人眼中的各類感光細胞對不同的光譜光源有不同的響應，可以通過光通量的概念引入生物節律因子，借以評價光的生物效應。圖1中空心圓點為Rea等根據褪黑色素抑制作用得出的人體生理節律光譜響應靈敏度，司晨視覺曲線B(λ)是其4階擬合曲線，明視覺曲線V(λ)是明視覺下的光譜光視效率曲線。從圖1可以看出擬合的B(λ)曲線峰值在460nm附近，相對于明視曲線V(λ)向短波方向偏移，處于藍光部分，這是大部分白光LEDs富含的光譜波段。由明視曲線V(λ)和擬合的B(λ)曲線可以定義出生物節律因子。
按照生物節律因子的概念，可以通過下面兩個步驟求得其數值：
1)對于不同光源的相對光譜功率曲線Ф(λ)，由一個統一的視覺因子或統一的光通量(如100lm)歸一化成Ф(λ)i，norm，定義如下：
式中，K =683 lm/W，為明視覺下最大光視效率值，Фv，i表示特定光譜歸一化后的值。
2)節律因子BioEq(Biological Equivalent)為
通過光譜儀測得不同光源的光譜Ф(λ)i，即可計算得到節律因子BioEq。
明視覺中光源在可見光范圍內的光通量大小就是光源照度值的大小，而生物節律因子的大小反映的是光源對人體生物效應的大小。
LED歸一化光譜
實驗中采用的光源均為LED類，分別為主波長在448、517和632 nm的藍光、綠光和紅光，圖2為用WGD-3型多功能光柵光譜儀測得的3種光源經過式(1)歸一化后的光譜分布曲線。將測量所得的光源光譜數據V(λ)通過式(1)和(2)可分別計算得到藍光、綠光和紅光的生物節律因子，結果依次為1.7003、0.0094、0.0005。藍光的BioEq值最大，綠光次之，紅光最小，與光通量類比，藍光對人體的光生物效應影響最大，紅光的影響最小。據此，根據第3種感光細胞的光譜效率曲線，使用BioEq值來衡量3種顏色的LED光源的生物作用，定量地分析非視覺生物效應的大小，指導心電圖實驗結果的分析和比較。
實驗設計與數據分析
實驗選取了幾名被測試人員對同一種光源進行連續3個晚上的測量，每個被測試者只進行一種波長的ECG測量。被測試者均為男性，無眼疾、無色盲、矯正視力均在5.0，并被要求在測試期間正常作息。實驗在自建實驗室進行，環境溫度控制在25℃，聲音水平在10 dB左右。被測試者采用平躺姿勢，光源分布于被測試者周圍，使得被測試者在平躺的狀態下沒有眩光影響，并通過墻體的漫反射使得平躺時人眼處的照度達到所需值。
心電圖的記錄采用ECG-2203G三道心電圖機進行，此心電圖機能將測量的ECG數據進行打印，直接得到心房除極波P波、心室除極波QRS波群、心室除極與復極總時間QT間期和校正值QTc等心電圖波形時間。光源為4盞吉海仕全彩LED，能實現不同顏色的LED光輸出。
測試時被測試者先在無光暗室中平躺20 min，然后打開設置到規定顏色的LED光源，在測試光的情況下平躺20min。期間每5 min測量一次ECG。采用的光源顏色為紅、綠、藍3種。人眼處照度值采用TES公司1336A型號的Light Meter進行測量，在自建環境中測得照度值：紅光0.9 Ix、藍光1.0 lx、綠光0.9 lx，均為極低照度水平。
實驗共獲得了10組數據，每組數據包含無光和有光狀態下的心電圖數據。在同一種波長下測量的數據合并成1組，對無光狀態和有光狀態下的數據分別求平均，得到的結果如圖3(a)-(f)所示。
圖中NL為No Light的縮寫，表示無光時的測量值；RL為Red Light的縮寫，表示紅光照射下的測量值；GL為Green Light的縮寫，表示綠光照射下的測量值；BL為Blue Light的縮寫，表示藍光照射下的測量值。圖中方框表示測量數據的標準差SD，中間的圓點表示測量數據的平均值，上下水平短線表示測量值的最大值和最小值。Tp、TQRS、TT、TQT表示各波時間間隔。
圖3(a)和圖3(b)表明，不同光源對人體ECG的P波時間和QRS波群時間影響不大，且獨立性t檢測均顯示無光和有光情況下的數值沒有差異性。
圖3(c)顯示，反映心室晚期快速復極過程的T波時間在紅光和綠光下數值有所增加，其中綠光下的T波時間平均增加了4ms(參數t=-2.279，P=0.036)，而藍光下則顯示下降。
從圖3(d)中可以看出，紅光和綠光下的QT間期有較明顯增大(紅光平均增大5 ms，t=-2.202，P=0.04，綠光增大7 ms，t=-2.829，P=0.012)，藍光下則基本沒有變化，由于QT間期代表了心室的除極到復極的總時間，這表明光源的波長對心室活動有著不可忽視的影響。
圖3(e)中顯示，QTc值在不同光源下都有增大的趨勢，其中紅、綠光下增大2 ms左右，而藍光的測試結果顯示有6ms的增大值，但獨立性檢測均表明無光下的數據和3種光源下的數據沒有差異。
圖3(f)數據顯示極低照度下紅光和綠光對心室率基本沒有影響，而藍光下的心室率則呈現出加快跡象(平均增大2次，t=-2.456，P=0.022)。
表1-3為打開LED光源時與無光時測試數值對比及其獨立性t檢測結果。從表1-3可以看出存在顯著性差異的有紅、綠光下的QT值、綠光下的T值和藍光下的心室率。
從其他研究者的結果來看，在75 lx下對于心室率的影響大小排序為藍光>綠光>紅光，前述計算所得的BioEq值分別為藍光1.7003，綠光0.094，紅光0.0005，數值上亦顯示藍光的生物效應影響最大，文中實驗結果中藍光下心室率有增大并存在差異性，表明在1 lx水平的光照中藍光對心室率的影響依然存在，而紅光、綠光的影響已經微弱至沒有影響。
文獻中均表明在不同照度值下短波長的光對人體生理(褪黑色素、心率)的影響較長波長的大，與BioEq的計算結果呈現出較為一致的趨勢，而本實驗中QT值結果卻呈現相反的狀態，從均值上看排序為紅光>綠光>藍光，紅、綠光下的數據存在差異性，而藍光下的則沒有差異性。究其原因，計算BioEq值使用的是基于褪黑色素抑制作用數據的4階擬合曲線，對于用其來描述光的生物效應程度可能存在一定的局限性。從實驗結果來看，低照度下短波長的光源對心室率的影響較大，而長波段的光源對QT值的影響較大。
實驗結果表明，LED光源在極低照度下對心臟的ECG各項指標存在著潛在的影響，其中對于QT值和心室率存在較大影響。藍光波段對心率的影響更大，紅、綠光對QT值的影響較為明顯。實驗結果與計算的生物節律因子BioEq在QT值變化趨勢上存在差異，部分原因來源于BioEq基于褪黑色素抑制作用的實驗數據計算所得，反映的是褪黑色素的光譜抑制因子，用來評價光的非視覺生物效應存在片面性，可見理論評價方式有待改進。
