手术无影灯医用观片灯设计思路和材料研制

手术无影灯医用观片灯设计思路和材料
研制
1 引言
尽管CR、DR 以及PACS 的时代已经到来，手术无影灯一些装备了PACS 的“三甲”医院开始逐步放弃使用观片灯，但我国国情决定了绝大多数医院仍将长期使用观片灯。

在胶片还不能被完全淘汰的今天，观片灯应该被列入放射图像质量控制体系中的重要一环。

观片灯的表面照度、均匀度、闪烁频率以及阅片室的环境照度是影响阅片的重要因素。

传统的观片灯都采用日光灯管，其缺点较多，包括：寿命较短、闪烁、不稳定、耗能等。

数据调查表明，大概只有70%~88%的灯管能正常工作，读片的质量受到极大影响，传统的观片灯将不可避免地退出历史舞台。

哪种观片灯更适合我们的阅片习惯和要求应根据实际需求进一步研究。

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、无闪烁、反应速率快、耐震性佳等优点，已被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。

随着科学技术的不断进步，超高亮LED 研制成功，尤其是白光LED已经越来越多地应用在照明领域，为我们研制新型观片灯提供了物质基础和设计灵感。

2 设计思路和材料研制
2.1 设计思路
该设计是利用超高亮LED 高效节能的优点，制作满足现代医学影像读片要求的观片灯，即：无闪烁、高照度、高均匀度、长寿命、节能环保、价格适中。

本设计以 1 台屏幕为355.6 mm×431.8 mm（14 in×17 in）的单联观片灯箱为标准，其他规格的灯箱以此为例。

主要的设计步骤为：（1）研究LED 的排列结构以达到最优组合；（2）研究反光材料的配置以充分利用光源；（3）研究如何选用合适的有机玻璃材料以克服LED 点光源的缺点；（4）驱动电源的设计；（5）箱体的设计。

2.2 材料选择
与传统的照明灯相比，超高亮LED 具有如下优点：（1）寿命长，可连续使用100 000 h，是普通白炽灯泡寿命的100倍，可靠耐用，稳定性好，维护费用极为低廉；（2）高效率，现在已经达到500 m／W 以上，其光谱几乎全部集中于可见光频段，发光效率可达80％～90％，比节能灯还节能1／4；（3）色
彩鲜艳，光色单纯；（4）点亮速度快，响应速度为ns 级。

LED 的外形有圆柱形、扁平形，有直插式和贴片式等。

按设计要求应尽量选取亮度高、发光角度大且价格合理。

经过对多种不同LED 的应用对比，最后我们选择了一种带状贴片式LED，其结构是在1 条宽9 mm 的柔性电路板上并联若干个LED 单元，每个单元由 3 个贴片式LED 和 1 个限流电阻串联组成，每 2 个LED 间隔17 mm，每个单元长度是50 mm，这样直线排列后做成长条可以按米来计价。

反光材料就选择该厂家推荐的现在比较常用的“白漆”，用一块350 mm×450 mm 的木工板作为底板，在其上涂刷一层即可。

驱动电源暂用12 V、50 W 开关电源，而箱体和有机玻璃材料就借用一个现成的单联观片灯箱及其白色有机玻璃板。

2.3 制作过程
选择这种带状贴片式LED 为制作调试带来了极大的便利。

首先，省略了制作电路板的麻烦。

其次，它的背面是自粘胶带，粘贴于底板上，调整灵活、更换方便。

第三，在纵向上，剪切9 个单元长度是450 mm，正好可以覆盖431.8 mm（17 in）胶片；在横向排列上，经过反复调试，间隔35 mm 时照度和均匀度比较理想，这样需要10 条，共 4 500 mm 的长度。

把这10 条LED 并联接上12 V 电源，调整白色有机玻璃板的远近，大概在320~360 mm 时就可以克服
LED 点光源的缺点。

通过调节电阻R 还可以调整工作电流（见图1），从而调节它的亮度，在最大亮度时可以当作强光灯使用。

3 性能比较（见表1）
4 结果
经过对多种不同LED 的应用对比，不同排列组合的对比，不同控制电流的对比，最终使其性能达到了设计要求，其表面照度、均匀度能满足医学影像诊断的需要，是一种新型高效节能的观片灯。

5 讨论
为了研制的方便和可行，我们选择了这种带状贴片式LED。

如果批量生产，为了节约成本和使用安全牢固，还应该采用印刷电路板和单个LED 焊接制造，而且在纵向上也可以按照35 mm 的间隔排列LED，进一步降低生产成本。

随着技术的进步，超高亮LED 的功率会进一步提高，成本也会降低，高效节能的超高亮LED 必将广泛应用于照明领域。

在经济效益方面，与目前市场上的液晶观片灯相比，本研究项目在经济成本上也具有一定的优势，如果能够大批量生产，成本会进一步降低，市场前景较好。

此外，本研究项目利用LED 高效节能的优点，符合国家节能、环保的政策，对提高医生诊断疾病能力以及保护医生身体健康等方面能够发挥一定的积极作用，社会效益非常显著。