浅谈我国LED医疗照明的应用与发展

鲁广洲

(重庆大学资源及环境科学学院，重庆400035)

1 推广应用LED照明是节约能源资源，保护生态环境的重要途径

LED是一种利用半导体材料的电子迁移释放特定波长的能量产生可见光的固体发光器件，具有节能、环保、安全、寿命长、体积小、响应时间短等优点，被称为第四代照明光源或绿色光源，目前已广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

近年来，全球资源环境问题日益突出，节约能源资源，保护生态环境，已成为全人类的共识。因此，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制和应用展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，预计到2025年美国照明灯能耗可节省29%，2005～2025年累计节省1250亿美元，计划到2025年全国固态光源市场的收入每年约100亿美元，并有利于减少环境污染;与此同时，欧洲8个国家、24个机构于2004年开始实施开发高亮度有机发光二极管灯的应用计划，共投资1 200万欧元;此外日本投资4 100万美元用于21世纪光源计划，韩国投资1亿美元实施2004～2008年国家LED发展计划。2004年6月我国也开始由15个科研所和50多个企业参与实施国家LED固态能源计划，由中央政府拨款1.4亿元，2008年我国科技部又推出了“十城万盏”半导体照明推广计划。这些举措说明LED照明的推广应用已成为了世界各国节约能源资源，保护生态环境的一条重要途径，LED照明产业也成为了低碳经济时代世界各国争相发展的战略性新兴产业。

2 LED在医疗照明领域的应用现状是方兴未艾、中外同步、机会均等

目前，在全球LED通用照明领域内虽已形成了以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局，而且美国 Cree，Lumileds，日本Nichia，ToyodaGosei，德国Osram等大型企业基本垄断了高端产品的市场。但是，在LED的医疗照明领域应用方面，因LED医疗照明属于医疗器械范畴，具有严格的法律法规要求，在规格、规范及认证方面也十分严格，时至今日也仅有欧美少数发达国家以及我国的少数LED照明企业在研发类似项目，因此，国内外的差距相对较小，正可谓方兴未艾、中外同步且机会均等。

医疗照明是指临床医疗在检查、诊断与治疗过程中所使用的，具有特殊功能性要求的专用照明装备，包括:手术照明，如手术无影灯;检查诊断用的局部照明灯具，如检查灯、头灯、耳灯、口腔灯、内窥镜灯、护理灯;区域照明，如手术间照明灯、手术准备间照明灯、病区照明灯。以应用于特殊部位或特殊病症治疗的特种波长、强度的光治疗设备，如光动力治疗仪、红外光病毒灭活仪、新生儿黄疸蓝光治疗仪、痤疮粉刺光疗仪以及紫外消毒灯等等。这些照明灯具的特殊功能性要求各异，以手术无影灯为例，主要表现在:

(1)人体的不同部位、不同组织在不同照度和不同色温的光源照射下所表现出的清晰度存在着较大差异，即不同组织具有自身特定的显色特性，这一特性的存在决定了手术条件。照度为60 000～120 000 lx，色温为3 500～5 700 K的照明光源是保障手术成功，减少医疗事故的必然条件，在外科清创手术中尤为重要。

(2)随着当今大型、复杂及精密手术的不断增多，手术时间也在不断地延长，手术期间的光热辐射温度的高低，对患者伤口的愈合、感染以及医生的工作环境的影响也越来越大。因此，对手术区域及环境的温升控制也越来越显重要，采用冷光源和提高层流空气的流动性就成了医疗照明的特殊要求和解决措施。

(3)根据国家颁布的洁净手术室标准规定，对特级洁净、标准洁净和普通洁净手术室工作时间做标准化，以每周5天，每天平均日手术时间为5 h，手术准备为5 h，值班时间为14 h计，手术室的年平均运行时间为6 240 h，传统手术无影灯热负荷为600 W，一般照明热负荷为800 W，标准洁净手术室每年因照明将消耗电量为8 736 kW·h。目前手术室净化系统平均需投资40万元，运行成本8万元/年，功耗达12～20 kW。因此，手术室对手术照明灯具的光源、外型结构及照射方式均有特殊要求，以对净化空气气流的扰乱程度尽可能小为最佳。

此外，在手术无影灯的无影率、光斑大小、光斑均匀度、照明深度、防爆、清洁消毒以及维护的简便性等方面也有着不同于普通照明的要求。

LED无红外辐射属于真正的冷光源，光谱半功率宽度窄、光色纯、功率密度大、可塑性强、控制方便因而可适用于医疗照明等特殊领域，能够解决传统光源在医疗照明方面的技术缺陷，因而LED在医疗照明领域具有较大的优势和潜力，成为替代传统光源的首选。

2004年超高亮度的LED光引擎及光机的诞生使得LED技术运用到手术照明领域成为可能。德国、美国、俄罗斯等国在2004年相继推出了LED手术无影灯，并投入生产和临床使用。LED手术无影灯明显发挥了降低功耗、减少红外辐射等优势。但是由于医疗照明灯对照明部位的照度要求极高，国外LED手术无影灯的产品采用专用聚焦透镜构成蜂巢或复眼式结构使得这种产品的体积巨大，对手术室层流净化气流的干扰影响较大，成本较高，使得这种新型的LED医疗照明灯并没有得到推广。

我国于2007年推出了具有自主知识产权、全球首创的色温可调的大功率LED芯片手术无影灯，填补了国内空白。该产品运用高亮度LED“封装光通”原理技术，在冷光、节能、体积以及对手术室层流净化方面有了较大的提升。该产品通过了国家法定检测机构检验和完成产品注册以及在临床使用。通过临床使用LED医疗照明产品的安全性和有效性得到了验证，解决了传统光源存在的问题，其优势得到医疗方面专家的认可和接受，也带来了传统医疗照明向LED医疗照明时代的发展。但是，由于受价格和医疗风险的影响，在过去一年多时间里在全国各大医院的推广并不理想。随着LED手术无影灯在临床使用的效果明显以及医疗专家对LED认识的加深，在2009年LED医疗照明迎来了春天，全国各大医院开始接受和使用LED手术无影灯，随着人们对LED进一步的了解将会带来医疗照明向LED方向的全面改造和升级。

在医疗照明中的LED检查灯、LED头灯等小型的检查照明设备方面，由于属于辅助照明，也是技术要求相对较低的医疗器械，因而其技术和行业的标准要求也较低，目前国内有数十家传统医疗照明生产厂家在研发生产此类产品，但大多是基于传统光源模式采用塑料外壳和简单的控制电路，虽然美观，成本也较低，但这给LED医疗照明产品质量和可靠性带来一定的负面影响，不利于发挥LED在医疗照明领域的优势，同时，由于其产品的结构和原理大都仿造国外产品，采用LED加反光杯的方式进行聚光，因此技术含量较低，不具备技术优势，也存在知识产权纠纷等隐患。

尽管LED在医疗领域具有传统光源所不具备的优势，但是目前要保证LED医疗照明产品的质量、寿命以及可靠性，在LED本身质量、散热、驱动等方面具有较高的要求，相应的产品成本较高，虽然对大的医院来说没有任何负担和压力，但是要将LED医疗照明推广和普及到各级医疗机构特别是广大农村和社区医院，在前期的投入上仍具有较大的难度。

3 我国LED在医疗照明领域的应用发展趋势

纵观国内外LED医疗照明技术研究及其应用的现状与进程，LED医疗照明虽然刚刚起步，但已被医疗行业寄予厚望，而其技术已经从初期单纯将LED灯与透镜进行简单组合的雏形，向大功率芯片集成、灯具的光机电热一体化结构设计、高无影率与高均匀性的照明效果、色温的大范围连续可调、对手术室层流净化影响低的方向发展，将是国际上LED医疗照明的最新发展趋势。

近年来，我国半导体照明企业增加速度很快，截至2008年底，企业总数已突破3 000家。与国际大厂相比，这些企业规模都比较小，产业整体竞争力不够，但在医疗照明领域，尤其是在医疗照明中技术含量高而最具代表性的手术无影灯芯片及产品的研发方面，凭借部分企业勇于尝试的勇气和创新精神，我国已位居世界前列。对于赶超西方发达国家，迅速提升我国在LED照明技术领域的国际地位，带动我国LED在医疗照明领域的推广应用和产业发展，抢占国际LED医疗照明产业和市场的制高点具有重大意义。

据卫生部《2008年我国卫生事业发展统计公报》统计，我国现有27.8万家医疗卫生机构，床位403万张。其中，各级医院近2万家，社区服务中心、卫生院近6万家，基层诊所等17万余家。而这些医疗机构几乎都在使用传统光源的医疗照明装备，因此，在我国大力推广应用LED医疗照明技术及产品是极具前瞻性和针对性的，拥有广阔的市场前景。同时，由于目前LED的成本仍较高，在普通民用领域推广仍较困难，而医院对照明技术和功能的要求高，成本要求却相对较低的条件下加大LED医院照明产品的推广应用的力度也是理想而现实的。有权威人士预测在未来5年内，我国将会有27.8%的医疗机构会选用LED替代传统光源，LED的医疗照明市场容量会以超过15%的年递增率不断扩大。

目前，在强调节能环保诉求的全球化大背景下，LED医疗照明产业面临千载难逢的发展机遇。温家宝总理近日代表中国政府向全世界作出了到2020年，中国国民经济总产值的二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的碳减排目标，这意味着我国将加速淘汰低技术能级、高污染、高能耗、高物耗的低端制造产品，并将引导中国的生产方式、生活方式和消费模式都向低碳转型的一场深刻革命即将开始。LED作为节能、降耗、减排的新一代绿色照明光源必将得到全社会的认同并广泛应用，从而为LED在医疗照明领域的应用推广增加无穷的动力，并掀起一个医疗照明革命的新浪潮。