Ứng dụng Laser ND: YAG trong y tế

MỤC LỤC

 

Lời nói đầu 1

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ LASER 3

 I: Laser là gì? 3

 II: Nguyên lý hoạt động của laser 3

 2.1:Các hiện tượng quang học cơ bản 3

 2.1.1: Hiện tượng hấp thụ ánh sáng 4

 2.1.2: Hiện tượng phát xạ tự do 5

 2.1.3: Hiện tượng phát xạ cưỡng bức 5

 2.2: Nguyên lý hoạt động của laser 6

 2.2.1: Nguyên lý 6

 2.2.2: Quá trình bơm 7

 2.2.3: Buồng cộng hưởng 9

 III: Các tính chất cơ bản của laser 12

 3.1: Độ định hướng cao 12

 3.2: Tính đơn sắc rất cao 12

 3.3: Tính kết hợp của các photon trong chùm tia laser 13

 3.4: Tính chất từ phát liên tục đến phát xung cực ngắn 13

 3.5: Công suất phát laser 13

 IV: Phân loại laser 14

 4.1: Phân loại theo môi trường hoạt chất. 14

 4.2: Phân loại theo chế độ làm việc. 16

 4.3: Phân loại theo bước sóng. 17

 4.4: Phân loại theo chế độ an toàn. 17

CHƯƠNG II: LASER TRONG Y TẾ 19

 I: Tương tác của laser với tổ chức sống 19

 1.1: Cơ chế tương tác của bức xạ laser với tổ chức sống 19

 1.1.1: Tương tác laser mô tế bào 19

 1.1.2: Phân loại tương tác 23

 1.1.3: Tham số vật lý ứng với các dạng tương tác 24

 1.2: Sự tán xạ, sự hấp thụ và độ xuyên sâu 26

 1.2.1: Sự tán xạ 26

 1.2.2: Sự hấp thụ 26

 1.2.3: Độ xuyên sâu 28

 1.2.4: Kết luận 32

 II: Ứng dụng kỹ thuật laser trong y học 33

 2.1: Giới thiệu chung 33

 2.2: Liệu pháp laser quang động học 34

 2.3: Liệu pháp laser nhiệt 36

 2.3.1: Laser nhiệt trong quang đông 38

 2.3.2: Laser nhiệt trong phẫu thuật 38

 2.3.3: Laser nhiệt trong tim mạch 39

 2.4: Một số ứng dụng khác 40

 2.5: Hướng phát triển 41

 III: Phân loại các thiết bị laser trong y học 42

 3.1: Các thiết bị laser dùng trong chuẩn đoán 42

 3.2: Các thiết bị laser dùng trong điều trị 42

 3.3: Các hệ laser công suất thấp 43

 3.4: Các hệ laser công suất cao 45

 IV: An toàn laser trong y tế 48

 4.1: Ảnh hưởng hiệu ứng sinh học của tia Laser. 48

 4.2: Các chuẩn về an toàn. 51

 4.3: Phân lớp nguy hiểm cho Laser. 52

 4.3.1: Các sản phẩm Laser thuộc lớp I. 56

 4.3.2: Các sản phẩm Laser thuộc lớp II. 58

 4.3.3: Các sản phẩm Laser thuộc lớp III. 60

 4.3.4: Các sản phẩm lớp IV. 61

 4.4: Các rủi ro về Laser 62

 4.5: An toàn hệ thống Laser 63

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG LASER ND:YAG TRONG Y TẾ 66

 I: Giới thiệu chung về laser rắn 66

 1.1: Đặc điểm 66

 1.2: Cơ chế tạo nghịch đảo nồng độ 68

 1.3: Nguồn bức xạ bơm và hệ thống bơm quang học 72

 1.4: Các chế độ phát của laser rắn 74

 1.4.1: Chế độ phát tự do 74

 1.4.2: Chế độ điều chế hệ số phẩm chất 76

 II: Laser Nd: YAG 78

 2.1: Đặc điểm 78

 2.2: Hệ thống quang học của laser Nd: YAG 82

 2.3: Các phương pháp bơm trong laser Nd: YAG 82

 III: Khảo sát thiết bị laser Nd: YAG 84

 3.1: Giới thiệu về thiết bị 84

 3.2: Các đặc điểm và các thông số kỹ thuật 84

 3.3: Sơ đồ khối thiết bị 86

 3.3.1: Điều khiển hệ thống 86

 3.3.2: Điều khiển công suất 87

 3.3.3: Hệ dẫn đường phẫu thuật 91

 3.3.4: Hệ làm lạnh 93

 3.3.5: An toàn hệ thống 94

 3.4: Tính ưu việt và ứng dụng y học 95

 3.5: Một số kết quả y học ban đầu của việc ứng dụng thiết bị laser

 Nd: YAG 96

Tài liệu tham khảo 98

 

doc104 trang | Chia sẻ: lynhelie | Lượt xem: 1438 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Ứng dụng Laser ND: YAG trong y tế, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
quan trọng xác định diễn biến của các hiệu ứng quang cơ. Do tác dụng đồng thời của của nhiều quá trình phức tạp kể trên, các xung kích được hình thành và gây nên các hiệu ứng dùng trong lâm sàng như phá sỏi bằng nội soi với chi phí thấp. 2.5: Hướng phát triển Những tiến bộ vượt bậc của laser y tế đã xảy ra trong 10 năm gần đây. Các hệ thống laser ngày càng được cải thiện để đáp ứng các nhiệm vụ y tế. Tất cả các tiếp xúc laser- tế bào đều được ứng dụng điều trị : quang hóa, quang nhiệt, phẫu thuật quang và quang cơ. Những hệ thống bao gồm cả thông tin chuẩn đoán để tạo tham số chiếu xạ. Tóm lại trong tương lai sẽ có các tiến bộ sau: Tiến bộ trong các hệ thống: (a) ứng dụng quang (phán xạ chiếu xạ và phát xạ) và các tín hiệu chuẩn đoán siêu âm. (b) ứng dụng các sợi riêng rẽ hoặc ống dẫn sóng để truyền hoặc tìm bước sóng dưới 2,5 mm. Phát triển các hệ thống điều khiển có phản hồi của các tham số phát xạ để thay thể chùm laser. Các hệ thống này dùng các tín hiệu quang, nhiệt, siêu âm hoặc MRI để điều khiển. MRI có ưu điểm quan sát được nhiệt độ tại vùng tế bào trong suốt quá trình phẫu thuật. Phân bố nhiệt độ 3 chiều có thể cung cấp điều khiển phản hồi hay quan sát các vùng trong quá trình qung động học. Các kích thích sẽ phát triển trong trong phạm vi chod laser bằng cách tạo ra công suất và xung năng lượng cao thay thế các hệ thống laser khí đắt đỏ trong chi phí và hoạt động. Chắc chắn những tiến bộ trong các hệ thống laser sẽ phát triển liên tục dựa trên những công nghệ hiện có. Trong tương lai các thiết bị laser sẽ được ứng dụng nhiều hơn trong y tế và trở thành một phương tiện không thể thiếu trong các bệnh viện. III: Phân loại các thiết bị laser trong y học Các thiết bị laser dùng trong y tế được chia thành hai nhóm chính: Các loại laser dùng trong chuẩn đoán bệnh Các loại laser ứng dụng trong điều trị 3.1: Các thiết bị laser dùng trong chuẩn đoán Thông thường, các thiết bị laser này được sử dụng như nguồn sáng kích thích huỳnh quang của ngững chất khác nhau trong các tổ chức sống. Trên cơ sở nghiên cứu phổ huỳnh quang ta có thể đánh giá chính xác chất lượng cần đo giúp cho việc chẩn đoán chính xác chức năng của các tổ chức khác nhau. 3.2: Các thiết bị laser dùng trong điều trị Nhóm thiết bị này đã được đầu tư phát triển rất nhanh chóng và đa dạng. Đến nay đã có khoảng 30 loại laser khác nhau đang được ứng dụng trong điều trị. Có thể chia nhóm này thành hai phân nhóm: Nhóm các thiết bị ở đó tính chất đơn sắc của laser mang tính quyết định: Với các laser loại này, người ta có thể điều chỉnh kích thích các quá trình quang sinh hóa của tổ chức sống giúp cơ thể tự chữa khỏi bệnh. Các hệ thống laser trên thường có công suất thấp, không gây nhiệt khi tương tác với tổ chức sống, cho nên trong y học chúng thường được gọi là laser công suất thấp, laser lý liệu (therapeutical laser) hoặc laser mềm (soft lasser) Nhóm các laser công suất cao: Bức xạ laser hội tụ có thể gây hoại tử, quang đông hoặc bốc bay các mầm bệnh tùy thuộc vào công suất của laser hoặc độ hội tụ, khả năng hấp thụ ánh sáng của mầm bệnhCác hệ thống laser này được gọi là laser công suất cao, laser phẫu thuật (surgical laser) hay laser rắn (hard laser). 3.3: Các hệ laser công suất thấp Như đã nói ở trên, các hệ thống laser công suất thấp tạo hiệu ứng kích thích sinh học trên cơ thể sống nhờ tính đơn sắc cao. Vì vậy với hệ thống laser này bước sóng và độ đơn sắc có ý nghĩa quyết định hiệu quả điều trị. Các hệ thống laser có hiệu ứng kích thích sinh học được tổng hợp ở bảng sau theo thứ tự hiệu quả thấp dần. Loại laser Bước sóng (nm) Độ rộng phổ (A) Công suất Laser He-Ne 632,8 0,01 1-10 mW Laser diode GaAs 890 0,3-10 4-15 mW (liên tục) 5-30 W (xung) Laser diode đa chuyển tiếp 680 1-10 4-10 mW (liên tục) 1-20 mW (xung) Laser He-Cd 441,6 0,1 5-20 mW Laser màu 400-800 0,0001-0,1 1-10 mW Bảng 2.7 : Các loại laser lý liệu chính Một thiết bị laser lý liệu với cấu hình tối thiểu có sơ đồ khối được mô tả như hình sau: Đầu phát laser Đầu ghép Đầu rải tia Nguồn nuôi Bộ chọn thời Bộ điều chế Sợi quang Đầu bút soi Hình 2.9: Sơ đồ khối của laser lý liệu điển hình Các hệ thống laser lý liệu phổ biến có hai dạng: Dạng thứ nhất: đầu phát laser bố trí trên giá đỡ có thể điều chỉnh hướng phát laser dễ dàng, bộ nguồn và bộ điều khiển bố trí trong một hộp riêng Dạng thứ hai: cả đầu phát và bộ nguồn, bộ điều khiển được sắp xếp trên cùng một hộp máy. Các máy dạng đầu có độ linh hoạt cao, nhưng độ tin cậy không thật cao. Các hệ máy sau có độ an toàn cao hơn nhưng cồng kềnh phải nối vớiquang sợi, giá thành cao. Để tăng cường hiệu quả điều trị của thiết bị dựa trên hiệu ứng hai bước sóng, người ta còn chế tạo các loại máy COMBI gồm nhiều loại laser với bước sóng khác nhau, thông thường kết hợp một loại laser He- Ne với một hoặc vài laser diode vùng hồng ngoại. Một dạng đặc biệt cũng thuộc thiết bị laser lý liệu là các thiết bị chuyên dụng trong châm cứu. Cần phân biệt hai dạng thiết bị: * Thiết bị với mật độ công suất thấp khi chiếu lên huyệt không làm tăng nhiệt độ. Các thiết bị này được gọi là laser châm. * Dạng thứ hai thường sử dụng mật độ công suất cao hơn và khi chiếu lên huyệt làm tăng nhiệt độ lên 2- 3°C so với vùng xung quanh. Các thiết bị này được gọi là laser châm cứu. Theo thống kê của các tác giả Trung Quốc, các hệ laser châm cứu có hiệu quả hơn các hệ laser châm, và các laser châm cũng tốt hơn phương pháp dùng kim thông thường. Trong hệ laser châm, tia laser được dẫn bằng quang sợi, đầu quang sợi được lắp vào bút. Với đầu bút như vậy, chúng ta có thể thiết kế một hệ thống dò huyệt và khi tìm đúng huyệt sẽ bật máy laser. Thiết bị này cũng cho phép vừa châm cứu bằng điện vừa châm cứu bằng laser. Các thiết bị châm cứu hiện đại hơn thường được sử dụng nhiều laser He-Ne hoặc laser bán dẫn, mỗi laser đều được phép nối với quang sợi. Các thiết bị này cho phép châm cứu đồng thời nhiều huyệt cùng một lúc. Cuối cùng cần nói về độ phổ biến của thiết bị. Các thiết bị laser He-Ne thường được phổ cập rộng rãi nhất, đặc biệt với các tổn thương bề mặt và các tổn thương nông. Với tổn thương sâu hơn, các laser bán dẫn vùng hồng ngoại có hiệu quả hơn. Bức xạ của các loại laser này có khả năng xuyên sâu 3- 4 cm, do vậy tác dụng châm cứu cũng tốt hơn ở vùng ánh sáng nhìn thấy. 3.3: Các hệ laser công suất cao Các hệ laser công suất cao được phân chia thành bốn nhóm thiết bị: * Các thiết bị laser dùng để quang đông hoặc bốc bay tổ chức dựa theo hiệu ứng nhiệt. Đây là các thiết bị laser phổ biến nhất hiện nay: Laser Bước sóng (nm) Công suất (W) Lĩnh vực ứng dụng Nd: YAG 1,064 10- 150 Quang đông sâu bốc bay khối u Nd: YAG 1,318 5- 40 Quang đông sâu bốc bay khối u CO2 10,6 5- 100 Mổ xẻ, quang đông nông Ion Argon 488; 515 3- 20 Quang đông nông CO 5-6000 5- 20 Mổ xẻ, quang đông nông Hơi đồng 511, 548 10- 50 Mổ xẻ Bảng 2.8 : Các laser tạo hiệu ứng nhiệt * Các thiết bị dựa trên hiện tương quang hoạt hóa của bức xạ laser (photodynamic therapy). Nhóm các thiết bị này phát triển nhanh vì có thể đây là một trong những phương pháp có hiệu quả cao trong chẩn đoán và điều trị ung thư. Laser Bước sóng (nm) Công suất (W) Lĩnh vực ứng dụng Rodamin B (laser màu) Laser vàng 630 628 0,5- 4 2- 10 Chuyên khoa ung thư Bảng 2.9 : Các laser theo phương pháp quang hoạt hóa * Các thiết bị dựa trên hiệu ứng quang bóc lớp. Về cơ bản đó là những laser vùng cực tím phát xung ngắn (laser excimer). Laser Bước sóng (nm) Năng lượng xung (J) Công suất (W) Lĩnh vực ứng dụng ArF 193 5- 15 10- 15 Chuyên khoa mắt Phẫu thuật mạch KrF 248 5- 15 10- 15 XeCl 308 5- 15 10- 15 XeF 351 5- 15 10- 15 Bảng 2.10 : Các loại laser tạo hiệu ứng quang bóc lớp * Các laser công suất cao, thời gian cực ngắn cỡ ns hoặc nhỏ hơn, các laser này hội tụ lại sẽ tạo ra các sóng xung kích có thể phá được sỏi. Laser Bước sóng (nm) Năng lượng xung (J) Độ dài xung (ns) ứng dụng Nd: YAG 1,064 40- 100 10 Phá sỏi Laser màu 430 750 50- 100 Laser màu 590 60 1,500 Bảng 2.11 : Các laser tạo sóng xung kích Ta thấy có nhiều loại laser được ứng dụng. Tuy vậy, hiện nay về cơ bản có bốn loại laser ứng dụng phổ cập nhất. Đó là laser Nd: YAG, Laser CO2, laser Argon và laser màu. Các loại laser khác ít phổ cập hơn. Các hệ thống laser phẫu thuật phức tạp hơn nhiều so với laser lý liệu. Một hệ thống bất kỳ đều có máy laser, hệ thống dẫn tia đến vùng cần sử lý hoặc ghép nối với các hệ y tế khác, các hệ thống kiểm tra chất lượng chùm tia, công suất laser, hệ thống khống chế thời gian phát laser và hệ thống đảm bảo an toàn. Đầu phát laser Hệ làm lạnh Nguồn nuôi Điều khiển đóng mở Đo liều Đo công suất Điều khiển từ xa Bàn đạp Nguồn sáng Sợi quang Hệ thống dẫn đường Khớp nối Làm lạnh Tín hiệu báo động Nguồn điện Phía trong laser Phía ngoài laser Hình 2.10 : Sơ đồ khối một hệ laser phẫu thuật Điểm khác nhau cơ bản giữa các hệ thống laser phẫu thuật là các tính năng của đầu phát laser và hệ thống dẫn tia đến vùng cần xử lý. Về tính năng của đầu phát ta đã mô tả ở những bảng nói trên, các hệ thống dẫn tia chia làm hai loại: (1) loại sử dụng cho dây quang sợi, thường dùng cho các laser có bước sóng từ 300nm đến 3000nm; (2) loại sử dụng các trục khuỷu có gắn gương phản xạ dùng cho laser phát ở vùng cực tím với bước sóng nhỏ hơn 300 nm, vùng hồng ngoại với bước sóng lớn hơn 3 mm. Các hệ thống laser Nd: YAG, laser khí Argon thường ghép nối với dây quang sợi còn laser CO2 bao giờ cũng đi kèm hệ thống trục khuỷu. Các hệ thống có dây quang sợi có độ linh động cao, có khả năng ghép nối với các ống nội soi mềm để sử lý tổn thương bên trong. Các hệ thống dẫn đường bằng trục khuỷu có ưu điểm xử lý bề mặt tốt, hệ thống 7 gương có khả năng linh động cao và vùng xử lý rộng. Bức xạ của các loại laser phẫu thuật ở vùng cực tím và vùng hồng ngoại không nhìn thấy được. Nhiều thiết bị cao cấp thường ghép thêm laser He- Ne 1- 5W có hướng phát đồng trục với laser chính để giúp cho việc điều chỉnh và ngắm chính xác điểm chiếu IV: An toàn laser trong y tế 4.1: ảnh hưởng hiệu ứng sinh học của tia Laser. Để hiểu biết về các mức độ nguy hiểm khi sử dụng laser đòi hỏi người dùng phải có kiến thức tổng quát về các hiệu ứng của Laser về mặt sinh học. Người dùng cần phải hiểu các hiệu ứng của Laser khác nhau đối với da và mắt để đánh giá sự rủi ro của mình cũng như đối với những người xung quanh. Thật ra thì cũng cần phải có các kiến thức về rủi do do ánh sáng tử ngoại, nhìn thấy, hồng ngoại từ những nguồn sáng khác nhau để giảm thiểu sự rủi ro có thể xảy ra. Hình 2.11: Các tổn thương tiềm năng của cấu trúc mắt phụ thuộc vào vị trí cơ bản của năng lượng hấp thụ . Sự phụ thuộc này phụ thuộc chặt chẽ vào dảI phổ của các bức xạ quang chiếu vào. Đối với các bộ phận trên cơ thể người thì mắt là bộ phận dễ bị tổn thương nhất, các tính chất hấp thụ của các cấu trúc khác nhau của đôi mắt thay đổi theo bước sóng như biểu diễn ở hình trên. Bàn luận về ảnh hưởng của hiệu ứng sinh học chúng ta cần phân chia một cách có hệ thống phổ quang học ra thành 7 dải phổ khác nhau theo tiêu chuẩn của CIE (uỷ ban quốc tế về phát xà quang học). Các dải phổ được biểu diễn như trong hình 2.12 100 260 315 400 760 1400 3000 UV-C UV-B UV-A VISIBLE IR-A IR-B IR-C Hiệu ứng có hại Độ xuyên qua da của sự phát xạ (độ sâu) Đường tham khảo UV- đục thủy tinh thể Photokeratitis Vết bỏng võng mạc Ban đỏ Vết bỏng da do nhiệt IR- đục thủy tinh thể Hình 2.12: Các bức xạ quang rủi ro phụ thuộc vào dải phổ CIE. Các hiệu ứng ngược cơ bản đối với mỗi dải phổ được biểu diễn như hình trên. Tuy nhiên với mức năng lượng đủ lớn, một số hiệu ứng cũng có thể xảy ra bên ngoài vùng phổ (ví dụ VA-A gây ra tổn thương cho võng mạc) Có ít nhất 5 kiểu rủi ro khác nhau đối với mắt và da do Laser và các nguồn quang khác: Tia tử ngoại gây các tổn thương về quang hoá đối với da (các hiệu ứng ban đỏ và các chất gây ung thư), giác mạc (photokeratites , ví dụ loé sáng như hàn), tính chắn sáng của thấu kính (bệnh đục thuỷ tinh thể) đối với mắt từ đáy của vùng tử ngoại tới đáy của vùng có bước sóng ngắn của vùng nhìn thấy (180 nm tới 400nm). Tổn thương nhiệt đối với võng mạc mắt xảy ra cả ở vùng nhìn thấy và vùng phổ IR- A (dải 400- 1400nm). Tổn thương quang hoá ánh sáng xanh tới võng mạc của mắt (photic maculophathy), thường xảy ra đối với bước sóng từ 400-550 nm. Các nguy hiểm do hiệu ứng nhiệt của ánh sáng gần vùng tử ngoại gây ra đối với thấu kính của mắt (bệnh đục thuỷ tinh thể do sức nóng công nghiệp), thường xảy ra đối với bước sóng trong dải từ 800nm- 3000nm. Tổn thương nhiệt đối với da (với bước sóng từ 400nm - 1mm) và đối với võng mạc mắt ( với bước sóng xấp xỉ 1400nm tới 1mm). Không chỉ phá huỷ các cơ cấu sinh học (ví dụ nhiệt, nhiệt cơ, quang hoá) Laser còn đóng vai trò quan trọng trong số các khả năng về tổn thương có thể xảy ra mà các tính chất hấp thụ năng lượng cũng quan trọng như 2 hình trên. Cuối cùng, một số hiệu ứng sinh học còn sinh ra các tổn thương thoáng qua chỉ một vài ngày hay một vài tuần (ví dụ như tổn thương photokeratites là một tổn thương dễ bị viêm ở giác mạc nhưng do biểu mô ở giác mạc có khả năng phục hồi nhanh chóng nên dấu hiệu của tổn thương này chỉ tồn tại một vài ngày rồi biến mất sau khi được chiếu sáng). Trái lại, tổn thương võng mạc thường là vĩnh viễn mặc dù có một số mô sửa (và tiêu tan do xuất huyết vẫn xảy ra) sẽ làm giảm thiểu những mất mát về khả năng nhìn. Laser hoạt động ở vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng gần tử ngoại (IR- A) “ rủi ro võng mạc” (400- 1400 nm) làm đe doạ nghiêm trọng tới võng mạc và bởi vì những loại Laser này làm mất khả năng nhìn một cách nghiêm trọng nếu lộ sáng bất ngờ. Các rủi ro đối với mỗi loại Laser khác nhau thì khác nhau đối với mỗi vùng bước sóng ánh sáng mà chúng hoạt động phụ thuộc vào loại Laser có bước sóng liên tục hay là xung và liệu bước sóng có đủ nhỏ để sinh ra tổn thương quang hoá không. Không giống như Laser Argon liên tục có thể làm đông võng mạc nếu lộ sáng bất ngờ, Q- switched hay các loại Laser xung ngắn khác có thể gây ra tổn thương nghiêm trọng ở trong võng mạc nếu tập trung tại đó gây ra các vấn đề chảy máu tràn dịch. Trường hợp xấu nhất gặp phải xảy ra khi dòng chuẩn trực tập trung vào mắt đang mở to thư giãn hay dòng phân kì được tạo thành ảnh ở trên một điểm ở trên võng mạc khi mắt tập trung vào nhìn dòng sáng chiếu tới. Kích thước ảnh tối thiểu hiện trên võng mạc có đường kính khoảng từ 10-20 , độ khuyếch đại quang từ giác mạc đến võng mạc là khoảng 100.000 lần, vì vậy, các năng lượng Q- switched có độ lớn 1khi vào mắt sẽ gây ra tổn thương tối đa cho giác mạc. 4.2: Các chuẩn về an toàn. Việc hệ thống Laser đầu tiên được sử dụng rộng rãi đã làm phát sinh một câu hỏi về vấn đề an toàn Laser. Đến năm 1968 một uỷ ban các chuyên giađược thành lập để đưa ra các phác thảo sơ bộ các chuẩn về an toàn Laser. Dưới sự bảo trợ của viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI), uỷ ban Z- 136 được thành lập và mọi người đồng lòng phát hành chuẩn đầu tiên vào năm 1973. Chuẩn này đã được sửa đổi 3 lần và soạn thảo tập trung vào lĩnh vực cáp quang và các ứng dụng y học. Chuẩn ANSI năm 1973 đã được ứng dụng rộng rãi và được coi là cơ sở luật pháp của chính quyền do cơ quan giám sát thuốc men và thực phẩm (FDA) đảm nhận được xuất bản lần đầu vào năm 1975, có hiệu lực vào năm 1976 và được chỉnh lý đến tận ngày nay. Hướng dẫn an toàn đầu tiên là các thủ tục được quy ước dựa trên những hiểu biết về quang học và những sự đánh giá chung về khả lộ sáng ngẫu nhiên. từ những gợi ý ban đầu này, một hệ thống phân loại các rủi ro được phát trển để đơn giản hoá sự phân tích các rủi ro. Sự phân loại rủi ro này từ đó đến nay đã được thay đổi các khuyến nghị về xử lý rủi ro vẫn được cập nhật để áp dụng cho các mới và làm phong phú thêm các kinh nghiệm về các tổn thương ngẫu nhiên và gần ngẫu nhiên. 4.3: Phân lớp nguy hiểm cho Laser. Việc phân lớp nguy hiểm cho Laser đã được nhận định ngay từ đầu khi đặt vấn đề phát triển chuẩn hoá các tiêu chuẩn an toàn của Laser bằng cách thực hiện theo một quá trình an toàn nhất định, mỗi thứ không thể tiên đoán được tất cả các chùm tia Laser có thể lộ sáng tới da và mắt. Đo đạc năng lượng Laser thì công suất và bức xạ thường đặt ra một vấn đề nghiêm trọng. Việc mong muốn có một nhân viên an toàn, nhà vật lý sức khoẻ hay nhân viên vệ sinh công nghiệp là điều không thực tế cho việc cần thiết đào tạo nâng cao để thực hiện toàn bộ việc đo đạc một cách tin cậy. Tia cực tím. Bước sóng (nm) Độ rộng xung t (s) Giới hạn lộ sáng. 180 - 302 1 ns - 30 ks. 3 mJ/ cm2 303 1 ns - 30 ks 4 mJ/ cm2 304 1 ns - 30 ks 6 mJ/ cm2 305 1 ns - 30 ks 10 mJ/ cm2 306 1 ns - 30 ks 16 mJ/ cm2 307 1 ns - 30 ks 25 mJ/ cm2 308 1 ns - 30 ks 40 mJ/ cm2 309 1 ns - 30 ks 63 mJ/ cm2 310 1 ns - 30 ks 0,1 J/ cm2 311 1 ns - 30 ks 0,16 J/ cm2 312 1 ns - 30 ks 0,25 J/ cm2 313 1 ns - 30 ks 0,40 J/ cm2 314 1 ns - 30 ks 0,63 J/ cm2 315 - 400 1 ns - 10 s 0,56 t3x4 J/ cm2 315 - 400 10 s - 30 ks 1 J/ cm2 Bảng 2.12: Các giới hạn bức xạ chùm tia Laser. Tia nhìn thấy và hồng ngoại loại A. Bước sóng (nm) Độ rộng xung t (s) Giới hạn lộ sáng. 400 - 700 1 s - 18s 0,5J/ cm2 400 - 700 18 s - 10 s 1,8 t3/4 mJ/ cm2 400 - 550 10 s - 10 ks 10 mJ/ cm2 550 - 700 10 s - T1 s 1,8t3/4 m J/ cm2 550 - 700 T1 s - 10 ks 10 CB J/ cm2 400 - 700 10 ks - 30 ks CB J/ cm2 700 - 1050 1 ns - 18s 0,5CAJ/ cm2 700 - 1050 18s - 1 ks 1,8t3/4 m J/ cm2 1051 - 1400 1ns - 50 s 5CCJ/ cm2 1051 - 1400 50 s - 1 ks 9,0 CCt3/4 m J/ cm2 1051 - 1400 1 ks - 30 ks 320 CCCA W/ cm2 Bảng 2.13:. Các giới hạn bức xạ chùm tia Laser .Hồng ngoại xa. Bước sóng (nm) Độ rộng xung t (s) Giới hạn lộ sáng. 1400 - 1500 1 ns -1 ms 0,1 J/ cm2 1400 - 1500 1 ms - 10 s 0,56 t1/4 m J/ cm2 1500 - 1800 1 ns - 10 s 0,1 J/ cm2 1801 - 2600 1 ns - 1 ms 0,1 J/ cm2 1801 - 2600 1 ms - 10 s 0,56 t1/4 m J/ cm2 2601 - 1mm 1 ns - 100 ns 0,1 J/ cm2 2601 - 1mm 100 ns - 10 s 0,56 t1/4 m J/ cm2 1400 - 1mm 10 s - 30 ks 100 mW/ cm2 Bảng 2.14: Các giới hạn bức xạ chùm tia Laser. Trong đó: 1ks = 1000s. 30 ks = 8h. CA = 1 với = 400 – 700 nm. CA = 10[0.02(-700)] với = 700 – 1050 nm. CB = 1 với < 550 nm. CB = 10 với = 550- 700 nm. Để đảm bảo an toàn cũng như sức khoẻ của mỗi bệnh nhân, tránh khỏi gặp phải những rủi ro của hệ thống Laser, uỷ ban ANSI Z-136 đã đưa ra một phương pháp mới , đơn giản. Phương pháp đánh giá này ngày nay đã trở thành chuẩn hoá trên toàn thế giới, đó là phân loại theo độ nguy hiểm. Các khái niệm cơ bản về phân loại độ nguy hiểm của chuẩn ANSI Z-136 được đưa ra trong bảng trên là các mức phân loại cơ sở: Các phân lớp cũng được đưa ra kèm theo các lớp ( ví dụ các phân lớp IIa và IIIa). Các lớp nguy hiểm đại diện cho một vài hệ thống Laser hay dùng cũng được liệt kê trong bảng trên. Những điều lệ của cơ quan giám sát thuốc và thực phẩm đòi hỏi các nhà sản xuất phân loại các sản phẩm Laser và ghi rõ thuộc lớp nguy hiểm nào ở trên nhãn mác. Do các nhà sản xuất biết rõ về sản phẩm của các loại Laser, về khả năng của chúng nên nhà sản xuất sẽ có trách nhiệm phân lớp sản phẩm của mình. Các nhân viên kĩ thuật của nhà sản xuất sẽ thực hiện các phép đo thông số cẩn thận và tính toán chi tiết xem đầu ra của Laser là bao nhiêu. Ngoài ra , họ còn có thể tính các đại lượng không chắc chắn trong phép đo các tham số đầu ra và các tham số đầu ra tương tự trong điều kiện không bình thường. Nền tảng cơ bản của sự phân loại nguy hiểm này là các giới hạn phát sáng có thể tiếp cận được (AELs) dựa trên Els để tiếp nhận mức tiêu thụ cố hữu như là một mức có thể chấp nhận được qua việc sử dụng Laser. Mức danh định gạch chân đối với ánh sáng Laser lớp I thường là mức thấp nhất, bức xạ đối với mắt dài đối với đầu ra tổng cộng của Laser và có thể được đánh giá nó chuẩn trực hay có chiếu trực tiếp vào mắt hay không ( hay trong trường hợp đối với các bước sóng nhìn thấy hay gần vùng hồng ngoại là vào đồng tử mắt). Đối với tất cả các bảng EL, giới hạn lộ sáng được sử dụng bởi hiệp hội bảo vệ tránh bức xạ quốc tế (IRPA); các giá trị tương tự được đặt là MPEs (giới hạn lộ sáng cho phép lớn nhất) do ANSI và TLVs (các giá trị giới hạn ngưỡng) do uỷ ban nhân viên chăm sóc vệ sinh công nghiệp của chính phủ Mỹ (ACGIH). Các giá trị này đều có chung một giá trị giới hạn. Cc là một nhân tố mới cho phép tăng TLVs đối với ánh sáng chiếu vào mắt do có suy hao trước khi qua võng mạc trong mắt đối với năng lượng bức xạ ở vùng phổ giữa 1150 và 1400nm, Cc = 100,018(1150nm) đối với các bước sóng lớn hơn 1150 nm và nhỏ hơn 1200 nm và là 8.0 từ 1200 tới 1400 nguy hiểm, vì vậy làm tăng TLVs lên 8 lần. Bước sóng ( nm ) Thời gian bức xạ t (s) Giới hạn bức xạ. Tia cực tím. 200 - 400 1ns - 30 ks Giống như mắt EL Tia nhìn thấy và hồng ngoại loại A. 400nm -1mm 1ns - 100ns 20 CAmJ/cm2 400nm - 1mm 100ns - 10s 1,1 Cat1/4 mJ/cm2 400nm - 1mm 10s - 30 ks 0,2 CAmJ/cm2 Hồng ngoại xa 1400nm - 1mm 1ns - 30 ks Giống như mắt EL Bảng 2.15: Các giới hạn bức xạ Laser đối với da. Trong đó: 1ks = 100s. 30ks = 8h. CA = 1 với = 400 – 700 nm. CA = 10[0.02(-700)] với = 700 – 1050 nm. Độ mở giới hạn 1mm với t < 0,5s. Độ mở giới hạn 35mm với t > 0,5s 4.3.1: Các sản phẩm Laser thuộc lớp I. Các sản phẩm Laser thuộc lớp I là các thiết bị Laser không có khả năng phát ra bức xạ Laser vượt quá hệ số AEL đối với lớp I. Hiển nhiên điều này đúng với các loại Laser phát ra công suất thấp , ví dụ các loại Laser diode bán dẫn. Tuy nhiên, phần lớn các sản phẩm Laser thuộc lớp I đều ở loại này do tính hiệu quả của lớp bao bọc giới hạn bức xạ Laser có khả năng tiếp cận được thành lớp I AELs. Một ví dụ về cản phẩm Laser lớp I là đầu video. Ngoài ra phần lớn các máy in, các hệ thông thông tin quang và một số các dụng cụ thử nghiệm hoá học dùng cho phòng thí nghiệm hoá học (ví dụ như một số máy đo ảnh phổ thương mại Raman ) cũng thuộc lớp I. Nếu như một sản phẩm Laser là thuộc nhóm I thì đều có lớp bao bọc hiệu dụng nên các rủi ro bên trong lớp bao bọc này được gọi là các rủi ro Laser bao bọc. Đối với các bức xạ Laser nguồn mở rộng (ví dụ các phản xạ khuyếch tán nhìn thấy được) trong giới hạn bước sóng từ 400 đến 1400nm dòng tia nhìn thấy Els có thể tăng lên bằng hệ số sửa CE tạo thành một góc phụ của nguồn sáng (đo tại điểm quan sát) lớn hơn amin : Ví dụ : Lớn hơn 1,5 mrad đối với t < 0,7 s. amin = 2t3/4mrad với 0,7s < t < 10s. amin = 11mrad với t > 10s. Từ đó ta có : CE = a/amin với amin < a < 100 mrad. CE = a2/(amin - amax ) với a > 100 mrad. Góc có độ lớn 100 mrad cũng có thể là a max tại điểm mà giới hạn nguồn sáng mở rộng có thể được thể hiện bằng hằng số bức xạ sử dụng công thức cuối cùng đối với a max . LEL = (8.5 x 103)(ELnguồn pt)J/(cm2.sr) với t < 0,7s. LEL = (6.4 x 104/3)(ELnguồn pt)J/(cm2.sr) với t < 0,7s. LEL = (1.2 x 103)(ELnguồn pt)J/(cm2.sr) với t < 0,7s. Hoặc W/(cm2.sr) đối với điểm giới hạn điểm sáng thể hiện bằng W/cm2 AEL đối với lớp I lớn hơn đối với > 500nm nguy hiểm trong ANSI Z136 và IEC. Các giới hạn khác đối với bức xạ xem hệ thống IEC. Tất cả các AELs đối với lớp và lớp IIIA tăng 12 lần trong các chuẩn 1992/1993 ANSI/IEC đăng kí lại. Lớp IIIA chỉ tồn tại đối với hệ thống FDA. AEL được ANSI/IEC xuất bản năm 1992-1993. Bất cứ phần nào di chuyển được của vỏ bảo vệ đối với một sản phẩm Laser đều phải được đảm bảo an toàn hay khoá lại, bởi vì không thì một người nào đó có thể bị bức xạ Laser nguy hiểm chiếu vào. Nếu không có người nào đó tháo rỡ Panel có mục đích thì cũng không có các tia sáng nguy hiểm chiếu ra. Nếu cần phải tháo Panel ra và sau đó không thể khoá vào được thì người sửa chữa dịch vụ có thể bị nhiễm các tia Laser rủi ro chiếu vào. Do đó, nếu có một ai định tháo Panel ra thì ta phải có một nhãn hiệu dán bên ngoài báo hiệu rằng ở đây tồn tại bức xạ Laser nguy hiểm do Panel đã bị tháo ra còn khoá cũng không dùng được. Hệ số AEL đối với các sản phẩm Laser nhóm I có hệ số lộ sáng lớn nhất (MPE) đối với mắt được nhân lên với hệ số diện tích giới hạn lộ sáng. Giới hạn lộ sáng được định nghĩa đối với vùng phổ Laser phát ra. Đối với các bước sóng có thể gây rủi ro vùng võng mạc từ 400 - 1400 nguy hiểm, góc giới hạn có đường kính 7mm (0,4 cm2) giống vùng đen của con ngươi đồng tử. Đối với các bước sóng thuộc ngoài phổ vùng này, giới hạn lộ sáng là 1mm, tương ứng với vùng nhỏ nhất của dòng tia lộ sáng trực tiếp có thể đo được. Các hệ số AELs đại diện được đưa ra trong bảng sau: Laser vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng hồng ngoại A. Phân lớp nguy hiểm. Công suất đầu ra. = 400- 700 nm Công suất đầu ra. = 1050- 1150 nm Thời gian phát tia. Lớp I ặÊ 0,4 mW ặÊ 0,64 mW t > 10s Lớp II 0,4 mW< ặ Ê 1mW Không tồn tại. t > 10s Lớp IIIA 1 mW< ặ Ê 5mW 0,64 mW< ặ Ê 32 mW t > 10s Lớp IIIB 5 mW< ặ Ê 500 mW 32 mW< ặ Ê 500 mW t > 10s Lớp IV ặ >500 mW ặ > 500mW t > 10s Laser bức xạ vùng hồng ngoại B và vùng hồng ngoại - C. Phân lớp nguy hiểm. Công suất đầu ra. = 1,5 -1,8 mm Công suất đầu ra. = 2,8

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docV0125.doc