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醫用光療LED技術研究5大場景
近年來，LED 憑借其優良特性在醫療領域的應用也越來越廣泛，尤其在診斷和治療方面的應用，使疾病的無創診斷和治療有了新的突破。激光技術的出現實現了光療應用的突破，醫學研究發現，一定強度的激光照射可以引起人體組織的生物效應，對皮膚病、心腦血管病等有一定的治療效果，LED 憑借顯著優勢，引起人們對其在光療領域應用的關注，并加大了LED 作為無創激光治療的替代光源相關技術的研究，LED 光療技術得以迅速發展，應用逐漸廣泛。
01
LED在光療中的應用及前景
在醫療領域中，LED 在治療、診斷或輔助醫療設備等方面均展現出優越的性能。其中，輔助醫療方面，LED 主要作照明使用，比如醫用頭燈、窺測照明燈和手術無影燈等等。以手術無影燈為例，過去很長時間里，手術室內的手術照明燈采用的是鹵素燈泡，而用鹵素燈泡作為手術光源存在諸多缺陷，主要有發熱高、光效低，易造成人的視覺疲勞等，用LED 作為手術無影燈時，可以很好地補充以上缺陷，通過調節色溫大大緩解醫生長時間工作造成的視覺疲勞。診斷應用方面，LED 窺測燈在胃鏡檢測時，可以使人們很好的探測到腸胃的狀況，并且小功率LED 發熱低，可以增加體內探測時間。LED 配合熒光診斷方法對癌癥的早期診斷具有重大意義，LED 的應用大大提高了熒光顯微鏡的穩定性和便捷性。在治療領域，LED 光療是一種創造性應用，目前，LED 在皮膚炎癥的治療和美容方面應用較為廣泛，例如痤瘡、皮炎等，可通過醫用的LED 光療設備對皮膚進行照射，使皮膚得以治療和修復。LED 波長范圍廣，在光療領域，常用的主要有紅光、藍光、藍紫光和黃光等。
隨著醫學病理研究的深入，以及醫療設備的創新發展，光療設備的種類日益增多，LED 在醫療中的應用范圍不斷擴大，LED 光療研究和應用趨向于多樣化，便攜式可穿戴的LED 光療設備成為當前的迫切需求和未來的發展方向。
02
紅光LED在心血管系統疾病治療中的應用
紅光對組織的穿透力較強，紅光LED 在皮膚修復、骨關節疾病和腫瘤治療等方面發揮出積極作用，另外有研究表明LED 紅光可以促進血管的再生，增強ASCs 的存活并刺激缺血肢體中生長因子的分泌。目前，激光預防和治療心血管病已經有較為成熟的儀器供人們使用，但是LED 光照代替激光治療疾病仍處于初步發展
通過對小鼠的照射實驗研究得知，紅光LED 對于心血管系統疾病的治療展現出較好效果，如圖1.2 所示為課題研究中動物照射實驗裝置。在LED 治療心血管系統疾病的研究中，需要將LED 光照射在靠近心臟部位，主要是為了使光更好的透過皮膚照射到心臟等相關區域，采用的光源類型主要有點光源和面光源兩種。LED 光療不同于激光或其它常規治療方式，該方法往往需要對人體連續照射一定的時間，并且要保證一定次數的照射才能起到治療效果，這對LED 光療設備有了更高的要求，便攜可穿戴式成為當前心血管系統疾病LED 光療設備研究的重要方向，可穿戴式的光療設備可以使患者在治療中不受時間和地點的限制，在家中即可進行自我治療，大大提升了心血管系統疾病治療的效率，降低了成本。由于此穿戴式光療設備需要貼近人體皮膚進行照射，因此設備必須具有很高的安全性和可靠性，并且要降低溫升，提高設備柔性等等。此外，LED 光并不能完全透過皮膚，因此植入式的LED 光療方式被提出來，但由于LED 發熱等問題，導致該方式在應用到人體上的安全性和可靠性有待研究。
03
醫用紅光LED 驅動芯片關鍵技術
驅動芯片主要是根據LED 實際應用需求對其進行驅動發光，根據LED 實際應用的不同，人們對驅動芯片的技術研究側重點也不同。目前，對LED 驅動芯片技術的研究主要集中在以下幾個方面：
(1)芯片效率。通過優化芯片結構和電路，調節參數或選型等方式，降低芯片的功耗，提高轉換效率，可以達到節能的目的。
(2)恒流精度。一般LED 驅動芯片實現的是對LED 的恒流驅動，保證電流輸出的精度，才能使LED 發光更加穩定，影響芯片精度的因素有很多，主要受到恒流控制系統電路穩定性的影響，通過提高電路穩定性使輸出波動小，精確度更高。
(3)功率因數。對于直接接220V 交流市電的芯片，還致力于實現高功率因數，這樣可以盡可能的降低電網損失。
(4)調光功能。根據實際應用，有時需要對LED 進行調光已到達對不同亮度的需求，將調光功能集成到芯片之中，可以使調光更加便捷。
在LED 光療應用中，無論是動物實驗還是臨床實驗，都需要對不同LED 光照強度下的治療效果進行研究，這就要求其驅動芯片要集成比較好的調光功能，另外，保證驅動的精度才能使發光更加穩定和精確，這將使研究減小誤差，可穿戴式的光療設備采用電池供電最為理想，因此降低功耗可以使設備使用周期更長，達到節能的效果。因此，本文在對芯片結構設計和各模塊研究中，主要基于提高芯片的效率、精度和保證調光功能方面的考慮，此外結合心血管系統疾病LED光療的特點，還將重點考慮到芯片溫升和LED 溫升問題。
