【標      題】：

LED手術無影燈

  【作者單位】：

山東濟寧華諾醫療器械有限公司

  【內容摘要】：新型醫療用LED手術無影燈的開發 現在的醫療機構普遍采用價格比較低廉的燈泡式手術用無影燈，以至于問題層出不窮，如濾光措施不當、效果不好，就會產生過量的紅外光熱輻射，加速患者傷口的血凝，對病人造成的傷害無法估量，對醫生和護士也會產生炙熱感。基于傳統式醫療用手術無影燈存在很多弊病，現開發以大功率白光LED作為光源的手術用無影燈即“新型醫療用LED手術無影燈”，可以完全解決上述問題。 由863項目依托單位哈爾濱海格科技發展有限公司進行的課題“LED在醫用設備方面的應用”的研究工作取得了良好進展。本課題的主要研究內容為研究醫療手術用無影燈采用大功率LED的散熱問題；優化光學設計；滿足醫療 [更多詳細] 

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【正文內容】：

新型醫療用LED手術無影燈的開發

現在的醫療機構普遍采用價格比較低廉的燈泡式手術用無影燈，以至于問題層出不窮，如濾光措施不當、效果不好，就會產生過量的紅外光熱輻射，加速患者傷口的血凝，對病人造成的傷害無法估量，對醫生和護士也會產生炙熱感。基于傳統式醫療用手術無影燈存在很多弊病，現開發以大功率白光LED作為光源的手術用無影燈即“新型醫療用LED手術無影燈”，可以完全解決上述問題。

由863項目依托單位哈爾濱海格科技發展有限公司進行的課題“LED在醫用設備方面的應用”的研究工作取得了良好進展。本課題的主要研究內容為研究醫療手術用無影燈采用大功率LED的散熱問題；優化光學設計；滿足醫療手術用無影燈的國家標準；目標為研制出1種以上LED手術無影燈的樣品，達到國家相關標準：顯色指數Ra≥85；中心照度40klx≤Ec≤160klx；色溫：3000k≤Tc≤6700k；完成1項以上**, 形成自主知識產權；培養一批大功率LED設計及封裝, LED光源設計、LED醫療器械研究設計的人才。

克服多重難關

研制出多臺四孔、五孔無影燈樣機

課題自2006年10月啟動以來，各項工作按計劃進展順利。首先完成LED無影燈市場調研，了解市場上現有無影燈市場的技術現狀和未來發展趨勢。進行**檢索，無影燈的國內、國際標準的收集，在此基礎上和各項目協作單位一起，共同確定LED無影燈的技術指標和研制的總體方案。根據總體方案，將研制工作細化為LED大功率器件的選擇及應用電路設計，電源和驅動電路的設計，遙控控制系統的開發，系統的結構設計，二次光學設計和散熱系統設計等子系統。每個子系統由參加研制的人員分工負責并訂立詳細的進度計劃，研制工作**開展。

研制過程總體進展順利，但也遇到了一些困難，解決了很多難題：

1. 高光效、高顯色指數的折衷問題。由于無影燈的研制對LED的光效和顯色指數有很高的要求，市場上成熟的產品均達不到要求。研制人員只能立足公司現有的LED大功率產品進行改進。

研制人員立足于對大功率LED發光機理的分析，在進行大量調研之后，改進了封裝支架的結構，試驗了大量的芯片、熒光粉和封裝材料的組合，*終制造出了能夠滿足大功率LED無影燈要求的器件。

基于公司自行開發的大功率LED產品，具有高光效、高顯色指數、低熱阻、高可靠性等特點，為整個研制工作的順利完成打下了堅實的基礎。在封裝支架的結構研究中，有一項成果申請了國家**。

2. 在二次光學設計中，初期借鑒國外同類技術，采用菲涅爾透鏡的方法，來實現光線的匯聚。在實驗中發現，由于不同波長的光在透鏡中折射率不同，造成無影燈工作面光線色溫不均勻，邊緣有黃圈，影響使用效果。通過實驗，并借助計算機仿真分析計算，研制人員成功地將復合式拋物面聚焦器陣列，用于LED無影燈的二次光學設計達到了滿意的效果。

其原理為每顆大功率LED發出的光，通過復合拋物面聚焦器，匯聚成平行光，多組復合拋物面組成陣列，將多組平行光在工作面上組合成直徑大約20cm的均勻的光斑，每組陣列作為LED手術用無影燈的一孔。根據需要，可組成為多孔無影燈。

這種方法結構簡單，成本低廉，光線匯聚效果好，光線均勻，不會產生有害的色調不均勻現象。采用復合拋物面聚焦器陣列為LED無影燈的光學設計開辟了新的途徑。

3. 在研制中，還成功攻克了LED高可靠性恒流驅動技術、大功率LED散熱技術、PWM調光和無影燈遙控控制等技術。在散熱方法的研究中，為降低系統熱阻，經過反復試驗，成功地開發出新型的散熱器與功率器件的低熱阻接合結構，該技術是把散熱器與大功率器件的接合面上電鍍有可焊性金屬導熱層，可焊性金屬導熱層上涂敷有低熱阻金屬焊料，該焊料經高溫可以固化還原為金屬的高導熱材料。

將大功率LED放置于低熱阻金屬焊料涂敷層上，通過適當的加熱工藝，使低熱阻金屬焊料固化還原為金屬，將大功率LED與散熱器焊接在一起，實現了大功率LED與散熱器的低熱阻接合，形成了從大功率LED的散熱襯底，經過低熱阻金屬和可焊性金屬導熱層到散熱器的高效率導熱通道。

采用該技術，實現了大功率LED散熱襯底和鋁基板、鋁基板和散熱器之間的低熱阻接合，有效地降低了系統熱阻，大大延長了LED的使用壽命。該技術通過了國家知識產權局的審核，批準為國家**。

在2008年底，制造出了多臺四孔、五孔無影燈樣機。各項性能指標，達到863計劃合同任務書的要求。在哈爾濱醫科大學附屬醫院，中國人民解放軍**一一醫院使用，取得滿意的臨床效果。經北京電光源檢測中心檢測，各項指標符合國家標準。