術(shù)中成像新篇章：固態(tài)白光光源引導醫療照明革新

中國有句古話(huà)“人死如燈滅"。在手術(shù)臺上，如果手術(shù)燈意外滅了，對手術(shù)過(guò)程和患者的生命安全也都將帶來(lái)極大的風(fēng)險和考驗。這包含了一個(gè)核心問(wèn)題——300W和400W氙弧燈在術(shù)中成像應用中的實(shí)際局限性。而這正是用固態(tài)照明器替換弧光燈的主要動(dòng)機。而這類(lèi)臨床應用的核心要求是，輸出至手術(shù)部位的光必須保持輻射強度和光譜強度一致，而整場(chǎng)手術(shù)可能持續數小時(shí)。

Lumencor幾乎于十年前就開(kāi)創(chuàng )了使用固態(tài)光源代替氙氣燈照明的先河，并用于內窺鏡檢查和機器人手術(shù)。人們普遍認為，內窺鏡可以通過(guò)較小的手術(shù)通道改善進(jìn)入和可視化，而外窺鏡適合較大手術(shù)通道的需求。外窺鏡支持優(yōu)化焦距、緊湊性、外科醫生的手術(shù)姿勢、學(xué)員教育以及助手參與。與顯微鏡相比，外窺鏡提供更長(cháng)的工作距離、更高的放大倍數和在視場(chǎng)深度較大時(shí)更寬的視野，同時(shí)還為外科醫生和手術(shù)助手提供便捷的可視化信息(圖1)。外窺鏡的固態(tài)照明可以減少傳統顯微鏡可能出現的熱損傷和組織反光。

圖1.正在使用的外科外窺鏡。外窺鏡安裝在機械臂上，位于外科醫生之間和患者的上方，將白光投射到下方的手術(shù)部位。照片右上方的監視器顯示手術(shù)部位的放大圖像。

Lumencor的SPECTRA系列光引擎可以配置為外科外窺鏡的光源，其光譜輸出如圖2所示。輸出由Lumencor專(zhuān)有的發(fā)光管（綠色光，圖2）和5個(gè)LED光源的所組成。SPECTRA光譜輸出在“綠色能隙（green gap）"中包含了豐富的光，而在這個(gè)波長(cháng)范圍內（500~600nm），傳統的LED通常缺乏光子生成。這 6 個(gè)光源可以根據客戶(hù)的任意需求進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉，它們的輸出功率可以在20倍線(xiàn)性范圍內獨立調節(圖2)。

在SPECTRA板載微處理器的控制下，圖2所示的基本光譜輸出可以在幾秒鐘內重構。這種性能與氙弧燈的不穩定光譜輸出形成鮮明對比。氙燈的連續輸出光譜位于300 nm 至 1200 nm 及以上。然而，超過(guò) 800 nm 的輸出通常沒(méi)有實(shí)際用途，并且可能導致熱誘導的組織損傷。相比之下，SPECTRA 光引擎可以進(jìn)行定制，僅輸出那些產(chǎn)生有用光的波長(cháng)，用于手術(shù)區域的可視化（圖 2）。

在實(shí)際應用中，SPECRA的五個(gè)可見(jiàn)光范圍光源（紫色、藍色、青色、綠色和紅色、圖2）可組合使用，產(chǎn)生具有相關(guān)色溫（CCT）和顯色指數（CRI）特征的白光，這些特征針對大體解剖的反射光成像進(jìn)行了優(yōu)化。

圖2. SPECTRA 光引擎的光譜輸出設計用于外科內窺鏡。該輸出由6個(gè)獨立控制的固態(tài)光源產(chǎn)生的6個(gè)光譜帶組成。在350nm以下或850nm以上不產(chǎn)生光輸出。375-675nm范圍內的光源被組合使用以生成白光。每個(gè)光源的功率輸出可以在20倍的范圍內獨立調整（虛線(xiàn)表示的zui低水平），從而實(shí)現CCT和CRI特性的優(yōu)化。不可見(jiàn)的近紅外輸出用于激發(fā)熒光血管造影劑---吲哚菁綠（ICG）。

除了光譜輸出外，SPECTRA光引擎還提供了三個(gè)附加功能，可增加其在術(shù)中成像應用中的實(shí)用性：

1.光傳輸

SPECTRA光引擎的光輸出通常以光纖束傳輸。光纖束可以進(jìn)行分支，提供兩路或者多個(gè)等分的光輸出，這些光輸出可以憑借不同的角度軌跡定向到手術(shù)區域。多向照明規避了可訪(fǎng)問(wèn)性和可見(jiàn)性的限制，在手術(shù)區域等密閉空間中實(shí)現三維成像。

2.不同設備的一致性能

這一特性對于消除外窺鏡或者其他手術(shù)設備中光源的安裝和驗證中的不確定性至關(guān)重要。因此，SPECTRA光引擎進(jìn)行設計、制造和測試，旨在從一個(gè)設備到另一個(gè)設備提供一致的性能。圖3展現了這一特性，比較了50臺SPECTRA光引擎的輸出功率，這些光引擎的規格與圖2所示的相同。圖中所示的測量功率輸出的標準偏差（n=50）對應的方差系數（CV）僅1-3%。

3.內置計量和自動(dòng)化兼容性

像SPECTRA光引擎這樣的固態(tài)照明器配備了板載微處理器，這些微處理器除了控制操作外，還監控系統性能。諸如累積光輸出持續時(shí)間、電力消耗和內部運行溫度等數據可以上傳到實(shí)驗室信息管理系統（LIMS），并支持監管合規性驗證。

圖3.按圖2所示規格制造的50臺SPECTRA光引擎的六個(gè)固態(tài)光源的大功率輸出。藍色條的高度表示平均輸出功率，黑色條的厚度表示50個(gè)樣本的標準差(SD)。六個(gè)光源的總輸出為每個(gè)光引擎7W，是配置用于寬視場(chǎng)熒光顯微鏡的輸出功率兩倍以上。

在神經(jīng)外科等要求嚴苛的臨床程序中，可視化工具的改進(jìn)促進(jìn)了外窺鏡的使用，以提高外科醫生的人體工程學(xué)，舒適度和患者的治療效果。外窺鏡具有更大的光學(xué)變焦、分辨率和較低光照度下的照明等優(yōu)點(diǎn)。主刀醫生和其他助手均可使用平視顯示器，在將攝像頭置于更多角度位置的同時(shí)，允許外科醫生保持在中間位置。這種手術(shù)硬件的增強需要zui高水準的照明，而Lumencor固態(tài)光源可以很好地支持性能的一致性、長(cháng)壽命、穩定的光輸出。為滿(mǎn)足臨床應用的可見(jiàn)光和近紅外需求而量身定制的SPECTRA光引擎提供了耐用、強大的照明，與傳統的氙燈成像非常匹配，同時(shí)還針對外科醫生原位可視化所需的熒光染料進(jìn)行了優(yōu)化?；诩晒虘B(tài)光源的光引擎正在迅速淘汰內窺鏡、外窺鏡、機器人手術(shù)和其他大量對光源有高要求的臨床應用中的傳統燈泡和弧光燈。

關(guān)于昊量光電：

上海昊量光電設備有限公司是光電產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)代理商，產(chǎn)品包括各類(lèi)激光器、光電調制器、光學(xué)測量設備、光學(xué)元件等，涉及應用涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫療、科學(xué)研究、國防、量子光學(xué)、生物顯微、物聯(lián)傳感、激光制造等；可為客戶(hù)提供完整的設備安裝，培訓，硬件開(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)，系統集成等服務(wù)。