新生儿黄疸低成本光疗床的设计与光度优化

《Annals of Biomedical Engineering》：Design and Photometric Optimization of a Low-Cost Phototherapy Bed for Neonatal Jaundice

新生儿黄疸光疗设备优化研究设计了一种低成本（$80）高效能的光疗床，通过Lambertian光学模型和六边形LED阵列布局（9cm间距）实现辐照度均质化（44.78±0.36 μW/cm2/nm），有效解决资源匮乏地区设备高成本、低均匀性问题，支持家庭治疗与母婴共处。

　　

摘要

目的

新生儿黄疸是一种常见病症，如果不进行治疗，可能会导致严重的并发症。虽然光疗是标准治疗方法，但现有的设备通常价格昂贵、能耗高，并且无法提供所需的照射强度或均匀的辐照度，尤其是在资源匮乏的环境中。本研究旨在设计并优化一种低成本、节能的光疗床，以满足临床对辐照强度和空间均匀性的要求。

方法

采用多目标光度优化方法来设计这种光疗床，重点关注辐照强度的平衡、眩光控制以及避免出现暗区。使用朗伯发射模型进行模拟，以确定理想的LED配置。模拟了不同LED间距的LED网格布局，并测试了所有材料（包括LED、扩散器、床板和床垫）的光学特性。文中还描述了该设备的设计和组装过程。

结果

最佳的LED配置为六边形网格，间距约为9厘米，其性能最佳。对朗伯发射模型的测量验证结果显示与模拟结果高度吻合。原型测试的平均辐照度为44.78 μW/cm2/nm，相对标准偏差为0.36。扩散器和床垫通过提高均匀性、避免暗区和减少眩光，对辐照效果产生了积极影响。

结论

该系统的材料成本约为80美元，为资源匮乏环境中的新生儿黄疸治疗提供了一种经济实惠且临床有效的解决方案。它支持家庭治疗，并有助于促进母婴之间的亲密关系。所提出的优化方法可以为未来的基于光的治疗系统提供设计参考。

图形摘要