光细胞和色素上皮细胞凋亡。此外，蓝光对视网膜的损伤还与脂褐素（lipofuscin）有关，主要是通过其参与炎症反应、DNA损伤、线粒体损伤以及对溶酶体（lysosome）的破坏。蓝光会诱导损伤视紫红质，主要机理是通过光逆转漂白，从而导致细胞凋亡。也有研究表明，蓝光的照射会使得生长因子发生改变，从而可能诱发青光眼等眼病［30，37，46-48］，这些反应都可能导致视力损伤。阳光的累积照射可能导致视网膜损伤。动物试验显示，蓝光长期照射可诱导动物眼底RPE 功能障碍，并会导致屈光不正的相关因子表达发生变化，从而使得眼轴长度变短，但角膜曲率变化不明显 ［47］。380～520 nm的高能可见光的不同波长的对比试验结果显示，蓝紫光造成的细胞活力的损失最大，对于人眼的危害性更大，这可能与蓝光损伤视网膜色素上皮细胞的光毒机制有关［12］。

光热损伤则是通过将辐射能转移到视网膜组织造成的。当组织中的分子不足以获得它们所需的激发态能量时，其所获得的旋转和振动能量会使得分子相互碰撞，从而导致温度升高，平均动能的增加量就会减少，当波长越短时，动能的潜在增加就会越大，从而在暴露过程中，热量就会散发到环境中导致热能升高，引起光热能损伤［23］。现行国标规定了灯和灯系统的视网膜光热危害的发射限值［6］。

光机械损伤是指由快速将能量引入视网膜色素上皮的黑素体产生的机械压缩或拉伸力导致微空化气泡形成，从而损伤RPE和其他细胞 ［23］。但目前还未见蓝光引起光机械损伤的报道。

3.5 蓝光的其他影响

3.5.1 蓝光激光

激光辐射可导致不可逆的视网膜损伤和视力丧失，损伤程度取决于波长、辐射功率、照射时间、定位和光斑大小等因素，损伤类型主要是光热损伤［49］。我国现行激光产品安全标准的1类激光的蓝光范围的安全输出功率为0.39 mW。除了其潜在的职业安全风险外，日常生活中也会经常接触和使用到激光产品，如激光笔。尽管激光笔大多数都不会超过安全限值，但也存在引发永久性视网膜损伤的风险。最近几年，蓝光激光笔所造成的损伤也不断增多［50-51］。如果功率过大，即使是较短时间照射也会产生不同程度的视网膜损伤，如超过激光安全输出功率的1～2 W的意外照射可导致黄斑灼伤［52］。对于特定的激光类型和工作环境，应根据国家指南选择和使用激光防护镜［53］。

3.5.2 眩光

眩光指视野中由于亮度分布不适宜或极端的亮度对比，导致眩光源的亮度远大于人眼亮度而引起的不舒适感觉，或降低观察细部或目标能力的视觉现象［54］。眩光引起的不适取决于光源亮度、强度和视面积以及观察光源的角度和周围环境亮度等多方面的因素。蓝光可能造成眩光影响。行驶时往往会由于迎面而来的车灯导致视网膜图像对比度增加，从而使得人体产生不适眩光，部分人在戴上防蓝光眼镜之后，不适眩光可能会减少 ［55-58］。通过比对单色LED发现，在相同亮度条件下，蓝色LED会比其他颜色LED更容易造成不适眩光，且随着波长的降低，眩光感知不断增强［59］。但是该理论并不能完全解释蓝光与眩光的相关性，因为，有研究显示，眩光最强的峰值并不是400 nm的蓝色LED，且在同色温下，峰值的变化并不会影响眩光感知 ［60］。冷阴极荧光灯（cold cathode fluorescent lamp，CCFL）照明屏幕和LED 照明液晶显示屏的比较研究显示，CCFL照明屏幕与LED照明液晶显示屏在主观评价中并无差异，这也从侧面反应了蓝光对眩光感知的影响较小［61］ 。而且在日常生活中，使用混合色LED的情况居多，单色LED使用较少。试验选择的防蓝光眼镜的不同会导致出现不同的感知结果。蓝光与眩光感知相关性需要进一步研究与论证。

综上所述，在研究蓝光对人体的影响时，评估人眼的实际曝光情况是非常重要的。尽管目前一些研究提示，蓝光光源对人眼健康存在不利的影响［30，37，46-48］，但这些研究大多数都并非是基于人眼的实际曝光状态，包括长时间曝光或凝视光源、使用蓝光成分较多的高色温LED灯、显著超出ICNIRP发布的EL的曝光、使用夜行动物模型或离体細胞模型等。因为很多研究的试验条件并不能代表实际工作和生活中人眼曝光的可能情况，CIE就此特别发表立场说明，强调这样的研究结论并不代表正常的工作和生活状态下的蓝光辐射对视网膜的危害［7］。

4 蓝光生物安全性评价

目前国内外已有一系列针对蓝光生物安全性的指南、技术报告、指导性技术文件、推荐规范和标准等文件，对蓝光的潜在健康危害、蓝光的光生物安全性评价使用的技术和方法、蓝光产品的风险组别做了说明和规定。下面将结合我国现行标准，对国际和国外主要标准以及各委员会对蓝光危害的认识进行归纳总结。

4.1 蓝光危害波长范围

不同国家和不同技术领域所使用的蓝光危害的波长范围略有差异，国内外相关指南、技术报告和标准等文件中所定义的蓝光范围也尚未统一（表1）。1997年的ICNIRP文件制定了宽带非相干光的EL指南，根据生物作用将光划分为五个波段，其中将蓝光所产生的光化学危害所涉及的波长被定义为380～550 nm；1999年的CIE则将蓝光所诱导的光化学危害范围定义为400～500 nm，并一直被沿用至今；IEC的相关标准也将蓝光的危害范围定义为400～500 nm；而国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）认为［62］，严格意义上应该将蓝光危害波长定义为400～490 nm。我国现行的2006年《灯和灯系统的光生物安全性》国家标准（GB）等同采用了2002年英文版CIE的标准，也将蓝光的危害范围定义为400～500 nm ［2］，主要依据是介于400～500 nm的辐射引起的光化学作用有导致视网膜损伤的潜在风险。

4.2 蓝光危害加权函数

蓝光生物安全性评价的核心是根据蓝光波长、视网膜的波长敏感度和对人眼视觉的潜在风险等因素制定蓝光危害加权函数，并用于评估灯具和其他可产生蓝光辐射的照明和发光设备。国内外已颁布的标准所采用的蓝光危害加权函数的具体数值尚不统一（表2）。ICNIRP指南文件最早采用的是蓝光危害加权函数（图1b）；CIE标准中的蓝光危害加权函数中的300～495 nm以及600～700 nm波长段采用的是ICNIRP指南的数值，但500～600 nm波长段采用的函数表达，在580 nm和590 nm两个波长处的值与ICNIRP指南的数值有微小差异；而在IEC和EN的标准中，蓝光危害加权函数与CIE相同；ISO的则与 ICNIRP相同；但是，美国政府工业卫生师协会（American Conference of Governmental Industrial Hygienists，ACGIH）标准中385 nm处的值与上述标准所定义的数值不同，其次，ACGIH的蓝光危害加权函数波长起始值为305 nm，不同于其他文件所使用的300 nm；另外，美国国家标准协会/美国照明工程学会（American National Standards Institute/Illuminating Engineering Society of North America，ANSI/IES）在最新的标准中将蓝光危害加权函数的波长间隔从5 nm降低到1 nm。我国现行的2006年《灯和灯系统的光生物安全性》国家标准等同采用了2002年CIE的标准，使用的蓝光危害加权函数和数值与CIE相同［2］。

4.3 辐亮度和辐照度危害阈值的测量方法

现行国标所采用的是2002年CIE的标准给出的辐照度（irradiance）和辐亮度（radiance）测量方法。辐照度测量方法适用于宽带辐照度和光谱辐照度的测量。辐照度测量仪器包括一个直径为D的圆形平面探测器，限制视场光阑半角A，光源与探测器之间的距离H需要远大于探测器直径D。首先，通过一个圆锥角接收辐射，圆锥角的中轴线垂直于探测器平面，并且在垂直于探测器平面上具有余弦空间角度响应，在一个特定的波段范围内，对于特定的位置，光谱响应度恒定，能够得到单位接收面积上的入射辐射功率。标准指出，对于空间辐射均匀的光源，建议采用的探测器孔径为25 mm，对于空间辐射不均匀的光源，探测器孔径应当限制在7 mm（图5）。

辐亮度的测量方法适用于宽带辐亮度和光谱辐亮度的测量。如图6所示，将光源成像到探测器上，通过一个圆形视场光阑，形成平均视场aeff的角度范围，而一个圆形入射光瞳（孔径光阑）同辐照度测量中一样是一个平均光阑。对于小角度，成像系统中探测器直径与焦距之间的关系为d = aeff H。同辐照度测量类似，最小限制直径D的孔径光阑对于脉冲光源来说，相当于7 mm的瞳孔直径，对于连续光源来说是一个生物物理意义上的平均孔径。由于瞳孔很小，所以眼睛和头的移动允许采用平均孔径。如果入射辐照度足够均匀，孔径光阑就可以超过7 mm。

4.4 最大允许照射时间

现行GB/T 20145标准中400～500 nm范围内蓝光危害加权函数B（λ）采用了CIE 的具体数值，并在此基础上以观察者视角将蓝光危害分为大于0.011 rad蓝光加权辐射LB和小于0.011 rad蓝光加权辐照度EB［2］。

蓝光加权辐射LB定义为两种情况：当照射时长小于104  s时为公式（1）；当照射时长大于104  s时为公式（2）。若蓝光加权辐射值大于100 W/m2/sr则使用公式（3）计算单位的最大允许照射时间tmax，但不得超过104  s。

LB·t= Lλ（λ，t）·B（λ）·△t·△λ≤106；（1）

LB=Lλ·B（λ）·△λ≤100；（2）

tmax=。（3）

其中光谱辐射度L（λ，t）的单位是W/m2/sr/nm，△λ是以nm为单位的波长的带宽，t是以s为单位的辐射持续时间。

蓝光加权辐照度EB定义为两种情况：当照射时长小于等于100 s时为公式（4）；当照射时长大于100 s时为公式（5）。若蓝光加权辐照度值大于0.01 W/m2则应使用公式（6）计算单位的最大允许照射时间tmax，但不得超过100 s。

EB·t= Eλ（λ，t）·B（λ）·△t·△λ≤100；（4）

EB=Eλ·B（λ）·△λ≤1；（5）

tmax=。（6）

GB/Z 39942―2021将蓝光发光辐射的危害效能定义为KB， V，可以表达为在蓝光加权辐射LB和在一个给定的方向上或在一个真实或虚构表面的给定点的亮度L比值，以及蓝光加权辐照度EB和在表面一个点的照度E比值［6］，其表达式为：

KB， V==

其中，B（λ）代表蓝光危害加权函数，V（λ）代表明视觉光谱光视效率函数，Km为最大光谱发光效率683 lm/W。

蓝光危害辐射效率ηB定义为蓝光危害量与相应辐射量的比值，其表达式为：

ηB==

标准还指出：针对白光光源，计算蓝光发光辐射的危害功效KB， V更有效；针对有色光源，如蓝色LED封装的情况，计算蓝光危害辐射效率ηB更加有效。

在一定的辐亮度或辐照度下，由于光源对边角的不同，最大允许照射时间的计算分为两种情况：其一，当所测光源对边角大于0.011 rad且LB > 100 W/m2/sr时，依照公式（3）计算蓝光最大允许照射时间，否则不用计算最大允许照射时间；其二，当所测光源对边角小于0.011 rad且EB>1 W/m2时，则依照公式（6）计算蓝光最大允许照射时间，否则不用计算最大允许照射时间。需要注意的是，最大允许照射时间并不是无限制的，当对边角大于0.011 rad时，不得超过104 s，对边角小于0.011 rad时，不得超过100 s。

CIE在2002年的标准文件中给出了测量辐照度和辐亮度的具体流程。在此基础上，IEC 在2014年提出了采用光谱计算和光学研究对蓝光危害进行定量分析，并且作出了不同色温在低危险分组中亮度值和照度值的边界条件［5］。

4.5 藍光危害曝辐限值

ICNIRP 1997年发布的指南将光化学损伤的剂量阈值定义为剂量率和照射时间的乘积，并指出其对视网膜产生的光化学损伤在440 nm达到峰值，对于白光光源亮度超过104 cd/m2才需要详细的计算。目前EN、CIE、IEC、ANSI/IES和GB将连续辐射灯各危险类的发射限分为四类，分别为无危险（exempt，即RG0-risk group 0）、低危险（low risk，即RG1-risk group 1）、中度危险（moderate risk，即RG2-risk group 2）和高危险（high risk， 即RG3-risk group 3）。表3为连续辐射灯各危险类的发射限。

4.6 ACGIH光辐射限值 （TLVs）

与其他组织颁布的相应文件不同，ACGIH采用的是光辐射限值（threshold limit values，TLVs），但同样指向RG1-risk group 1边界条件。这些限值是根据可利用的最佳试验研究信息制定的，仅作为控制可见光职业风险的指南，而不应视为安全和危险水平的精确界限。与CIE的计算方式不同，TLVs的计算涉及的蓝光危害加权函数均从305 nm开始，而不是其他文件所采用的300 nm；对于小光源的辐照度处最大可允许照射时间的计算上的阈值是10–4 W/cm2，而不是其他文件所采用的0.01 W/m2 ［65］。

4.7 其他评估方法

除了评价和限制辐亮度和辐照度以及最大允许时间等光学指标外，蓝光还可能对人体的褪黑素、人眼瞳孔大小变化、疲倦感、心率等产生生理和心理影响，但目前国内外尚未形成统一的评估方法和标准。

褪黑激素抑制率的计算目前存在多种评估方法，有学者将褪黑激素的抑制值定义为暴露光后的褪黑激素浓度与暴露前的浓度差值，但有学者在测试过程中通过采用相关的环境参数计算褪黑激素抑制值的昼夜照度的逻辑函数［66］。对于人眼瞳孔大小变化的评价，有学者采用瞳孔指标为最大收缩和照射后6 s的瞳孔反应来量化由照明引起的瞳孔反应［67］。

有研究表明，在人体处于疲劳状态时，大脑皮层会受到抑制，脑电图的部分频率波会发生改变，其中θ 波和α波的功率谱在人处于疲劳状态时会有所增加［68］。还有学者通过最佳矫正远视力（best corrected distance visual acuity，BCDVA）、临界闪烁频率（critical flicker frequency，CFF）、泪液破裂时间（tear break-up time，TBUT）与相关的心率变异性（heart rate variability，HRV）中高频功率和低频功率及其二者的比、脑电图（electrocardiograph，EEG）相关功率波和模糊熵（fuzzy entropy，fuzzyEn）、问卷调查的形式等获取数据，并对获取的数据进行加权拟合，以此来衡量疲劳的严重程度［29］。

国家发布的室内不舒适眩光的指导性技术文件中提及了眩光的评估方法，该指导性技术文件等同采用CIE117―1995［69］。而国内其他标准采用了CIE提出的统一眩光值（unified glare rating，UGR）模型［69-71］。有学者指出，基于观察者可察觉对比度的UGR模型，但该模型不适用点光源、发光强度不均匀的灯具和完全间接的照明系统［72］。目前相关的眩光标准主要是针对建筑照明导致的眩光，对于蓝光所造成的眩光及其评估方法仍然需要进一步研究。

为了规范监管蓝光防护产品 ，我国于2019 年颁布了《蓝光防护膜的光健康与光安全应用技术要求》［73］，将视觉舒适度指数分为 1～5级，将蓝光防护产品的视觉健康舒适度分为8级。目前采用的视觉舒适度指数是国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会（China Solid State Lighting Alliance – Standardization Committee，CSAS）制定的，发布在CSA035系列标准中，主要的客观视觉指标参数包括被检眼的屈光状态（refractive status，RS）、调节集合调节比（accommodative convergence/accommodation ratio，AC/A）、高阶像差（higher order aberrations，HOAs）、调制传递函数（modulation transfer function，MTF）、眼压（intraocular pressure，IOP）和调节幅度（amplitude of accommodation，AA），并采用BP（back propagation）神经网络构建各项客观视觉指标同视觉舒适度指数之间的映射关系。

5 总结与展望

光伴随着人的一生，在维持正常视觉和人体健康中发挥了重要作用。人眼在生活和工作过程中经历着各种光线的照射，但不安全的光辐射具有对视网膜造成光损伤的潜在风险。视觉感受到相同光强度时，因为蓝光的能量是可见光中最强的，所以蓝光引起的光损伤风险相对较高。依据早期的動物研究结果，ICNIRP在1997年提出使用蓝光危害加权函数的概念，成为其后国内外评价蓝光潜在健康危害、蓝光产品的风险组别和光生物安全性的重要依据。我国2006年颁布的《灯和灯系统的光生物安全性》国家标准和2021年发布的《应用GB/T 20145评价光源和灯具的蓝光危害》国家标准化指导性技术文件，基本等同采用CIE和IEC相关标准。尚没有可靠的科学证据表明人体偶尔暴露于标准规定的EL范围内的蓝光辐射会对视网膜和人体健康产生不利影响，但不同群体和机构对上述标准中使用的术语和制定的限值有多种解读，其中也包括缺少科学根据的误解和曲解，特别是防蓝光产品市场过度渲染蓝光对人眼的风险和对一般健康的影响，使得人们产生不必要的蓝光恐惧。

值得指出的是，蓝光危害的研究大多是基于长时间曝光或凝视光源、蓝光成分非常多的高色温LED灯、显著超出EL的曝光、使用夜行动物模型或离体细胞模型。尽管很多研究的试验条件并不能代表实际工作和生活中人眼曝光的可能情况，但其结果无疑会误导和增加公众对蓝光的担忧。除了需要正确认识和客观评估蓝光危害外，在蓝光生物安全性评估中还需要正确理解现有的蓝光辐射的EL和安全范围表明的是一种条件。在该条件下，除对光特别敏感的人外，一般人群是安全的，可以被反复照射而不会导致任何对健康不利的影响。因此，蓝光辐射的EL应该被用作辐射控制的导则，而不是安全与不安全的分界线。

正确认识和科学评估蓝光危害对蓝光技术和应用的发展有一定的必要性和积极意义。针对目前蓝光生物安全评价相关标准之间的差异性、评估准则的不同解读以及大众对蓝光危害的过度担忧等一系列的问题，相关部门还需要进一步研究与倡导。目前，我国已转化和制定了多个光辐射安全评价标准，如何形成统一的蓝光危害评价准则是一个需要解决的问题，尤其是随着光辐射产品种类的不断增加，相关的国家、行业和地方标准逐渐增多，不免发生不同机构制定的蓝光危害准则出现不一致的情况。在蓝光生物安全性评价中，需要注意和重视标准和术语的规范及正确使用。同时，相关的指导性文件能否指导各机构正确的使用评估准则也值得关注。对通用照明产品和特殊蓝光应用产品进行蓝光危害评估时作适当区分，也是蓝光危害研究的重要课题。另外，如何科学地向大众普及蓝光的益处，引导人们正确认识蓝光危害，也是未来急需关注和解决的问题。

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收稿日期：2022-12-19；修回日期：2023-02-12。

基金項目：国家自然科学基金项目（81471703）；中央引导地方科技发展专项项目（2020L3008）。

作者简介：柯城，硕士研究生。

* 通信作者：黄正，教授，主要从事生物医学光子学和光医学的研究。E-mail： huangz@fjnu.edu.cn。