医用激光的伤害及安全防护

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　　激光在医学上的应用已得到拓展，而且应用的领域不断扩大，在应用过程中如不注意对激光的安全防护，则可能造成意外伤害，在临床应用中发生的意外事故已有报道。在充分发挥和使用好激光的同时，必须进行安全防护。　　一、激光对眼睛的伤害关系　　激光波长与眼睛伤害：在激光的伤害中，以机体中眼睛的伤害最为严重。波长在可见光和近红外光的激光，眼屈光介质的吸收率较低，透射率高，而屈光介质的聚焦能力（即聚光力）强。强度高的可见或近红外光进入眼睛时可以透过人眼屈光介质，聚积光于视网膜上。此时视网膜上的激光能量密度及功率密度提高到几千甚至几万倍，大量的光能在瞬间聚中于视网膜上，致视网膜的感光细胞层温度迅速升高，以至使感光细胞凝固变性坏死而失去感光的作用。激光聚于感光细胞时产生过热而引起的蛋白质凝固变性是不能可逆的损伤。一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明。　　激光的波长不同对眼球作用的程度不同，其后果也不同。远红外激光对眼睛的损害主要以角膜为主，是因为这类波长的激光几乎全部被角膜吸收，所以角膜损伤最重，主要引起角膜炎和结膜炎，感到眼睛痛，异物样刺激、怕光、流眼泪、眼球充血，视力下降等。发生远红外光损伤时应遮住保护伤眼，防止感染发生，对症处理。　　紫外激光对眼的损伤主要是角膜和晶状体，此波段的紫外激光几乎全部被眼的晶状体吸收，而中远以角膜吸收为主，因而可致晶状体及角膜混浊。　　二、入射激光强度及眼损伤关系　　激光损害眼睛的程度除了与不同波长的激光有关外（CO2激光10.6μm；Nd：YAg laser1.06μm，He-Ne laser 632.8nm），还与激光进入眼睛总的光能量、能量密度及功率密度相关联。　　激光的种类中，当可见或近红外激光功率密度很低时不引起眼睛的急性损害。主要原因是由于激光的功率密度低，视网膜组织虽接受了激光光子能量逐渐变热，但热量一方面通过分子振动把热量传给周围组织，再传到眼睛外面；而另一方面可以将热量传给密布于网膜底层脉络膜里的微血管，随着微血管中血液循环再散发到眼外去。因此，视网膜至整眼的温度无明显升高，或略有微温变化，仍是在对眼睛完全无害的范围内。　　视网膜的损伤取决于功率、时间，如当可见或近红外连续激光的功率密度不断增加，致视网膜上的热量聚累速度大于散热速度时，或功率密度不是很高，但视网膜吸收时间太长，视网膜接受光子流部位的温度必升高，即照射时间越长，温度升高越大，温度升高越大，超过正常眼温10℃以上，就要引起视网膜损害。　　1．瞳孔大小及损害程度　瞳孔的大小对受伤程度有一定比例关系。缩小的瞳孔可以减少进入眼底的激光量。瞳孔越大进入眼内的激光量越大，眼底损伤程度越重，越不可逆转。因此，瞳孔缩小对保护眼底视网膜，防止激光束损伤有一定的意义。　　2．瞳孔的变化与环境不同　在光线较暗的室内，瞳孔散开就大，在这样的环境中调试，使用激光器者，必须慎重保护眼睛。因此时眼睛的瞳孔外于最大状态，进光量虽少，也最容易伤害眼睛视网膜。缩小的瞳孔，除能减少进光量而外，瞳孔外的激光量可被虹膜吸收、而将热量由虹膜的微血管扩散转移。一般人的眼睛，在适应暗的环境时，瞳孔直径为7～8mm，在可见的强光下可以缩小到只有1.5mm，通常在白天瞳孔直径约2～3mm。因而，最大瞳孔与最小瞳孔之间的透光面积相差20倍以上。　　三、眼睛伤害中激光的入射角度　　由于眼球的特殊解剖及特殊生理关系，激光对视网膜的损伤与入射眼睛角度有紧密关系。原因是眼球自身为一聚光透镜系统，射入的激光光束与视轴线平行进入眼内时，于眼底黄斑区中央凹处聚焦成很小的光斑，其能量密度比角膜处高3～4倍。而黄斑区中央凹是眼睛视觉功能最灵敏及最重要的区域，一旦受损视觉功能将发生不同程度的改变。严重者将终身失明。因为视觉受激光光子的损伤后，致感光细胞凝固变性坏死，造成不可逆性损伤。　　白天，人眼的色视觉完全靠黄斑部的感光作用获得，黄斑部的面积虽只占视网膜总面积的很少一部分，中央凹直径只有0.5mm左右。但反映的视野（眼睛凝视前方所能看清的总面积）却占很大比例。生理结构上黄斑部中央凹有2～3万长而细的锥体感光细胞组成，感光细胞分布密度很高，主要担负视觉功能。在受到损伤后对白昼色视觉功能就丧失。再者，视网膜黄斑的中央凹处无血管及神经分布，因此这部位的热量扩散功能很差，一旦损伤后，再修复的希望很渺盲。中央凹是视网膜最薄弱的地方，在受到激光作用后比视网膜中其他部位更容易遭到破坏，因此激光直射眼睛非常危险。　　当激光稍偏离视轴角度入射眼睛时，聚焦光斑不会落于黄斑区，而落在其外围的视网膜上。因此入射角度不同，其损伤就不一样，即使和直射时所进入眼睛的能量完全相同，但所引起的伤害就轻得多。其原因是黄斑以外的部位上感光细胞比黄斑区分布密度要少的多，而且黄斑以外的视网膜较厚，单位面积上接受到相同的能量，其温度升高的程度要小得多。此外，黄斑区以外的视网膜里密布着微血管，血液循环中可带走部分热量，就使温度升高的可能性减少。温度升高，损伤越重；反之，温度升高的程度越小，损伤的可能性越轻。激光对视网膜的急损伤主要的作用是热效应引起。　　激光入射角不与视轴同步，偏离角度越大，视网膜的损伤越轻，虹膜可挡住偏离的激光而不会进入眼底。由于黄斑部位中央凹在视觉功能中起的作用极重要，而且这部位又最容易受损伤，所以直视激光束的危险程度要比偏离视轴一个角度射入眼睛射入眼睛的危险程度大很多，必须绝对避免。　　四、眼底色素含量及伤害关系　　眼底色素含量多少及受到激光伤害程度有特定关系。色素组织极容易吸收激光能量，故色素含量多少直接影响到激光对视网膜的损伤适度。文献报道机体肤色深浅与眼底色素呈正相关联系，皮肤黑色重者，其眼底所含的色素数量也多；皮肤色白者，眼底含色素数量相对较少。故而色素含量越多，对激光的吸收程度也强，遭受损伤的程度越大。眼睛组织吸收了超过其本身的致伤阈值的能量以后就将受到伤害。超出越多，受到的伤害就越重。　　五、激光对皮肤的损害　　人体皮肤由于生理结构有很敏感的触、疼、温等功能，构成一个完整的保护层。而且皮肤由多组织层次组成，在每一层中都有不同的细胞。激光照到皮肤时，如其能量（功率）过大时可引起皮肤的损伤，当然损伤灶可以由组织修复，虽然功能有所下降，但不影响整体功能结构，与对眼睛的损伤要轻得多。但也须引起高度重视。激光损害皮肤的阈值也很高，各种激光器的输出能量相差很大，使用大功率激光器的范围很广泛。激光对皮肤的损伤程度与激光的照射剂量，激光的波长，肤色深浅，组织水分以及皮肤的角质层厚薄诸因素有关，以前三个因素为主要。　　激光剂量及皮肤损害程度：经大量实践，照射皮肤时使用的激光功率密度（或能量密度）越大，则皮肤受到的损伤越大，二者呈正相关比例。皮肤吸收超过安全阈值的激光能量后，受照部位的皮肤将随剂量的增大而依次出现热致红斑、水泡、凝固及热致炭化、沸腾，燃烧及热致汽化。因此激光损伤皮肤的机理主要是由激光的热作用所致。皮肤吸收激光能量以后，局部的皮肤温度在短时内升高，温度升高的程度不同，造成的损害也不同。尤其是红外激光突出，如CO2激光（汽体激光），皮肤对此类10.6μm波长红外激光吸收率很高，透过率很低，皮肤对CO2激光产生强烈吸收，使皮肤的局部温度快速升高，极容易造成损害。　　激光损害皮肤的严重程度是由皮肤对激光吸收率决定的，皮肤对激光的吸收率由激光的波长所决定。皮肤对某波长激光的吸收率越高，受到的损伤也越严重。如皮肤对紫外激光和红外激光的吸收率很高时，这两类激光就是损伤皮肤的主要波段激光。红外激光对皮肤主要作用是热烧伤，此类激光照射皮肤，功率比较小时而致毛细血管扩张，皮肤发红发热。随着激光功率密度增大，热损伤程度也随着增大。相反的是，紫外激光对皮肤的作用主要是光作用。在紫外激光照射皮肤时可以引起皮肤红斑、老化，过量时严重的致癌变。对皮肤危害性最大的紫外光波在270～290nm，波长比270～290nm大的或小的其危害程度都相对地减少。　　六、肤色与激光损害　　皮肤的颜色越深，意味着皮肤里细胞含有的黑色素颗粒越多，色素颗粒可以将各种不同波长的激光能量转变成热能，在吸收激光能量后，局部形成一个热源，并很快向四周扩散热能，从而引起细胞及组织破坏和死亡。皮肤内含的黑色素颗粒越多，形成的热源也将越多，光能转变成热能效率越高，造成蛋白质凝固变性率越大，细胞死亡率越大。肤色越浅的人，受到的损伤越轻。激光器按波长分各种类型，由于不同波长的激光对人体组织器官伤害不同。因而在各类型的激光器中按其功率输出大小及对人体伤害分以下四级。　　第一级激光器：即无害免控激光器。一级激光器发射的激光，在使用过程中对人体无任何危险，即使用眼睛直视也不会损害眼睛。对这类激光器不需任何控制。　　第二级激光器：即低功率激光器。输出激光功率虽低，用眼睛偶尔看一下不至造成眼损伤，但不可长时间直视激光束。否则，眼底细胞受光子作用而损害视网膜。但这类激光对人体皮肤无热损伤。　　第三级激光器：即中功率激光器。这种激光器的输出功率如聚焦时，直视光束会造成眼损伤，但将光改变成非聚焦，漫反射的激光一般无危险，这类激光对皮肤尚无热损伤。　　第四级激光器：即大功率激光器，此类激光不但其直射光束及镜式反射光束对眼和皮肤损伤，而且损伤相当严重，并且其漫反射光也可能给人眼造成损伤。　　根据上述激光器的分级来看，对人眼睛及皮肤损害最大的是第四级激光器。前述了激光对人体的危害，尤其是对眼睛的损伤，其损伤程度可以使眼睛视力降低，甚至完全失明。但这种损伤并非所有量级激光能引起，而是有一最低限度——即致伤阈值，只有当激光能量密度或功率密度超过此阈值时才能对眼睛造成伤害。激光器的级别分类给我们提供了一安全的参考值。　　激光安全管理措施　　使用不同级别激光器的管理措施　　1．使用第一级激光器的管理由于第一级激光器是无害免控激光器，因此不需任何控制措施。激光器不必使用警告标记，但须避免不必要长久地直视第一级激光束。　　2．第二级激光器的使用安全措施　　第二级激光器为低水平激光器，如偶尔照射到人眼还不至于引起伤害，可连续观察激光束时能损伤眼睛。因此，不能长时间地直视激光束，此是对第二级激光器的最重要控制措施。此外，还应该在安放第二级激光器的房门上及激光的外壳及其操作面板上张贴警告标记。　　3．第三级激光器的使用安全措施　　由于第三级激光器是中等功率激光器，可能对眼有损伤，必须对这一级激光器定出措施，确保安全：　　（1）对操作激光器的工作人员进行教育和培训，使他（她）们明白操作此级激光器时可能出现的潜在危险，并对他（她）们进行恰当的激光安全训练，以及出现危险时紧急处理方法。由于激光对眼睛的损伤均为不可逆性，培训教育了解和掌握激光器的安全运用实属必要。　　（2）工程技术管理　　管理使用激光器必须由专业（职）人员来进行，未经培训教育人员不得擅自开启使用激光机。如激光器上的触发系统上装设联锁钥匙开关，确保只有用钥匙打开联锁开关以后才能触发启动，拔出钥匙就不能启动。对于安放激光器的房间要有明亮的光线，人在明亮光线的环境中，眼睛的瞳孔缩小，以防在激光光束射入眼睛时可减少透射到视网膜上的进光量。对于安放激光器的高度，激光束路径应避开正常人站立或坐着时的眼睛的水平位置，视轴不能与出光口平行对视。　　（3）激光器应严格控制　　在存放使用的激光器房间内不要无故地把激光束对准人体，尤其是眼睛。因为激光对眼睛的损伤要恢复极其困难，均为永久性损害，而且每一个人的一生中只有一双眼睛，大家务必时刻牢记，在开动激光器之前，必须告诫现场中人员可能出现的危害，并戴上安全防护眼镜。在有强激光器的工作区内外明显的位置上及激光手术室、实验室的房门上张贴出危险标记。　　（4）激光受控区　　第三级激光器必须只能在一定的区域内使用激光设备。按一般要求设立门卫及安全的弹簧锁、联锁等，以确保外人与未受保护人员不得进入受控区，即使意外门被打开时，激光器的激励也能立即停止。房间不应透光，以阻止有害激光束泄漏出去。同时设立紧急开关，使得处于危险情况下时能将激光器停止发射。　　（5）激光器的使用人员必须了解激光器的结构、安全防护，在经过考核后可以发给第三级激光器使用执照，领有执照的工作人员才有资格操作激光器。　　对于非工作人员必须严格禁止与工作无关的人员进入激光控制区。参观人员须得到监督人员的许可，并使其了解此类激光器的潜在危险性，再采取必要的防护措施后才能进入。非工作人员不能随意在未允许后进入激光控制区开启设备。　　（6）调试激光器　　调试激光器的光学系统时采取严格的防护措施，保证人的眼睛不受到原激光束及镜式反射束的照射。即视轴不与原光束及镜反光束同轴。　　（7）用光学仪器观察激光束，使用的如为双筒镜、显微镜、望远镜之类观察激光束，激光对眼睛损伤的可能性增加较大。系非用此类光学仪器时必须经过严格地安全计算，添加滤光器和适当的联锁类防护设备，以保证人眼所受到的照射量低于激光的安全标准值。　　（8）眼睛的保护　　在采取以上措施以后，人眼还可能受到超安全标准值的激光照射时，必须根据此类激光器的波长，选用光密度合适的保护眼镜加强保护眼睛。　　（9）在激光手术室的门上及激光器外壳和操作面板的显眼位置张贴警告标记，根据激光器的具体危害程度的大小采用“危险”或者“注意”的标记，以醒目为好。　　4．第四级激光器　　由于第四级激光器功率输出最高，而且光波非肉眼所感受到，是最危险的激光器，对人体的损害机会及严重程度最大。不仅激光的原光束和镜式反射光束可以伤害人体，而且漫反射光束也能伤害人体。因此必须对第四级激光器采取更为严格的控制措施，须增加一些特殊管理才行。　　激光室内要尽可能地把全光路完全封闭起来，即尽可能把原光束，镜式反射光束和漫反射光束都封闭起来。外罩应装联锁开关，确保人员安全健康。对于第四级激光器只允许具有正确操作人员而且持有执照，并有钥匙专管的工作人员才能启动激光器。必须有“危险”警告标记。　　由于红外激光和紫外激光都是不可见的激光，对于这2类激光器的控制措施，除前节所述的一些控制措施外，必须严格操作管理程序。在激光手术室内，一旦启动激光器，随时都有触发输出激光的可能性。这就取决于手术人员的责任心，往往是很多意外的事故都是由于不严格控制，不按程序操作引起。手术前，除只对接受激光手术治疗的进入外，其于非受术者及非工作人员不得进入激光室内。由于激光手术的大小难度不同，所需激光功率不一样。较大手术需要的激光功率高，而且参加手术人员相对较多，这给室内控制带来一定的复杂性，必须由具有经验、或主刀手术全权支配或指挥整个手术中的激光应用才能确保安全。