醫院移動式LED光源觀片燈的研制與應用

朱興喜 沈華強 張宇翔 曹勇民 唐立源 申 倩 王 娣 汪長嶺*

醫院移動式LED光源觀片燈的研制與應用

朱興喜①沈華強①張宇翔①曹勇民①唐立源①申 倩①王 娣①汪長嶺①*

目的：研制醫院移動式發光二極管(LED)光源觀片燈，以解決臨床科室醫護人員查房時床旁閱片的問題。方法：采用可充電鋰電池、LED發光管和電子技術相結合制作觀片燈，其觀察屏安裝在可移動診斷車的正面，鋰電池和控制部分安裝在診斷車的最下層，使整體平穩穩定。結果：LED光源觀片燈充滿電后可連續使用7 h以上，觀察屏平均亮度≥2000 cd/m2，且亮度可調整，能夠滿足醫護人員查房閱片的使用要求。結論：此裝置結構簡單、操作方便，可在無電源條件下或停電時應急閱片，適用于各級醫療機構人員閱片使用。

移動式；鋰電池；發光二極管光源；可調亮度

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing 210002, China.

醫院常用觀片燈多為電子鎮流日光燈管式，其工作電源為220 V交流電，在使用時只能固定在某個位置進行閱片。目前，較為先進的觀片燈是直流發光二極管(light emitting diode，LED)燈，其電源同樣為民用電，在使用時可直接固定在某個位置進行閱片，為醫院醫護人員每日查房時閱片診斷提供了便利條件，且LED燈的的亮度和均勻性較傳統日光燈管式觀片燈好[1-2]。為了方便醫院臨床科室醫護人員查房隨時床旁觀察患者影像片，本研究設計研制了醫院移動式LED光源觀片燈，并在臨床使用中取得了較好的效果。

1 LED光源觀片燈結構與制作原理

1.1 結構設計

移動式LED光源觀片燈由鋰離子電池組、DC/DC轉換器(48 V轉24 V)、亮度調節器、AC充電器(2A)、直流電壓數字顯示表及觀片燈屏與移動架6部分組成(如圖1所示)。

圖1 移動式LED觀片燈結構圖

1.2 制作原理

(1)觀片燈屏。觀片燈屏是用于觀察醫用X射線膠片，主要由箱體、LED燈條、導光板、導光膜(反光膜)以及夾片扣等部件組成[3]。觀片燈屏的面框與箱體采用高強度鋁合金型材制作，其剛性好、不易變形，箱體內外采用靜電噴涂成白色裝飾。屏面選用優質有機玻璃板，內部安裝導光板和反光膜，屏面光線均勻、明亮[4-5]，屏外形尺寸為885 mm×502 mm×25 mm，屏上方內嵌暗式夾片裝置，具有夾片牢固、插取方便及不劃傷膠片等特點[6](如圖2所示)。

圖2 LED燈條實物示意圖

(2)LED發光燈管。LED燈條數量為4根，每根有48只LED發光燈管，整燈共有192只LED發光燈管，每只發光燈管的功耗最大約為0.35 W，正常發光功耗為0.15～0.25 W，整體燈管在正常使用時消耗功率為30～50 W，每條LED發光燈管所需電壓為15～24 V直流電，但其相當于100～150 W功率日光燈管發光的亮度。

圖3 亮度調節原理圖

(3)亮度調節器。亮度調節不能直接調節LED發光管的直流電壓值，而是調節占空比，對應調節平均直流電壓值的大小，其亮度調節原理如圖3所示。

圖3中IC是NE555集成塊，與周邊元器件R1、R2、R3、C1、D1以及D2組成占空比可調的振蕩器，C1為充、放電電容，Ra為充電電阻，Rb為放電電阻，Ra和Rb的阻值隨著R2的調節發生變化。D1和D2的作用是將充、放電電路隔離，且相互不干擾[7]。充電時間t充＝0.7 Ra×C1，放電時間t放＝0.7 Rb×C1，一個周期t＝0.7(R1+R2+R3)C1，調節R2的值可以改變充、放電時間，但周期不變，在此將輸出頻率設計為1.25 kHz。其占空比為公式1：

充電時IC3腳輸出端為高電平，T1飽和導通，T2的G極電壓為0.3 V左右，處于截止狀態；放電時IC3腳輸出端為低電平，T1截止，T2處于導通狀態，通過調節R2改變占空比，改變T2的導通和截止時間，即調節LED燈條的亮度。亮度調節器實物電路如圖4所示。

圖4 亮度調節器實物示意圖

(4)鋰電池。鋰離子電池組簡稱鋰電池，選用48 V、12 Ah容量，其最大充電電壓約為54 V，重約4.5 kg。選用鋰電池的主要原因為：①鋰電池體積小、重量輕，作為醫院移動式觀片燈電源較為適用；②鋰電池能量密度大，充電所用時間較長，無需經常充電，且充電次數是蓄電池的2倍以上，使用壽命長；③自放電率

低，基本無記憶效應。但是，鋰電池存在過壓充電和深度放電容易損壞的問題。每日查房閱片需要時間為1 h左右，鋰電池的容量可滿足一周使用的需求，在特殊情況下可以連續使用7 h。如遇夜間停電，觀片燈還可作為照明應急使用。

(5)AC充電器。AC充電器是專用的鋰電池充電器，防止過壓充電和大電流充電造成鋰電池損壞。其輸入電壓為220 V±10%交流電，輸出為脈寬調制式(PWM)直流電，輸出最高電壓54 V，輸出電流最大(2±0.2)A，具有過壓、過流、短路、反接、高溫及防倒灌等保護功能，充電時間＜8 h。

(6)DC/DC轉換器。由于LED燈條使用的電壓最高是直流24 V，鋰電池輸出電壓為48 V，需要進行直流降壓。由于鋰電池在使用過程中電壓會有變化，難以保證LED燈條的正常使用，因此不采用24 V鋰電池[8-9]。轉換器選用直流48 V轉直流24 V，輸入電壓為30～72 V，輸出電壓為(24±0.2) V，輸出電流最大允許值可達10 A，該觀片燈最大電流≤3 A，在使用時轉換器外殼溫度為微溫[10-11]。

(7)直流電壓數字顯示表。數字顯示表用于實時顯示鋰電池電壓值，顯示直流電壓為0～100 V。在觀片燈使用過程中因不斷消耗鋰電池電量，鋰電池的電壓不斷降低，為了避免鋰電池深度放電而造成損壞，應進行實時電壓監測。直流電壓數字顯示表不僅能顯示電壓值，隨時觀察鋰電池的電壓，估計繼續使用時間，而且可以設定電壓報警值，當監測電壓降至低于設定值時立即報警，提醒給鋰電池充電，防止過量放電而縮短鋰電池壽命。

2 LED光源觀片燈的應用

圖5 LED光源觀片燈整體示意圖

將鋰電池、充電器、直流轉換器、亮度調節器以及直流電壓監測表安裝在一起，引出AC充電器電源線和亮度調節后的電源線便可移動查房使用，也可邊充電邊查房使用，方便實用。將LED顯示屏安裝在移動推車上，移動推車高度為1200 mm，長為890 mm，與顯示屏一樣；寬為450 mm，下腳安裝4個滑輪，其中兩個帶鎖定功能。屏在推車上的可視高度在130～175 mm之間，適合正常高度的人觀看膠片(如圖5所示)。

LED光源觀片燈研制裝機后進行3次實驗，其實驗結果數據見表1。

表1 觀片燈最大亮度時鋰電池端電壓值

表1顯示，移動式LED觀片燈在最大亮度時能連續使用7 h。但因鋰電池壽命因素，將電壓監測報警值設定在44 V，在臨床使用時移動式LED觀片燈可連續使用5～6 h，當鋰電池電壓降到44 V時則報警提示充電[12-13]。

3 結論

本研究設計研制的移動式LED光源觀片燈可改變醫院使用的固定位置、220 V交流電觀片燈床邊查房閱片極不方便的現象，LED光源觀片燈具有亮度可調、光線均勻機動性強的優勢[14-15]。LED光源觀片燈通過普通外科臨床使用，效果良好，相關后續推廣使用有待進一步設計研制移動式LED光源觀片燈機箱。

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Development and application of mobile medical LED film viewing illuminant system/

ZHU Xing-xi, SHEN Hua-qiang, ZHANG Yu-xiang, et al// China Medical Equipment,2015,12(4):32-35.

Objective: To help the medical clinical staff to view the patients’ medical films besides the beds at any time. Methods: Combining with the electric technology, the mobile LED film viewing illuminant system is composed by a recharging Li-ion battery of 48V12Ah and LED illuminants. The viewing screen is mounted in the front of the mobile diagnosis cart, the Li-ion battery and control system are placed in the lowermost layer to make the mobile car balanced. Results: With full-charged battery the system can work more than 7 hours, and the average observing brightness ≥ 2000cd/m2; on the other hand, the brightness is controllable. These advantages can meet the demands of viewing the films during the ward rounds. Conclusion: The system is with simple structure, easy to operate. Meanwhile, the system can be used to view the film in the emergency conditions such like power failure or absent of power, the system can fully satisfy the medical staff viewing the film.

Mobile; Li-ion battery; Light emitting diode illuminant; Controllable brightness

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.04.010

1672-8270(2015)04-0032-04

R197.39

A

朱興喜,男,(1963- ),碩士，高級工程師、教授。南京軍區南京總醫院醫學工程科、中國醫學裝備協會理事，從事醫院醫療設備的管理、技術保障、質量控制、教學和科研工作。

2014-04-25

①南京軍區南京總醫院醫學工程科 江蘇 南京 210002

*通訊作者：63602298@qq.com