一种可调光放大无影观察灯的设计及在病理组织包埋中的应用.pdf

11医疗装备 2024 年 3 月第 37 卷第 6 期 Medical Equipment,March.2024,Vol.37,No.6病理诊断是临床诊断的重要基础。病理诊断技术复杂、烦琐，包括标本取材、固定、脱水至透明、包埋、切片等十余项步骤，而病理组织包埋是其中一个重要的环节。包埋是指利用包埋剂（主要为石蜡）包裹脱水至透明的标本，为标本提供性能支撑或化学保护。包埋时应根据标本类型、结构及医师的具体要求选择最佳包埋面（即病理组织的最大面），以确保后续的切片质量和病理诊断的准确性1。由此可见，包埋质量可直接影响切片质量，进而影响临床诊断和治疗效果2。近年来，内镜技术飞速发展，内镜取材样本越来越多。消化科胃肠镜、呼吸科支气管镜等内镜取材的样本普遍较小，而直径 3 mm 的样本脱水至透明后的体积会进一步缩小，甚至 2 mm。此类样本不利于肉眼观察，较难确认最佳包埋面。包埋面选择不当会造成漏诊和误诊等不良后果3。我们在多年的病理工作经验中发现，微小样本经光照放大后，可通过肉眼分辨包埋面，提高包埋质量，进而提高病理诊断的准确性。但临床常用观察灯多为简易的老式荧光灯或发光二极管（light emitting diode，LED）灯，具有亮度低、色温变化大、使用不灵活、无法调节亮度等缺点。基于此，本研究设计了一种可调光放大无影观察灯。该观察灯根据无影灯原理可实现全景照明多角度观察4，采用高亮度 LED 自一种可调光放大无影观察灯的设计及在病理组织包埋中的应用王小梅，史帅，刘成芳，李刚（通信作者）大庆市第四医院（黑龙江大庆163712）摘要为提高病理诊断与临床诊断的符合率，设计一种可调光放大无影观察灯。该观察灯采用高亮度发光二极管（LED）自然光作为光源，运用脉宽调制（PWM）调光器进行电子调光，主要构成包括发光系统、光学放大镜、PWM 调光器、电子镇流器、磨砂放散光灯罩、万向鹅颈管等。经实际应用证明，该观察灯设计合理、操作简单、安全性好、无交叉污染，将其应用在病理组织包埋中，可全方位多角度观察且选材准确，有利于提高病理诊断率。关键词无影灯；发光二极管；脉宽调制；放大镜；病理组织包埋中图分类号R36 文献标识码A 文章编号1002-2376（2024）06-0011-04DOI10.3969/j.issn.1002-2376.2024.06.003收稿日期：2023-10-17论著The Design of a Dimmable Magnifying Shadowless Observation Lamp and its Application in Pathological Tissue EmbeddingWang Xiaomei,Shi Shuai,Liu Chengfang,Li Gang(Corresponding Author).Daqing Fourth Hospital,Daqing Heilongjiang 163712,China【Abstract】To improve the consistency between pathological diagnosis and clinical diagnosis,a dimmable magnifying shadowless observation lamp was designed.With the use of high brightness light-emitting diode(LED)natural light as the light source,this observation lamp used a pulse width modulation(PWM)dimmer for electronic dimming,mainly consisting of a luminous system,optical magnifying glass,PWM dimmer,electronic ballast,matte diffuser lampshade,universal gooseneck,etc.Through practical application,it has been proven that the design of the observation lamp is reasonable,the operation is simple,the safety is good,and there is no cross contamination.Applied in pathological tissue embedding,it can observe from all angles and angles and the selection of materials is accurate,which is conducive to improving the pathological diagnosis rate.【Key words】Shadowless lamp;Light emitting diode;Pulse width modulation;Magnifier;Pathological tissue embedding12医疗装备 2024 年 3 月第 37 卷第 6 期 Medical Equipment,March.2024,Vol.37,No.6然光作为光源，经脉宽调制（pulse width modulation，PWM）调光器5可精准调整亮度，达到理想的观察效果，为精选样本包埋面奠定了基础，现报道如下。1 硬件设计该观察灯主要由发光系统（包括铝基板和 LED灯珠）、光学放大镜、PWM 调光器、电子镇流器、磨砂放散光灯罩、万向鹅颈管及大理石底座等部件组成，见图 1。注：LED 为发光二极管，PWM 为脉宽调制图 1可调光放大无影观察灯结构组成1.1 发光系统该观察灯的发光系统包括铝基板和LED灯珠，见图 2。注：LED 为发光二极管图 2可调光放大无影观察灯的发光系统铝基板选用厚度为 1 mm，外直径为 30 cm 的铝板。铝板具有良好的散热性，有利于发光系统散热，同时也可作为灯板的主要支撑物。本研究选用高亮度LED作为光源的原因如下：（1）LED 使用寿命为数千小时，不需经常更换，可实现低成本维护，具有较好的经济性；（2）LED为冷光源，不发热，不会对病理技师和病理检测样本产生影响，适用于各个季节（尤其是夏季）6；（3）高亮度LED可根据不同大小、颜色样本的需要，通过调光器改变亮度，有利于观察样本。可调光放大无影观察灯采用 12 颗 LED 灯珠均匀分布在铝基板四周，可实现 360无影观测。单个灯珠功率为1.0 W，选用色温 4 0004 500 K 的自然光，有利于肉眼观察样本，且该色温不易使人眼产生疲劳感。LED 光源的总光通量为 960 Lm，通过 PWM 调光器可实现 0960 Lm 范围内任意调节。1.2 光学放大镜可调光放大无影观察灯的光学放大镜选用高硼硅玻璃放大镜。如图 2 所示，主放大镜为 5 倍放大镜头，直径 18 cm，属于常用镜头；其内镶嵌直径5 cm 的 10 倍放大镜头，适用于直径 12 W、额定 36 V 的直流电压。本研究选用的镇流器参数如下：功率因数 0.9，流明系数 95%，工作13医疗装备 2024 年 3 月第 37 卷第 6 期 Medical Equipment,March.2024,Vol.37,No.6温度-20+45，工作电压为 AC 180230 V。注：LED 为发光二极管，PWM 为脉宽调制图 4PWM 调光器的占空比波形图1.5 磨砂放散光灯罩由于 LED 灯珠功率大、发光强，直接使用可因光线过强刺激人眼，因此必须选用磨砂半透明灯罩，使局部光变为放散光，达到柔和不刺眼的效果。因此，本研究选用具有磨砂均匀、透光好、耐老化等优点的亚克力材料制作磨砂放散光灯罩，要求材料厚度2 mm，达洛氏硬度值 90 度左右，透明度 40%50%。1.6 万向鹅颈管万向鹅颈管选择直径2 cm的金属万向管制作，可支撑直径 30 cm 的灯盘。万向管外敷硅胶软管，美观实用。万向鹅颈管作为一种万向支架，可360旋转无障碍，多角度使用精确无偏移。1.7 大理石底座底座选用密度大、市场易采购的大理石材料制作。该底座自重大、稳定性好、不易倾覆、不老化，且易于清理、保养。2 电路设计该观察灯采用市电交流 220 V 供电，经电子镇流器整流变压输出直流 36 V，经 PWM 调光器可调节 LED 亮度。电路设计图见图 5。注：N 代表可连接多个 LED，LED 为发光二极管，PWM 为脉宽调制图 5可调光放大无影观察灯的电路图3 实物及主要技术参数本研究设计的可调光放大无影观察灯实物见图6，主要技术参数见表 1。该观察灯使用方法简单，连接电源，旋转开关，即可用于观察样本。观察样本时，需将样本置于灯注：LED 为发光二极管，PWM 为脉宽调制图 6放大无影观察灯实物图表 1放大无影观察灯的主要技术参数电源交流电压（V）镇流器直流电压（V）总功率（W）工作电流（A）光通量（Lm）PWM调光方式PWM占空比（%）PWM效率（%）整机质量（kg）22036150.42960手动旋转099984.5注：PWM 为脉宽调制盘中心，保持全无影状态，根据样本的实际情况手动轻触调光钮选择光线强弱，使用完毕后关闭开关。此外，使用该观察灯时需注意以下2点。（1）LED处于快速开关状态，当 PWM 调光器的脉冲频率过低时，可使人眼出现闪烁感，因此为保证人眼的视觉残留现象，观察灯的频率范围应选择 100200 Hz。（2）人耳可识别的频率范围为 20200 kHz，当PWM 调光器频率处于此范围时，观察灯可发出轻微的“丝丝”声，该声音多由输出端的陶瓷电容产生，用钽电容替换即可消除该声音。4 应用效果本研究采用该观察灯对 124 例经内镜取材的微小样本进行观察、选材、包埋，结果显示病理诊断和临床诊断符合率高达 98%，达到满意效果10。该项目为我院医疗卫生新技术项目，已经院医疗技术委员会专家审核通过，且经病理组织包埋实际应用验证，该观察灯符合设计要求，具有较强的实用性。典型病理标本情况总结见表 2。5 小结可调光放大无影观察灯提高了病理选材的准确性，进而有利于提高切片质量和病理诊断准确性，经临床验证病理诊断与临床诊断符合率高达 98%，对于提高临床疾病的诊断和治疗效果具有重大意义11。该观察灯是根据手术室无影灯原理并结合民用灯制作的，主要用于病理包埋选材，经文献检索未发现同类医疗产品，其 PWM 调光技术也大多被用于民用照明。以往的选材灯多为台式荧光灯或家用台灯，观察面较小，无法调节色温和亮度。本研14医疗装备 2024 年 3 月第 37 卷第 6 期 Medical Equipment,March.2024,Vol.37,No.6究设计的可调光放大无影观察灯采用大盘面设计，且色温柔和不刺眼，PWM 调光技术的亮度调节范围大，观察灯整体外形小巧、灵活，可在各级医院病理科推广应用。但该观察灯的缺点是自动化程度不足，主要依赖人眼识别。下一步研究将采用高清摄像全自动识别样本，以及采用高清显示屏显示图像，进一步提高选材的准确性，推动病理诊断技术的发展。参考文献1 李梅，李冬梅，王德田，等.石蜡包埋模具收纳清洁一体化装置设计与应用评价 J.中国医学装备，2022，19（10）：152-155.2 张睿，罗锦，朱正鹏，等.不同因素对包埋质量的影响 J.中国组织化学与细胞化学杂志，2022，31（6）：611-616.3 赵晓东，舒红，姜卫国，等.微小活检组织的石蜡包埋及切片的制作方法 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