LED手术无影灯的仿真及设计

第一篇：LED手术无影灯的仿真及设计

LED手术无影灯的仿真及设计

手术无影灯是医院手术室必用设备,在医生手术过程中发挥重要的照明作用。按光源类型区分,通常手术无影灯分为普通型与冷光型2类。普通型无影灯采用普通热光源(如白炽灯、卤钨灯等),由于光转换效率低,对于医院手术室需要长时间照明的场合,故障率明显提高[1-5],同时由于缺乏停电保护措施等,因而易造成烫伤等事故[6]。因其光源发热量大、功率高、寿命短,并且由于手术无影灯光效强、持续

时间长,所以容易对医生眼睛造成损害,有文献分析手术无影灯是造成手术者老视的一个重要原因.另外一种光源采用荧光发光,属于光源,该类光源能耗较低,亮度大,但是色温选择单

一、寿命与热光源差不多,而且光衰较大,且指向性不够,有较大局限性。

LED光源是近年来飞速发展的新型光源之一,LED光源应用于手术无影灯具有如下明显优势: 1)耗电低、散热小,不会造成患者损伤;2)LED冷光源的光源特色有助于手术的顺利开展,它避免了由于热光源造成伤口失水的手术风险;3)LED光源寿命长,光源可根据需要进行指向性设计,因此针对性强;4)可采用多种阵列曲面配光方式,满足不同应用需求。

不同功率LED阵列在无影灯中的应用仿真智能化大功率手术无影灯采用LED光源进行设计,具有耗电低、显色特性好的特点,采用平面排列配光方式,其特点是将多颗LED单元根据需要进行排列,采用将多颗LED单元均匀布置,不同单元轴线方向夹角与单元间距之间尺寸通过光学仿真进行最优化设计,将LED单元布置平面基板上,形成一定发光面积、一定发光强度的面光源,面光源的特点是覆盖面大、死角小而且局部发光不刺眼。通过照度仿真计算方法[8],针对现有3 W大功率LED单元,选择125颗进行矩形排列,仿真参数按厂家提供测试参数进行,被照面距离光源间距1 m。针对0.06 W小功率LED,选择6 250颗采用同样矩形排列方式,参数同上,本仿真中以传统度要求进行设计,实际应用中,可根据房间大小、手术台大小等实际参数进行调整。仿真结果见图1。通过仿真结果可以看出,在距离光源1 m以上3 W大功率LED单元时,辐照区域光斑基本呈圆形,最大照度约为12 000 lx,以最大照度下降10%为界限(约10 000 lx为界限),圆形辐照区域半径约为0.2 m,即均匀照明面直径大于0.4 m,完全符合手术无影灯照明要求。同样,当采用0.06 W小功率LED时,辐照区域也为圆形,中心最大照度大约为18 000 lx,以最大照度下降10%为界限(约16 000 lx),圆形辐照区域半径约为0.2 m,即均匀照明直径大于0.4 m,也满足手术无影灯照明要求。2种情况下照度值有所偏差,这可能是因为2种功率的LED发光角不同所致。可以看出,此2种功率的LED光源,辐照模式大致相同,辐照范围集中,光输出量较大,照度高.2 智能化LED手术无影灯硬件设计图2是智能化LED手术无影灯系统框图,采用大功率LED光源。从系统框图可以看出,该电路有2种模式可供选择,即自动控制和手动控制。自动控制模式是由环境光照度模块将手术现场的照度参数经过A/D转换传递给中央控制器,中央控制器根据事先设定好的程序要求通过PWM控制LED恒流驱动模块,从而实现大功率LED串的自动调光。手动控制模式则可通过设计的SC2272无线收发模块,与单片机无线通信,同样通过PWM控制LED恒流驱动模块,实现大功率LED串的手动调光。为了使手术无影灯更加安全和可靠,该LED恒流驱动模块集成了完善的保护功能,当功率MOS管输出过大时,该信号由采样电阻RS反馈到恒流驱动芯片的电流检测引脚,对于反馈回来的信号进行分析后,控制功率MOS管作出相应的调节,以达到稳定无影灯亮度及保护仪器安全作用。该电路结构包括STC12C5A60S2(中央控制器)、XLT604(高亮度LED恒流驱动芯片)恒流驱动模块、SC2272无线接收模块、环境光照度传感器模块等。图3为智能化LED手术无影灯硬件电路图,其工作原理如下:环境光照度传感器模块采集手术现场的光照度,其输出为0~5 V的模拟信号,将该信号传递到中央控制器STC12C5A60S2的P1.0口,STC12C5A60S2内部集成10位A/D转换器,A/D转换完成后,中央控制器根据事先设定好的程序分析并处理手术现场的光照度信息,然后根据事先设定好的光照度要求得出最佳照度驱动信号,通过控制器的P2.0控制XLT604的PWM调光控制端,从而控制功率MOS管的输出驱动电流,从而完成对LED手术无影灯的自动控制。该电还设置有红外遥控信号接收电路,由无线芯片SC2270为核心构成无线接收模块。通过遥控器发出红外控制信号,经接收芯片SC2270处理后发送给控制器。控制器根据事先设定的程序控制XLT604的调光端,达到增加亮度或者是降低亮度的目的,从而实现手动遥控调整功能。该设计可以在不影响医生进行手术操作的情况下由其助手远距离对手术无影灯进行遥控光照度的调节。3 系统软件设计

如图4所示,系统软件主要实现调光模式的选择功能,可选择手动或自动调光,自动调光模式下,系统可根据设定好的照度自动调节,手动模式下可实现光照度连续调节,从而满足了工作人员在不同情况下的需要。

采用新型的LED冷光源,智能化LED手术无影灯具有发光效率高、发热量低、热辐射低、能耗低、寿命长、可靠性高以及易于设计各项安全保护措施等显著优点。采用LED恒流驱动技术,再加上智能化控制接口,给医生的手术工作带来了较大便利,具有较好的应用前景。

第二篇：LED手术无影灯

LED手术无影灯：节能照明潮产品

手术无影灯是手术室最重要的医疗设备之一，医护人员通过无影灯的使用，实现在患者施术部位无阴影照明的目的，从而帮助医生清晰地分辨病灶组织，顺利地完成手术。

关键词：

目前手术灯一般都采用环形节能灯或卤素灯，但随着发光二极管(LED)技术的不断发展，特别是高亮度白光LED 的发展，LED无影灯彻底解决了环形节能灯自身存在的先天缺陷，是环形节能灯的升级换代产品。

从去年国内外各大医疗设备展览会，如德国杜塞尔多夫医疗设备展览会(Medica)和北京国际医疗仪器设备展览会(China Med)来看，各大无影灯生产厂家纷纷主打自己新推出的LED无影灯产品，展会现场几乎难以寻觅到卤素灯的身影，LED无影灯取代卤素灯已经成为一种不可阻挡的趋势。其优势概括起来，有以下几个方面——

节能、环保

传统卤素手术灯一般为400W，发热高，LED手术无影灯为180W，几乎无热量产生。

对环境没有污染，同等亮度耗电量只是白炽灯的10%，卤素灯的50%，是国家节能减排，低碳生活的首选产品之一。

高安全性

电源采用低压直流供电和特殊的电源组件，具有过压、短路保护功能，彻底消除光源、电源烧毁等安全隐患;电源电压低于24V，最大程度的保证医患的人身安全。

高舒适度

真正的冷光效果，光色纯正，没有红外线和紫外线，术者头部和伤口部位几乎无温升，有效减少患者伤口部位的水分流失，利于患者伤口的快速愈合，提高手术质量，降低手术风险;采用最适合人眼的4300K色温作为手术灯光的色温，显色指数高于94，利于医生快速有效的分辨伤口部位的组织;直流供电，没有频闪，有效缓解医生的视觉疲劳，提高手术效率和质量。

高性能

度极，是传统灯的几十倍，极大的高于正对中心绿地，都超长的使用寿命，光源寿命高于6万小时，是传统灯的几十倍，极大地降低了手术室后续使用和维护成本费。亮度高，实测照度大于160000LUX，采用特殊的LED专用亮度控制系统，用数字方式对输出亮度进行30%--100%的五级调节，使得无影灯在调低亮度的同时还能保持其准确的色温，帮助医生准确识别各组织结构。光源采用精密光学系统设计和多层透镜原理发光，每个光源芯片实现一次聚光，固定聚焦深度高于800mm，且可通过聚焦手柄实现在调节，光斑非常均匀，D50和1/2D10几乎重合，光斑均匀度>90%，无影效果好，清晰度高。

高稳定性

LED芯片采用美国Cree公司原装进口，超长寿命得以良好保障，而且抗震，防摔，耐冲击，耐腐蚀。手术灯反应迅速，采用软开关技术，即开即亮，没有启动时间。

操作方便

配置轻巧的平衡臂悬挂系统，采用国际通用的六维万向关节联动，移动轻巧，定位准确，360°的全方位设计，没有照射死角，可满足手术中的任何高度和角度。LED发光效率极高，灯体小，重量轻，可操作性极强，控制面板设在灯臂连接处，不会因为灯体发热而产生控制面板内的线路烧坏等事故。且具有亮度调节控制具有记忆和显示功能以及软开关，方便调节和使用。

业内人士指出，在医疗领域，除了手术无影灯外，部分检查照明灯具，如口腔灯、内窥镜灯;用于区域照明的手术间照明灯、手术预备照明灯;用于特别病症医治的光医治装备，如光动力医治仪、重生儿黄疸医治仪、紫外消毒灯等等，都适宜推广使用LED医疗照明。

第三篇：智能无障碍LED手术无影灯（小编推荐）

智能无障碍LED手术无影灯

手术无影灯是手术室内重要的设备，传统的卤素灯泡无影灯沿用了数百年，虽然经历了无数次改进，但由于卤素灯泡本身的缺点，使暴露出的问题一直没有从根本上得到很好的解决。随着现代物理照明技术的发展，运用 LED（发光二极管）技术开发的大功率 LED 手术无影灯，具有安全稳定、节能环保、色温和光强无级可调等优点，实现了通过调节色温满足手术状态下人体不同组织在不同色温条件下的显色特性要求，有效地解决了手术照明系统体积庞大且能耗高的问题，有利于提高手术室的空气净化质量，更适合层流手术室净化气流的要求，降低手术室净化维护成本，最大限度地满足临床手术照明的客观要求，是现代手术室的一大革新。智能手术无影灯的基本原理和技术

LED 技术产生于上世纪 70 年代，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。通过近50 年的发展，该技术已经广泛地运用到日常生活照明和特殊作业的照明，其具有节能、环保、安全、可靠性高、实用性强、响应时间短等优点。但由于发光强度的限制，一直没有突破手术照明的要求范围。2004 年超高亮度的 LED 光引擎及光机的诞生使得这项技术运用到手术照明领域成为可能。运用高亮度 LED“封装光通”原理技术，具有中国自主知识产权大功率 LED 芯片智能手术无影灯在中国重庆研制成功。智能手术无影灯的综合优势

传统卤素光源无影灯存在诸多的问题：① 照明质量较差，容易造成医生视觉疲劳；② 超高红外热辐射，给手术医生带来不适感；③ 固定色温，不易清晰地分辨各种组织、器官，不利于进一步提高手术质量；④ 功耗大，平均功率1000W ；⑤ 庞大的结构，阻扰净化空气正常流通、降低消毒净化效果；⑥ 维护成本高，每月检查、灯泡寿命平均 1000h。大功率 LED 芯片手术无影灯解决了传统卤素光源无影灯存在的问题，其主要的技术优势表现在以下三个方面。

2.1 技术优势

⑴ 多晶体矩阵排列光源大功率 LED 芯片智能手术无影灯由 3~5 区段组成，每个区由单独的汇聚透镜组成。在这个排列中，每个晶体产生一个单色光，共有 4 种单色光。4 色光源配比能够提供最佳的对比度和分辨力。照射区域5 倍光重叠，最大限度地减少了阴影，并能实现深度照射，光强可达 160,000LUX，满足深部手术的照明需要。

⑵ 色温可调色温是表示光源光谱质量的通用指标，可以比较方便、直观地表示白光的光色。色温低，白里带黄，称暖色调；色温高，白里带蓝，称冷色调。色温是人眼对发光体或白色反光体的主观感觉，是因人而定的。人体不同组织器官的色饱和特性不同，在人眼中反应的色温也不同。例如血供比较丰富的组织器官（比如肝、肾）色温比较高；如果用色温较高的光源照射器官，看起来就更加真实；而肺脏、脂肪组织色温相对比较低，此时仍用高色温的光源照射，看起来就会偏红。因此，进行不同部位的手术需要调节光源的色温来达到最佳的视觉效果。然而传统的卤素光源无影灯不能调节色温，并不能适应不同手术的需要。

LED 芯片手术无影灯采用多个白、红、绿、蓝色 LED 按矩阵阵列紧密排列在较小面积的基板上 , 采用多路驱动控制器分别控制各色 LED，据不同照度要求 , 通过 PWM 控制白光 LED 的亮度，根据红、绿、蓝三色 LED 光混合与对应色温变化规律，用 PWM 控制各色 LED 所发出的光使之达到所需的色温。色温可调范围在 3200~5000K。医生可以根据不同的喜好和不同部位的手术需要进行调节，较高的色温可以解除长时间强光刺激造成的视觉疲劳，提高夜间手术和长时间手术的质量。

⑶ 智能控制大功率 LED 芯片智能手术无影灯符合人体功效学新标准，集成智能变光模式，同步化多光电传感头。

⑷ 科学的整体设计层流手术室净化气流是目前最先进有效的方式，净化气流的方向一般多采用垂直层流式，使手术区处于洁净气流形成的主流区内，确保空气洁净度达标。层流手术室不仅要求高度洁净的空气，而且要求能控制气流的流通方向，使气流从洁净度高的手术区流向洁净度相对较低的区域，并带走和排出气流中的尘粒和病原微生物。然而，传统的天棚嵌入式多孔型无影灯或大背壳式无影灯会阻碍垂直层流风口的气流，使无影灯背壳上方的积尘和病原微生物带入到手术区域，增加手术病人术后感染的几率。大功率 LED 芯片手术无影灯的设计采用中空式流线设计，不影响垂直层流流线，更科学合理，不仅能满足手术光照要求，而且更适合层流手术室的空气净化要求。

2.2 生态优势

⑴ 环保、节能大功率 LED 芯片手术无影灯的设计属于绿色技术。其发光原理是基于电子跃迁发射出可见光波长，因而在设计上不含汞、铅等有害重金属，而且废弃的LED 芯片还可以回收利用，大大减少了环境污染，符合国家环保质量要求。LED 光源使用低电压，适合手术室的安全用电范围，而且坚固耐震，耐冲击，使得光源稳定性高。另外，LED 光源响应时间在纳秒级，非常适合高频操作，LED 芯片的工作电压很低，大大节约了能源。

⑵ 长寿命、低热量作为第四代新型照明光源，LED 具有许多不同于其他电光源的特点(见表 1)，这也使其成为节能环保光源的首选。LED 灯的平均寿命为连续 100000h，是普通照明灯的 30 倍(见表 1)。大功率 LED 芯片手术无影灯所采用的冷光源光效高[1,5]、散热低、减少上升热气流，非常适合在无障碍层流手术室中运用。另外，LED 光源发出的冷光源，对长时间站在手术灯下手术的医生来说具有更佳的舒适性。

2.3 经济优势

我国现在手术室无影灯主要是传统的卤素光源无影灯或荧光源无影灯，以全国在用的约 53000 台手术无影灯为基数，若全部使用 LED 芯片手术无影灯，每年可节约24000 万度电，节能减排的社会效益将十分显著。由此每年可节约火电燃煤 10 万吨，减少火电产生的二氧化碳排放26200 万升，减少火电产生的二氧化硫排放 85 万升，其环保节能的社会意义重大。另外，由于传统卤素或荧光光源无影灯的寿命较短，增加了手术室的折旧费用，使手术室运行成本增加。因此，大功率 LED 芯片手术无影灯更具经济价值。结论

综上所述：色温连续可调大功率 LED 芯片手术无影灯集 LED 二次光学设计、散热技术、驱动电源、稳压器及控制技术、万向节悬臂等创新技术为一体，实现通过调节色温满足手术状态下人体不同组织在不同色温条件下的显色特性要求，从根本上突破传统医疗照明技术存在的色温不可调、温升较高等局限，解决了手术医生长时间工作的视觉疲劳问题，从而有效提高手术质量。大功率 LED 芯片手术无影灯具有冷光源、节能环保、色温和光强无级可调的优点。同时，采用 LED 芯片制备的手术无影灯可以有效解决目前手术照明系统体积庞大且能耗高的问题，有利于提高手术室的空气净化质量，降低手术室净化维护成本，能够最大限度地满足临床手术照明的客观要求。大功率 LED 芯片手术无影灯具有节能环保、安全可靠的优点，并能提供更加优越的手术照明效果，必将为现代层流手术室带来革命性的风暴。

第四篇：手术无影灯的光照度

无影灯光照度大于150000lux，临近夏日的阳光明媚的阳光。在40000 ~ 100000lux照明的实际使用是适当的，太亮会影响视力。在光照充足的供给的同时，应避免光束产生的手术器械眩光。视力和视觉眩光效果，容易使眼睛疲劳，例如铭泰深部照射无影灯。不良的手术，手术无影灯照明和室内照明不宜太大的差异，一些规定的照度标准，整体照明局部照明照度应为1 / 10。手术室应超过整体照度1000Lux。

无影光照度是一个重要的特征，无影灯的性能指标。观察，判断，在经营领域形成任何阴影会妨碍医生操作。好的灯可以提供充足的光照，但也有保证的手术无影灯的程度高，野生的表面和深部组织有一定的光度。任何程度的测试，使用黑缸5075mm，上面是光源的处置底1米，光光度计，以不低于10%的比率计算，该产品的实际使用是50在几个环形均匀排列的球光的遮光装置直径100厘米，光在特殊的灯泡和反光球，光束从不同的位置，通过反射滤波器相交于一点，以提供平衡，均匀明亮的光。

第五篇：LED无影灯验收

【更新】手术室工程验收参观【德国kenswick无影灯、medifa MAT5000手术台】

某某医院新建的手术室，工程验收参观，顺便随手拍了几张（手机偷偷拍的，模糊了点别介意）其它设备都还没安装（到货了还没拆包，没法拍照给大家分享）

就拍到LED无影灯（德国kenswick肯莎维无影灯）和手术床（德国Medifa玛蒂芙手术床），估计这些单位采购的售价要十几万一台,看似现在的医院都钟爱德国佬的产品

听说这医院最贵的设备是西门子的MRI设备了（￥16000000RMB，很多个0啊）

其中一个手术室间

电动门，脚踏板是红外线感应的（左下角凹进去的那个就是）

里面很宽敞

三臂无影灯，臂伸展得好长，几乎能覆盖整个手术室，三臂上有6个活动关节，上下左右活动自如

工程师在检查设备

无影灯控制面板，在关节臂上

灯盘飞碟状，这种形状比较少见，表面一体成型无缝隙无螺丝口，牛X。这种设计塑模应该很贵。

无影灯按键式控制，一个灯臂独立一个控制面板，还有摄像头也在这里控制，不过没看见有摄像头，可能还没装上

4500k，额定功率240VA，LED灯28V，CE认证，产自德国Murmlingen

白金标准？

灯盘下部，12组灯泡，每7个小灯泡一组，算一下有84个小灯泡

灯盘下部也没有缝隙螺丝口，不知道整个无影灯会不会防水？

双母灯组合

小灯泡与日常照明的LED灯泡有很大区别，可能是特制的

打开灯测试一下效果，外面的4组灯泡比里面的6组亮一点，估计亮度和色温是有差别的

官方网站介绍http://

官网有摄像头的图，貌似摄像头可以直接安装在消毒手柄的位置，怪不得摄像头的控制面板也在灯上

官网表示有触屏式的控制面板可选，但这间医院选购了按键式的面板

手术室其它杂项室内总控制面板（镶陷在墙体内）

在墙壁背面打开看了下

各种气体管道接头

辐射标志，说明这间手术室以后会放置放射性的仪器

亚克力LED指示牌

空调控制面板

其它室间的门把，采用铝合金材质（以前旧的手术间全是不锈钢的，不知道新的采用铝合金有什么好处）

框架和合页也是铝合金的

********************************************************************************

今天再去验收，每个手术室都安装好手术台了依旧是德国货： medifa MAT 5000

吊塔还没安装，因此只能在连到墙壁上取电测试

看起来设计很简洁

品牌、型号

铭牌信息及参数

升降架、可倾斜

液晶遥控手柄

除了遥控，机身也有遥控一样的液晶和按键

试玩了一下，升降速度挺快的，电机声音很棒，应该是步进电机