LED光源在醫(yī)療照明市場的應(yīng)用前景
近年來,LED照明技術(shù)得到快速發(fā)展,在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。我國用于醫(yī)療領(lǐng)域的照明類產(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(shù)醫(yī)院用的醫(yī)用照明產(chǎn)品購自國外,如德國馬丁、創(chuàng)乎等品牌,市場幾乎被國外公司壟斷。雖然醫(yī)用照明產(chǎn)品數(shù)量不及常用照明,但價格昂貴,市值較高,值得關(guān)注。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201612/325756.htm在我國,醫(yī)用照明產(chǎn)業(yè)歸屬醫(yī)療器械行業(yè)。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全國約有7300多家企業(yè)從事醫(yī)療器械生產(chǎn),但能生產(chǎn)醫(yī)用照明產(chǎn)品的企業(yè)不到3%,且大多數(shù)企業(yè)僅生產(chǎn)觀片燈之類的低端產(chǎn)品。直到近幾年,才有以LED作為光源的醫(yī)用照明產(chǎn)品出現(xiàn),并被應(yīng)用。
隨著社會對醫(yī)療健康、醫(yī)療康復(fù)、綠色環(huán)保和節(jié)能的重視,從2007年起,我國LED醫(yī)療照明開始起步。但由于產(chǎn)品入門門檻高,技術(shù)風(fēng)險大,且大多數(shù)醫(yī)療器械企業(yè)對LED性能、使用技術(shù)不太了解,加上用于醫(yī)療的照明產(chǎn)品涉及醫(yī)療機(jī)理、光、機(jī)、電、熱等復(fù)合技術(shù),只有少部分大企業(yè)與醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作生產(chǎn)該類產(chǎn)品。另外,醫(yī)療照明產(chǎn)品認(rèn)證程序復(fù)雜,因此LED醫(yī)療照明進(jìn)展不理想,與需求不相適應(yīng)。
目前,國內(nèi)有近3000多家LED企業(yè),其中不少企業(yè)在LED景觀照明、功能性照明產(chǎn)品方面有較強(qiáng)的研制、開發(fā)和生產(chǎn)能力。但他們因不歸屬醫(yī)療器械行業(yè),缺乏入門途徑。
據(jù)衛(wèi)生部《衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報》,2008年,我國有27.8萬家醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu),其中醫(yī)院2萬余家,衛(wèi)生院6萬余家,街道、社區(qū)診所17余萬家。這些單位目前均使用傳統(tǒng)光源照明裝置,市場規(guī)模很大,僅從節(jié)能方面考慮,基于半導(dǎo)體照明技術(shù)的醫(yī)用照明升級換代成為必然。
但必須知道,醫(yī)療照明屬于醫(yī)用器械,有嚴(yán)格的法規(guī)和認(rèn)證要求,在技術(shù)、安全規(guī)則方面要求極嚴(yán),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(zhǔn)入許可審核應(yīng)當(dāng)更嚴(yán)格,但應(yīng)不排斥非醫(yī)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(guī)照明到功能性照明,從戶外照明向戶內(nèi)照明,從一般照明到特殊照明延伸,這是技術(shù)進(jìn)步、社會進(jìn)步的必然。
適合醫(yī)療照明的LED光源符合可調(diào)可控、高可靠、長壽命的要求,是取代目前鹵素?zé)?、汞燈、氙燈的最佳固體光源。
從2010年起,國產(chǎn)LED手術(shù)無影燈已在一些三甲醫(yī)院應(yīng)用,并出口日本、澳大利亞、菲律賓等國家。
LED光源:節(jié)能環(huán)保 成本最低
LED是最節(jié)能的人工光源,用LED光源“替代”白熾燈、熒光燈、鈉燈(HID)、鹵素?zé)簟⒐魵鉄?、氙燈,可?jié)能30%~80%。目前,LED是在光源壽命周期內(nèi)使用成本最低的光源。
LED光源的技術(shù)特性
節(jié)能:截至目前,LED以外的人工光源中,電光轉(zhuǎn)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(yàn)室水平已達(dá)到203lm/W。LED是最節(jié)能的人工光源,用LED光源“替代”白熾燈、熒光燈、鈉燈(HID)、鹵素?zé)?、汞蒸氣燈、氙燈,可?jié)能30%~80%。
環(huán)保:LED光源為半導(dǎo)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(tǒng)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)境會造成污染。一支節(jié)能(熒光)燈中含有5mg~10mg汞,一旦破碎,會對水、土地造成嚴(yán)重污染。1mg汞可污染5噸水。而且,傳統(tǒng)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)境造成污染等問題。
光譜純,無有害光譜:Ⅲ- Ⅴ族半導(dǎo)體電致發(fā)光,使得LED輻射光譜純,半波寬僅20nm~30nm。紅(R)、藍(lán)(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?zé)舻墓庾V中含45%~70%的IR光;熒光燈、鈉燈的光譜中均含有15%~25%UV光。使用該類產(chǎn)品,如不加防護(hù),均會對使用人員產(chǎn)生光污染。LED燈被稱作21世紀(jì)的健康之光。
易于實(shí)現(xiàn)智能控制:LED響應(yīng)快,易于調(diào)色(色溫)、調(diào)光(光功率)和光的投射方向調(diào)節(jié),便于實(shí)現(xiàn)智能化,構(gòu)成智慧型光源。
由于是半導(dǎo)體發(fā)光器件,LED瞬態(tài)響應(yīng)僅ns級,可用數(shù)十千赫茲到數(shù)百千赫茲頻率驅(qū)動,不存在導(dǎo)致視覺疲勞的頻閃。正因如此,其易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化控制。如其他人工光源難以實(shí)現(xiàn)的光源色溫(CCT)連續(xù)調(diào)節(jié),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(qū)動的光源,安全可靠:LED光源用低電壓驅(qū)動,在應(yīng)急照明時可瞬時轉(zhuǎn)入電池工作,轉(zhuǎn)換時間僅零點(diǎn)幾秒,不會造成因停電引發(fā)意外。且LED光源轉(zhuǎn)換快,轉(zhuǎn)換過程無應(yīng)急發(fā)電機(jī)的噪聲。
LED驅(qū)動供電裝置可達(dá)到醫(yī)用器械國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。如EN60601-1-2、UL60950、IEC68-2-29和3C等以及對醫(yī)用設(shè)備電器安全和電磁干擾的認(rèn)證要求。
LED是可靠性高與壽命周期長的光源:LED是固體光源,可靠性高、壽命長,其30%光衰的時間(即壽命判定值時間)可以在-30℃~+55℃環(huán)境溫度下工作,壽命時間可達(dá)30000小時~50000小時,是目前人工光源中壽命最長的光源。(白熾燈燈絲的壽命約2000小時,熒光燈為8000小時,鈉燈與汞蒸氣燈等也僅僅約為10000小時)。
LED是目前在光源壽命周期內(nèi),使用成本(指使用周期內(nèi),購置能耗+維修維護(hù)+更換等成本之和)最低的光源。
傳統(tǒng)光源的不足
目前,在醫(yī)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(diào)控、響應(yīng)時間、可靠性、壽命時間以及生命周期成本等基本特點(diǎn),歸納起來還有以下一些不足。
汞蒸氣放電型光源——蒸氣藍(lán)燈等:
需用高電壓供電,響應(yīng)慢,含UV和IR光輻射;是熱光源,會引起被照面升溫,使用時須防護(hù);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(tǒng)復(fù)雜,使用時需加防護(hù),安全性差;功率大時需要用水冷技術(shù)散熱,安全性差。
鹵素?zé)?、氙燈等?/p>
含有IR輻射,是熱光源;在必要場合需要設(shè)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(yī)療應(yīng)用:范圍廣泛 優(yōu)勢明顯
醫(yī)療照明分類
醫(yī)院建筑內(nèi)、外功能性照明:指除醫(yī)療資源、導(dǎo)醫(yī)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(tǒng)光源,如熒光節(jié)能燈、日光燈、鈉燈及鹵素?zé)舻染捎肔ED照明替代。
窺視照明:用于病灶探測、觀察用照明。主要使用投射式、小角度、定向照明的燈具,分體內(nèi)、外兩種。目前已有產(chǎn)品用激光(LD)和LED作光源。
手術(shù)照明:分固定和移動式兩類。用于醫(yī)生為病人手術(shù)時提供高質(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(yī)療器械、醫(yī)用裝備和醫(yī)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(xì)胞膜和細(xì)胞核,破壞其DNA或RNA的分子鏈,使其失去復(fù)制能力和活動功能,達(dá)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、容器等問題,環(huán)??煽?。
光療-光輻照治療光源:是利用光生物效應(yīng),用特定波長的光照使人體的皮膚或某些組織細(xì)胞催生長或抑制生長,來達(dá)到治療目的。LED光源用于光療的療效正在凸顯。
較之傳統(tǒng)光源,LED更符合光療對光源的各項(xiàng)特殊要求。主要是具有光波長選擇范圍廣,輻射光量、輻照光斑可控可調(diào),光色純,無有害光譜成分,以及電器安全等特點(diǎn)。因此,LED必然成為替代傳統(tǒng)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(lán)光和900nm IR光可檢測血液的含氯量。
膀胱癌診斷:用488nm藍(lán)光照射尿樣,在熒光光譜中觀察550nm~570nm綠光光譜區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)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(zhèn)痛,促進(jìn)新陳代謝。
藍(lán)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(diào)節(jié)作用的松果體胺類激素-褪黑色素的分泌,有利于增強(qiáng)人體腦活力。
紅光:在615nm~700nm范圍內(nèi)可用紅光LED作光源,光色純,紅光通過光化學(xué)作用,可促進(jìn)細(xì)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LED在同一封裝體內(nèi)混光構(gòu)成諸如黃綠光、紫光及藍(lán)綠混合光等,可滿足不同治療需要。不同色溫的白光輻照可作失眠調(diào)節(jié)治療。
LED光源的優(yōu)勢
用LED光源可以構(gòu)成任何幾何形狀,任何尺寸的點(diǎn)、線、面光源,也可微型化。用LED光源可構(gòu)成柔軟光源與毯子式光源,甚至與衣服結(jié)合可構(gòu)成穿戴式光源。例如,將藍(lán)光LED封裝在毯子狀嬰兒被內(nèi),則可在治療新生兒黃疸癥時,不用眼罩保護(hù)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題。
有關(guān)醫(yī)療文獻(xiàn)報導(dǎo),用LED作光源進(jìn)行藍(lán)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(shè)備,國內(nèi)相關(guān)企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)也取得了不少成果。
手術(shù)無影燈:LED光源正被廣泛認(rèn)可
醫(yī)生對病員施行手術(shù)時,由于醫(yī)務(wù)人員的頭、手、手術(shù)器械等均會對手術(shù)部位造成陰影,干擾醫(yī)生對手術(shù)部位視覺的辨識,因此手術(shù)照明必須達(dá)到無影要求。無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(diào)、顯色性要求高
手術(shù)照明光源:輻射光中不含IR光譜,不會產(chǎn)生熱量,醫(yī)務(wù)人員不會產(chǎn)生疲勞感,可降低病員創(chuàng)傷部位因溫度過高而感染的風(fēng)險。
由于人體組織中不同部位在不同光的色溫下視覺清晰度也不同,因此要求手術(shù)照明光的色溫達(dá)到2700k~6500k,可調(diào)節(jié),同時顯色性要高于90,以提高醫(yī)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(diào)節(jié)
燈具的燈臂、燈頭等均可按需進(jìn)行上下、左右循環(huán)移動,且可遙控,對光的照射光場大小也可調(diào)節(jié)。
燈具會對手術(shù)室空調(diào)、潔凈層流以及手術(shù)室溫度、潔凈度構(gòu)成影響,這需要從燈具的造型設(shè)計(jì)、材料選用方面來解決問題。
應(yīng)急處理
手術(shù)照明燈具必須具有停電應(yīng)急功能,一旦停電,瞬間即轉(zhuǎn)入電池或備用電供電,轉(zhuǎn)換時間小于1分鐘,無噪音,應(yīng)急時間4小時~6小時,確保不因停電造成醫(yī)療事故。
無眩光
手術(shù)照明不能因光照射在手術(shù)器械、床單、紗布、醫(yī)用器皿等物品上造成閃光或反射光,干擾醫(yī)務(wù)人員視線,造成眩光危害。
手術(shù)無影燈的要求十分嚴(yán)格,涉及光學(xué)、電子學(xué)、微機(jī)電、造型結(jié)構(gòu)、層流分析以及色度學(xué)等綜合技術(shù)的復(fù)合運(yùn)用,技術(shù)含量高。隨著心臟手術(shù)、踝關(guān)節(jié)手術(shù)的普及,對手術(shù)無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(rèn)可,前景看好。
評論