Безопасность для зрения NdYAG Q-switch лазера
Правильнее было бы назвать этот лонгрид "Опасность для зрения Nd:YAG Q-switch лазера". Однако наша цель - это безопасность и рассматривать эту тему будем с точки зрения обеспечения безопасности вас, как оператора лазера и ваших клиентов! Поехали!
Риски воздействия Q-switch лазера на зрение и структуры глаза
У Nd:YAG Q-switch лазера две рабочие длины волны
1064 нм - невидимый инфракрасный диапазон
532 нм - ярко зеленый видимый свет
Существует миф о том, что для длины волны 1064 нм нет необходимости надевать специализированные защитные очки (тем более, что в них плохо часто плохо видно и трудно работать)
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ОЧКИ НУЖНО НАДЕВАТЬ ВСЕГДА!!!
Хорошо, хоть на длину волны 532 нм невозможно смотреть без защитных очков и там таких вопросов надевать/не надевать защитные очки!
И дальше в этом лонгриде я покажу вам четкие научные доказательства этого утверждения! Для этого мы разберем специализированную статью именно про процедуры лазерного удаления тату "Обратно-рассеянный свет во время процедур по удалению татуировок лазером имеет огромное значение." Авторы: Michael J. Murphy, статья новая 2019 года
Длина волны 1064 нм не воспринимается нашим зрением и кажется, что ее нет и она никак не влияет на нас наши глаза! Это не так! Действительно длина волны невидима и в этом ее дополнительная опасность - она не вызывает "мигательный рефлекс" и глаз не может защититься от нее. Более того у сетчатки нет болевых рецепторов, а это значит, что даже при повреждающем воздействии лазера человек не почувствует боли, он только заметит нарушение зрения, когда оно наступит!
Здоровая кожа естественным образом отражает до 5–7% любой падающей световой энергии - это диффузное отражения Френеля из-за изменения показателя преломления между воздухом и кожей.
Однако значительное количество дополнительной световой энергии может исходить от обратно рассеянного излучения, которое покидает кожу во всех направлениях.
Ношение соответствующих лазерных защитных очков защитит пользователей от любого вредного воздействия. Но сколько энергии будет воздействовать на глаза оператора лазера, если он не будет носить правильные очки, если предположить, что в коже нет основных поглотителей?
Этот расчет состоит из двух этапов:
- во-первых, мощность отраженного / обратно рассеянного света, исходящего от места воздействия;
- во-вторых, количество этой силы, попадающей в глаза.
Этот метод рассчитает максимально возможное воздействие. На самом деле объекты внутри кожи, такие как (окси) гемоглобин, меланин, вода или чернила для татуировок, поглощают часть световой энергии, прежде чем она сможет рассеяться обратно.
При использовании типичного (стационарного) лазера с модуляцией добротности, использующего стандартные выходы для обработки татуировок (энергия 1000 мДж в пятне диаметром 5 мм при ширине импульса 10 нс), мощность на импульс, направленный на кожу, обычно может достигать 100 миллионов Вт. Это может быть значительно выше с некоторыми современными пикосекундными лазерами. Отраженная мощность, обусловленная исключительно отражениями Френеля, составляет от 5 до 7 МВт (5-7 миллионов Ватт!!!).
Если предположить, что глаза оператора находятся в среднем на расстоянии от 50 до 100 см от места лечения, то свет, исходящий от кожи, заполняет полусферу площадью поверхности 2π * (расстояние), что составляет 15 700–62 800 см2. Следовательно, средняя мощность на единицу площади на этом расстоянии - это просто отраженная мощность, деленная на площадь поверхности полусферы в диапазоне 80–318 Вт / см2 (на самом деле это распределение не будет однородным по поверхности, но это первое приближение подойдет для данного анализа).
Эти значения превышают максимально допустимое воздействие (ПДВ) для глаз для некоторых длин волн от 400 до 1400 нм (согласно BS EN207 - стандарт защиты Средства индивидуальной защиты глаз. Фильтры и средства защиты глаз от лазерного излучения (лазерные средства защиты глаз)).
Для сравнения: в ясный день количество солнечного света, достигающего поверхности Земли в полдень, может составлять около 1000 Вт / м2 (0,1 Вт / см2).
Если взять диаметр зрачка человеческого глаза не более 7 мм, то апертура глаза составит примерно 0,385 см2.
Следовательно, количество лазерной мощности, попадающей в глаз из-за отражений Френеля, представляет собой просто мощность отраженного света на единицу площади, покидающей поверхность кожи (во всех «восходящих» направлениях), умноженную на площадь апертуры зрачка, которая равна примерно от 31 до 123 Вт на каждый глаз за один импульс. Хотя это может показаться не таким уж большим, для сравнения приведем пример: свет, попадающий в глаз от стандартной бытовой лампочки мощностью 100 Вт, составляет около 1,2 мВт на расстоянии 50 см и 0,3 мВт на расстоянии 100 см.
Однако это предполагает, что единственная световая энергия, покидающая кожу, - это отражения Френеля. Это неверно, поскольку свет, рассеянный назад, также покидает поверхность кожи в виде полусферы. Большая часть обратно рассеянного света возникает в дерме, где фотоны претерпевают множество отклонений при взаимодействии с тканями и молекулами воды. Некоторые из них в конечном итоге достаточно поворачиваются, чтобы покинуть кожу. Недавние расчеты методом Монте-Карло в 8-слойной модели кожи, выполненные П.А. Торстенсоном (неопубликованные данные), показывают, что величина обратного рассеяния мощности лазера от кожи является значительной -
55,5% отраженной энергии при 1064 нм
29,1% отраженной энергии при 532 нм
(эти проценты представляют собой оставшуюся мощность света, попадающего в кожу после вычитания отражений Френеля и при условии отсутствия серьезных поглотителей в коже). Это показывает, что обратное рассеяние является серьезной проблемой при рассмотрении вопроса о защите глаз.
С видимыми длинами волн это было бы сразу заметно - обратите внимание как освещается отраженным от кожи зеленым светом длины волны 532нм при работе лазера (на следующем фото ).
Четко видно освещенные отраженным от кожи пациента участки тела и лица специалиста (обведены белым контуром)
Однако при использовании невидимого лазерного излучения с модуляцией добротности или пикосекундного излучения, такого как 755 нм (александритовый PicoSure), 1064 нм Nd: YAG, это становится потенциально серьезной проблемой, особенно на близком расстоянии.
Известно, что воздействие высоких уровней видимой и ближней инфракрасной (400–1400 нм) лазерной энергии может привести к слепоте или ожогам сетчатки, поскольку большая часть энергии в этом диапазоне длин волн передается на сетчатку. Поглощение такой энергия может привести к повышению температуры от менее чем на 1 ° C до нескольких сотен градусов по Цельсию, в зависимости от падающей энергии и длительности импульса источника света. Некоторые пользователи лазера сообщают, что у них болят глаза или голова после сеанса лазерной терапии. Обычно это указывает на проблему с их защитными очками. По опыту авторов, такие пользователи носят неправильные очки или вообще не носят.
Существует по крайней мере три ситуации, когда воздействие этих высоких уровней мощности может быть проблемой
Существует по крайней мере три ситуации, когда воздействие этих высоких уровней мощности может быть проблемой:
- Ношение очков с неправильными характеристиками безопасности;
- Ношение поврежденных защитных очков;
- Работа вообще без специализированных защитных очков.
В каждом случае глаз будет подвержен повреждению, особенно если повреждение клеток сетчатки накапливается за последовательность лазерных импульсов (в диапазоне длин волн 400–1400 нм. А в случае с удалением тату даже за одну процедуру удаления средней тату это могут быть тысячи и десятки тысяч импульсов при работе с большими тату, а если работа происходит ежедневно и с большим количеством пациентов, то эта цифра кратно возрастает). Если пользователь не будет должным образом защищен, он, скорее всего, получит накопительное и необратимое повреждение глаз.
Эти расчеты показывают, что количество световой энергии, которая может взаимодействовать с глазами или кожей оператора, может быть выше, чем предполагалось ранее, и, следовательно, могут потребоваться более высокие уровни защиты, особенно с невидимыми длинами волн. Они также указывают на то, что количество энергии, удерживаемой тканями, такими как кожа, или ее компонентами, может быть ниже, чем рассчитывалось ранее.
Источник: "Back-scattered light during laser-tattoo removal treatments is hugely significant" Michael J. Murphy Dermalase Research Unit, Glasgow, UK
https://doi.org/10.1007/s10103-019-02915-0
Какие структуры глаза повреждают длины волн лазеров для удаления тату и почему?
Как длины волн лазера влияют на наши глаза? Почему лазерное излучение так опасно по сравнению с обычными источниками света?
Риск потери зрения от случайного воздействия лазерного излучения существует благодаря особым оптическим свойствам человеческого глаза. Когда мы смотрим на различия в глубине проникновения разных длин волны, мы видим, что глаз прозрачен только в диапазоне длин волн от 370 до 1400 нм.
УФ-свет с длиной волны ниже 350 нм поглощается поверхностью глаза и роговицей. Следствие воздействия света высокой мощности этих длин волн представляют собой повреждение роговицы в результате абляции или развития катаракты.
Свет в видимом диапазоне длин волн (380-780 нм - куда входит длина волны неодимового Q-switch лазера 532нм и александритового 755нм Q-switch и пикосекундного) проникает к сетчатке. Глаз чувствителен к световому излучению и человек, в процессе эволюции, выработал естественные защитные механизмы. Когда свет кажется слишком ярким, это означает, что плотность энергии превышает порог повреждения глаза и мы автоматически отворачиваемся и закрываем глаза (то есть реакция отвращения или рефлекс моргания). Этот автоматическая реакция эффективна для излучения мощностью до 1 мВт. С участием более высокого уровня мощности, слишком много энергии достигает глаза до того, как может среагировать рефлекс моргания, что может привести к необратимым повреждениям.
Волны ближнего инфракрасного диапазона (780 - 1400 нм - куда входит основная длина волны неодимового Q-switch лазера) представляют собой тип излучения особенно опасного для человеческого глаза, потому что у нас нет естественной защиты от него.
Волны ближнего инфракрасного диапазона (780 - 1400 нм - куда входит основная длина волны неодимового Q-switch лазера) представляют собой тип излучения особенно опасного для человеческого глаза, потому что у нас нет естественной защиты от него. Излучение проникает к сетчатке глаза, но воздействие фиксируется только после того, как нанесен ущерб.
Инфракрасное излучение более длинных волн (1400 - 11000 нм) поглощается поверхностью глаза. Это приводит к перегреву тканей и жжению или абляции роговицы.
Вывод: Основные длины волн Q-switch и пикосекундных лазеров (532нм/1064нм/755нм)для удаления татуажа и тату несут опасность структурам сетчатки.
Повреждения глаз Nd:YAG Q-switch лазерами
70% несчастных случаев с лазерами приводят к повреждениям глаз, еще 20% приводят к повреждению кожи операторов лазерных систем
Длины волн 532 нм и 1064 нм наиболее опасны фоточувствительной зоне глаза - сетчатке! Приведу для наглядности пример кейса повреждения глаза. Чтобы вам стало понятно, ЧТО ИМЕННО МОЖЕТ ПРОИЗОЙТИ С ГЛАЗОМ И СЕТЧАТКОЙ при прямом попадании лазерного луча в зрачок.
Сильное повреждение центральной ямки сетчатки, вызванное зеркально отраженным импульсом из лазерного дальномера, построенном на импульсном неодимовом лазере (Nd:YAG) работавшем в режиме модуляции добротности. Энергия импульса составляла порядка 100 мДж (что почти в 2 раза ниже минимальной энергии компактного однокристального лазера), при длительности импульса порядка 20 нс. Именно из-за модуляции добротности повреждение вышло столь тяжелым – так как в точке фокуса излучения был оптический пробой, вызвавшим гидравлический удар, который в свою очередь привел к центральному разрыву сетчатки и отеку последней совместно с гемофтальмом (кровоизлиянием в стекловидное тело глаза). С помощью оптической когерентной томографии можно рассмотреть сетчатку в разрезе, в различных плоскостях. Так выглядел разрез на момент обращения за медицинской помощью. Видна четкая «пробоина» с «отогнутыми наружу» краями (на самом деле это отек).
Курс лечения длился 10 дней, по ходу которого решался вопрос об операции, в случае отслоения сетчатки. В качестве оперативного вмешательства по устранению возможной отслойки и закрытия разрыва предлагалась пневморетинопексия (ПРП). Консервативное лечение было направлено на рассасывание отека и предотвращение воспалительного процесса. По ходу наблюдения делалось также несколько фотографий глазного дна, а по окончанию курса было решено, что операция не понадобится, так как разрыв самостоятельно закрылся и зарос рубцовой тканью.
Как можно видеть, канал пробоя исчез, а края того места, которое было центральной ямкой приняли более сглаженные формы. На момент травмы острота зрения по таблице Сивцева составляла 0%, после окончания лечения было достигнуто улучшение до 30%. На следующей иллюстрации наглядно показано, что такое «центральная скотома». Это слепое пятно, из которого просто выпадает часть изображения. Мозг же способен «закрасить» его под цвет окружающего фона, но никаких деталей изображения видно не будет, так как нечем их видеть – светочувствительные клетки в этом месте уничтожены. Для данной статьи картинка взята из гугла. При наличии второго здорового глаза это слепое пятно не влияет на качество жизни.
Наиболее неблагоприятные исходы поражения глаз наблюдаются в случае травм от лазеров, работавших в режиме модулированной добротности (Q-switch), так как повреждение сетчатки идет по взрывному механизму, тогда как лазерный импульс в режиме свободной генерации приводит только к термическому ожогу, который до некоторых пределов обратим, несмотря на гораздо большую энергию излучения.
Строго говоря, локализация повреждения играет бОльшую роль, нежели параметры лазера, повреждение центральной ямки (наибольшее скопление колбочек и участок максимально острого зрения) во всех случаях необратимо
Защитные очки для работы с лазерами для удаления тату. Особенности выбора
Лазерные защитные очки
Варианты защиты глаз от лазера включают защитные очки следующих типов из светопоглощающих материалов обычно используются в их конструкции:
Абсорбирующие материалы, используемые при изготовлении защитных очков. изделия изготавливаются из поликарбоната или поглощающего стекла, где коэффициент пропускания света на данной длине волны является функцией толщины материала.
Фильтры обычно бывают трех типов
- Полимерные фильтры легкие, удобно носить и имеет самую высокую ударопрочность. Они также самые экономичный вариант. Этот тип фильтра самый популярный и используется со всеми видами лазеров.
- Стеклянные фильтрующие линзы. Это больше дороже, чем линзы с полимерным фильтром, однако иметь значительно более высокую видимость, это может быть важно в ситуации, требующие высокой степени видимость или четкость цвета, например, в медицинских процедурах. Специализированное стекло используется фильтрующий материал, составляющий вся линза и предназначена для поглощения определенные длины волн.
- Линзы с диэлектрическим покрытием. Они обеспечивают очень узкая полоса длин волн защиты, таким образом, дают высокий уровень видимость. Покрытие работает за счет отражения длины волны лазера, однако, потому что покрытие наносится только на поверхность, царапины могут снизить защитные свойства фильтра. Линзы с диэлектрическим покрытием также имеют тенденцию быть самым дорогим вариантом из-за сложности производственного процесса.
ГЛАВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОТОРЫЕ ЧАЩЕ ВСЕГО ВСТРЕЧАЮТСЯ В МАРКИРОВКЕ ЗАЩИТНЫХ ОЧКОВ И КОТОРЫЕ НУЖНО УЧИТЫВАТЬ:
Диапазон длин волн
На маркировке очков должны быть указаны диапазоны длин волн, от которых защищают данные очки. Бывают очки, в диапазон которых попадает только одна длина волны 1064 нм или 532 нм, а бывают очки, которые защищают сразу от этих двух длин волн и это указано на маркировке. Также уровни защиты оптической плотности могут отличаться для разных диапазонов длин волн в одних очках и все это обычно указывается на маркировке или в паспорте к очкам.
"190-540 nm" - 532 нм входит в этот диапазон, 1064 нм не входит (такие очки можно использовать только при работе 532 нм)
"800-2000 nm" - 1064 нм входит в этот диапазон, а 532нм не входит (такие очки можно использовать только при работе с 1064 нм)
"190-540nm & 900-1700nm" - в такой диапазон входят и 1064 нм и 532 нм (такие очки будут универсальны и их можно использовать при работе как с 1064 нм и 532 нм)
OD - Optical Density
Оптическая плотность это десятичный логарифм отношения падающего потока на длине волны лазера к потоку проходящему сквозь фильтры.
Например, при OD=2 сквозь фильтр пройдет только 1/100 часть излучения.
OD1 - снижает энергию лазерной вспышки в 10 раз
OD2 - снижает энергию лазерной вспышки в 100 раз
OD3 - снижает энергию лазерной вспышки в 1000 раз
OD4 - снижает энергию лазерной вспышки в 10 000 раз
OD5 - снижает энергию лазерной вспышки в 100 000 раз
OD6 - снижает энергию лазерной вспышки в 1000 000 раз
OD7 - снижает энергию лазерной вспышки в 10 000 000 раз
OD8 - снижает энергию лазерной вспышки в 100 000 000 раз
OD9 - снижает энергию лазерной вспышки в 1000 000 000 раз
OD10 - снижает энергию лазерной вспышки в 10 000 000 000 раз
МИНИМАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОКАЗАТЕЛЮ "OD" В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТИПА ЛАЗЕРА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ
Расчет произведены на сайте "Laser Institute of America"
РАСЧЕТ ДЛЯ 1-КРИСТАЛЬНОГО КОМПАКТНОГО Q-SWITCH ЛАЗЕРА
ДАНО: Компактный 1-кристальный Nd:YAG Q-switch лазер (энергия моноимпульса 200 мДж + 10 нс длительность импульса + конверсия в 532 нм 25%)
Для работы с длиной волны 1064 нм необходимый показатель OD составляет:
Для работы с длиной волны 532 нм необходимый показатель OD составляет:
Для работы с 1- кристальным компактным лазером необходимый уровень защитных очков составляет OD 6+
РАСЧЕТ ДЛЯ 2-КРИСТАЛЬНОГО КОМПАКТНОГО Q-SWITCH ЛАЗЕРА
ДАНО: Компактный 2-кристальный Nd:YAG Q-switch лазер (энергия моноимпульса 350 мДж + 10 нс длительность импульса + конверсия в 532 нм 25%.
Для работы с длиной волны 1064 нм необходимый показатель OD составляет:
Для работы с длиной волны 532 нм необходимый показатель OD составляет:
РАСЧЕТ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО Q-SWITCH ЛАЗЕРА
ДАНО: Стационарный Nd:YAG Q-switch лазер (максимальная энергия моноимпульса 1000 мДж + 10 нс длительность импульса + конверсия в 532 нм 50%)
Для работы с длиной волны 1064 нм необходимый показатель OD составляет:
Для работы с длиной волны 532 нм необходимый показатель OD составляет:
L Rating - Damage Threshold
Порог повреждения лазерного фильтра: при очень высокой интенсивности луча фильтрующие материалы, поглощающие лазерное излучение могут быть повреждены. Таким образом, возникает необходимость учитывать порог повреждения фильтра. Типичный порог повреждения от импульсного лазерного излучения с модуляцией добротности находятся в диапазоне от 10 до 100 Дж /см2 для стеклянных и от 1 до 100 Дж/см2 для пластмасс и диэлектрических покрытий.
Для правильного понимания этого показателя и, соответственно, чтения маркировок очков и их предназначения нужно ввести еще один показатель "Режим работы", которые обозначаются латинскими буквами:
D - Непрерывный режим (длительность импульса более 0,25 с)
I - Импульсный режим, короткие импульсы (длительность импульса больше 1мкс, но менее 0,25 с)
R - Импульсный режим, очень короткие импульсы (длительность импульса больше 1 нс, но менее 1 мкс)
M - Сверхкороткий импульсный режим (длительность импульса менее 1 нс и включает в себя пикосекундные и фемтосекундные импульсы)
Nd:YAG Q-switch лазеры относятся по этой классификации к классу "R"
Пикосекундные лазеры соответственно к классу "M"
Далее смотрим на таблицу порогов повреждения для различных режимов работы лазеров и находим нужные нам показатели.
Проведя расчеты (не буду загружать математикой) можно получить результаты:
Для того, чтобы очки выдержали попадание прямого лазерного луча и не повредились защитные свойства линз необходимо:
Компактный 1- кристальный лазер (возьмем идеальные параметры 200 мДж пиковая энергия моноимпульса + длительность 10 нс) при размере диаметра пятна 5 мм и прямом попадании необходимо показатель LB9, при тех же условиях, но диаметре пятна 1 мм показатель должен быть LB 10
Для стационарного Q-switch лазера (1000 мДж + длительность импульса 10 нс) показатели те же LB9 для прямого попадания пятна 5 мм и LB10 для пятна 1 мм
Ситуация с прямым попаданием в глаз оператора такого пятна маловероятна, защита требуется от рассеянного и отраженного лазерного импульса и в такой ситуации достаточный уровень LB2 - LB3
Общий вывод - чем выше показатель LB - тем выше порог повреждения защитных свойств лазерных очков (именно поэтому некоторые защитные очки при "простреле" сквозь них для теста эффективности защиты повреждаются и в пластике остается темное пятно, а другие не повреждаются - это результат сочетания используемой плотности энергии при проверке и показателя LB)
В маркировке CE-EN207 L-Rating может быть обозначен таким странным набором знаков :)
"180-315" - диапазон длин волн к которым относится показатель, "D" - непрерывный режим работы лазера, "LB7" - порог повреждения очков для данного сочетания показателей, далее для этого же диапазона длин волн, но другого режима работы лазеров "R" показатель порога повреждения составляет "LB4"
"850-925" - диапазон длин волн к которым относится показатель, "DIRM" - это перечисление всех режимов работы лазера "D"+"I"+"R"+"M", "LB5" - порог повреждения очков при всех этих режимах одинаков.
Пропускание видимого света (VLT) - это количество видимого света, проходящего через линзу. Это касается только видимого света и помечено в процентах.
Лазерные фильтры в очках для защиты от лазера обычно изготавливаются из стекла или пластика. Стекло обычно имеет более высокий VLT, чем пластик, тогда как пластиковые линзы тоньше, легче и легче изготавливать с новым покрытием.
Некоторые линзы очков темнее других, но это не обязательно означает, что они блокируют больше или защищают лучше. Защита от лазеров происходит в видимом спектре света (примерно 400-700 нм) и далеко за пределами видимого спектра (200-400 нм; 700-5000 нм). Линзы, которые кажутся темными, просто блокируют больше света в видимом спектре, чем линзы, которые кажутся более четкими.
Минимальным показателем VLT рекомендовано не менее 20%, при этом чем выше показатель VLT - тем лучше!
ПРИМЕРЫ МАРКИРОВОК И КАК ИХ ЧИТАТЬ
На профессиональных очках маркировка наносится обычно в таком порядке
На правую линзу обычно наносят диапазон длин волн, оптические плотности OD и VLT. На левую линзу наносят L-Rating (порог повреждения) для диапазонов длин волн + дополнительные технические спецификации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Надеюсь, мне удалось показать и доказать вам важность использования защитных очков! Берегите свои глаза 👀! :)