CC BY
183
G
обзоры
часть ii. общие вопросы лазерной ОфтальмОХирургии. УДК 617.713-0.85.849 19
состояние проблемы лазерной безопасности 1 А нж
© Е. С. Онищенко, А. А. Альхамви, Н. Ю. Кузнецова, С. А. Новиков
Кафедра офтальмологии с клиникой СПбГМУ им. академика И. П. Павлова, Санкт-Петербург
ф Авторы продолжают серию публикаций, посвященных использованию лазерных технологий в офтальмологии. Эта часть касается вопросов лазерной безопасности и нормирования лазерного излучения. В статье приведены основные инструктивно-методические документы по лазерной безопасности, даны основные термины и определения, освещены вопросы экспериментального обоснования пороговых и предельнодопустимых уровней лазерного излучения, сформулированы предложения по совершенствованию вопросов гигиенического нормирования лазерного излучения, дозиметрического контроля на рабочих местах, пути оптимизации системы лазерной безопасности в медицине, в частности в офтальмологии.
ф Ключевые слова: лазерное излучение; классы безопасности лазеров; дозиметрический контроль; предельно допустимые уровни; повреждающие уровни; спектрально-энергетические характеристики; нормативные документы.
введение
Использование лазерных технологий в офтальмологии позволяет решать самые сложные диагностические задачи, а в комбинации с другими методами лечения способствует достижению высоких функциональных и косметических исходов заболеваний и травм органа зрения. Ведь офтальмология относится к тем областям медицины, специалисты которой, с момента открытия принципа генерации лазерного излучения до настоящего времени, активно участвовали в научных исследованиях, испытаниях лазерных приборов, широком внедрении лазерных методов диагностики и лечения в практику. Офтальмолог, использующий в своей работе лазерное излучение, должен уверенно себя чувствовать в выборе параметров воздействия для решения конкретной клинической задачи и применять для прогноза результатов такие понятия, как длина волны, продолжительность и частота следования импульсов, плотность потока мощности, энергетическая экспозиция, отражение, поглощение и рассеяние излучения, безопасные, подпороговые и повреждающие уровни воздействий и многие другие. Только глубокое знание этих характеристик позволяет придать лазерному лечению обоснованность и фундаментальность. Широко используемая в различных отраслях медицины лазерная терапия требует понимания механизма взаимодействия с живым организмом низкоинтенсивного излучения, оказывающего
воздействие на биофизические и биохимические процессы в нем. Хроническое воздействие низкоинтенсивных факторов физической природы и сопутствующих генерации излучения неизмеряе-мых воздействий относятся к неблагоприятным условиям производственной среды. Они требуют гигиенической идентификации, метрологического сопровождения, разработки мер профилактики и коррекции неблагоприятных эффектов воздействия.
Особо важное значение при расширении сферы применения лазерного излучения имеет правильная организация труда и точное выполнение требований ГОСТов, Санитарных правил и норм (СанПиНов), ведомственных приказов и других инструктивно-методических документов, которые бы обеспечили безопасность применения этого фактора как для врача, так и для пациента. Помимо этого, понимая особую восприимчивость органа зрения к оптическим воздействиям, специалист также должен быть широко осведомлен в общих вопросах лазерной безопасности.
Это связано с тем, что лазерное излучение различных длин волн способно при случайном или осознанном нарушении правил эксплуатации лазерных установок причинить вред, иногда непоправимый. Кроме очевидной возможности потери зрения при облучении глаз лазерным излучением (прямым, зеркальноотраженным или диффузно-рассеянным), существует опасность получения
1 Продолжение. Начало (Часть I) в журнале «Офтальмологические ведомости» № 4, 2010 г.
травм, ожогов, отравлений, функциональных изменений в нервной, сердечно-сосудистой системах, изменений психики врача и/или больного. Существует также возможность скрытых нарушений с отдаленными последствиями, связанных с поглощением тканями лазерного излучения.
Именно поэтому коллектив авторов считает целесообразным посвятить данную статью состоянию проблемы безопасности и нормирования лазерного излучения.
основные аспекты взаимодействия лазера с биологическими тканями
Лазерное излучение, поглощаясь биологическими тканями, вызывает их функциональные или органические изменения. Исследования показали, что биологическое действие лазеров зависит от параметров лазерного излучения и во многом определяется физическими свойствами и анатомо-физиологическими особенностями облучаемого объекта [1, 3].
Развитие некоторых неблагоприятных биологических явлений может происходить с определенной временной задержкой, при этом доза облучения может быть существенно ниже порогового уровня. Высказывались предположения о возможности кумуляции поглощенного лазерного излучения и развития хронической «лазерной болезни», протекающей с преимущественными проявлениями астеноневротической симптоматики и существенным снижением работоспособности, основанные на наблюдениях за лицами, в течение длительного срока эксплуатирующих лазеры с излучением низкой интенсивности [9].
С целью более детального изучения вопроса лазерной безопасности и для выявления начальных признаков патологических изменений в органе зрения, обусловленных воздействием лазерного излучения, в ряде исследований применялись клинические, биохимические и морфологические методы [4, 16]. Диагностическая ценность различных методов имеет значительные вариации. Например, проводилось сравнение сроков выявления фотодегенерации сетчатки при исследовании реакции наружных слоев сетчатки на повреждающее действие света [7, 10, 11] разными методами. Так, на электронно-микроскопическом уровне начальные признаки патологии определялись на 2-е сутки после воздействия, гистологическим методом — на 20—30-е сутки, офтальмоскопически — к концу 2-го месяца наблюдения. Морфологические изменения в пигментном эпителии и фоторецепторах сетчатки, обусловленные лазерными излучениями с субпороговыми значениями энергии, не вызыва-
ющими офтальмоскопически определяемой коагуляции, по-видимому, имеют ряд общих признаков с наблюдаемыми при световых повреждениях глаз [10, 14]. Однако при воздействии лазеров происходит более сложное взаимодействие излучения с тканями, включающее, кроме фотодегенерации, также термохимические, акустические и другие механизмы [8, 13]. Особенности ультраструктурной картины таких повреждений мало изучены. Наименее исследована реакция синаптических контактов нейронов сетчатки на лазерное излучение. Вместе с тем известно, что при световых повреждениях синапсы сетчатки в ранние сроки подвержены деструктивным изменениям [10].
В качестве наиболее ранних изменений, развивавшихся после воздействия лазерных и высокоинтенсивных световых излучений в структурах глаз и других органов на субклеточном уровне, разные авторы рассматривали изменения эндоплазмати-ческого ретикулума и митохондрий, апикальных отростков и микроворсинок клеток пигментного эпителия (ПЭ) [7], а также мембран внутриклеточных органелл, реакция которых на лазерное воздействие проявлялась в возникновении атипичных мембранных структур и миелиноподобных включений [4]. Отмечено, что вопросы дальнейшего развития этих изменений на субклеточном и клеточном уровнях нуждаются в дополнительных исследованиях, так как исходы, к которым они приводят, до конца не ясны.
Чтобы более полно представлять себе процесс взаимодействия энергии лазерного излучения с тканью, необходимо разобраться в оптических и термических свойствах тканей. Оптические свойства (пропускание, поглощение и рассеяние) взаимосвязаны с длиной волны, а термические (теплопроводность) в наибольшей степени проявляются в зависимости от длительности воздействия. Длина волны определяет глубину проникновения излучения в ткани, которая может быть измерена в метрических единицах — микрометрах, миллиметрах, сантиметрах. Необходимо учитывать, что интенсивность излучения вследствие его поглощения уменьшается, как правило, по экспоненциальному закону.
Величина, обратная пропусканию, называется поглощением и может быть выражена в виде коэффициента поглощения (К). Коэффициент поглощения выражается в см-1.
Поглощение излучения тканями определяется наличием хромофоров — молекул, поглощающих излучение. Процесс поглощения УФ излучения ведет к ионизации молекул, разрыву ковалентных связей и образованию свободных радикалов, для
ИК-излучения характерны тепловые процессы: колебания и вращение молекул.
Следует отметить, что наилучшим хромофором для излучения всех длин волн является пигмент меланин. Другие пигменты, имеющиеся в тканях глаза — окисленный и восстановленный гемоглобин, миоглобин, ксантофил — хорошо пропускают излучение одноименного или близкого цвета и поглощают излучение дополнительных цветов.
Молекулы воды являются хорошими хромофорами для короткого ультрафиолетового (УФ), а также среднего и дальнего инфракрасного (ИК) диапазонов. В белках поглотителями УФ-излучения служат различные аминокислоты. Для длин волн до 300 мкм хромофорами в составе нуклеиновых кислот являются ароматические и гетероциклические кольца азотистых оснований.
Рассеяние в тканях зависит от длины волны лазерного луча, а точнее от степени его поглощения. Для излучения с высокой степенью поглощения (К = 100 — 1000 см-1), которое генерируют, например, эксимерные, эрбиевый, фтороводородный и углекислотный лазеры, рассеяние играет подчиненную роль. Для излучения ближнего ИК-диапазона, от 2 до 8 мм, проникающего в средне-пигментированные ткани, доминирует рассеяние. Для света других длин волн (преимущественно видимого диапазона) как поглощение, так и рассеяние играют значительную роль.
Условно структуры глаза по оптическим свойствам можно разделить на три группы:
• пигментированные, содержащие меланин ткани глазного дна, цилиарного тела и радужки;
• непрозрачные для видимого света ткани склеры, мышц, не содержащие или почти не содержащие меланина;
• оптические среды, состоящие из воды на 99 %. Величины поглощения и пропускания для этих
трех групп во всем оптическом спектре представлены на рисунке 1. Из графика видно, что наибольшим коэффициентом поглощения для всех длин волн обладает меланин, в то же время для ближнего ИК-диапазона его поглощение минимально в сравнении с другими областями спектра (рис. 2 а). Таким образом, хотя при воздействии на меланиносодержащие ткани отмечается наибольшее поглощение ими излучения всех диапазонов, следует выделить ближний ИК-диапазон излучения, которое в сравнении с остальными обладает способностью проникать относительно глубоко даже при сильной пигментации тканей. Для следующей группы тканей, условно имеющих «среднюю» степень пигментации, можно отметить, что поглощение по сравнению с меланинсодержащими
тканями, в общем, уменьшается во всех диапазонах (рис. 1, 2 б). Однако здесь также выделяется ближний ИК-диапазон как наиболее глубоко проникающий. Высокое поглощение в УФ-диапазоне обусловлено белками и водой, в среднем и дальнем ИК-диапазоне — преимущественно водой. Поглощение видимого света значительно (такие ткани непрозрачны для видимого света) с постепенным его уменьшением при смещении в длинноволновую область.
Наконец, состоящие в значительной части из воды прозрачные оптические среды закономерно лучше всех пропускают видимый свет, несколько хуже, но также достаточно хорошо — длинноволновый УФ и ближний ИК-спектр (рис. 1, 2). Поглощение водой значительно и составляет микрометры для коротковолнового УФ-излучения, миллиметры — для среднего ИК и микрометры — для дальнего ИК-диапазонов.
Все лазерные методики лечения в офтальмо-хирургии базируются на свойствах поглощения-пропускания различных длин волн этими тремя группами тканей, а также на использовании основных и дополнительных цветов окрашенных тканей. Например, выбор ближнего ИК-диапазона для транссклерального воздействия на цилиарное тело определяется наилучшим пропусканием его склерой и достаточно высоким поглощением пигментом цилиарных отростков. «Желтый» лазер в наименьшей степени поглощается мутным хрусталиком, имеющим желтоватый цвет, и он с успехом может быть использован для коагуляции структур глазного дна при начальной катаракте. Пик поглощения гемоглобином зеленых длин волн определяет возможность коагуляции кровеносных сосудов.
При сочетании же длительности воздействия, мощности и температуры можно получить различные конечные эффекты: термотерапия, коагуляция, вапоризация, карбонизация, фоторазрывы.
нормативные требования по лазерной безопасности
Именно понимание конечных итогов воздействия лазера на биологические ткани и обусловливает актуальность совершенствования системы лазерной безопасности при применении лазеров медицинского назначения. В нашей стране на базе проведенных комплексных исследований и современных представлений о влиянии лазерного излучения на организм человека разработан и утвержден ряд нормативных документов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию лазеров [5, 16]. Эти документы устанавливают единую систему обеспечения лазерной безопасности. В такую систему
1000 100 10 1 0,1 0,01 0,001 0,0001
1
1
Рис. 1. Спектры поглощения воды, белка и меланина
10,0
7,5 5,0 2,5
0,193 0,154 0,64 0,81 1,064 1,32 2,09 2,94 10,6
10,0
S
= 7,5
S I
Л ^
= 5,0
О ^
(V
Ü 2,5
п
0,193 0,154 0,64 0,81 1,064 1,32 2,09 2,94 10,6
10,0
7,5
5,0
2,5
И
белок 'меланин ■ вода
0,193 0,154 0,64 0,81 1,064 1,32 2,09 2,94 10,6
Рис. 2. Глубина пропускания излучения некоторых длин волн различными тканями: меланиносодержащими (А), сред-непигментированными (Б) и водой (В)
входят технические средства снижения уровней опасных и вредных производственных факторов, организационные мероприятия,контроль условий труда на лазерных установках. В целях предупреждения неблагоприятного влияния лазерного излучения на человека в России введена система санитарных (организационных и технических, то есть коллективных) мероприятий, одной из составных частей которой является контроль уровней лазерного излучения. Эти уровни не должны превышать значений, установленных в качестве гигиенических нормативов [12, 13].
К нормативным документам по лазерной без-апасности относятся СанПин 5804-91 и ГОСТ 12.1.040-83, а также ГОСТ 50723-94. Данные документы регламентируют:
• предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180 — 105 нм при различных условиях воздействия на человека;
• классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения;
• требования к устройству и эксплуатации лазеров;
• требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест;
• требования к персоналу;
• контроль за состоянием производственной среды;
• требования к применению средств защиты;
• требования к медицинскому контролю.
Так, согласно СанПин, лазерная безопасность — это совокупность технических, санитарно-гигиенических, лечебно-профилактических и организа-
А
0
б
0
в
0
ционных мероприятий, обеспечивающих безопасные и безвредные условия труда персонала при использовании лазерных изделий.
Нормативные документы также регламентируют термины и определения, необходимые для свободного ориентирования в сфере лазерного воздействия и безопасности. Ниже приведем некоторые из них.
• Длительность воздействия (облучения) — длительность импульса, серии импульсов или непрерывного излучения, попадающего на тело человека.
• Диффузно отраженное лазерное излучение — излучение, отраженное от поверхности, соизмеримой с длиной волны, по всевозможным направлениям в пределах полусферы.
' Дозиметрия лазерного излучения — комплекс методов определения значений параметров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности для организма человека.
• Закрытые лазерные установки — установки с экранированным пучком лазерного излучения, при работе которых исключено воздействие на человека лазерного излучения любых уровней.
• Зеркально отраженное лазерное излучение — излучение, отраженное под углом, равным углу падения.
• Коэффициент пропускания — отношение потока излучения, прошедшего сквозь тело, к потоку излучения, упавшего на него.
• Лазерная опасная зона (ЛОЗ) — часть пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает предельно допустимый.
• Лазерное безопасное расстояние для глаз — наименьшее расстояние, на котором энергетическая экспозиция (энергия) не превышает ПДУ для глаза.
• Открытые лазерные установки — установки, конструкция которых допускает выход излучения в рабочую зону.
• Предельно допустимые уровни лазерного излучения при однократном воздействии — уровни излучения, при воздействии которых существует незначительная вероятность возникновения обратимых отклонений в организме работающего. То же относится к предельной однократной суточной дозе излучения в диапазоне от 180 до 380 нм [1].
• Предельно допустимые уровни лазерного излучения при хроническом воздействии — уровни излучения, воздействие которых при работе установленной продолжительности в
течение всего трудового стажа не приводит к травме (повреждению), заболеванию или отклонению в состоянии здоровья работающего в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.
• Рабочая зона — пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся рабочие места постоянного или временного пребывания работающих.
• Рассеяние — изменение пространственного распределения пучка лучей, отклоняемых во множестве направлений поверхностью или средой без изменения длины волны излучения.
• Рассеянное лазерное излучение — излучение, рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит излучение.
• Хроническое воздействие лазерного излучения — систематически повторяющееся воздействие, которому подвергаются люди, профессионально связанные с лазерным излучением. Лазерные приборы, используемые в офтальмологии, относятся к группе лазеров, применяемых в закрытых помещениях. Помимо этого подразделения существует деление лазеров по классам опасности в зависимости от мощности и некоторых других параметров.
Согласно ГОСТ и СанПин, основой классификации лазеров по степени опасности явилась их потенциальная способность причинять повреждения глазам и коже человека.
Классификация лазеров по степени опасности служит для того, чтобы предупредить пользователя о конкретной опасности. Для этого могут быть использованы соответствующие знаки, указывающие таблички. Знание пользователями класса опасности лазера является основой для определения мер защиты, контроля, медицинского наблюдения за состоянием здоровья персонала, работающего с лазерами. Класс лазера устанавливается разработчиком и указывается в паспорте (формуляре), технических условиях, эксплуатационной, ремонтной, технической и рекламной документации.
За определение класса лазера (лазерного изделия и лазерной установки) ответственность несет предприятие-разработчик.
нормативная характеристика лазеров по степени опасности
Класс 1. Лазеры класса 1 считаются «безопасной для глаза», безрисковой группировкой. Большинство лазеров, полностью изолированных от человека, относятся к классу 1. Для лазеров данного класса не требуется никаких мер безопасности. Сюда могут быть отнесены диагностические и физиотерапевтические лазеры, базирующиеся на
использовании низкоинтенсивного лазерного излучения, энергетические параметры которого намного ниже предельно допустимых уровней.
Класс 2. К классу 2 относятся видимые лазеры, испускающие излучение очень низкой мощности, которое не будет опасным, даже если вся мощность луча попадет в человеческий глаз и сфокусируется на сетчатке. Естественная реакция отвращения к рассматриванию источников очень яркого света защищает глаз от повреждений сетчатки, если энергии, попадающей в него, недостаточно для причинения сетчатке ущерба во время действия этой реакции. Реакция отвращения состоит из мигательного рефлекса (приблизительно 0,16—0,18 секунд), поворота глаз и движения головы при воздействии столь яркого света. Современные стандарты безопасности, в интересах охраны здоровья, определяют реакцию отвращения как длящуюся 0,25 секунд. Таким образом, лазеры класса 2 имеют выходную мощность луча 1 милливатт (тМ) или меньше, что соответствует допустимому лимиту экспозиции в 0,25 секунд. Примерами лазеров класса 2 являются лазерные указки и некоторые регулировочные лазеры.
Некоторые стандарты безопасности также включают в себя подгруппу класса 2, называемую «Класс 2А». Лазеры класса 2А не опасны для рассматривания их до 100 секунд (например, большинство лазерных сканеров, использующихся в торговых точках — кассах супермаркетов).
Класс 3. Выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением. Лазеры класса 3 создают опасность для глаз, поскольку реакция естественного отвращения недостаточно быстра, чтобы ограничить экспозицию сетчатки безопасным в данный момент уровнем. В условиях случайной экспозиции опасности для кожи обычно не возникает.
Класс 3А. Лазеры и лазерные системы, которые обычно не представляют опасности, если смотреть на лазер невооруженным взглядом только на протяжении кратковременного периода. Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на них через оптические инструменты (бинокль, телескоп).
Класс 3В. Лазеры и лазерные системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча.
Примерами лазеров класса 3 являются многие исследовательские лазеры и военные лазерные
дальномеры, многие лазерные регулировочные и геодезические инструменты.
Класс 4. Выходное излучение представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диф-фузно отражающей поверхности. Лазеры класса 4 могут создать потенциальную опасность пожара, значительную опасность для кожи или опасность рассеянного отражения. Фактически, все хирургические лазеры и лазеры для обработки материалов, использующиеся для сварки и резки, если они не закрыты защитной оболочкой, относятся к классу 4. Все лазеры со средней выходной мощностью более 0,5 Вт также относятся к классу 4. Сюда относятся лазеры, работающие в длинноволновом спектре инфракрасного излучения. Если более мощный лазер класса 3 или 4 полностью закрыт защитной оболочкой, преграждающей путь опасной лучистой энергии, то вся система может быть отнесена к классу 1. Более опасный лазер внутри корпуса называется встроенным лазером.
Для обеспечения лазерной безопасности требуется точно установить конкретные значения предельно допустимых уровней энергетических параметров лазерного излучения (ПДУ) с учетом условий работы.
Величины ПДУ лазерного излучения должны быть указаны в инструкции по охране труда, протоколе дозиметрического контроля лазерного излучения на рабочем месте, разрешающих эксплуатацию документах(акте, санитарном паспорте, заключении о классе условий труда с лазером при аттестации рабочих мест по условиям труда).
Санитарные нормы СанНиП 5804-91 устанавливают два вида ПДУ лазерного излучения лазеров 1—4 классов опасности: ПДУ1 — при однократном или в течение рабочего дня и ПДУ2 — при хроническом или в течение трудового стажа облучении.
Нормируемыми параметрами, на которые в СанНиП 5804-91 установлены ПДУ, являются энергетическая экспозиция НПДУ, облученность ЕПДУ, энергия WПДУ и мощность РПДУ.
В отличие от СанНиП 5804-91 (но по аналогии с зарубежными стандартами) в ГОСТ Р 50723-94 устанавливаются другие нормы лазерной безопасности: допустимые пределы излучения (ДПИ) или максимально возможные уровни выходной мощности (энергии) [1]. ДПИ установлены для лазерных изделий классов 1, 3А, 3Б в зависимости от длины волны и длительности излучения. Величины ДПИ для различных диапазонов длин волн задаются в Вт, Дж, Вт/м2, Дж/м2.
нормативные требования по безопасной эксплуатации лазерного оборудования
При работе с лазерами в закрытых помещениях персоналу чаще всего приходится сталкиваться с отраженным и рассеянным излучением всех оптических элементов, служащих для формирования выходного излучения.
Отраженные от зеркальной поверхности (стен, стекол зданий, мишени) лучи так же опасны, как и прямые лучи. Если отражающая поверхность не плоская, а выпуклая или вогнутая, то опасность попадания диффузно рассеянного излучения в глаз зависит от выходной энергии лазера, взаимного расположения наблюдателя и отражателя и может меняться в очень широких пределах. Воздействие отраженного излучения значительно ослабляется экранированием, рациональным расположением рабочи х мест и мерами ли чной безопасности.
Потенциальную опасность (вредность) представляет собой облучение глаз и кожи лазерным излучением (видимым, невидимым, непрерывным, импульсным, отраженным, преломленным, диффузно рассеянным). Кроме того, для обслуживающего персонала может представлять опасность воздействие других вредных факторов.
В связи с этим очень важным является правильная организация рабочего места и соблюдение всех норм и правил по работе с лазерными устройствами.
Для надежной защиты от вредных и опасных факторов пользователи должны решать вопросы правильной организации рабочих мест с лазерами, оборудования помещений, оснащения их средствами индивидуальной и коллективной защиты в зависимости от класса опасности лазера, наличия других излучений.
Высокочастотные установки, разработанные и приобретенные, подлежат регистрации в Центральном государственном санитарно-эпидемическом надзоре (ЦГСЭН), если мощность на нагрузочном устройстве превышает 5 кВт.
ЦГСЭН дает письменное разрешение на размещение, монтаж, эксплуатацию после рассмотрения представленного плана размещения оборудования и других документов.
К каждому лазерному оборудованию должен обязательно прилагаться санитарный паспорт, в котором указываются основные технические характеристики и параметры лазера, характеристики источника питания, вредные и опасные факторы, сопутствующие работе установки, меры защиты, ПДУ лазерного излучения на рабочем месте и ряд других аспектов.
Пользователь должен обратить внимание на то, что все лазерные изделия должны иметь маркировку в виде предупреждающих надписей, пояснительных знаков, укрепленных или нанесенных на видных местах лазера, технологической кабины, кожуха, дверях помещений. Если размеры конструкции малы и не позволяют прикрепить знак или надпись, они должны быть внесены в паспорт.
технические мероприятия по безопашсти
• Лазеры необходимо устанавливать таким образом, чтобы излучение было направлено в наименее посещаемое место.
• Каждый лазер должен быть заключен в корпус, исключающий возможность выхода лазерного излучения любой длины волны в каком-либо месте, кроме лазерной апертуры. Корпус должен быть закреплен таким образом, чтобы для его снятия требовалось применение специальных инструментов.
• Для исключения возможности облучения персонала лазерным излучением, отраженным от линз, призм и других твердых предметов с зеркальной поверхностью, на пути луча должны устанавливаться бленды.
• В бинокулярных системах наблюдения за технологическим процессом требуется защищать глаза от излучения специальными светофильтрами, диафрагмами. В приспособлениях для визуальной юстировки рекомендуется монтировать защитные фильтры.
• Корпуса лазеров должны быть оснащены знаками предупреждения об опасности. Знаки должны быть надежно укреплены, хорошо видны во время работы, ремонта или обслуживания и при этом располагаться так, чтобы надписи можно было прочитать, не подвергая персонал облучению. Тексты надписей должны быть хорошо видны через защитные очки. Одной из форм самозащиты врача является применение защитных очков. Они являются обязательной мерой защиты глаз, если существует возможность или необходимость наблюдения прямого, зеркально отраженного или диффузно рассеянного излучения. Необходимо использовать защитные очки, имеющие сертификат соответствия для использования при соответствующей мощности и длине волны. Выбор защитных очков должен проводиться с учетом многих факторов: длина волны или длины волн излучения; энергетическая экспозиция или облученность; ПДУ излучения, максимально допустимый уровень облучения (МДУ); оптическая плотность очков на длине волны излучения; их способно-
сти пропускания видимого света; способности совмещения с медицинскими очками; возможности проведения периферийного обзора. Защитные очки должны соответствовать [5, 16] и плотно прилегать к лицу, не иметь механических повреждений. Для длины волны лазерного излучения 1,06 мкм рекомендуется использовать защитные очки с сине-зелеными стеклами или специальными пластмассами. Для 10,6 мкм — бесцветное или безосколочное стекло. Для 0,4 мкм — можно пользоваться цветными органическими стеклами. Здесь необходимо обратить внимание на такую деталь, что большинство пользователей лазерного оборудования пренебрегают данным пунктом безопасности, так как очки затрудняют контроль за состоянием пациента и оборудования. Работа в очках под прямым излучением запрещена.
требования к безопасности при наблюдении за лучом лазера в зависимости от класса опасности
Класс 1. Наблюдение во время работы за лучом лазера — безопасно.
Класс 2. Меры предосторожности требуются только при непрерывном наблюдении прямого пучка лазерного изделия. Мгновенная (0,25 с) экспозиция, которая может произойти в аварийной ситуации, опасной не считается, однако следует помнить, что человек лишен возможности рефлекторной самозащиты от попадания инфракрасного (невидимого) излучения в глаз. Лазерный пучок нельзя направлять на людей на высоте головы намеренно. Необходимо исключать воздействие зеркального лазерного излучения. Для защиты от диффузного отражения необходимо применять средства защиты.
Класс 3А. Меры предосторожности те же, что и для класса 2. Необходимо принимать меры, исключающие непосредственное наблюдение пучка. Длительное наблюдение опасно. Опасно также зеркальное отражение пучка. Необходимо принимать меры предосторожности, чтобы пучок не попадал на плоские зеркально отражающие поверхности.
Класс 3B. Для того чтобы избежать непосредственного наблюдения пучка, лазер должен работать только в контролируемой зоне. Нельзя допускать возможных случайных зеркальных отражений (не вносить блестящих предметов, колец, часов и др.). В конце полезной траектории пучок следует ограничивать экраном.
Класс 4. Выходное излучение лазера представляет опасность при облучении кожи диффуз-но отраженным излучением на расстоянии 10 см
от диффузно отражающей поверхности, создают опасное рассеянное излучение.
К работе с лазерными изделиями допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие курс специального обучения и проверку знаний на рабочем месте по лазерной безопасности, ознакомленные с установкой, обеспеченные средствами индивидуальной защиты а также лица, прошедшие предварительный медосмотр и не имеющие следующих медицинских противопоказаний:
• хронические рецидивирующие заболевания кожи;
• острота зрения: понижение остроты зрения — ниже 0,6 на одном глазу и ниже 0,5 — на другом (острота зрения определяется с коррекцией). Допускаются следующие пределы аномалий рефракции, на худшем глазу: близорукость не более 6,0 Д, при нормальном глазном дне — до 10,0 Д; дальнозоркость в зависимости от коррекции — до 6,0 Д; сложный миопический и гиперметропический астигматизм в меридианах наибольшего преломления не более 3,0 Д; простой миопический, простой гиперметропи-ческий астигматизм не более 3,0 Д;
• катаракта.
Персонал, связанный с обслуживанием и эксплуатацией лазеров, должен проходить предварительные и периодические медицинские осмотры. Периодичность осмотров — 1 раз в год. Обязательно участие врачей-специалистов: терапевт, невропатолог, офтальмолог, дерматовенеролог, акушер-гинеколог.
Лабораторные и функциональные исследования: эритроциты, тромбоциты, лейкоцитарная формула, ЭКГ.
При неблагоприятных условиях лазерное излучение может привести к повреждению глаза. Степень тяжести и характер повреждения зависят от длины волны излучения, его энергии, длительности воздействия и других условий.
Воздействие ультрафиолетового (от 180 до 315 нм) или инфракрасного (1400-10(6) нм) лазерного излучения может привести к повреждению роговицы.
Воздействие лазерного излучения видимого (380-780 нм) или ближнего инфракрасного (780-1400 нм) диапазонов спектра может вызвать повреждение сетчатки.
При повреждении роговицы появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, гиперемия слизистых век и глазного яблока, их отек, отек эпителия роговицы и эрозии. Тяжелые повреждения роговицы сопровождаются помутнением влаги передней камеры.
При повреждении сетчатки легкой степени на глазном дне наблюдается небольшой участок отека сетчатки. В тяжелых случаях имеется участок некроза сетчатки, разрыв ее ткани. Эти повреждения сопровождаются кровоизлиянием в сетчатку и стекловидное тело.
Первая помощь при повреждении роговицы заключается в наложении стерильной повязки на пострадавший глаз и направлении пострадавшего в глазной стационар.
При работе с лазерным излучением опасности подвергаются также открытые участки тела — кожные покровы. Следует учитывать, что энергия мощного лазерного излучения способна воздействовать на кожу и через некоторые текстильные материалы. Кроме того, существует возможность возгорания одежды при контакте с пучком лазерного излучения.
Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление). При контакте с лазерным излучением появляется ощущение тепла или боли. Интенсивность боли зависит от распространенности очага поражения кожных покровов. Повреждение кожи энергией лазерного излучения ультрафиолетового диапазона спектра (нетепловые уровни энергии) может происходить без возникновения каких-либо ощущений.
Характер поражения кожи при воздействии лазерного излучения аналогичен термическим ожогам. В зависимости от уровня воздействовавшей энергии на поверхности кожи может появиться эритема, участок побледнения (коагуляционный некроз), сухие и влажные пузырьки (отслойка роговых чешуек и всего эпидермиса), зона обугливания верхних слоев кожи, воронкообразное углубление (при сфокусированном пучке).
Рекомендации по проведению офтальмологических осмотров лиц, работающих с лазерами: Обязательные методы исследования:
• проверка остроты зрения;
• наружный осмотр глазного яблока с оценкой чувствительности роговицы.
При медикаментозно расширенных зрачках:
• исследование преломляющих сред глаза;
• исследование глазного дна. Дополнительные методы исследования:
• исследование поля зрения по показаниям;
• измерение внутриглазного давления:
а) при наличии жалоб, подозрительных на глаукому, независимо от возраста обследуемого;
б) лицам в возрасте 40 лет и старше;
в) при указании на глаукому в семейном анамнезе, начиная с 35 лет.
• биомикроскопия хрусталика;
• исследование изменений глазного дна в бескрасном свете;
• фотографирование изменений глазного дна (по возможности).
Раннее выявление тех или иных начальных изменений позволит начать своевременное лечение, а также обеспечит выполнение профилактических мероприятий.
И в конце приведем пример, как происходит нормирование лазерного излучения в определенном диапазоне длин волн.
Вначале для ряда длин волн опытным путем были получены предельно допустимые уровни (ПДУ) облучений. Позднее на основе изучения процессов тепло-массо-обмена в глазных средах были созданы достаточно сложные математические модели взаимодействия излучения с многослойными структурами глаза. Эти работы проводились как у нас в стране [2, 6], так и за рубежом [17, 18, 19].
нормирование лазерного излучения в диапазоне длин волн 0,2-0,35 мкм
В основе выработки ПДУ для любого излучения лежит, как известно, представление о пороговой плотности энергии (или мощности) излучения, воздействующего на критический орган или ткань. Однако такой подход при исследовании действия УФ-излучения создает определенные трудности. Они связаны частично с тем, что УФ-излучение является мощным биологическим фактором, характеризующимся весьма разнообразными медико-биологическими эффектами. Действие УФ-излучения достаточно большой мощности вызывает острую, быстро развивающуюся картину со стороны глаз человека: так называемую офтальмию. Но длительное воздействие низкоинтенсивного УФ-излучения, которое может даже не вызывать никаких заметных непосредственных острых реакций, приводит к развитию злокачественных опухолей, вызывает нарушение эндокринной системы, обмена веществ и другие неблагоприятные изменения в организме [6].
При определении пороговых и допустимых уровней УФ-излучения необходимо учитывать и эффект кумуляции.
Говоря о пороговых дозах энергии, необходимо помнить и о том, что величина порога зависит также и от применяемых методов регистрации эффектов воздействия излучения. Чем более
Таблица 1
Пороговые плотности энергии и относительная спектральная эффективность УФ-излучений разной длины волны для глаза человека по критерию фотокератита
Длина волны, мкм Пороговая доза излучения, мДж/см 2 Относительная спектральная эффективность, S
0,205-0,215 — —
0,215-0,225 10 0,24
0,225-0,235 13 0,31
0,235-0,245 7,6 0,53
0,245-0,255 8 0,5
0,255-0,265 7,5 0,53
0,265-0,275 4 1,0
0,275-0,285 5,9 0,68
0,285-0,295 7 0,57
0,295-0,305 7 0,57
0,305-0,315 14 0,29
0,315-0,325 — —
чувствительна методика, тем меньше получается и значение пороговой плотности энергии (мощности). Поэтому при выборе предельно допустимых уровней облучения обычно поступают следующим образом. Выбирают критический орган (например, глаз) и определяют критерий поражения (например, повреждение эпителия роговицы). На основании этих предположений устанавливают плотность энергии излучения, приводящую в 50 % случаев к изменению критического органа по данному критерию. Полученную величину плотности энергии умножают на некоторый коэффициент Ь, называемый коэффициентом безопасности или гигиенического запаса, и получают в итоге ПДУ лазерного излучения. Значение коэффициента запаса обычно принимается равным 0,1. Считается, что это позволяет гарантировать безопасность обслуживающего лазеры персонала. Полученная таким образом величина ПДУ проверяется на практике. Однако применительно к УФ-излучениям нельзя считать надежно установленным, что необходим именно десятикратный «запас прочности». В результате проделанной разными авторами работы сейчас имеются несколько предложений по нормированию ПДУ для УФ-излучений. Так, пороговые плотности энергии УФ-излучения разной длины волны, а также их относительная спектральная эффективность для глаза человека получены в работе [20] и приведены в таблице 1.
Приведенные нормы, которые были введены в действие в 1982 г., очевидно, требуют уточнения. При их анализе обращает на себя внимание то обстоятельство, что весьма низкие значения ПДУ невозможно измерять из-за отсутствия соответствующих приборов.
НОРМИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН 2,0-4,0 МКМ
Рассматривая отечественные ПДУ [15], можно указать, что для длительности импульса 10 с плотность энергии излучения не должна превышать 40 Дж/см2. При этом производится учет длины волны излучения при помощи поправочного коэффициента.
Нужно отметить, что наиболее перспективные химические и твердотельные лазеры генерируют излучение в спектральном диапазоне длин волн 2—4 мкм, которые характеризуются максимальным поглощением излучения в воде и, соответственно, в содержащих воду биологических тканях. Это обеспечивает как высокую степень концентрации энергии в зоне облучения, так и минимальное поражение соседних участков. Данная характерная особенность указанного спектрального диапазона никак не отражена в ныне действующих нормативных документах, хотя коэффициент поглощения тканью излучения с длиной волны 2,8 мкм в 20 раз больше, чем на длине волны 10,6 мкм [20].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Орган зрения и кожа являются критическими в отношении возможности случайного их повреждения при нарушениях правил эксплуатации лазерных приборов. Для исключения таких драматических ситуаций из профессиональной деятельности специалиста, работающего с лазерными излучателями, совершенно необходимо хорошо ориентироваться в общих вопросах лазерной безопасности. Безопасность работ основана на системе режимно-ограничительных и организационно-технических мероприятий, выработанных в процессе научных
56
обзоры
исследований с учетом особенностей влияния лазерного излучения на организм человека и сформулированных санитарных норм и правил работы с ним. Такие документы постоянно разрабатывались и обновлялись в нашей стране и за рубежом в связи с новыми научными достижениями в области создания лазерных систем и изучением эффектов лазерных воздействий, оказываемых на ткани-мишени.
Несмотря на большое количество нормативных документов, на практике, к сожалению, зачастую происходит пренебрежение правилами безопасности и несоблюдение необходимых требований при работе с лазерными установками, в том числе и из-за неосведомленности медицинских работников в этой сфере деятельности. Надеемся, что эта публикация поможет некоторым коллегам более осознанно взглянуть на проблему безопасности при эксплуатации лазерной техники и повысить степень контроля за соблюдением правил и стандартов.
ПДУ в спектральном диапазоне 2—4 мкм не в полной мере обеспечивают необходимую безопасность и требуют уточнения в эксперименте. Данную проблему авторы статьи планируют рассмотреть в своих последующих публикациях.
Продолжение следует.
список литературы
1. Ахметзянов И. М, Новиков С. А., Бойко Э. В., Пирожков В. И., Зеленцов И. В. Гигиенические аспекты лазерной безопасности в медицине / Под ред. В. И. Свидового. — СПб. : Изд-во СПб ГМА им. И. И. Мечникова, 2005. — 83 с.
2. Березин Ю. Д., Гудаковский Ю. П., Желтов Г. И. и др. Механизмы действия излучения при лазерной офтальмокоагуляции тканей глазного дна // Применение методов и средств лазерной техники в биологии и медицине. — Киев: Наукова думка, 1981. — С. 212-213.
3. Бойко Э. В. Лазеры в офтальмохирургии: Теоретические и практические основы: Учебное пособие. — СПб., 2003.
4. Виноградов А. Б., Чемурзиева Н. В. Морфологические изменения тканей после воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) в эксперименте (электронно-микроскопическое исследование) // Лазерная и магнитная терапия в экспериментальных и клинических исследованиях: Тез. докл. — Обнинск, 1993. — С. 30-31.
5. ГОСТ 12. 1. 031-81. ССБТ. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения. — М.: Изд-во стандартов, 1984. — 23 с.
6. Желтов Г. И., Глазков В. Н., Линник Л. А. и др. Термохимическая модель расчета предельно допустимых уровней облучения сетчатки в ближнем ИК-диапазоне // Квантовая электроника. — Т. 10, N 8. — 1983. — С. 1684-1685.
7. Зуева М. В., Иванина Т. А. Повреждающее действие видимого света на сетчатку в эксперименте (электрофизиологическое и электронно-микроскопическое исследование) // Офталь-мол. журн. — 1980. — № 4. — С. 48-52.
8. Изучение особенностей повреждающего действия на орган зрения сверхярких источников света (лазерных, полихроматических): Отчет о НИР (заключ.). В 2 кн. / НИИВМ МО РФ; Науч. рук. В. К. Осипович. — Шифр «Излучение»; Инв. № Р-773. — СПб., 1995. — Кн. 2. — 130 с.
9. Крамчек Ф. Введение в физику лазеров. — М.: Мир, 1980. — 540 с.
10. Малиновская И. С. Структурные изменения нервных элементов глаза при комбинированном действии света и ци-клофосфана: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — Томск, 1998. — 20 с.
11. Неворотин А. И. Введение в лазерную хирургию: Учеб. пособие. — СПб: Спецлит, 2000. — 200 с.
12. Новиков С. А, Пирожков В. И., Ахметзянов И. М, Карпин И. М. Проблемы совершенствования лазерной безопасности в Вооруженных Силах // Актуальные проблемы и перспективы развития военной медицины. — СПб., 2004. — С. 58-70.
13. Обоснование перспективных направлений совершенствования лазерной безопасности в Вооруженных силах России: Отчет о НИР / НИИЦ МБЗ ГНИИИВМ; Науч. рук. С. А. Новиков. — Шифр «Сеть-1». — Инв. № 1076. — СПб., 2000. — 136 с.
14. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров (N 2392-81). — М., 1982. — 54 с. 15.
15. Семенов А. Д., Магарамов Д. А. Применение лазера в рефракционной хирургии роговой оболочки // Лазерные методы лечения заболеваний глаз: Сб. науч. трудов / Под ред. С. Н. Федорова. — М.: МНТК «МГ», 1990. — С. 6-12.
16. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров (№ 5804-91) / Московский НИИ охраны труда. — М.: Б. и., 1993. — 94 с.
17. Система стандартов безопасности труда. Лазерная безопасность. Общие положения утв. постановлением Госстандарта СССР от 31 января 1983 г. N 560 (ГОСТ 12. 1. 040-83).
18. Cummins L, Nanenberg M. Thermal effects of laser radiation in biological tissue. // Biophys. J. — 1983. — Vol. 42, N 1. — P. 99-102.
19. Delfino G. etal. Experimental and theoretical temperature profiles in laser irradiation of whole biological specimens. // Lett. Niovo cim. — 1983. — Vol. 38, N 10. — P. 353-358.
20. Kooijman A. C. Light distribution of retina of wide angle theoretical eye. // G. Optical. Soc. Am. — 1983. — Vol. 73, N 11. — P. 1544-1550.
21. Parris J. A. et al. UV-A Biological Effects of ultraviolet Radiation with Emphasis an Human Responses to longwave Ultraviolet / Plenum Pablish Corp. — 1978.
22. Wolbarsht M. L. Laser surgery: CO2 or HF. // IEEE J. of Quantum Electronics. — 1984. — Vol. 20, N12. — P. 1427-1432.
PART II. COMMON ASPECTS OF LASER OPHTHALMOSURGERY. THE STATE OF LASER SAFETY PROBLEM
Onishenko E. S, Alhavi A. A., Kuznetsova N. Y., Novikov S. A.
G Summary. The authors continue a publication series dedicated to laser technologies use in ophthalmology. The present part deals with laser safety and laser radiation rating questions. In the article, main instructive and methodic guidelines on laser safety are cited, main terms and definitions are given, questions of experimental justification of threshold and maximal tolerance laser radiation levels are elucidated, proposals are formulated on refinement of laser radiation hygienic rate setting, radiation control at working places, ways to optimize the system of laser safety in medicine.
G Key words: laser radiation; laser safety classes; radiation control; maximal tolerance levels; damaging levels; spectral-energetic characteristics; normative documents.
Сведения об авторах:
Онищенко Екатерина Сергеевна — клинический ординатор. Ка- Onischenko Ekaterina Sergeevna — MD, resident. Department
федра офтальмологии. СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical University.
197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6-8, корпус 16. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6-8, building 16.
E-mail: katerinaon@mail.ru. E-mail: katerinaon@mail.ru.
Альхамви Альфахам Аммар — аспирант. Кафедра офтальмоло- Alhamvi Alfaham Ammar — MD, aspirant. Department of Oph-
гии. Кафедра офтальмологии СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. thalmology of the I. P. Pavlov State Medical University.
197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6-8, корпус 16. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6-8, building 16.
E-mail: opht-Alfaham@mail.ru. E-mail: opht-alfaham@mail.ru.
Кузнецова Наталия Юрьевна — к. м. н., доцент. Кафедра офталь- Kuznetsova Natalya Yurievna — MD, PhD, assistant professor.
мологии. СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical
197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6-8, корпус 16. University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6-8, build-
E-mail: NUglaz@mail.ru. ing 16. E-mail: nuglaz@mail.ru.
Новиков Сергей Александрович — д. м. н., профессор. Кафедра Novikov Sergey Aleksandrovich — doctor of medical sciences, as-
офтальмологии. СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. sociate professor. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov
197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6-8, корпус 16. State Medical University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy
E-mail: novikov.phd@gmail.com. st., 6-8, building 16. E-mail: novikov.phd@gmail.com.
