LED技术改进的应用

时间：2023-01-18

作者：江苏安茂医疗科技有限公司

是外科手术和诊断中用于观察人体内部的一种几乎无创的医学设备（如图1所示）。这种方法较早出现在19世纪，如今有了更多的应用，从耳鼻喉等外部器官检查到复杂的胃肠道、呼吸道和脊椎手术。

1.使用相机将图像显示在显示器上

传统使用硬管子导光，通过光学元件成像用于人眼观察。这种内窥技术在人体内的插入深度有限。

随着光纤的出现，开始使用柔性导管，能够更深地插入身体中，几乎不影响。光纤的光收集效率也更高，能够精密照明并观察解剖进展。而红绿蓝电子相机也取代人眼用作探测器，而光源则变成了宽带氙灯和卤素灯。

近年来，LED技术正在成为的光源，因为其寿命长、稳定性高、而且更集成在内窥系统中。结合高速发展的微电子学和光学，LED照明为该领域带来了各种新的发展和应用。

2. CCT（相关色温）展示。暖色红-橙光相比冷色蓝-白光具有更低的色温。用于的先进LED系统允许用户调节每种可见光颜色，得到使人舒适的CCT水平，从而降低眼睛疲劳。

过去几十年中，氙灯曾是系统的黄金标准。氙灯具有宽光谱范围，提供高亮、稳定的宽带输出和均匀照明，不仅是很多生物医学应用的理想选择，更是较大地改进了技术和深度腔内手术照明。氙灯比传统白炽灯的寿命更长，性能比卤素灯更优越。

氙灯也具有更理想的相关色温（CCT，如图2所示）和显色指数（CRI）。CRI用于表征光源还原被观察物体颜色的好坏。CRI越高，越能准确地还原物体颜色（如图3所示）。这一点对于医学*很重要，因为他们能够根据色差识别解剖情况。氙灯是观察组织真实颜色的理想照明光源，帮助提高诊断和的准确度。

3.显色指数（CRI）表示一个光源相比理想光源再现颜色的好坏。CRI越高，光源越好。

氙灯得益于多年的创新，它们具有很宽的输出功率范围——一般从80瓦到400瓦以上。氙灯的主要缺点是寿命不长，一般从500到1000小时。

因为LED光学引擎在亮度和宽波长范围的不断改善，所以越来越受到系统的青睐。生产LED时能够定制相关色温，而且LED在整个寿命期间提供稳定的相关色温。LED寿命长，所以不用在系统中频繁更换。

更先进的LED系统现场使用时可以主动调节相关色温。如果白光是各个RGB LED的合成，那么用户能够调节每种可见光颜色，得到舒服的白光或相关色温。可调特性能缓解手术时的眼睛疲劳，提高组织形态的对比度，更有利于观察。

LED系统还能地与RGB相机耦合，因为RGB波长都可以精密调谐，从而获得信噪比（如图4所示）。LED还能整形输出光谱，从而调节到较适合相机或人眼CCT和CRI值。在仪器使用中，可以调节每种颜色强度达到平衡，因为每种颜色强度都会随时间时间减弱。

4. RGB颜色组合允许单独调节每种颜色，得到更高的CRI和更多的CCT选项。图为X-Cite输出光谱。

自发荧光技术是1990年代末期出现的一种方法，它通过激发细胞或组织的内源荧光来研究感兴趣的区域2,3。正常组织和癌变组织的发射光谱不同，生理学中认为这是疾病改变了化学成分。

2000年代初期出现了色素检查法4，这种技术在内窥检查时使用生物染料染色感兴趣区域。常用的染料有亚甲蓝、甲蓝和结晶紫。每种染料都能用于特定类型的细胞染色，方便识别粘膜和组织的结构。

相比传统的内窥技术，色素和自发荧光都能提高形态分辨率。尽管它们比传统更灵敏，它们也是非特异性的，增加假阳性诊断5。

手术中越来越多地使用荧光生物标记来区分形态或识别病变组织。ICG（吲哚菁绿）就是其中的一种，FDA已批准手术使用。

ICG使血浆蛋白染色。其目标靶区是淋巴结和血管，引导手术切除病变组织，这个手术在一般可见光下是很难做到的6。ICG荧光是被比可见光穿透深度更大的红外光激发的，允许观察深度组织和视网膜层级结构。

FDA近期批准的另一种化合物是ALA（基乙酰丙酸）5。ALA细胞中**产生的一种化合物。外部控制ALA能够使ALA代谢物PpIX积聚在细胞中，特别是神经胶质瘤。

PpIX在400到410纳米光激发下发射红色荧光。增强的PpIX荧光能够用于手术区分组织（红色）和正常组织（蓝色），确保完整地切除7。

荧光生物标记需要特定波长才能激发。现在，LED或激光器提供的窄带波长光能够与观察用照明光使用同一光路（如图5所示）。这样方便手术时更准确地观察组织。

5.该光纤光引擎提供白光和近红外光，方便手术时更准确地观察组织。

可见光方便手术观察需要解剖的区域，激发生物标记的荧光用于辨识或切除组织。一个装置同时提供可见光和荧光激发，赋予手术多重技术，从而更好地诊断和病患的成效。

技术和对比试剂不断发展，让医生拥有更好的工具完成复杂诊断和医学流程。对比试剂包括白光燃料、内源自发荧光或荧光标记物。开发这些标记物的挑战是临床试验中确保几乎没有毒性。

荧光技术的发展和LED和激光技术发展一样快。科学家正在开发更好的燃料，从而标记特定组织，为定量而不是定性诊断和提供充足的荧光。联合使用这些技术是保证和减少周围组织创伤的关键，让病人更快康复。

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