Техника безопасности - лазерная диагностика в биологии и медицине
Видео: Безлучевая 4D диагностика позвоночника, походки и стопы в МЦ «Формула здоровья»
1.3. Техника безопасности при работе с лазерами
Физиологические эффекты воздействия лазерного излучения. Знания характера физиологических изменений и их связи с энергетическими, спектральными, временными и пространственными характеристиками излучения, а также с оптическими, теплофизическими и фотохимическими свойствами облучаемых тканей и органов дают основу для выработки определенных норм для допустимых интенсивностей и доз облучения, которые не наносят вреда здоровью человека. Очевидно, что по мере получения новых знаний в этой области и накопления опыта клинических исследований эти нормы могут существенно изменяться как в сторону меньших, так и больших уровней интенсивности и доз облучения, могут смещаться и спектральные границы вредного для человека излучения.
Широкое применение лазеров в биологии и медицине стимулирует развитие фундаментальных исследований по взаимодействию лазерного излучения с биологическими средами, и это является основой для определения безопасных норм облучения и создания безопасных условий работы медицинского и исследовательского персонала. В такой постановке физиологическое действие лазерного излучения сводится к тем изменениям, которые происходят в зрительном органе и на коже человека, а требования к нормированности излучения и правила техники безопасности остаются примерно такими же, как, например, при работе с лазерами в промышленности [П. 35, б, 11].
Однако применение лазеров в медицине ставит и другую проблему, а именно разработку правил техники безопасности для пациентов, когда «паразитному» облучению лазерным излучением может быть подвергнуты не только глаза и кожа человека, но и любой внутренний орган, например стенки кровеносного сосуда при лазерной ангиопластике. Это большая и сложная проблема, которая может быть решена только на основе всей совокупности знаний взаимодействия лазерного излучения с биосистемами. Пока эта глобальная проблема находится в стадии решения, остается использовать те правила безопасности, которые отработаны в промышленности. При этом следует отметить, что диагностическое применение лазеров в биологии и медицине предъявляет к технике безопасности примерно такие же требования, как и лазерная технология в промышленности. Поэтому при обсуждении этих вопросов мы будем следовать работам [П. 35, 6, 11, 20], имея всегда в виду обстоятельный труд [П. 19] по безопасной работе с лазерами и другими источниками оптического излучения.
В обычных условиях наибольшую опасность лазерное излучение представляет для сетчатки и роговой оболочки глаза, а также кожного покрова. Сетчатка защищена от УФ и далекого ИК излучения, только излучение с длинами волн 400—1400 нм может достигать сетчатки. Из рис. 1.4 следует, что излучение большинства как непрерывных, так и импульсных лазеров с довольно значительной мощностью и энергией попадает в этот диапазон и представляет серьезную опасность для глаза. Излучение многих перестраиваемых лазеров также лежит в области пропускания оптических сред глаза.
Сетчатка является самой поражаемой частью глаза из-за фокусирующих свойств хрусталика и значительного коэффициента поглощения зрительного пигмента сетчатки (табл. 1.1). Порог повреждения сетчатки по уровню интенсивности зависит от длительности облучения, размера пятна на сетчатке и длины волны. Например, при времени облучения 1 с, размере пятна 100—300 мкм пороговая интенсивность уменьшается от 20 Вт/см2 ( =630 нм) до 1 Вт/см2 (Х=440 нм), в ИК области (800—1100 нм) этот параметр изменяется в пределах 30—50 Вт/см2. Таким образом, наиболее опасной является коротковолновая часть спектра, где должно проявлять себя не только тепловое, но и фотохимическое действие излучения. Сокращение времени облучения существенно повышает допустимую интенсивность /д (при ти=10-3си =630 нм /д»100 Вт/см2).
Излучение на других длинах волн (кроме диапазона 400—1400 нм) эффективно поглощается роговой оболочкой глаза и хрусталиком, кроме того, оптические среды глаза сильно рассеивают УФ излучение. Поэтому излучение в ИК и УФ диапазонах представляет собой опасность для этих сред глаза. Особенно опасно излучение СО и СО2 лазеров, которое очень эффективно поглощается биологическими тканями (рис. 1.1).
Применение мощного излучения может вызвать ожог кожи, конечно, это не так опасно, как ожоги сетчатки или роговицы, однако желательно избегать и его. Пороговые значения интенсивности в этом случае определяются довольно сильным отражением кожи в видимой области (10— 60 % на отдельных длинах волн) и сильным поглощением в ИК области 0к>2 мкм). Поэтому наибольшую опасность также представляют СО и С02 лазеры, поскольку они обладают значительной мощностью и их излучение эффективно поглощается в тонком слое кожи. С другой стороны, значительную опасность для внутренних органов представляет видимая и особенно ближняя ИК области. Проникающая способность этого излучения может составлять несколько сантиметров, а при условии сдавливания ткани пропускание может увеличиваться в 40 раз [7].
Нормирование лазерного излучения.
При нормировании лазерного излучения, представляющего опасность для человека, существуют два основных подхода. Один из них изложен в стандарте ANSI-Z-136-1 (США), другой — в санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров N 2392—81 (СССР) [П. 19, П. 35, 6].
Стандарт США представляет предельно допустимые уровни (ПДУ) излучения в виде таблиц и графиков, охватывающих спектральный диапазон излучения лазеров 200 нм — 103 мкм, диапазон длительностей воздействия от 10"8 до 10е с при облучении глаз и кожи. ПДУ определяются, исходя из наблюдаемых повреждений в 50 % случаев облучения, с коэффициентом запаса до 10 относительно этого уровня. ПДУ облучения в УФ и ИК областях спектра составляют 10_3—1 Дж/см2 в зависимости от длительности облучения. В видимой области спектра стандарт нормирует облученность роговицы коллимированным пучком света, соответствующую поражению сетчатки. При импульсном облучении предельные нормы составляют 5-10-7—1,0 Дж/см2, а при непрерывном—10"4—10~в Вт/см2. Нормы для облучения кожи находятся в пределах 10&ldquo-3—1 Дж/см2 г для интегральной энергетической яркости в видимой области спектра — в пределах 10-3—103 Дж/(см2*ср).
Санитарные нормы СССР предусматривают в УФ области ПДУ суммарной энергетической экспозиции роговицы глаза, получаемой персоналом за общее время облучения в течение рабочего дня, в пределах 10-8—2 -10-3 Дж/см2, что значительно ниже ПДУ стандарта США. Для видимого и ИК излучения ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза при диаметре зрачка 7 мм для одиночных импульсов излучения длительностью от 10-9 до 1,0 с лежат в пределах 2,2 `10-6—1,2-10-2 Дж/см2. Для сетчатки санитарные нормы предусматривают суммарную энергетическую экспозицию в диапазоне длин волн 400—750 нм,- получаемую персоналом за рабочий день, не выше 4-10-5— 3 • 104 Дж при фоновой освещенности роговицы в пределах 10-2—105 лк. Согласно [П. 351, пересчет на роговицу глаза дает соответствующий минимальный ПДУ 2,7 -10&rdquo-11 Вт/см2,, что существенно ниже значения, даваемого стандартом США. Для кожи при облучении в течение времени 3-104 с- в УФ и видимой областях спектра ПДУ изменяется в пределах 2-10-3—8-103 Дж/см2.
Основные правила техники безопасности.
При работе с лазерами необходимо обеспечить такие условия работы, при которых не превышаются предельно допустимые уровни облучения глаз и кожи. Меры безопасности заключаются в создании защитных экранов, канализации лазерного излучения по световодам, использовании защитных очков и пр. Защитные очки должны быть тщательно подобраны в зависимости от рабочей длины волны лазерного света, и их спектр пропускания проверен. Очки должны эффективно подавлять излучение на лазерной длине волны, однако по возможности не быть слишком темными.
Большую опасность представляет отраженное и рассеянное излучение, особенно невидимое (УФ и ИК), поскольку направление отраженного излучения (например, от металлических деталей установки) может быть совершенно произвольным и изменяться в процессе измерений неконтролируемым образом. Диффузное отражение (например, от стен помещения) и рассеяние света самим изучаемым телом, что характерно для биологических объектов дает излучение по всем направлениям, и в принципе в помещении могут отсутствовать безопасные зоны. Для диффузного отражения и рассеяния характерно, что на расстояниях порядка размеров лабораторной комнаты плотность мощности на сетчатке не зависит от расстояния до объекта рассеяния. Это связано с тем, что плотность мощности на сетчатке уменьшается с увеличением расстояния от объекта, однако фокальное пятно на сетчатке при этом также уменьшается. Для устранения рассмотренных эффектов необходимо чернить детали экспериментальных установок, по возможности ограждать их непрозрачными экранами, делать специальную покраску или обработку стен лаборатории.
При использовании лазеров видимого диапазона малой мощности требуются предупредительные световые табло или надписи о работе с лазерами. Для непрерывных лазеров мощностью 1—5 мВт желательно выполнение ряда мер, среди которых защита глаз, работа в специальном помещении, ограничение пути луча, предупредительные надписи, обучение операторов и пр. Для лазеров средней мощности эти меры уже обязательны. При применении мощных лазеров, кроме перечисленных выше мер, необходимо контролировать помещение и систему предупреждения, обеспечивать дистанционное включение, управление работой и блокировку питания.
Рекомендуется обучение правилам техники безопасности и периодическое медицинское обследование персонала, обслуживающего лазерные установки.
