LED-醫(yī)療領(lǐng)域未來之光課件

1、LED-醫(yī)療領(lǐng)域未來之光上海市光電子行業(yè)協(xié)會2013.1.16一.概述 1.我國醫(yī)療照明產(chǎn)業(yè)概況 我國目前生產(chǎn)用于醫(yī)療領(lǐng)域(窺測類和光療類)的照明產(chǎn)品(辦公和病房類功能性照明除外)的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè),從總體上看,技術(shù)水平整體較低,品牌效應(yīng)不高,大多數(shù)醫(yī)院用的醫(yī)用照明產(chǎn)品均購自國外,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)量不及常用功能性照明,但因價格昂貴,市值較高,是照明業(yè)界創(chuàng)新應(yīng)用和高含金量后值得關(guān)注的領(lǐng)域之一。概述 在我國,醫(yī)用照明產(chǎn)業(yè),歸類在醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)范疇。據(jù)2008年衛(wèi)生部的統(tǒng)計資料顯示,全國約有7300多家企業(yè)從事醫(yī)療器械生產(chǎn),但其中能生產(chǎn)醫(yī)用照明產(chǎn)品,包括光療產(chǎn)

2、品的企業(yè)占比不到3%,僅數(shù)十家,但大多只能生產(chǎn)如觀片燈之類的低端產(chǎn)品,且大多是仍采用CFLL傳統(tǒng)光源的產(chǎn)品。直到近年才有采用LED光源的醫(yī)用照明產(chǎn)品問世,并被醫(yī)療單位開始試用性應(yīng)用。我國醫(yī)療照明產(chǎn)業(yè)概況 隨著社會進入低碳經(jīng)濟發(fā)展階段,對于照明產(chǎn)品除了要求用綠色環(huán)保和節(jié)能的光源取代傳統(tǒng)高能耗、非環(huán)保的光源外，對于醫(yī)用照明用光源,更要求具有治療和醫(yī)療康復的作用,即健康光源的要求。從2007年,起我國LED醫(yī)療照明的研發(fā)開始起步,但由于對醫(yī)用產(chǎn)品入門門檻高,技術(shù)風險大,再因大多醫(yī)療器械企業(yè)對LED性能、應(yīng)用技術(shù)還不太了解,再加上用于醫(yī)療的照明產(chǎn)品的研制要涉及光療機理、光學、微機電、熱學、光化學等復合

3、技術(shù)的運用,僅有少部份大企業(yè)通過與醫(yī)療機構(gòu)合作才能問津,因此進展不太理想,與市場需求不相適應(yīng)。我國醫(yī)療照明產(chǎn)業(yè)概況 從另一方面看,國內(nèi)雖有近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)品方面都有較強的研制、開發(fā)和生產(chǎn)能力,但因不歸屬醫(yī)療器械類企業(yè),缺乏入門途徑,參與不了這一領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā),僅在醫(yī)療信息、導醫(yī)、專家介紹等用的LED顯示屏和常規(guī)性照明產(chǎn)品方面有介入,窺測照明、治療光源及病理檢測光源還沒有較有效的研發(fā)介入！使這一領(lǐng)域在LED光源應(yīng)用方面與需求脫節(jié),這應(yīng)當引起重視！我國醫(yī)用照明市場規(guī)模 如前所述,由于醫(yī)療照明產(chǎn)品屬于醫(yī)用器械,有嚴格的行業(yè)標準與法規(guī)耍求,在技術(shù)、安規(guī)

4、等方面要求極嚴,與普通功能性照明相比,技術(shù)風險耍大許多！為此,對生產(chǎn)企業(yè)的準入、生產(chǎn)許可審核等均較為嚴格,但盡管如此,應(yīng)當不排斥非醫(yī)療器械企業(yè),如LED照明企業(yè)進3. 當前LED光源的應(yīng)用正在向醫(yī)用領(lǐng)域廷伸 綜觀國內(nèi)外LED照明的發(fā)展態(tài)勢,目前正在從LED景規(guī)照明到功能性照明漸進,從戶外照明向戶內(nèi)千家萬戶居家照明發(fā)展,從一般照明到特殊照明拓展、廷伸,這是技術(shù)進步、LED應(yīng)用創(chuàng)新驅(qū)動和社會發(fā)展的必然趨勢！ LED的特點,使它更適合作醫(yī)療照明光源,因為醫(yī)用照明對光源耍求具有：定點、定向、高亮度、高純度光譜、冷光、色溫可調(diào)、顯色性高和可用數(shù)碼調(diào)控、遙控、高可靠和長壽命。二. LED-21世紀健康之光

5、 LED光源的優(yōu)越性表現(xiàn)在它具有以下幾大優(yōu)勢： (1).節(jié)能 自一百多年前愛迪生發(fā)明人造電光源-白熾燈以來,人們一直在為提高人工光源的光效而努力攻關(guān)，到目方前為止,在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,但這種光源在色溫、顯色性等方面,不適合作高質(zhì)量照明光源,而2011年,美國Cree公司的功率白光LED的光效達203lm/w,2012年己達245lm/w,因而是目前人工光源中光效最高的光源。 LED無論在色溫、顯色性等參數(shù)上均優(yōu)于傳統(tǒng)HID、氙燈和熒光燈光源。用LED光源“替代”白熾燈、熒光燈、納燈(HID)、鹵素燈、汞蒸氣燈、氙燈等可平均節(jié)能

6、30-80。權(quán)威機構(gòu)測算,若我國的所有建筑內(nèi)、外照明均用LED取代,其節(jié)省的電能等于一個半三峽水電站的發(fā)電量！ (2). 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，輻射的光是冷光,且光源中不含有毒、有害物。而傳統(tǒng)人工光源如：熒光燈、納燈(HID)、汞蒸氣燈、氙氣燈等均含有：汞、鈉等有害物,其廢棄物對環(huán)境會造成污染,一支節(jié)能(熒光)燈中含有5-10mg汞,一旦破碎,會對水、土地造成嚴重污染,1mg汞可污染5噸水使其超標而不能飲用,其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。 近期,也有人質(zhì)疑LED白光中的藍光傷眼的“藍光危害”和LED白光“富藍

7、化”問題,但這不是LED特有的,可以證明LED光源較熒光燈、金鹵燈等藍光危害要弱得多，只要LED色溫在5000k以下,LED燈均屬GB/T201452006標準規(guī)定的藍光輻亮度限值規(guī)是的1類危害以下的光源,在正常使用條件下是安全的健康的光源。 國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢測中心(上海)對27種LED照明燈具進行光生物(藍光、紫外、紅外)危害檢測,種燈具在正常使用下均為1類以下的安全光源,對其中11種燈在非正常情況下使用,僅1個樣燈進入2類危害范圍,原因在于這種光源的色溫過高在7000k以上。 1類-2類危害的光源,對嬰幼兒和糖尿病或?qū)膺^敏的有傷害,要用1類以下光源。二.目前醫(yī)療系統(tǒng)光源應(yīng)用的現(xiàn)狀 1

8、. 在醫(yī)療領(lǐng)域照明光源應(yīng)用的分類 光源在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用大致可分為： (1). 醫(yī)院建筑內(nèi)、外功能性照明 指除醫(yī)療資源、導醫(yī)等信息顯示(指已普遍在使用的LED顯示屏)以外的功能性照明,目前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、納燈及鹵素燈等均可進行用LED替代的節(jié)能改造 (2). 窺測照明 這部分主耍是病灶探測、觀察用照明,也是投射式,小角度,定向照明的燈具。分體內(nèi)、外兩種,前者耍與光導纖維配合作胃、腸、肛等體閃窺測照朋。后者為可移動的定向照明燈具。日前已有激光(LD)和LED作光源。 體外窺測,例如：耳、鼻、眼、口等五官檢查照明。體

9、內(nèi)、外窺測照明要求健康型光源,不能因光輻射中含有有害機體組織的輻射光,造成對人體肌膚、器官組織傷害。目前用鹵素燈為主,合IR光,熱量高。 (3). 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(即高照度、無影、高照度均勻度、高顯色性、色溫、光強可調(diào)和低熱,不影向手術(shù)室凈化層流和空調(diào)溫度)的照明燈具。這是一種價格不菲的特殊燈具。目前主流為氙燈和帶紅外濾色鏡的金鹵燈。 (4). 消毒、滅菌輻照光源 利用紫外光的輻照,可以對醫(yī)療器械、醫(yī)用裝備和醫(yī)用器皿進行消毒滅菌,與蒸煮高溫消毒(20分鐘左右)相比,具有速度快(1到幾秒)效率高的優(yōu)點。目前用汞蒸氣燈較多。 利用UV消毒,不存在如蒸煮

10、消毒后要對廢液物、容器等處理問題,十分環(huán)保。 UV輻照消毒、滅菌是利用紫外光能穿透微生物細胞膜和細包核,破壞其DNA或RNA的分子鏈,使其失去復制能力和活動功能,達到滅菌、殺毒的目的,UV的穿透度與波長成正比,一般以波長分為長、中、低三種即：UVA、UVB和UVC三種,通常將UVA和UVB二種波長用于醫(yī)用。用UV LED構(gòu)成的光源可以制成各種幾何形狀的滅菌光源,靈活性優(yōu)于汞蒸氣UV光源,能耗也低。光輻照治療 (5). 光療-光輻照治療 采用光來治療人類的疾病是一種很古老的方法，早在幾千年前的中國等國家的時候就采用日光來治療疾病。而LED作為一種新型光源，隨著其生物學效應(yīng)逐步被人們所認識，目前正

11、逐步應(yīng)用于醫(yī)學中并發(fā)揮積極的作用，LED的生物學效應(yīng)取決于不同的光學參數(shù)，包括不同的波長、流量(fluence)、強度(power density)、輻照時間、連續(xù)波還是脈沖波以及在臨床上的治療次數(shù)、治療間隔等。不同的波長可以到達皮膚組織的不同位置(如圖1)。 光療是利用生物組織吸收不同波長的光能，并將其轉(zhuǎn)化成熱能和化學能，導致體內(nèi)產(chǎn)生一系列的化學反應(yīng)，達到所需不同療效；光療的治療機理歸結(jié)起來為：（1）光致分解 ； （3）光致聚合；（2）光致氧化； （4）光致敏化。 較之傳統(tǒng)光源，LED更符合光療對光源的各項特殊耍求,這些要求是：光波長選擇范圍要廣,輻射光量、輻照光斑要可控可調(diào),光色純，無有害

12、光譜成份，以及電氣安全等,因LED具備上述特點，符合上述要求，它必將成為替代傳統(tǒng)光療光源的首選健康之光源。 光療作為一種有效的臨床治療手段，應(yīng)用日漸廣泛，LED在這一領(lǐng)域大有作為 b.藍光 波長為415nm的藍光具有快速抑制炎癥的功效，在痤瘡的形成過程中，主要是丙酸桿菌在起作用所致，而藍光可以在對皮膚組織毫無損傷的情況下，高效的破壞這種細菌，最大限度減少痤瘡的形成，并且在很短時間內(nèi)使炎癥期的痤瘡明顯減少至愈合。 C.紫光：是紅光和綠光的混合光，其結(jié)合了兩種光的功效，尤其在治療痤瘡和祛痤瘡印痕方面有著特別好的效果和修復作用。 D.黃光：波長為580nm的黃光，治療過敏性皮膚疾病。 較之傳統(tǒng)光源，

13、LED更符合光療對光源的各項特殊耍求,這些要求是：光波長選擇范圍要廣,輻射光量、輻照光斑要可控可調(diào),光色純，無有害光譜成份，以及電氣安全等,因LED具備上述特點，符合上述要求，它必將成為替代傳統(tǒng)光療光源的首選健康之光源。(6).用光輻射檢測病理樣本-病理檢測 (a).撿測血沉 用570nm綠光，可測血沉,而用640nm藍光和900nm IR光可撿測血液內(nèi)的含氯量； (b). 膀光癌診斷 用488nm藍光照射尿樣,通過它所激發(fā)尿樣產(chǎn)生熒光光譜中觀察在550nm-570nm綠光光譜區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)峰值,可診斷有否膀光癌變。 總之,利用光對生物組織的化學物理反應(yīng)和作用,可實現(xiàn)疾病治療、康復包括美容等,

14、就不作詳述。2. LED光源在醫(yī)療領(lǐng)域中的適用性(1).LED用于光疔的波長選擇范圍 (a). 紫外光：紫外LED波長可選擇范圍：311nm400nm，波寬：20nm30nm，光功率：幾毫瓦幾百毫瓦，可治療皮膚病如銀屑病等，也可用于美容、消毒殺菌等應(yīng)用。(b). 紅外光：LED適合近紅外,可選擇：780nm1200nm范圍IR LED,可用于消炎、鎮(zhèn)痛，促進肌膚新陳代謝和細胞再生,如創(chuàng)傷愈合,禿發(fā)再生等。 (c). 藍光： 在425nm475nm均可使用LED光源，可控范圍3nm，可治療新生兒黃疸癥等十分有效。446nm-477nm的光能促進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

15、分秘，有利到人體增強腦活力，減少老年癡呆癥的發(fā)病風險； (d).紅光： 在615nm700nm范圍內(nèi)可用紅光LED作光源、光色純，用它通過光化學作用，使人體內(nèi)的線粒體的過氧化氫酶活性增加，加快細胞新陳代謝,增加糖元、蛋白和三磷腺苷分解量,促進細胞合成,促進傷口愈合,促進毛交發(fā)生長等，可對多種疾病治疔； (e). 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、紫光及藍綠混合光等，適應(yīng)不同治療需要，這是LED的一大特點，美國宇航局報導：用630nm-800nm混合光，可治療類風濕關(guān)節(jié)炎、皮膚癌等疾病。不同色溫的白光輻照可作失眠調(diào)節(jié)治療。LED 白光作為全波段可見

16、光，其色溫從2700k-6500k按需選擇,進行生產(chǎn)。其顯色指數(shù)Ra(即還原被照物顏色能力)也可達80-95，與鹵素燈相近。 (2).LED光源適應(yīng)醫(yī)用的其他優(yōu)點 用LED可以構(gòu)成任何幾何形狀，任何尺寸的點、線、面光源。也可微型化。用LED可構(gòu)成柔軟光源與毯子式光源，甚至與衣服結(jié)合構(gòu)成穿載式光源。 例如用藍光LED封裝在毯子狀嬰兒被內(nèi)則可照射新生兒治療黃疸癥時，不用將嬰兒眼部用眼罩保護眼睛或會陰處保護。 LED可用低于6V的直流電壓工作，從而不存在諸如汞蒸氣燈等高壓引起的用電安全問題(3). LED配光操作簡便、安全、靈活性強 LED作光源的醫(yī)用照朋設(shè)備可制成便攜式、固定式、頭載式、眼載式窺測

17、燈具，可用電池供電,按不同光療要求制成不同型式的光源，除紅外光與紫外光在使用時要加以防護外，其他紅、藍、黃等因光色純，無光污染，也無光輻射溫度，不會損傷操作人員和病員。 LED可通過二次配光，使射出光在投射角度、投射方向均可靈活調(diào)節(jié),照射光強度連續(xù)可調(diào)，甚至根據(jù)需要可調(diào)節(jié)照射光的色溫，也十分易于用數(shù)碼控制,構(gòu)成智能型窺測燈。 大量的醫(yī)療文獻報導：用LED作光源進行藍光光療，紅光光療，近紅外光光療、紫外光光療，多色混合光光療等己取得較明顯的臨床效果。美國、日本、歐洲各大公司已推出了用LED的各種光療設(shè)備，己成為LED應(yīng)用的又一熱點和趨勢，國內(nèi)也正在開展企業(yè)、學校、醫(yī)療機構(gòu)、醫(yī)疔照明企業(yè)的產(chǎn)、學、

18、研大合作，展開LED光療設(shè)備的研發(fā)與臨床試驗，也取得了不少成果與突破。研發(fā)方面,我國與國際先進先步不晚,差距不大,處在同一起跑線上,僅在產(chǎn)品生產(chǎn)上存在差距。2. 在醫(yī)療領(lǐng)域用 LED替代的緊迫性 (1). 節(jié)能的緊迫性 以手術(shù)照明無影燈作例子,看一下用LED取代氙燈或金鹵燈的節(jié)能潛力。 衛(wèi)生部統(tǒng)計資料顯示：全國有三甲醫(yī)院1273家,按每家20間手術(shù)臺計,共用無影燈25460盞，二級醫(yī)院6460家,每家8間手室需用燈51680盞,總計77140盞無影燈。這些手術(shù)室按國家頒布的標準,每室年均運行時間為6240小時。若每一傳統(tǒng)光源燈的功耗800W,則每盞燈年耗電為：4992kwh,全國僅二、三級醫(yī)院

19、在手術(shù)無影燈上的年耗電量達3.85億度電,若用LED取代，節(jié)能率60%計,可節(jié)電2.31億度電,可節(jié)支電費1.85億元RMB。 (2).醫(yī)療照明升級換代緊迫性 醫(yī)用照明的LED化除實現(xiàn)節(jié)能外 ,實際上也是照明設(shè)施升級換代的需要,使醫(yī)院照明更人性化、智能化,實現(xiàn)健康照明。這方面可采用整體解決方案,即專用與通用,撿測、治療與功能照明一攪子升級換代,從而大幅度節(jié)能,降低照明成本支出,而光療、光撿測的LED化和國產(chǎn)化,除可提升照明質(zhì)量外,還可大幅降低設(shè)備采購成本減少醫(yī)患雙方支出。 以醫(yī)院功能性照明用的熒光日光燈，用LED替代為例,若一家三甲醫(yī)院共用6000支36w T8日光燈，現(xiàn)用LED直管燈替代來測

20、算其節(jié)能 效果： 36w T8日光燈加上鎮(zhèn)流器耗電(約6-8W),每支耗電42w,若每天開燈平均15h計,全年365天計,每支燈耗電125.9kwh全院功能照明年耗電75.56萬度,電費支出約60.4萬元。 如用18wLED直管燈取代,照明效果相同,但可節(jié)電57.1,節(jié)省用電量：75.56萬度0.571=43.15萬度, 節(jié)省電費支出34.5萬元。 (3).高質(zhì)量的光源可提高療效 醫(yī)療用的器械、設(shè)施包括窺測、冶療、康復照明燈具,均耍經(jīng)安全認證,安全不僅是電氣安全,還包括其他損傷、損害性安全,以及可能引發(fā)的治療風險。 對光源而言,重耍的是對人體組織、皮膚、眼睛要絕對安全,也即不能有光污染和光生物危害,另外,光源的可靠性耍極高，不允許因滅燈引發(fā)醫(yī)療事故,必要時要運用冗余技術(shù),一旦出現(xiàn)故障,迅即自撿修復,確保萬無一失！ 另外必須說明,醫(yī)療領(lǐng)域用LED光源,由于是冷光,即使在大功率手術(shù)無影燈(一般用200w-250w光源可取代600w-800w氙燈)下操作的醫(yī)務(wù)人員,不會因光的熱量(即光譜中的IR光)造成熱疲勞,