摘??要:发光二极管(LED)作为一种新型的医用光源,由于其独有的特点,引起了各方的广泛关注和深入研究。该文分别对医用照明、医学诊断、医学治疗领域进行了分析,并对LED光源应用于医学治疗进行了重点研究,从多方面简单比较了LED光疗法与传统激光光源疗法,突出了LED光疗的优势。LED光源疗法将在医学领域有广阔的应用,在产品商业化上也会有较大的发展。

关键词:发光二极管;医用照明;医学诊断;医学治疗

0??引言

随着半导体工艺的快速发展,新型发光二极管(lightemittingdiode,LED)不断推出。相对原来的LED,无论是在发光强度、峰值波长、半波带宽等各项参数性能上都有很大的提高。由于LED光源具有工作电压较低、功耗低、寿命长、色彩纯正以及对环境的污染少等优点,因此受到广泛的欢迎。

LED在医学中的应用主要有三个方面:医用照明、医学诊断和医学治疗。在医用照明领域,LED手术无影灯,LED眼科照明灯及其他各种医疗设备方面均有LED的应用。在医学诊断领域,已有便携简易的胃镜胶囊用于消化道检测。在医学治疗领域,LED光疗法在临床上的应用也越来越广泛,笔者将重点介绍各种LED光疗方法的原理及应用现状。

1??医用照明领域

1.1??普通照明

医院内的建筑一般包括病房部、门诊部以及各种医疗服务部门等。其中,病房部和门诊部以及走廊等建筑内部的照明均属于普通照明应用的范畴。

随着LED光源技术的成熟,LED光源势必会在未来的医院照明设计中得到广泛应用。更重要的是,由LED组成的重点照明设备,具有较低线路铺设成本、较低维护成本和较长的维修间隔等附加优势。LED光源凭借性能上的众多优势,必将成为未来医院照明的主流光源。

1.2??手术照明

LED光源具有是冷光源、封装体积小、显色性高、可随意设计光形以及可随意调控光强度等特性,因此在手术灯、牙科灯、检查灯等医疗照明光源的选择方面LED光源比传统的卤素灯具有优势。

传统的手术灯需要使用UV-IR滤镜来过滤UV及IR光,以防止被照物接受的光辐射量过多,而且传统手术灯为了达到无影度的需求必须设计多曲率反射罩。此反射罩的外观尺寸直径约为60cm,深度约为30cm。但是,这样的外型尺寸容易造成手术室内部的气流产生湍流现象,从而影响手术室内的无菌度进而会影响到手术的品质。而LED光源则因其具有体积小而且可以进行分散设计的优点,不会出现类似问题。

新型的LED光源手术无影灯,是目前国际上最新一代的无影灯。用LED器件作为无影灯的光源具有以下优点:一是纯冷光源,不会对人体创口造成损伤;二是长寿命和低功耗的特性;三是能够忠实呈现伤口颜色;四是具有便于无影设计和低温的特点。

重庆邦桥科技有限公司研制的LED医用检查灯的各项安全可靠性能稳定,有挂式、顶式、夹式和落地式等多种灵活的安装方式,所有检查灯都有操作简单、安装方便的特点。

2??医学诊断领域

近年来,随着人们生活水平的提高和饮食结构的变化以及环境因素的巨大变化,胃肠道疾病胃癌和肠癌等,已成为人类健康的重大威胁。但是有许多胃肠道的癌症尤其是小肠部位的癌症用传统的胃镜是难以检测到的。用超声、X射线的医学检验检查手段对其检查也存在各自的缺陷。2000年,GivenIma-ging公司发明了胃镜胶囊。这种胶囊可以在病人无创无痛并且不需要灌肠的情况下直接检查整个消化道,因此在世界许多医院得到了广泛的应用。

胃镜胶囊的体积和一般胶囊的体积相仿,图1是胃镜胶囊的结构图。从图1中可以看到,胃镜胶囊的结构小巧紧凑,而且精度要求较高。而LED器件具有安装体积小、工作电压低、功耗低和显色性好等特性,因此极其适合在胃镜胶囊上使用。图1中部件4正是由四个LED器件组成的照明光源,该光源可以在病人体内连续使用达8h以上。这是其他光源远远不能相比的。

另外,由于目前红外和紫外的LED器件已被开发出来,而且被越来越广泛地使用。可以预料,在不远的将来必将会出现使用红外和紫外LED器件作为检测光源的胃镜胶囊,从而大大扩展人类消化道的检查领域。

3??医学治疗领域

近年来大量使用抗生素导致后遗症的严重性日益凸显,各国的医学专家需要寻找新的治疗方法,因此光疗法再度成为了医学研究的热门课题。由于理论的日益完善、技术的积累加上商业的推动,近年来LED光疗法在医学上的研究和应用越来越广泛,笔者将对其在临床上的应用做详细探讨。

3.1??新生儿黄疸的治疗

新生儿黄疽是新生儿期血清胆红素浓度增高而引起的皮肤、巩膜及黏膜等黄染的症状,部分病理性黄疸可致中枢神经系统受损,产生胆红素脑病,从而影响患儿健康,应引起足够的重视。而蓝光治疗是以间接胆红素增高为主的新生儿黄疸的首要治疗方法,即用波长为420~470nm的光照射,能使脂溶性的间接胆红素变成无毒的水溶性衍生物,从胆汁和尿中排出体外,从而降低血清胆红素含量,防止胆红素脑病。我国学者ZHANG等利用120支430nm、发光强度为6??W/cm2nm的LED做成LED光疗装置,照射胆红素标准品蛋白溶液,同时用单面蓝光(光强度为12.1??W/cm2nm)直接照射作为对比,来评价LED光的效应,在两组光源照射后,胆红素标准品蛋白质溶液ZZ的下降量和ZE,LR的生成量无差异(P>0.05)。目前已有多种LED黄疸治疗仪专利被申请。

3.2??LED光动力免疫疗法

近来的研究着重在使用高亮度红光LED取代激光用于光动力疗法(photodynamictherapy,PDT),LED的红光比激光温和,不至伤害其他健康的细胞。光动力疗法是一种联合应用光敏剂及相应光源,通过光动力学反应选择性破坏病变组织的全新治疗技术,是继手术、放疗、化疗及免疫等肿瘤传统疗法之后的又一种新疗法。目前,该方法已经被用于治疗各种皮肤癌、尖锐湿疣(特别是尿道口、尿道内尖锐湿疣)以及葡萄酒色斑、毛细血管扩张和色素沉着斑的皮肤疾病。目前PDT主要应用于实体肿瘤的治疗,对某些晚期肿瘤、复发肿瘤和一些不适合手术的肿瘤,PDT也是一种有效和简便的姑息治疗手段。为了有效控制和根治恶性肿瘤,光动力学疗法与其他传统治疗手段联合的技术已逐渐被接受。近年有研究显示,PDT能激发宿主体内的免疫反应,而PDT和免疫治疗联合应用,能够提高和改善PDT诱发的抗肿瘤免疫反应,在肿瘤的治疗中起到重要的作用。

3.3??LED光疗应用于皮肤医学

近些年由于LED光源是一种非热效应光源,有在皮肤美容医学上应用对皮肤不会造成损伤等优点,得到广泛应用,同时也引起了很多商家的重视。LED光源在皮肤美容医学上主要针对痤疮、老年斑、日光性皮肤损伤、毛细血管扩张、色素沉着、毛孔粗大等。美国伟康公司推出的产品针对痤疮主要使用波长为405nm??5nmLED,单位面积输出功率是118mW/cm2为光源,因为输出波长为405nm的蓝光,该光束与靶目标丙酸菌(P.)痤疮致病菌的光吸收峰极为匹配。此蓝光可对表皮内的丙酸菌(P.)痤疮致病菌产生一种高毒性的环境,将导致细菌死亡进而将皮肤上的痤疮清除。针对嫩肤、色素沉着等问题,伟康公司采用的是波长为627nm??5nmLED为主,同时加入波长为880nm,735nm的LED,单位面积输出功率达到145mW/cm2,该产品在美国已经进入市场。

南京医科大学附属常州市第二人民医院利用高能LED红光照射治疗面部脂溢性皮炎,将48例患者随机分为治疗组和对照组。治疗组采用红光照射,治疗波长为633nm,能量密度为126J/cm2,每次照射20min,每3~4天照射一次,4周后观察疗效;对照组外用5%硫磺霜治疗,每天2次,4周后观察疗效。结果:红光治疗组有效率为87.50%,对照组有效率为37.50%,两组结果差异有显著性(P<0.05)。

3.4??其他方面的应用

目前,LED光疗法在临床上的研究和应用主要还有生物钟的调节治疗;季节抑郁症的治疗;对伤口或者组织愈合的治疗研究;在口腔医学中的应用。

LED光疗法与传统激光光源疗法的对比具有下列九点优势:安全;可靠;使用数量少和体积小;光电转换效率高;可以脉冲形式输出;操作便利;使用成本低;发光波长涵盖范围广;适宜进行专用的医学设计。

4??展望

目前,LED所能覆盖的波长从紫外到红外,典型的波长有365,380,410,460,500,520,560,590,610,630,650,670,730,880nm等,几乎满足所有光疗所需的波长。而且,现在可以将两个或者三个LED发光芯片制作在同一个封装内,可以满足不同的组合光疗的需要,为光疗仪器的多功能化开辟了道路。比如,安捷伦公司推出了可见光的橘红、纯绿、蓝三色超亮LED。随着近几年对紫外LED的开发,发现其中311~313nm的窄谱中波紫外线与340~400nm的长波紫外线对某些皮肤病有独特的疗效。紫外光疗对于特异性皮炎、白癜风、硬皮病、皮肤T细胞淋巴瘤等皮肤病的疗效正得到许多学者的认可,尽管还有一些长期不良反应没有得到充分认识。

将来LED光源在医疗及相关领域的应用可能会向以下一些方面拓展:应用于细胞生物学实验;皮肤病检测与治疗领域;生物医学材料;人居环境监测;临床三维LED阵列辐照技术;腔内治疗技术。