用高斯函数征服无影灯光学疑难

Minor昔年
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  众所周知,无影灯是外科手术中最重要的设备之一。传统的无影灯采用卤素灯或环形节能灯作光源,相比之下,以LED为光源的手术无影灯有许多优点:  1)LED作为冷光源,不产生任何红外或紫外辐射,不会造成创面温升和加速血凝,利于术后创面恢复,同时也能避免无影灯下做手术的医务人员被灯热烘烤的现象发生;  2)医生可根据不同组织对亮度和色温的不同要求,方便地调节LED无影灯的光照;  3)灯具结构轻薄,操作更加方便;  4)LED是点光源,可以通过光学透镜控制光线投射到需要的照明区域。  此外寿命长、启动快、低压直流驱动等特点也是实现LED无影灯系统无故障运行,保证手术安全的重要特点。LED无影灯取代传统无影灯已成必然趋势。

  LED无影灯也有固定光斑和可变光斑两种,当然可变光斑更适合不同的手术需求,只是可变光斑的在技术上要求更高,目前市场上的可变光斑或多或少都存在光学上的一些问题。

  无影灯国家医疗行业标准中有关光学方面的要求是c≥0.5,其中c可以理解为光斑的“饱和度”。同时,在光斑大小变化过程中还必须做到光斑的照度均匀度要高,LED无影灯使用多模块光源要达到光斑均匀,这是一件很不容易的事,也是设计上的一个新挑战。

  为了解决上述问题,三思研发团队在这方面做了大量的工作。他们建立了一个数学模型,运用改型高斯函数来模拟变光斑无影灯的照度,从而找到了照度分布的变化规律。将这个变化规律应用于三思无影灯上,他们通过精确的计算得到光斑从140mm~320mm变化范围内综合比较时,饱和度c取0.61最佳,此时总光斑在各种移动量时都有较好的均匀度,而在不同的设计的无影灯中,c的最佳取值也是不同的。而三思采用的无影灯的设计c的最佳取值为0.61,此时在所有变化范围(140mm~320mm)内照度均匀度均在0.9以上。

  通过这个模型,三思研发团队发现:用七个LED模块构建无影灯在满足无影灯标准的条件下可以达到较大的光斑变化范围,均匀度要求越高变化范围越小;在符合无影灯标准的条件下,并非饱和度c越大越好,对一定的光斑变化范围和均匀度范围,c存在一个最佳值,即最佳光斑形状,使得此时光斑在各种大小时都有较好的均匀度。而这一形状也是LED透镜的设计目标。

  三思无影灯就是通过研发团队建立的这个数学模型,从设计上解决了光斑均匀度的问题,这也是三思LED无影灯优秀的光学特征的根本原因,在此基础上,三思LED无影灯还实现了高显指、高无影度、灵活操控等重要特征,成为外科手术中重要的帮手。

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