淺談我國(guó)LED醫(yī)療照明的應(yīng)用與發(fā)展

魯廣洲

(重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院，重慶400035)

1 推廣應(yīng)用LED照明是節(jié)約能源資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要途徑

LED是一種利用半導(dǎo)體材料的電子遷移釋放特定波長(zhǎng)的能量產(chǎn)生可見光的固體發(fā)光器件，具有節(jié)能、環(huán)保、安全、壽命長(zhǎng)、體積小、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，被稱為第四代照明光源或綠色光源，目前已廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。

近年來，全球資源環(huán)境問題日益突出，節(jié)約能源資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，已成為全人類的共識(shí)。因此，世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞LED的研制和應(yīng)用展開了激烈的技術(shù)競(jìng)賽。美國(guó)從2000年起投資5億美元實(shí)施“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，預(yù)計(jì)到2025年美國(guó)照明燈能耗可節(jié)省29%，2005～2025年累計(jì)節(jié)省1250億美元，計(jì)劃到2025年全國(guó)固態(tài)光源市場(chǎng)的收入每年約100億美元，并有利于減少環(huán)境污染;與此同時(shí)，歐洲8個(gè)國(guó)家、24個(gè)機(jī)構(gòu)于2004年開始實(shí)施開發(fā)高亮度有機(jī)發(fā)光二極管燈的應(yīng)用計(jì)劃，共投資1 200萬歐元;此外日本投資4 100萬美元用于21世紀(jì)光源計(jì)劃，韓國(guó)投資1億美元實(shí)施2004～2008年國(guó)家LED發(fā)展計(jì)劃。2004年6月我國(guó)也開始由15個(gè)科研所和50多個(gè)企業(yè)參與實(shí)施國(guó)家LED固態(tài)能源計(jì)劃，由中央政府撥款1.4億元，2008年我國(guó)科技部又推出了“十城萬盞”半導(dǎo)體照明推廣計(jì)劃。這些舉措說明LED照明的推廣應(yīng)用已成為了世界各國(guó)節(jié)約能源資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一條重要途徑，LED照明產(chǎn)業(yè)也成為了低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代世界各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

2 LED在醫(yī)療照明領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀是方興未艾、中外同步、機(jī)會(huì)均等

目前，在全球LED通用照明領(lǐng)域內(nèi)雖已形成了以美國(guó)、亞洲、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)的三足鼎立的產(chǎn)業(yè)分布與競(jìng)爭(zhēng)格局，而且美國(guó) Cree，Lumileds，日本Nichia，ToyodaGosei，德國(guó)Osram等大型企業(yè)基本壟斷了高端產(chǎn)品的市場(chǎng)。但是，在LED的醫(yī)療照明領(lǐng)域應(yīng)用方面，因LED醫(yī)療照明屬于醫(yī)療器械范疇，具有嚴(yán)格的法律法規(guī)要求，在規(guī)格、規(guī)范及認(rèn)證方面也十分嚴(yán)格，時(shí)至今日也僅有歐美少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家以及我國(guó)的少數(shù)LED照明企業(yè)在研發(fā)類似項(xiàng)目，因此，國(guó)內(nèi)外的差距相對(duì)較小，正可謂方興未艾、中外同步且機(jī)會(huì)均等。

醫(yī)療照明是指臨床醫(yī)療在檢查、診斷與治療過程中所使用的，具有特殊功能性要求的專用照明裝備，包括:手術(shù)照明，如手術(shù)無影燈;檢查診斷用的局部照明燈具，如檢查燈、頭燈、耳燈、口腔燈、內(nèi)窺鏡燈、護(hù)理燈;區(qū)域照明，如手術(shù)間照明燈、手術(shù)準(zhǔn)備間照明燈、病區(qū)照明燈。以應(yīng)用于特殊部位或特殊病癥治療的特種波長(zhǎng)、強(qiáng)度的光治療設(shè)備，如光動(dòng)力治療儀、紅外光病毒滅活儀、新生兒黃疸藍(lán)光治療儀、痤瘡粉刺光療儀以及紫外消毒燈等等。這些照明燈具的特殊功能性要求各異，以手術(shù)無影燈為例，主要表現(xiàn)在:

(1)人體的不同部位、不同組織在不同照度和不同色溫的光源照射下所表現(xiàn)出的清晰度存在著較大差異，即不同組織具有自身特定的顯色特性，這一特性的存在決定了手術(shù)條件。照度為60 000～120 000 lx，色溫為3 500～5 700 K的照明光源是保障手術(shù)成功，減少醫(yī)療事故的必然條件，在外科清創(chuàng)手術(shù)中尤為重要。

(2)隨著當(dāng)今大型、復(fù)雜及精密手術(shù)的不斷增多，手術(shù)時(shí)間也在不斷地延長(zhǎng)，手術(shù)期間的光熱輻射溫度的高低，對(duì)患者傷口的愈合、感染以及醫(yī)生的工作環(huán)境的影響也越來越大。因此，對(duì)手術(shù)區(qū)域及環(huán)境的溫升控制也越來越顯重要，采用冷光源和提高層流空氣的流動(dòng)性就成了醫(yī)療照明的特殊要求和解決措施。

(3)根據(jù)國(guó)家頒布的潔凈手術(shù)室標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)特級(jí)潔凈、標(biāo)準(zhǔn)潔凈和普通潔凈手術(shù)室工作時(shí)間做標(biāo)準(zhǔn)化，以每周5天，每天平均日手術(shù)時(shí)間為5 h，手術(shù)準(zhǔn)備為5 h，值班時(shí)間為14 h計(jì)，手術(shù)室的年平均運(yùn)行時(shí)間為6 240 h，傳統(tǒng)手術(shù)無影燈熱負(fù)荷為600 W，一般照明熱負(fù)荷為800 W，標(biāo)準(zhǔn)潔凈手術(shù)室每年因照明將消耗電量為8 736 kW·h。目前手術(shù)室凈化系統(tǒng)平均需投資40萬元，運(yùn)行成本8萬元/年，功耗達(dá)12～20 kW。因此，手術(shù)室對(duì)手術(shù)照明燈具的光源、外型結(jié)構(gòu)及照射方式均有特殊要求，以對(duì)凈化空氣氣流的擾亂程度盡可能小為最佳。

此外，在手術(shù)無影燈的無影率、光斑大小、光斑均勻度、照明深度、防爆、清潔消毒以及維護(hù)的簡(jiǎn)便性等方面也有著不同于普通照明的要求。

LED無紅外輻射屬于真正的冷光源，光譜半功率寬度窄、光色純、功率密度大、可塑性強(qiáng)、控制方便因而可適用于醫(yī)療照明等特殊領(lǐng)域，能夠解決傳統(tǒng)光源在醫(yī)療照明方面的技術(shù)缺陷，因而LED在醫(yī)療照明領(lǐng)域具有較大的優(yōu)勢(shì)和潛力，成為替代傳統(tǒng)光源的首選。

2004年超高亮度的LED光引擎及光機(jī)的誕生使得LED技術(shù)運(yùn)用到手術(shù)照明領(lǐng)域成為可能。德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)在2004年相繼推出了LED手術(shù)無影燈，并投入生產(chǎn)和臨床使用。LED手術(shù)無影燈明顯發(fā)揮了降低功耗、減少紅外輻射等優(yōu)勢(shì)。但是由于醫(yī)療照明燈對(duì)照明部位的照度要求極高，國(guó)外LED手術(shù)無影燈的產(chǎn)品采用專用聚焦透鏡構(gòu)成蜂巢或復(fù)眼式結(jié)構(gòu)使得這種產(chǎn)品的體積巨大，對(duì)手術(shù)室層流凈化氣流的干擾影響較大，成本較高，使得這種新型的LED醫(yī)療照明燈并沒有得到推廣。

我國(guó)于2007年推出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、全球首創(chuàng)的色溫可調(diào)的大功率LED芯片手術(shù)無影燈，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。該產(chǎn)品運(yùn)用高亮度LED“封裝光通”原理技術(shù)，在冷光、節(jié)能、體積以及對(duì)手術(shù)室層流凈化方面有了較大的提升。該產(chǎn)品通過了國(guó)家法定檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)和完成產(chǎn)品注冊(cè)以及在臨床使用。通過臨床使用LED醫(yī)療照明產(chǎn)品的安全性和有效性得到了驗(yàn)證，解決了傳統(tǒng)光源存在的問題，其優(yōu)勢(shì)得到醫(yī)療方面專家的認(rèn)可和接受，也帶來了傳統(tǒng)醫(yī)療照明向LED醫(yī)療照明時(shí)代的發(fā)展。但是，由于受價(jià)格和醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)的影響，在過去一年多時(shí)間里在全國(guó)各大醫(yī)院的推廣并不理想。隨著LED手術(shù)無影燈在臨床使用的效果明顯以及醫(yī)療專家對(duì)LED認(rèn)識(shí)的加深，在2009年LED醫(yī)療照明迎來了春天，全國(guó)各大醫(yī)院開始接受和使用LED手術(shù)無影燈，隨著人們對(duì)LED進(jìn)一步的了解將會(huì)帶來醫(yī)療照明向LED方向的全面改造和升級(jí)。

在醫(yī)療照明中的LED檢查燈、LED頭燈等小型的檢查照明設(shè)備方面，由于屬于輔助照明，也是技術(shù)要求相對(duì)較低的醫(yī)療器械，因而其技術(shù)和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求也較低，目前國(guó)內(nèi)有數(shù)十家傳統(tǒng)醫(yī)療照明生產(chǎn)廠家在研發(fā)生產(chǎn)此類產(chǎn)品，但大多是基于傳統(tǒng)光源模式采用塑料外殼和簡(jiǎn)單的控制電路，雖然美觀，成本也較低，但這給LED醫(yī)療照明產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性帶來一定的負(fù)面影響，不利于發(fā)揮LED在醫(yī)療照明領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，由于其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和原理大都仿造國(guó)外產(chǎn)品，采用LED加反光杯的方式進(jìn)行聚光，因此技術(shù)含量較低，不具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛等隱患。

盡管LED在醫(yī)療領(lǐng)域具有傳統(tǒng)光源所不具備的優(yōu)勢(shì)，但是目前要保證LED醫(yī)療照明產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命以及可靠性，在LED本身質(zhì)量、散熱、驅(qū)動(dòng)等方面具有較高的要求，相應(yīng)的產(chǎn)品成本較高，雖然對(duì)大的醫(yī)院來說沒有任何負(fù)擔(dān)和壓力，但是要將LED醫(yī)療照明推廣和普及到各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)特別是廣大農(nóng)村和社區(qū)醫(yī)院，在前期的投入上仍具有較大的難度。

3 我國(guó)LED在醫(yī)療照明領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

縱觀國(guó)內(nèi)外LED醫(yī)療照明技術(shù)研究及其應(yīng)用的現(xiàn)狀與進(jìn)程，LED醫(yī)療照明雖然剛剛起步，但已被醫(yī)療行業(yè)寄予厚望，而其技術(shù)已經(jīng)從初期單純將LED燈與透鏡進(jìn)行簡(jiǎn)單組合的雛形，向大功率芯片集成、燈具的光機(jī)電熱一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高無影率與高均勻性的照明效果、色溫的大范圍連續(xù)可調(diào)、對(duì)手術(shù)室層流凈化影響低的方向發(fā)展，將是國(guó)際上LED醫(yī)療照明的最新發(fā)展趨勢(shì)。

近年來，我國(guó)半導(dǎo)體照明企業(yè)增加速度很快，截至2008年底，企業(yè)總數(shù)已突破3 000家。與國(guó)際大廠相比，這些企業(yè)規(guī)模都比較小，產(chǎn)業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力不夠，但在醫(yī)療照明領(lǐng)域，尤其是在醫(yī)療照明中技術(shù)含量高而最具代表性的手術(shù)無影燈芯片及產(chǎn)品的研發(fā)方面，憑借部分企業(yè)勇于嘗試的勇氣和創(chuàng)新精神，我國(guó)已位居世界前列。對(duì)于趕超西方發(fā)達(dá)國(guó)家，迅速提升我國(guó)在LED照明技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際地位，帶動(dòng)我國(guó)LED在醫(yī)療照明領(lǐng)域的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，搶占國(guó)際LED醫(yī)療照明產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)的制高點(diǎn)具有重大意義。

據(jù)衛(wèi)生部《2008年我國(guó)衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有27.8萬家醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，床位403萬張。其中，各級(jí)醫(yī)院近2萬家，社區(qū)服務(wù)中心、衛(wèi)生院近6萬家，基層診所等17萬余家。而這些醫(yī)療機(jī)構(gòu)幾乎都在使用傳統(tǒng)光源的醫(yī)療照明裝備，因此，在我國(guó)大力推廣應(yīng)用LED醫(yī)療照明技術(shù)及產(chǎn)品是極具前瞻性和針對(duì)性的，擁有廣闊的市場(chǎng)前景。同時(shí)，由于目前LED的成本仍較高，在普通民用領(lǐng)域推廣仍較困難，而醫(yī)院對(duì)照明技術(shù)和功能的要求高，成本要求卻相對(duì)較低的條件下加大LED醫(yī)院照明產(chǎn)品的推廣應(yīng)用的力度也是理想而現(xiàn)實(shí)的。有權(quán)威人士預(yù)測(cè)在未來5年內(nèi)，我國(guó)將會(huì)有27.8%的醫(yī)療機(jī)構(gòu)會(huì)選用LED替代傳統(tǒng)光源，LED的醫(yī)療照明市場(chǎng)容量會(huì)以超過15%的年遞增率不斷擴(kuò)大。

目前，在強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保訴求的全球化大背景下，LED醫(yī)療照明產(chǎn)業(yè)面臨千載難逢的發(fā)展機(jī)遇。溫家寶總理近日代表中國(guó)政府向全世界作出了到2020年，中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的碳減排目標(biāo)，這意味著我國(guó)將加速淘汰低技術(shù)能級(jí)、高污染、高能耗、高物耗的低端制造產(chǎn)品，并將引導(dǎo)中國(guó)的生產(chǎn)方式、生活方式和消費(fèi)模式都向低碳轉(zhuǎn)型的一場(chǎng)深刻革命即將開始。LED作為節(jié)能、降耗、減排的新一代綠色照明光源必將得到全社會(huì)的認(rèn)同并廣泛應(yīng)用，從而為L(zhǎng)ED在醫(yī)療照明領(lǐng)域的應(yīng)用推廣增加無窮的動(dòng)力，并掀起一個(gè)醫(yī)療照明革命的新浪潮。