LED技术改进内窥镜应用 正在成为内窥镜的首选光源

　　内窥镜是外科手术和诊断中用于观察人体内部的一种几乎无创的医学设备(如图1所示)。这种方法最早出现在19世纪，如今有了更多的应用，从耳鼻喉等外部器官检查到复杂的胃肠道、呼吸道和脊椎手术。

　　传统内窥镜使用硬管子导光，通过光学元件成像用于人眼观察。这种内窥技术在人体内的插入深度有限。

　　随着光纤的出现，内窥镜开始使用柔性导管，能够更深地插入身体中，几乎不影响手术。光纤的光收集效率也更高，能够精密照明并观察解剖进展。而红绿蓝电子相机也取代人眼用作探测器，而光源则变成了宽带氙灯和卤素灯。

　　近年来，LED技术正在成为内窥镜的首选光源，因为其寿命长、稳定性高、而且更容易集成在内窥系统中。结合高速发展的微电子学和光学，LED照明为该领域带来了各种新的发展和应用。

　　过去几十年中，氙灯曾是内窥镜系统的黄金标准。氙灯具有宽光谱范围，提供高亮、稳定的宽带输出和均匀照明，不仅是很多生物医学应用的理想选择，更是极大地改进了内窥镜技术和深度腔内手术照明。氙灯比传统白炽灯的寿命更长，性能比卤素灯更优越。

　　氙灯也具有更理想的相关色温(CCT，如图2所示)和显色指数(CRI)。CRI用于表征光源还原被观察物体颜色的好坏。CRI越高，越能准确地还原物体颜色(如图3所示)。这一点对于医学专家很重要，因为他们能够根据色差识别解剖情况。氙灯是观察组织真实颜色的理想照明光源，帮助提高诊断和治疗的准确度。

　　氙灯得益于多年的创新，它们具有很宽的输出功率范围——一般从80瓦到400瓦以上。氙灯的主要缺点是寿命不长，一般从500到1000小时。

　　因为LED光学引擎在亮度和宽波长范围的不断改善，所以越来越受到内窥镜系统的青睐。生产LED时能够定制相关色温，而且LED在整个寿命期间提供稳定的相关色温。LED寿命长，所以不用在内窥镜系统中频繁更换。

　　更先进的LED系统现场使用时可以主动调节相关色温。如果白光是各个RGB LED的合成，那么用户能够调节每种可见光颜色，得到舒服的白光或相关色温。可调特性能缓解手术时的眼睛疲劳，提高组织形态的对比度，更有利于观察。

　　LED系统还能高效地与RGB相机耦合，因为RGB波长都可以精密调谐，从而获得最佳信噪比(如图4所示)。LED还能整形输出光谱，从而调节到最适合相机或人眼CCT和CRI值。在仪器使用中，可以调节每种颜色强度达到平衡，因为每种颜色强度都会随时间时间减弱。

　　自发荧光技术是1990年代末期出现的一种方法，它通过激发细胞或组织的内源荧光来研究感兴趣的区域2,3。正常组织和癌变组织的发射光谱不同，生理学中认为这是疾病改变了化学成分。

　　2000年代初期出现了色素内窥镜检查法4，这种技术在内窥检查时使用生物染料染色感兴趣区域。常用的染料有亚甲蓝、甲苯胺蓝和结晶紫。每种染料都能用于特定类型的细胞染色，方便识别粘膜和组织的结构。