从技术特性看LED光源的医疗照明市场前景

    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。<