从技术特性看LED光源的医疗照明市场前景

2012-11-06 20:19:19来源: OFweek 半导体照明网 关键字:技术  特性  医疗
    我国用于医疗领域的照明类产品(功能性照明除外)及生产、技术水平整体较低,品牌集中度不高,大多数医院用的医用照明产品购自国外,如德国马丁、创乎等品牌,市场几乎被国外公司垄断。虽然医用照明产品数量不及常用照明,但价格昂贵,市值较高,值得关注。

  在我国,医用照明产业归属医疗器械行业。据2008年统计数据,全国约有7300多家企业从事医疗器械生产,但能生产医用照明产品的企业不到3%,且大多数企业仅生产观片灯之类的低端产品。直到近几年,才有以LED作为光源的医用照明产品出现,并被应用。

  随着社会对医疗健康、医疗康复、绿色环保和节能的重视,从2007年起,我国LED医疗照明开始起步。但由于产品入门门槛高,技术风险大,且大多数医疗器械企业对LED性能、使用技术不太了解,加上用于医疗的照明产品涉及医疗机理、光、机、电、热等复合技术,只有少部分大企业与医疗机构合作生产该类产品。另外,医疗照明产品认证程序复杂,因此LED医疗照明进展不理想,与需求不相适应。

  目前,国内有近3000多家LED企业,其中不少企业在LED景观照明、功能性照明产品方面有较强的研制、开发和生产能力。但他们因不归属医疗器械行业,缺乏入门途径。

  据卫生部《卫生事业发展统计公报》,2008年,我国有27.8万家医疗卫生机构,其中医院2万余家,卫生院6万余家,街道、社区诊所17余万家。这些单位目前均使用传统光源照明装置,市场规模很大,仅从节能方面考虑,基于半导体照明技术的医用照明升级换代成为必然。

  但必须知道,医疗照明属于医用器械,有严格的法规和认证要求,在技术、安全规则方面要求极严,与普通功能性照明相比,技术风险更大。为此,对生产企业的准入许可审核应当更严格,但应不排斥非医疗器械企业,如许可LED照明企业进入该领域。

  LED照明目前正在从景规照明到功能性照明,从户外照明向户内照明,从一般照明到特殊照明延伸,这是技术进步、社会进步的必然。

  适合医疗照明的LED光源符合可调可控、高可靠、长寿命的要求,是取代目前卤素灯、汞灯、氙灯的最佳固体光源。

  从2010年起,国产LED手术无影灯已在一些三甲医院应用,并出口日本、澳大利亚、菲律宾等国家。

  LED光源:节能环保 成本最低

  LED是最节能的人工光源,用LED光源“替代”白炽灯、荧光灯、钠灯(HID)、卤素灯、汞蒸气灯、氙灯,可节能30%~80%。目前,LED是在光源寿命周期内使用成本最低的光源。

  LED光源的技术特性

  节能:截至目前,LED以外的人工光源中,电光转换能效最高的是低压钠灯(LPS),约为140lm/W。2011年,功率型LED光效实验室水平已达到203lm/W。LED是最节能的人工光源,用LED光源“替代”白炽灯、荧光灯、钠灯(HID)、卤素灯、汞蒸气灯、氙灯,可节能30%~80%。

  环保:LED光源为半导体固体光源(SSL),是电致发光,不是热发光,是冷光,光源中不含有毒和有害物;而传统光源如荧光灯、钠灯(HID)、汞蒸气灯、氙气灯等均含有汞、钠、镉等有害物质,其废弃物对环境会造成污染。一支节能(荧光)灯中含有5mg~10mg汞,一旦破碎,会对水、土地造成严重污染。1mg汞可污染5吨水。而且,传统光源废弃物回收处理成本也极高,而LED光源则不存在对环境造成污染等问题。

  光谱纯,无有害光谱:Ⅲ- Ⅴ族半导体电致发光,使得LED辐射光谱纯,半波宽仅20nm~30nm。红(R)、蓝(B)、黄(Y)、绿(G)等单色光中均不含紫外光(UV)和红外光(IR)(UVLED和IRLED除外)。即使是多色混合光,如白光(R或其他宽光谱光色,其光谱中也不含UV和IR等对人眼、皮肤造成危害的光辐射。对比其他人工光源,如白炽灯、卤素灯的光谱中含45%~70%的IR光;荧光灯、钠灯的光谱中均含有15%~25%UV光。使用该类产品,如不加防护,均会对使用人员产生光污染。LED灯被称作21世纪的健康之光。

  易于实现智能控制:LED响应快,易于调色(色温)、调光(光功率)和光的投射方向调节,便于实现智能化,构成智慧型光源。

  由于是半导体发光器件,LED瞬态响应仅ns级,可用数十千赫兹到数百千赫兹频率驱动,不存在导致视觉疲劳的频闪。正因如此,其易于实现数字化、智能化控制。如其他人工光源难以实现的光源色温(CCT)连续调节,LED则可轻易实施。这一点对在手术照明、手术清创照明中观察不同病灶、不同组织、血液颜色的清晰度十分重要。

  LED是低电压驱动的光源,安全可靠:LED光源用低电压驱动,在应急照明时可瞬时转入电池工作,转换时间仅零点几秒,不会造成因停电引发意外。且LED光源转换快,转换过程无应急发电机的噪声。

  LED驱动供电装置可达到医用器械国际国内标准要求。如EN60601-1-2、UL60950、IEC68-2-29和3C等以及对医用设备电器安全和电磁干扰的认证要求。

  LED是可靠性高与寿命周期长的光源:LED是固体光源,可靠性高、寿命长,其30%光衰的时间(即寿命判定值时间)可以在-30℃~+55℃环境温度下工作,寿命时间可达30000小时~50000小时,是目前人工光源中寿命最长的光源。(白炽灯灯丝的寿命约2000小时,荧光灯为8000小时,钠灯与汞蒸气灯等也仅仅约为10000小时)。

  LED是目前在光源寿命周期内,使用成本(指使用周期内,购置能耗+维修维护+更换等成本之和)最低的光源。

    传统光源的不足

  目前,在医疗领域中常用的人工光源与LED光源,除上面提到的能效、光谱纯度、色温调控、响应时间、可靠性、寿命时间以及生命周期成本等基本特点,归纳起来还有以下一些不足。

  汞蒸气放电型光源——蒸气蓝灯等:

  需用高电压供电,响应慢,含UV和IR光辐射;是热光源,会引起被照面升温,使用时须防护;含汞,不利于废弃物的处理。

  固体激光光源——He-Ne激光器等:

  成本高,供电系统复杂,使用时需加防护,安全性差;功率大时需要用水冷技术散热,安全性差。

  卤素灯、氙灯等:

  含有IR辐射,是热光源;在必要场合需要设置滤除IR的透镜,或在反光镜上涂IR吸收膜等,生命周期使用成本高。

  LED光源医疗应用:范围广泛 优势明显

  医疗照明分类

  医院建筑内、外功能性照明:指除医疗资源、导医等信息显示以外的功能性照明,大多使用荧光日光灯、格栅灯、吸顶灯、射灯、筒灯及HID路灯等。

  这些传统光源,如荧光节能灯、日光灯、钠灯及卤素灯等均可用LED照明替代。

  窥视照明:用于病灶探测、观察用照明。主要使用投射式、小角度、定向照明的灯具,分体内、外两种。目前已有产品用激光(LD)和LED作光源。

  手术照明:分固定和移动式两类。用于医生为病人手术时提供高质量的照明灯具。目前主流为氙灯,成本很高。

  消毒、灭菌辐照光源:利用紫外光对医疗器械、医用装备和医用器皿进行消毒灭菌,具有速度快、效率高的优点。目前用汞蒸气灯较多。

  UV辐照消毒、灭菌是利用紫外光能穿透微生物细胞膜和细胞核,破坏其DNA或RNA的分子链,使其失去复制能力和活动功能,达到灭菌杀毒的目的。利用UV消毒,不存在如蒸煮消毒后处理废液物、容器等问题,环保可靠。

  光疗-光辐照治疗光源:是利用光生物效应,用特定波长的光照使人体的皮肤或某些组织细胞催生长或抑制生长,来达到治疗目的。LED光源用于光疗的疗效正在凸显。

  较之传统光源,LED更符合光疗对光源的各项特殊要求。主要是具有光波长选择范围广,辐射光量、辐照光斑可控可调,光色纯,无有害光谱成分,以及电器安全等特点。因此,LED必然成为替代传统光疗光源的首选健康光源,成为有效的临床治疗手段。

    病理检测光源

  检测血沉:用570nm绿光,可测血沉;用640nm蓝光和900nm IR光可检测血液的含氯量。

  膀胱癌诊断:用488nm蓝光照射尿样,在荧光光谱中观察550nm~570nm绿光光谱区域内是否出现峰值,可诊断有否膀胱癌变。

  LED光源的适用范围

  紫外光:紫外LED波长选择范围为311nm~400nm,波宽为20nm~30nm,光功率为几毫瓦至几百毫瓦。UVA可治疗皮肤病如银屑病,也可用于美容、杀菌等。

  红外光:LED红外芯片适合制造近红光器件,可选择780nm~1200nm范围IR LED,用于消炎、镇痛,促进新陈代谢。

  蓝光:在425nm~475nm范围的LED光源,可用于治疗新生儿黄疸症等。446nm~477nm的LED光源,能促进对人体生物周期起调节作用的松果体胺类激素-褪黑色素的分泌,有利于增强人体脑活力。

  红光:在615nm~700nm范围内可用红光LED作光源,光色纯,红光通过光化学作用,可促进细胞合成,促进伤口愈合,治疗多种疾病。

  混合光与白光:用LED白光或几种不同波长LED在同一封装体内混光构成诸如黄绿光、紫光及蓝绿混合光等,可满足不同治疗需要。不同色温的白光辐照可作失眠调节治疗。

  LED光源的优势

  用LED光源可以构成任何几何形状,任何尺寸的点、线、面光源,也可微型化。用LED光源可构成柔软光源与毯子式光源,甚至与衣服结合可构成穿戴式光源。例如,将蓝光LED封装在毯子状婴儿被内,则可在治疗新生儿黄疸症时,不用眼罩保护眼睛。

  LED可用低于6V的直流电压工作,不存在诸如汞蒸气灯等由于高压引起的用电安全问题。

  有关医疗文献报导,用LED作光源进行蓝光、红光、近红外光、紫外光、多色混合光光疗已取得较明显的临床效果。美国、日本、欧洲各大公司已推出采用LED光源的各种光疗设备,国内相关企业、学校、医疗机构也取得了不少成果。

  手术无影灯:LED光源正被广泛认可

  医生对病员施行手术时,由于医务人员的头、手、手术器械等均会对手术部位造成阴影,干扰医生对手术部位视觉的辨识,因此手术照明必须达到无影要求。无影灯是一种大面积光源,任何角度都有光照射到,不产生影子。

    冷光与色温可调、显色性要求高

  手术照明光源:辐射光中不含IR光谱,不会产生热量,医务人员不会产生疲劳感,可降低病员创伤部位因温度过高而感染的风险。

  由于人体组织中不同部位在不同光的色温下视觉清晰度也不同,因此要求手术照明光的色温达到2700k~6500k,可调节,同时显色性要高于90,以提高医务人员对病灶组织、血液等色泽变化的辨识、判断能力。

  光源可按需遥控调节

  灯具的灯臂、灯头等均可按需进行上下、左右循环移动,且可遥控,对光的照射光场大小也可调节。

  灯具会对手术室空调、洁净层流以及手术室温度、洁净度构成影响,这需要从灯具的造型设计、材料选用方面来解决问题。

  应急处理

  手术照明灯具必须具有停电应急功能,一旦停电,瞬间即转入电池或备用电供电,转换时间小于1分钟,无噪音,应急时间4小时~6小时,确保不因停电造成医疗事故。

  无眩光

  手术照明不能因光照射在手术器械、床单、纱布、医用器皿等物品上造成闪光或反射光,干扰医务人员视线,造成眩光危害。

  手术无影灯的要求十分严格,涉及光学、电子学、微机电、造型结构、层流分析以及色度学等综合技术的复合运用,技术含量高。随着心脏手术、踝关节手术的普及,对手术无影灯需求也逐渐增大,LED光源因其突出优势正在被广泛认可,前景看好。 

关键字:技术  特性  医疗

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2012/1106/article_3239.html
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