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LED手术无影灯说明

LED手术无影灯

【标      题】:

LED手术无影灯


 
【作者单位】:

山东济宁华诺医疗器械有限公司


 
【内容摘要】:新型医疗用LED手术无影灯的开发 现在的医疗机构普遍采用价格比较低廉的灯泡式手术用无影灯,以至于问题层出不穷,如滤光措施不当、效果不好,就会产生过量的红外光热辐射,加速患者伤口的血凝,对病人造成的伤害无法估量,对医生和护士也会产生炙热感。基于传统式医疗用手术无影灯存在很多弊病,现开发以大功率白光LED作为光源的手术用无影灯即新型医疗用LED手术无影灯,可以完全解决上述问题。 863项目依托单位哈尔滨海格科技发展有限公司进行的课题“LED在医用设备方面的应用的研究工作取得了良好进展。本课题的主要研究内容为研究医疗手术用无影灯采用大功率LED的散热问题;优化光学设计;满足医疗 [更多详细] 

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【正文内容】:

新型医疗用LED手术无影灯的开发

现在的医疗机构普遍采用价格比较低廉的灯泡式手术用无影灯,以至于问题层出不穷,如滤光措施不当、效果不好,就会产生过量的红外光热辐射,加速患者伤口的血凝,对病人造成的伤害无法估量,对医生和护士也会产生炙热感。基于传统式医疗用手术无影灯存在很多弊病,现开发以大功率白光LED作为光源的手术用无影灯即新型医疗用LED手术无影灯,可以完全解决上述问题。

863项目依托单位哈尔滨海格科技发展有限公司进行的课题“LED在医用设备方面的应用的研究工作取得了良好进展。本课题的主要研究内容为研究医疗手术用无影灯采用大功率LED的散热问题;优化光学设计;满足医疗手术用无影灯的国家标准;目标为研制出1种以上LED手术无影灯的样品,达到国家相关标准:显色指数Ra≥85;中心照度40klx≤Ec≤160klx;色温:3000k≤Tc≤6700k;完成1项以上专利, 形成自主知识产权;培养一批大功率LED设计及封装, LED光源设计、LED医疗器械研究设计的人才。

 

克服多重难关

研制出多台四孔、五孔无影灯样机

课题自200610月启动以来,各项工作按计划进展顺利。首先完成LED无影灯市场调研,了解市场上现有无影灯市场的技术现状和未来发展趋势。进行专利检索,无影灯的国内、国际标准的收集,在此基础上和各项目协作单位一起,共同确定LED无影灯的技术指标和研制的总体方案。根据总体方案,将研制工作细化为LED大功率器件的选择及应用电路设计,电源和驱动电路的设计,遥控控制系统的开发,系统的结构设计,二次光学设计和散热系统设计等子系统。每个子系统由参加研制的人员分工负责并订立详细的进度计划,研制工作全面开展。

 

研制过程总体进展顺利,但也遇到了一些困难,解决了很多难题:

1. 高光效、高显色指数的折衷问题。由于无影灯的研制对LED的光效和显色指数有很高的要求,市场上成熟的产品均达不到要求。研制人员只能立足公司现有的LED大功率产品进行改进。

研制人员立足于对大功率LED发光机理的分析,在进行大量调研之后,改进了封装支架的结构,试验了大量的芯片、荧光粉和封装材料的组合,蕞终制造出了能够满足大功率LED无影灯要求的器件。

基于公司自行开发的大功率LED产品,具有高光效、高显色指数、低热阻、高可靠性等特点,为整个研制工作的顺利完成打下了坚实的基础。在封装支架的结构研究中,有一项成果申请了国家专利。

2. 在二次光学设计中,初期借鉴国外同类技术,采用菲涅尔透镜的方法,来实现光线的汇聚。在实验中发现,由于不同波长的光在透镜中折射率不同,造成无影灯工作面光线色温不均匀,边缘有黄圈,影响使用效果。通过实验,并借助计算机仿真分析计算,研制人员成功地将复合式抛物面聚焦器阵列,用于LED无影灯的二次光学设计达到了满意的效果。

其原理为每颗大功率LED发出的光,通过复合抛物面聚焦器,汇聚成平行光,多组复合抛物面组成阵列,将多组平行光在工作面上组合成直径大约20cm的均匀的光斑,每组阵列作为LED手术用无影灯的一孔。根据需要,可组成为多孔无影灯。

这种方法结构简单,成本低廉,光线汇聚效果好,光线均匀,不会产生有害的色调不均匀现象。采用复合抛物面聚焦器阵列为LED无影灯的光学设计开辟了新的途径。

3. 在研制中,还成功攻克了LED高可靠性恒流驱动技术、大功率LED散热技术、PWM调光和无影灯遥控控制等技术。在散热方法的研究中,为降低系统热阻,经过反复试验,成功地开发出新型的散热器与功率器件的低热阻接合结构,该技术是把散热器与大功率器件的接合面上电镀有可焊性金属导热层,可焊性金属导热层上涂敷有低热阻金属焊料,该焊料经高温可以固化还原为金属的高导热材料。

将大功率LED放置于低热阻金属焊料涂敷层上,通过适当的加热工艺,使低热阻金属焊料固化还原为金属,将大功率LED与散热器焊接在一起,实现了大功率LED与散热器的低热阻接合,形成了从大功率LED的散热衬底,经过低热阻金属和可焊性金属导热层到散热器的高效率导热通道。

采用该技术,实现了大功率LED散热衬底和铝基板、铝基板和散热器之间的低热阻接合,有效地降低了系统热阻,大大延长了LED的使用寿命。该技术通过了国家知识产权局的审核,批准为国家专利。

2008年底,制造出了多台四孔、五孔无影灯样机。各项性能指标,达到863计划合同任务书的要求。在哈尔滨医科大学附属医院,中国人民解放军第二一一医院使用,取得满意的临床效果。经北京电光源检测中心检测,各项指标符合国家标准。