Разработка и исследование динамически управляемых полупроводниковых источников света для хирургии и методов их использования для контрастной визуализации биологических тканей

Главной целью настоящей работы является решение одной из принципиальных проблем в хирургии – повышение качества визуализации биологических объектов и тканей при проведении операций, то есть определение in vivo морфологической принадлежности тканей и структур организма, а также дифференциации нормальных и патологических тканей. Реализация указанной цели включает в себя два базовых аспекта:1.1 Разработка на базе светодиодных излучателей нового хирургического осветителя с динамическими управляемыми спектрально-цветовыми характеристиками, открывающего возможность выбора освещения, оптимального для контрастной визуализации того объекта (ткани) с которой в данный момент работает хирург.1.2 Исследования оптических свойств тканей человеческого организма и определение на этой основе режимов контрастной визуализации тех или иных тканей в зависимости от спектрально-цветового состава освещения, разработка методов проведения операций в условияхновых технологий освещения операционного поля.Проведенный анализ научно-технической литературы и патентные исследования, подтвердили быстрое развитие рассматриваемой области за рубежом, включая серийный выпуск хирургических осветителей на базе светодиодных источников. Однако, большинство усилий направлено на повышение качества белого освещения, то есть на замену стандартных галогенных и люминесцентных ламп светодиодными с известными преимуществами последних: низкое энергопотребление, долговечность, отсутствие УФ и ИК излучения. Уникальная способность светодиодных излучателей, на принципе RGB-смешения, легко изменять спектрально-цветовой состав испускаемого света (от белого до насыщенного окрашенного) пока не используется в медицинском освещении, что делает данную работу своевременной и актуальной.Выполнены теоретические исследования и предварительные эксперименты.На основе анализа литературы в качестве основных направлений исследований выбраны:- разработка высокомощных полихромных полупроводниковых излучателей, интегрирующих широкополосные белые люминофорные светодиоды теплого и нейтрального свечения и монохромные светодиоды красной, желтой, зеленой и синей полос свечения, включая вопросы электрической коммутации, вторичной оптики для цветосмешения и формирования пространственного распределения света, теплоотвода;- разработка конструкции хирургического светильника в целом: обоснование оптической схемы, размеров и геометрии отдельных излучателей для обеспечения бестеневого и однородного освещаемого поля;- разработка принципиальной электрической схемы управления светильником, электронных блоков и системы дистанционного управления, программного обеспечения;- всестороннее исследование оптических свойств здоровых и патологических тканей, экспериментальные исследования по отработке условий освещения для контрастной визуализации оперируемых объектов. Теоретические исследования и предварительные эксперименты включали:моделирование оптической системы управляемого бестеневого полупроводникового источника света для габаритного расчета границ полутеневых зон и общих габаритов изделия;- адаптацию измерительных комплексов для проведения исследований спектральных и фотоколориметрических характеристик биологических культур и тканей;- исследования мощностных характеристик и параметров широтно-импульсной модуляции драйверов питания светодиодов;- анализ структурных и электролюминесцентных свойств гетероструктур сине-зеленого диапазона;- исследования спектров поглощения и отражения отдельных биологических тканей.