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
    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
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
技术
特性
医疗

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved