Lasersäkerhet Forskningsingenjör Malcolm Latorre Department Biomedical Engineering Regulatoriska krav Strålskyddslag SFS 1988:220 med ändringar t.o.m. SFS 2000:1287 1 Syftet med denna lag är att människor, djur och miljö skall skyddas mot skadlig verkan av strålning. 2 Lagen gäller såväl joniserande som icke-joniserande strålning. Med joniserande strålning avses gammastrålning, röntgenstrålning, partikelstrålning eller annan till sin biologiska verkan likartad strålning. Med icke-joniserande strålning avses optisk strålning, radiofrekvent strålning, lågfrekventa elektriska och magnetiska fält och ultraljud eller annan till sin biologiska verkan likartad strålning Arbetsmiljöverkets föreskrifter om artificiell optisk strålning, AFS 2009:7 (och ändringar, AFS 2014:8). Användning av ljus inom medicinen Diagnostisk användning av ljus Medical infrared imaging Contrast microscopy Blood gas analysis Temperature Spectral imaging Fluorescent imaging Ballistic photon imaging Optical coherence tomography Multiphoton imaging Optoacoustic imaging Blood flow Confocal microscopy Terapeutisk användning av ljus Fotofysikaliska Behandling av vattenkoppor Värme (infrrött ljus) Fotokemisk Oxygen radikaler Tumörbehandling Fotokoagulation Fotonenergi övergår till mekanisk energi Fotodynamisk terapi Fotobiologisk strålning Eksem, Psoriasis Linköpings universitet 1
Vad är ljus? X-rays Visible light Microwaves Ultraviolet 100-400 nm 380-770 nm Infrared 770-1000000 nm 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 100 1000 10000 Wavelength l nanometers Vad är laser? Vissa material kan skapa ljus genom att tillföra energy så att elektronerna hoppar mellan en högre och en lägre energinivå. När elektronerna återgår till den lägre energinivån frigörs (emitteras) också en foton. Om återgången sker genom inverkande av en annan foton kommer den frigjorda och den inkommande fotonen att vara i fas. Eftersom det är vad som sker i en laser har laserljus allt ljus inte bara av samma frekvens men också i samma fas. Detta skapar många möjligheter som flitigt används för olika typer av mätningar. Principskiss för laser. 1. Lasermedium 2. Pumpljus som exciterar lasermediet 3. Helt reflekterande spegel 4. Delvis genomsläpplig spegel 5. Laserstråle Korta våglängder CIE: Definitions based on biological effects. * UV-C (100-280 nm) UV-B (280-315 nm) UV-A (315-400 nm) UV-C* UV-B* UV-A* Ozone- producing Germicidel Erythemal Far UV Near UV ( Black light ) 100 150 200 250 300 350 400 Linköpings universitet 2
LASER-definitioner Beroende på vilken del av det elektromagnetiska spektrat: Infrarött Synliga spektrat Ultraviolett Tiden som radiansen är aktiv: Kontinuerlig våg Pulsad Ultra-kort pulsad (behöver för tydlighets skull skiljas från pulsad) What can we expect from a LASER system? Ionized gas Operating voltage 80V or higher, large filter capacitors Striking voltage 1400V or higher, small multiplier capacitors Flash lamp stimulated Operating voltage 400V or higher very large storage capacitors for flash tube Striking voltage 4000V minimum, impulse Solid state, pulse or continuous Operating voltages 1,5V continuous to over 100V pulse Here in this hospital we have one laser bucky 10 000 volt, oil filled transformer Ögats känslighetskurva Linköpings universitet 3
Ögat 400-1400 nm <400, >1400 nm Retinal damage <400, >1400 nm Burns, cataracts Ögonskador Öga skadat av en pulsad Laser Linköpings universitet 4
Brännskador på hud CO2 laser reflekterad i en metallyta Olika typer av ögonexponering Farliga ljusreflektionsproblem Olika typer av reflektion Spekulär reflektion är en reflektion från en spegelblank yta. En laserstråle kommer att behålla all sin ursprungliga energi när den reflekteras på detta sätt. Observera att ytor, som är matta för ögat kan vara spegel-reflektorer för IR-våglängder. Diffus reflektion är en reflektion från en matt yta. Diffust laserljus som reflekteras av en laser med hög effekt kan orsaka en ögonskada. Linköpings universitet 5
Påverkan av ögat vid olika våglängder 16 Ögats genomsläpplighet Känslighet för skador: ögats transmission 18 Linköpings universitet 6
Maximalt tillåten exponering (MTE) Maximal tillåten exponering (MPE) är den högsta nivån av strålning som en person kan exponeras utan skadliga effekter. Exponering för strålningsnivåer som överskrider den största tillåtna energimängden kommer att resultera i negativa biologiska effekter, såsom skada på huden och / eller ögonen. Den största tillåtna energin är specificerad i W/cm 2 för kontinuerlig våg lasrar och i J/cm 2 för pulsad laser. Värdet är beroende av våglängden, exponeringstid och pulsrepetitionsfrekvens. MTE-värdena tar hänsyn till fokuseringseffekten och gäller mätt framför ögats hornhinna. Klass 1 Klass 1 Lasrar i klassen är ofarliga även vid lång tids exponering. Antingen är lasrarna så svaga att de inte kan ge några skaderisker oavsett hur de hanteras, eller också rör det sig om apparater som innehåller lasrar som i sig kan vara av en farligare klass men som är inbyggda och förseglade så att ingen farlig strålning kommer ut. Den maximalt tillåtna strålningseffekten eller pulsenergin för lasrar i klassen är direkt kopplad till exponeringsgränsvärdena. Den övre klassgränsen är naturligtvis rigoröst definierad, men låter sig inte beskrivas enkelt. Klass 1M Klass 1M Lasrar vars totala effekt eller pulsenergi överskrider vad som tillåts i klass 1 (gäller såväl ultraviolett strålning, synlig strålning som infraröd strålning), men där strålen inte är smal utan utbredd. På så sätt kan exponeringsgränserna för ett oskyddat öga eller oskyddad hud inte överskridas. Om strålknippet samlas t.ex. med ett mikroskop eller om en fiberände betraktas med en lupp, samlas strålknippet på nytt. Linköpings universitet 7
Klass 2 Klass 2 Klassen innehåller bara lasrar som avger synlig strålning varmed i laserstandarden menas strålning inom intervallet 400-700 nm. Exponering av ett oskyddat öga ger upphov till bländning och ögonlocket sluts reflexmässigt. Den naturliga avvärjningsreaktionen är tillräckligt snabb för att hindra överexponering av näthinnan. För cw-lasrar, dvs. sådana som kan lysa med konstant strålningseffekt, är den övre klassgränsen 1 mw. Klass 2M Klass 2M Klassen omfattar bara lasrar som avger synlig strålning (400-700 nm), Klass 2-gränsen får överskridas totalt, om strålknippet är utbrett enligt samma principer som för klass 1M. Genom pupillen i ett skyddat öga får det inte passera mer än 1 mw. Om strålknippet inte fokuseras med hjälp av någon optik gäller alltså samma riskbedömning som för klass 2, dvs blinkreflexen skyddar näthinnan. Klass 3 Klass 3R Klassen omfattar lasrar som avger upp till 5 gången klassgränsen för klass 1 vid motsvarande våglängder eller pulstider, om strålningen är osynlig. För synlig strålning tillåts upp till 5 gånger gränsen för klass 2. Här finns inget krav på utbredd stråle utan gränsvärdena för exponering av oskyddade ögon kan överskridas, men de innehåller sådana säkerhetsmarginaler att skador i praktiken inte uppstår. R står för "restricted". Linköpings universitet 8
Klass 3B Klass 3B Om strålen är smal och har högre effekt eller pulsenergi än vad som tillåts i klass 3R är nästa högre klass 3B. Sådana lasrar betraktas som riskabla vid direkt exponering, även för hud närmare den övre klassgränsen. Reflexer från en matt yta är dock ofarlig att betrakta. För cw-lasrar är den övre klassgränsen 0,5 watt. Klass 4 Omfattar alla lasrar som är starkare än klass 3B. Här kan det även vara farligt att oskyddad betrakta en upplyst fläck på en matt yta, åtminstone i något möjligt exponeringsfall. Klassen saknar övre gräns. Lasrar är av hög effekt (vanligtvis upp till 500 mw eller mer om CW, eller 10 J cm -2 om pulsad). Kan orsaka kronisk ögonskada, kan ha tillräcklig energi för att antända material, och kan orsaka betydande skador på huden. Laserexponering av ögat eller huden måste undvikas vid alla tidpunkter. Risker vid laserbestrålning av hud Huden kan tolerera en mycket större exponering för laserstrålens energi än vad ögat kan utsättas för. Den biologiska effekten av bestrålning av huden med laser som verkar i de synliga och infraröda spektrala regionerna kan variera från en mild hudrodnad till svåra blåsor. En askgrå förkolning är vanliga i vävnader där absorptionen är stor efter exponering för mycket korta pulsade, hög toppeffekts lasrar. Pigmentering, sår och ärrbildning i huden och skador på underliggande organ kan uppstå från extremt hög irradians. 27 Linköpings universitet 9
Intern hantering av risker och lagkrav Hur kan en institution uppfylla arbetsgivarkraven? IMT har valt att göra en intern prövning av labutrustningar. Syftet? Att tvinga ansvariga att tänka igenom riskerna. Sätter också upp ett regelverk kring användningen. Plats, personal etc. Innehåll: - Ljuskälla - Maximal effekt - Utnyttjad effekt - Ljuskällans utbredning (diffuse/fokuserad) - Risk för exponering - Andvändning - Restriktioner Efter ifylld beskrivning ges tillstånd med ev ytterligare restriktioner. 28 www.liu.se Linköpings universitet 10