LED光源在醫療照明市場(chǎng)的應用前景

　　近年來(lái)，LED照明技術(shù)得到快速發(fā)展，在各領(lǐng)域中得到廣泛應用。我國用于醫療領(lǐng)域的照明類(lèi)產(chǎn)品(功能性照明除外)及生產(chǎn)、技術(shù)水平整體較低，品牌集中度不高，大多數醫院用的醫用照明產(chǎn)品購自國外，如德國馬丁、創(chuàng )乎等品牌，市場(chǎng)幾乎被國外公司壟斷。雖然醫用照明產(chǎn)品數量不及常用照明，但價(jià)格昂貴，市值較高，值得關(guān)注。

　　在我國，醫用照明產(chǎn)業(yè)歸屬醫療器械行業(yè)。據2008年統計數據，全國約有7300多家企業(yè)從事醫療器械生產(chǎn)，但能生產(chǎn)醫用照明產(chǎn)品的企業(yè)不到3%，且大多數企業(yè)僅生產(chǎn)觀(guān)片燈之類(lèi)的低端產(chǎn)品。直到近幾年，才有以L(fǎng)ED作為光源的醫用照明產(chǎn)品出現，并被應用。

　　隨著(zhù)社會(huì )對醫療健康、醫療康復、綠色環(huán)保和節能的重視，從2007年起，我國LED醫療照明開(kāi)始起步。但由于產(chǎn)品入門(mén)門(mén)檻高，技術(shù)風(fēng)險大，且大多數醫療器械企業(yè)對LED性能、使用技術(shù)不太了解，加上用于醫療的照明產(chǎn)品涉及醫療機理、光、機、電、熱等復合技術(shù)，只有少部分大企業(yè)與醫療機構合作生產(chǎn)該類(lèi)產(chǎn)品。另外，醫療照明產(chǎn)品認證程序復雜，因此LED醫療照明進(jìn)展不理想，與需求不相適應。

　　目前，國內有近3000多家LED企業(yè)，其中不少企業(yè)在LED景觀(guān)照明、功能性照明產(chǎn)品方面有較強的研制、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力。但他們因不歸屬醫療器械行業(yè)，缺乏入門(mén)途徑。

　　據衛生部《衛生事業(yè)發(fā)展統計公報》，2008年，我國有27.8萬(wàn)家醫療衛生機構，其中醫院2萬(wàn)余家，衛生院6萬(wàn)余家，街道、社區診所17余萬(wàn)家。這些單位目前均使用傳統光源照明裝置，市場(chǎng)規模很大，僅從節能方面考慮，基于半導體照明技術(shù)的醫用照明升級換代成為必然。

　　但必須知道，醫療照明屬于醫用器械，有嚴格的法規和認證要求，在技術(shù)、安全規則方面要求極嚴，與普通功能性照明相比，技術(shù)風(fēng)險更大。為此，對生產(chǎn)企業(yè)的準入許可審核應當更嚴格，但應不排斥非醫療器械企業(yè)，如許可LED照明企業(yè)進(jìn)入該領(lǐng)域。

　　LED照明目前正在從景規照明到功能性照明，從戶(hù)外照明向戶(hù)內照明，從一般照明到特殊照明延伸，這是技術(shù)進(jìn)步、社會(huì )進(jìn)步的必然。

　　適合醫療照明的LED光源符合可調可控、高可靠、長(cháng)壽命的要求，是取代目前鹵素燈、汞燈、氙燈的最佳固體光源。

　　從2010年起，國產(chǎn)LED手術(shù)無(wú)影燈已在一些三甲醫院應用，并出口日本、澳大利亞、菲律賓等國家。

　　LED光源：節能環(huán)保 成本最低

　　LED是最節能的人工光源，用LED光源“替代”白熾燈、熒光燈、鈉燈(HID)、鹵素燈、汞蒸氣燈、氙燈，可節能30%～80%。目前，LED是在光源壽命周期內使用成本最低的光源。

　　LED光源的技術(shù)特性

　　節能：截至目前，LED以外的人工光源中，電光轉換能效最高的是低壓鈉燈(LPS)，約為140lm/W。2011年，功率型LED光效實(shí)驗室水平已達到203lm/W。LED是最節能的人工光源，用LED光源“替代”白熾燈、熒光燈、鈉燈(HID)、鹵素燈、汞蒸氣燈、氙燈，可節能30%～80%。

　　環(huán)保：LED光源為半導體固體光源(SSL)，是電致發(fā)光，不是熱發(fā)光，是冷光，光源中不含有毒和有害物;而傳統光源如熒光燈、鈉燈(HID)、汞蒸氣燈、氙氣燈等均含有汞、鈉、鎘等有害物質(zhì)，其廢棄物對環(huán)境會(huì )造成污染。一支節能(熒光)燈中含有5mg～10mg汞，一旦破碎，會(huì )對水、土地造成嚴重污染。1mg汞可污染5噸水。而且，傳統光源廢棄物回收處理成本也極高，而LED光源則不存在對環(huán)境造成污染等問(wèn)題。

　　光譜純，無(wú)有害光譜：Ⅲ- Ⅴ族半導體電致發(fā)光，使得LED輻射光譜純，半波寬僅20nm～30nm。紅(R)、藍(B)、黃(Y)、綠(G)等單色光中均不含紫外光(UV)和紅外光(IR)(UVLED和IRLED除外)。即使是多色混合光，如白光(R或其他寬光譜光色，其光譜中也不含UV和IR等對人眼、皮膚造成危害的光輻射。對比其他人工光源，如白熾燈、鹵素燈的光譜中含45%～70%的IR光;熒光燈、鈉燈的光譜中均含有15%～25%UV光。使用該類(lèi)產(chǎn)品，如不加防護，均會(huì )對使用人員產(chǎn)生光污染。LED燈被稱(chēng)作21世紀的健康之光。

　　易于實(shí)現智能控制：LED響應快，易于調色(色溫)、調光(光功率)和光的投射方向調節，便于實(shí)現智能化，構成智慧型光源。

　　由于是半導體發(fā)光器件，LED瞬態(tài)響應僅ns級，可用數十千赫茲到數百千赫茲頻率驅動(dòng)，不存在導致視覺(jué)疲勞的頻閃。正因如此，其易于實(shí)現數字化、智能化控制。如其他人工光源難以實(shí)現的光源色溫(CCT)連續調節，LED則可輕易實(shí)施。這一點(diǎn)對在手術(shù)照明、手術(shù)清創(chuàng )照明中觀(guān)察不同病灶、不同組織、血液顏色的清晰度十分重要。

　　LED是低電壓驅動(dòng)的光源，安全可靠：LED光源用低電壓驅動(dòng)，在應急照明時(shí)可瞬時(shí)轉入電池工作，轉換時(shí)間僅零點(diǎn)幾秒，不會(huì )造成因停電引發(fā)意外。且LED光源轉換快，轉換過(guò)程無(wú)應急發(fā)電機的噪聲。

　　LED驅動(dòng)供電裝置可達到醫用器械國際國內標準要求。如EN60601-1-2、UL60950、IEC68-2-29和3C等以及對醫用設備電器安全和電磁干擾的認證要求。

　　LED是可靠性高與壽命周期長(cháng)的光源：LED是固體光源，可靠性高、壽命長(cháng)，其30%光衰的時(shí)間(即壽命判定值時(shí)間)可以在-30℃～+55℃環(huán)境溫度下工作，壽命時(shí)間可達30000小時(shí)～50000小時(shí)，是目前人工光源中壽命最長(cháng)的光源。(白熾燈燈絲的壽命約2000小時(shí)，熒光燈為8000小時(shí)，鈉燈與汞蒸氣燈等也僅僅約為10000小時(shí))。

　　LED是目前在光源壽命周期內，使用成本(指使用周期內，購置能耗+維修維護+更換等成本之和)最低的光源。

　　傳統光源的不足

　　目前，在醫療領(lǐng)域中常用的人工光源與LED光源，除上面提到的能效、光譜純度、色溫調控、響應時(shí)間、可靠性、壽命時(shí)間以及生命周期成本等基本特點(diǎn)，歸納起來(lái)還有以下一些不足。

　　汞蒸氣放電型光源——蒸氣藍燈等：

　　需用高電壓供電，響應慢，含UV和IR光輻射;是熱光源，會(huì )引起被照面升溫，使用時(shí)須防護;含汞，不利于廢棄物的處理。

　　固體激光光源——He-Ne激光器等：

　　成本高，供電系統復雜，使用時(shí)需加防護，安全性差;功率大時(shí)需要用水冷技術(shù)散熱，安全性差。

　　鹵素燈、氙燈等：

　　含有IR輻射，是熱光源;在必要場(chǎng)合需要設置濾除IR的透鏡，或在反光鏡上涂IR吸收膜等，生命周期使用成本高。

　　LED光源醫療應用：范圍廣泛 優(yōu)勢明顯

　　醫療照明分類(lèi)

　　醫院建筑內、外功能性照明：指除醫療資源、導醫等信息顯示以外的功能性照明，大多使用熒光日光燈、格柵燈、吸頂燈、射燈、筒燈及HID路燈等。

　　這些傳統光源，如熒光節能燈、日光燈、鈉燈及鹵素燈等均可用LED照明替代。

　　窺視照明：用于病灶探測、觀(guān)察用照明。主要使用投射式、小角度、定向照明的燈具，分體內、外兩種。目前已有產(chǎn)品用激光(LD)和LED作光源。

　　手術(shù)照明：分固定和移動(dòng)式兩類(lèi)。用于醫生為病人手術(shù)時(shí)提供高質(zhì)量的照明燈具。目前主流為氙燈，成本很高。

　　消毒、滅菌輻照光源：利用紫外光對醫療器械、醫用裝備和醫用器皿進(jìn)行消毒滅菌，具有速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)。目前用汞蒸氣燈較多。

　　UV輻照消毒、滅菌是利用紫外光能穿透微生物細胞膜和細胞核，破壞其DNA或RNA的分子鏈，使其失去復制能力和活動(dòng)功能，達到滅菌殺毒的目的。利用UV消毒，不存在如蒸煮消毒后處理廢液物、容器等問(wèn)題，環(huán)?？煽?。

　　光療-光輻照治療光源：是利用光生物效應，用特定波長(cháng)的光照使人體的皮膚或某些組織細胞催生長(cháng)或抑制生長(cháng)，來(lái)達到治療目的。LED光源用于光療的療效正在凸顯。

　　較之傳統光源，LED更符合光療對光源的各項特殊要求。主要是具有光波長(cháng)選擇范圍廣，輻射光量、輻照光斑可控可調，光色純，無(wú)有害光譜成分，以及電器安全等特點(diǎn)。因此，LED必然成為替代傳統光療光源的首選健康光源，成為有效的臨床治療手段。

　　病理檢測光源

　　檢測血沉：用570nm綠光，可測血沉;用640nm藍光和900nm IR光可檢測血液的含氯量。

　　膀胱癌診斷：用488nm藍光照射尿樣，在熒光光譜中觀(guān)察550nm～570nm綠光光譜區域內是否出現峰值，可診斷有否膀胱癌變。

　　LED光源的適用范圍

　　紫外光：紫外LED波長(cháng)選擇范圍為311nm～400nm，波寬為20nm～30nm，光功率為幾毫瓦至幾百毫瓦。UVA可治療皮膚病如銀屑病，也可用于美容、殺菌等。

　　紅外光：LED紅外芯片適合制造近紅光器件，可選擇780nm～1200nm范圍IR LED，用于消炎、鎮痛，促進(jìn)新陳代謝。

　　藍光：在425nm～475nm范圍的LED光源，可用于治療新生兒黃疸癥等。446nm～477nm的LED光源，能促進(jìn)對人體生物周期起調節作用的松果體胺類(lèi)激素-褪黑色素的分泌，有利于增強人體腦活力。

　　紅光：在615nm～700nm范圍內可用紅光LED作光源，光色純，紅光通過(guò)光化學(xué)作用，可促進(jìn)細胞合成，促進(jìn)傷口愈合，治療多種疾病。

　　混合光與白光：用LED白光或幾種不同波長(cháng)LED在同一封裝體內混光構成諸如黃綠光、紫光及藍綠混合光等，可滿(mǎn)足不同治療需要。不同色溫的白光輻照可作失眠調節治療。

　　LED光源的優(yōu)勢

　　用LED光源可以構成任何幾何形狀，任何尺寸的點(diǎn)、線(xiàn)、面光源，也可微型化。用LED光源可構成柔軟光源與毯子式光源，甚至與衣服結合可構成穿戴式光源。例如，將藍光LED封裝在毯子狀嬰兒被內，則可在治療新生兒黃疸癥時(shí)，不用眼罩保護眼睛。

　　LED可用低于6V的直流電壓工作，不存在諸如汞蒸氣燈等由于高壓引起的用電安全問(wèn)題。

　　有關(guān)醫療文獻報導，用LED作光源進(jìn)行藍光、紅光、近紅外光、紫外光、多色混合光光療已取得較明顯的臨床效果。美國、日本、歐洲各大公司已推出采用LED光源的各種光療設備，國內相關(guān)企業(yè)、學(xué)校、醫療機構也取得了不少成果。

　　手術(shù)無(wú)影燈：LED光源正被廣泛認可

　　醫生對病員施行手術(shù)時(shí)，由于醫務(wù)人員的頭、手、手術(shù)器械等均會(huì )對手術(shù)部位造成陰影，干擾醫生對手術(shù)部位視覺(jué)的辨識，因此手術(shù)照明必須達到無(wú)影要求。無(wú)影燈是一種大面積光源，任何角度都有光照射到，不產(chǎn)生影子。

　　冷光與色溫可調、顯色性要求高

　　手術(shù)照明光源：輻射光中不含IR光譜，不會(huì )產(chǎn)生熱量，醫務(wù)人員不會(huì )產(chǎn)生疲勞感，可降低病員創(chuàng )傷部位因溫度過(guò)高而感染的風(fēng)險。

　　由于人體組織中不同部位在不同光的色溫下視覺(jué)清晰度也不同，因此要求手術(shù)照明光的色溫達到2700k～6500k，可調節，同時(shí)顯色性要高于90，以提高醫務(wù)人員對病灶組織、血液等色澤變化的辨識、判斷能力。

　　光源可按需遙控調節

　　燈具的燈臂、燈頭等均可按需進(jìn)行上下、左右循環(huán)移動(dòng)，且可遙控，對光的照射光場(chǎng)大小也可調節。

　　燈具會(huì )對手術(shù)室空調、潔凈層流以及手術(shù)室溫度、潔凈度構成影響，這需要從燈具的造型設計、材料選用方面來(lái)解決問(wèn)題。

　　應急處理

　　手術(shù)照明燈具必須具有停電應急功能，一旦停電，瞬間即轉入電池或備用電供電，轉換時(shí)間小于1分鐘，無(wú)噪音，應急時(shí)間4小時(shí)～6小時(shí)，確保不因停電造成醫療事故。

　　無(wú)眩光

　　手術(shù)照明不能因光照射在手術(shù)器械、床單、紗布、醫用器皿等物品上造成閃光或反射光，干擾醫務(wù)人員視線(xiàn)，造成眩光危害。

　　手術(shù)無(wú)影燈的要求十分嚴格，涉及光學(xué)、電子學(xué)、微機電、造型結構、層流分析以及色度學(xué)等綜合技術(shù)的復合運用，技術(shù)含量高。隨著(zhù)心臟手術(shù)、踝關(guān)節手術(shù)的普及，對手術(shù)無(wú)影燈需求也逐漸增大，LED光源因其突出優(yōu)勢正在被廣泛認可，前景看好。