Техніка безпеки - лазерна діагностика в біології та медицині
Відео: Лазерне видалення родимок і лазерне уділеніе папілом в Красноярську
1.3. Техніка безпеки при роботі з лазерами
Фізіологічні ефекти впливу лазерного випромінювання. Знання характеру фізіологічних змін і їх зв`язку з енергетичними, спектральними, тимчасовими і просторовими характеристиками випромінювання, а також з оптичними, теплофізичними і фотохимическими властивостями опромінюваних тканин і органів дають основу для вироблення певних норм для допустимих інтенсивностей і доз опромінення, які не завдають шкоди здоров`ю людини . Очевидно, що в міру отримання нових знань в цій області і накопичення досвіду клінічних досліджень ці норми можуть істотно змінюватися як у бік менших, так і великих рівнів інтенсивності та доз опромінення, можуть зміщуватися і спектральні кордону шкідливого для людини випромінювання.
Широке застосування лазерів в біології та медицині стимулює розвиток фундаментальних досліджень по взаємодії лазерного випромінювання з біологічними середовищами, і це є основою для визначення безпечних норм опромінення і створення безпечних умов роботи медичного і дослідницького персоналу. У такій постановці фізіологічна дія лазерного випромінювання зводиться до тих змін, які відбуваються в зоровому органі і на шкірі людини, а вимоги до нормированности випромінювання і правила техніки безпеки залишаються приблизно такими ж, як, наприклад, при роботі з лазерами в промисловості [П. 35, б, 11].
Однак застосування лазерів в медицині ставить і іншу проблему, а саме розробку правил техніки безпеки для пацієнтів, коли «паразитного» опроміненню лазерним випромінюванням може бути піддані не тільки очі і шкіра людини, а й будь-який внутрішній орган, наприклад стінки кровоносної судини при лазерної ангіопластики. Це велика і складна проблема, яка може бути вирішена тільки на основі всієї сукупності знань взаємодії лазерного випромінювання з биосистемами. Поки ця глобальна проблема знаходиться в стадії вирішення, залишається використовувати ті правила безпеки, які відпрацьовані в промисловості. При цьому слід зазначити, що діагностичне застосування лазерів в біології та медицині пред`являє до техніки безпеки приблизно такі ж вимоги, як і лазерна технологія в промисловості. Тому під час обговорення цих питань ми будемо слідувати робіт [П. 35, 6, 11, 20], маючи завжди на увазі ґрунтовна праця [П. 19] щодо безпечної роботи з лазерами і іншими джерелами оптичного випромінювання.
У звичайних умовах найбільшу небезпеку лазерне випромінювання представляє для сітківки і рогової оболонки ока, а також шкірного покриву. Сітківка захищена від УФ і далекого ІК випромінювання, тільки випромінювання з довжинами хвиль 400-1400 нм може досягати сітківки. З рис. 1.4 випливає, що випромінювання більшості як безперервних, так і імпульсних лазерів з досить значною потужністю і енергією потрапляє в цей діапазон і становить серйозну небезпеку для ока. Випромінювання багатьох перебудовуються лазерів також лежить в області пропускання оптичних середовищ ока.
Сітківка є сама поражаемой частиною ока через фокусирующих властивостей кришталика і значного коефіцієнта поглинання зорового пігменту сітківки (табл. 1.1). Поріг пошкодження сітківки за рівнем інтенсивності залежить від тривалості опромінення, розміру плями на сітківці і довжини хвилі. Наприклад, при часу опромінення 1 с, розмір плями 100-300 мкм порогова інтенсивність зменшується від 20 Вт / см2 ( = 630 нм) до 1 Вт / см2 (Х = 440 нм), в ІК області (800-1100 нм) цей параметр змінюється в межах 30-50 Вт / см2. Таким чином, найбільш небезпечною є короткохвильова частина спектра, де має проявляти себе не тільки теплове, але і фотохімічні дію випромінювання. Скорочення часу опромінення істотно підвищує допустиму інтенсивність / д (при ти = 10-3сі = 630 нм / д »100 Вт / см2).
Випромінювання на інших довжинах хвиль (крім діапазону 400-1400 нм) ефективно поглинається рогової оболонкою ока і кришталиком, крім того, оптичні середовища ока сильно розсіюють УФ випромінювання. Тому випромінювання в ІК і УФ діапазонах є небезпека для цих середовищ очі. Особливо небезпечно випромінювання СО і СО2 лазерів, яке дуже ефективно поглинається біологічними тканинами (рис. 1.1).
Застосування потужного випромінювання може викликати опік шкіри, звичайно, це не так небезпечно, як опіки сітківки або рогівки, однак бажано уникати і його. Граничні значення інтенсивності в цьому випадку визначаються досить сильним відображенням шкіри у видимій області (10 60% на окремих довжинах хвиль) і сильним поглинанням в ІК області 0кgt; 2 мкм). Тому найбільшу небезпеку також представляють СО і С02 лазери, оскільки вони володіють значною потужністю і їх випромінювання ефективно поглинається в тонкому шарі шкіри. З іншого боку, значну небезпеку для внутрішніх органів представляє видима і особливо ближня ІЧ області. Проникаюча здатність цього випромінювання може становити кілька сантиметрів, а за умови здавлювання тканини пропускання може збільшуватися в 40 разів [7].
Нормування лазерного випромінювання
При нормуванні лазерного випромінювання, яке становить небезпеку для людини, існують два основні підходи. Один з них викладено в стандарті ANSI-Z-136-1 (США), інший - в санітарних нормах і правилах пристрої і експлуатації лазерів N 2392-81 (СРСР) [П. 19, П. 35, 6].
Стандарт США представляє гранично допустимі рівні (ГДР) випромінювання у вигляді таблиць і графіків, що охоплюють спектральний діапазон випромінювання лазерів 200 нм - 103 мкм, діапазон тривалостей впливу від 10"8 до 10е с при опроміненні очей і шкіри. ПДУ визначаються, виходячи з спостережуваних ушкоджень в 50% випадків опромінення, з коефіцієнтом запасу до 10 щодо цього рівня. ПДУ опромінення в УФ та ІЧ областях спектру складають 10_3-1 Дж / см2 залежно від тривалості опромінення. У видимій області спектра стандарт нормує опромінення рогівки коллімірованним пучком світла, відповідну поразки сітківки. При імпульсному опроміненні граничні норми складають 5-10-7-1,0 Дж / см2, а при безперервному-10"4-10 ~ в Вт / см2. Норми для опромінення шкіри знаходяться в межах 10&ldquo-3-1 Дж / см2 г для інтегральної енергетичної яскравості у видимій області спектра - в межах 10-3-103 Дж / (см2 * ср).
Санітарні норми СРСР передбачають в УФ області ПДУ сумарною енергетичною експозиції рогівки ока, одержуваної персоналом за загальний час опромінення протягом робочого дня, в межах 10-8-2 -10-3 Дж / см2, що значно нижче ПДУ стандарту США. Для видимого та ІЧ випромінювання ПДУ енергетичної експозиції рогівки ока при діаметрі зіниці 7 мм для одиночних імпульсів випромінювання тривалістю від 10-9 до 1,0 с лежать в межах 2,2 `10 -6-1,2-10-2 Дж / см2 . Для сітківки санітарні норми передбачають сумарну енергетичну експозицію в діапазоні довжин хвиль 400-750 нм, - одержувану персоналом за робочий день, не вище 4-10-5- 3 • 104 Дж при фонової освітленості рогівки в межах 10-2-105 лк. Згідно [П. 351, перерахунок на рогівку ока дає відповідний мінімальний ПДУ 2,7 -10&rdquo-11 Вт / см2 ,, що істотно нижче значення, що дається стандартом США. Для шкіри при опроміненні протягом часу 3-104 с- в УФ і видимій областях спектра ПДУ змінюється в межах 2-10-3-8-103 Дж / см2.
Основні правила техніки безпеки
При роботі з лазерами необхідно забезпечити такі умови роботи, при яких не перевищуються гранично допустимі рівні опромінення очей і шкіри. Заходи безпеки полягають в створенні захисних екранів, каналізації лазерного випромінювання по световодам, використанні захисних окулярів тощо. Захисні окуляри повинні бути ретельно підібрані в залежності від робочої довжини хвилі лазерного світла, і їх спектр пропускання перевірений. Окуляри повинні ефективно гасити випромінювання на лазерної довжині хвилі, однак по можливості не бути занадто темними.
Велику небезпеку становить відбите і розсіяне випромінювання, особливо невидиме (УФ та ІЧ), оскільки напрямок відбитого випромінювання (наприклад, від металевих деталей установки) може бути абсолютно довільним і змінюватися в процесі вимірювань неконтрольованим чином. Дифузійне відбиття (наприклад, від стін приміщення) і розсіювання світла самим досліджуваним тілом, що характерно для біологічних об`єктів дає випромінювання в усіх напрямках, і в принципі в приміщенні можуть бути відсутні безпечні зони. Для дифузного віддзеркалення і розсіювання характерно, що на відстанях порядку розмірів лабораторної кімнати щільність потужності на сітківці не залежить від відстані до об`єкта розсіювання. Це пов`язано з тим, що щільність потужності на сітківці зменшується зі збільшенням відстані від об`єкта, однак фокальна пляма на сітківці при цьому також зменшується. Для усунення розглянутих ефектів необхідно чорнити деталі експериментальних установок, по можливості захищати їх непрозорими екранами, робити спеціальну фарбування або обробку стін лабораторії.
При використанні лазерів видимого діапазону малої потужності потрібні попереджувальні світлові табло або написи про роботу з лазерами. Для безперервних лазерів потужністю 1-5 мВт бажано виконання ряду заходів, серед яких захист очей, робота в спеціальному приміщенні, обмеження шляху променя, попереджувальні написи, навчання операторів і ін. Для лазерів середньої потужності ці заходи вже обов`язкові. При застосуванні потужних лазерів, крім перерахованих вище заходів, необхідно контролювати приміщення і систему попередження, забезпечувати дистанційне включення, управління роботою і блокування харчування.
Рекомендується навчання правилам техніки безпеки і періодичне медичне обстеження персоналу, який обслуговує лазерні установки.
