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Perigos relacionados a feixes
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Perigos não relacionados a feixes
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Os perigos dos lasers podem ser separados em duas categorias gerais – perigos relacionados a feixes para os olhos e pele e perigos não relacionados a feixes, tais como perigos elétricos e químicos.
Perigos relacionados com feixes
Os dispositivos laser utilizados de forma incorrecta são potencialmente perigosos. Os efeitos podem variar de queimaduras cutâneas leves a lesões irreversíveis na pele e nos olhos. Os danos biológicos causados pelos lasers são produzidos através de processos térmicos, acústicos e fotoquímicos.
Os efeitos térmicos são causados por um aumento da temperatura após a absorção da energia do laser. A gravidade do dano depende de vários fatores, incluindo duração da exposição, comprimento de onda do feixe, energia do feixe e a área e tipo de tecido exposto ao feixe.
Efeitos acústicos resultam de uma onda de choque mecânica, propogada através do tecido, acabando por danificar o tecido. Isto acontece quando o feixe laser causa vaporização localizada do tecido, fazendo com que a onda de choque análoga se ondule na água ao jogar uma rocha em um lago.
A exposição ao feixe também pode causar efeitos fotoquímicos quando os fótons interagem com as células do tecido. Uma alteração na química celular pode resultar em danos ou alterações nos tecidos. Os efeitos fotoquímicos dependem muito do comprimento de onda. A Tabela 2 resume os prováveis efeitos biológicos da exposição dos olhos e da pele a diferentes comprimentos de onda. 280 nm)
Fotoceratite
Eritema (queimadura solar)
Câncer de pele
Câncer de pele
Ultravioleta B
(280 nm – 280 nm – 280 nm 315 nm)
Fotokeratites
Pigmentação sem aumento
Ultravioleta A
(315 nm – 400 nm)
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Escurecimento dos pigmentos
Queimadura da pele
Visível
(400 nm – 400 nm 780 nm)
Escurecimento dos pigmentos
Reacções fotossenstivas
Queimadura da pele
Infrared A
(780 nm -780 nm 1400 nm)
Catarato e queima da retina
Queima da pele
Queima do infravermelho B
(1.4mm – 3.0 mm)
Queimadura de pele
Queimadura de pele
Infravermelho C
(3.0 mm – 1000 mm)
Só queimadura da pele
Queima da pele
Tipos de exposição do feixe (topo)
Exposição ao feixe laser não se limita à exposição directa do feixe. Particularmente para lasers de alta potência, a exposição aos reflexos do feixe pode ser tão prejudicial como a exposição ao feixe primário.
Exposição ao feixe do laser significa que o olho ou a pele são expostos directamente a todo ou parte do feixe do laser. O olho ou a pele é exposto à irradiação total ou exposição radiante possível.
Os reflexos especulares das superfícies espelhadas podem ser quase tão prejudiciais como a exposição ao feixe directo, particularmente se a superfície for plana. Superfícies espelhadas curvas alargarão o feixe de tal forma que enquanto o olho ou pele expostos não absorvem o impacto total do feixe, existe uma área maior para possível exposição.
Uma superfície difusa é uma superfície que reflectirá o feixe laser em muitas direcções. Superfícies semelhantes a espelho que não são completamente planas, como jóias ou ferramentas metálicas, podem causar reflexos difusos do feixe. Esses reflexos não carregam toda a potência ou energia do feixe primário, mas podem ainda ser prejudiciais, particularmente para lasers de alta potência. Reflexos difusos de lasers Classe 4 são capazes de iniciar incêndios.
Se uma superfície é um refletor difuso ou um refletor especular dependerá do comprimento de onda do feixe. Uma superfície que seria um refletor difuso para um laser visível pode ser um refletor especular para um raio laser infravermelho.
Olhos (topo)
O maior perigo da luz laser é o perigo de feixes entrarem no olho. O olho é o órgão mais sensível à luz. Assim como uma lupa pode ser usada para focalizar o sol e queimar madeira, a lente no olho humano focaliza o feixe laser em um ponto minúsculo do que pode queimar a retina. Um raio laser com baixa divergência que entra no olho pode ser focalizado até uma área de 10 a 20 microns de diâmetro.
As leis da termodinâmica não limitam a potência dos lasers. A segunda lei afirma que a temperatura de uma superfície aquecida por um feixe de uma fonte de radiação térmica não pode exceder a temperatura do feixe da fonte. O laser é uma fonte não térmica e é capaz de gerar temperaturas muito maiores do que a sua própria. Um laser de 30 mW operando à temperatura ambiente é capaz de produzir energia suficiente (quando focalizado) para queimar instantaneamente através do papel.
Por lei de conservação de energia, a densidade de energia (medida de energia por unidade de área) do feixe laser aumenta à medida que o tamanho da mancha diminui. Isto significa que a energia de um feixe laser pode ser intensificada até 100.000 vezes pela ação de focalização do olho. Se a irradiância que entra no olho for de 1 mW/cm2, a irradiância na retina será de 100 W/cm2. Assim, mesmo um laser de baixa potência na faixa de milliwatt pode causar uma queimadura se focalizado diretamente na retina.
Nunca aponte o laser para os olhos de alguém por mais baixa que seja a potência do laser.
Estrutura do olho (topo)
Danos ao olho dependem do comprimento de onda do feixe. A fim de compreender os possíveis efeitos na saúde, é importante compreender as funções das principais partes do olho humano.
A córnea é a camada transparente de tecido que cobre o olho. Os danos à córnea externa podem ser desconfortáveis (como uma sensação de areia) ou dolorosos, mas normalmente cicatrizam rapidamente. Os danos às camadas mais profundas da córnea podem causar lesões permanentes.
Seta transversal do olho humano
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A lente focaliza a luz para formar imagens na retina. Com o tempo, a lente torna-se menos maleável, tornando mais difícil focar em objetos próximos. Com a idade, a lente também se torna turva e eventualmente opacifica-se. Isto é conhecido como uma catarata. Cada lente desenvolve eventualmente uma catarata.
A parte do olho que proporciona a visão mais aguda é a fovea centralis (também chamada de macula lutea). Esta é uma área relativamente pequena da retina (3 a 4%) que proporciona a visão mais detalhada e aguda, assim como a percepção de cores. É por isso que os olhos se movem quando se lê ou quando se olha como algo; a imagem tem que estar focalizada nos fóveas para uma percepção detalhada. O equilíbrio da retina pode perceber luz e movimento, mas não imagens detalhadas (visão periférica).
Se ocorrer uma queimadura de laser na fóvea, a visão mais fina (leitura e trabalho) pode ser perdida num instante. Se uma queimadura de laser ocorrer na visão periférica pode produzir pouco ou nenhum efeito sobre a visão fina. Queimaduras repetidas na retina podem levar à cegueira.
Felizmente o olho tem um mecanismo de autodefesa — a resposta de piscar os olhos ou de aversão. Quando uma luz brilhante atinge o olho, o olho tende a piscar ou se afastar da fonte de luz (aversão) dentro de um quarto de segundo. Isto pode defender o olho de danos quando os lasers de menor potência estão envolvidos, mas não pode ajudar quando se trata de lasers de maior potência. Com os lasers de alta potência, os danos podem ocorrer em menos de um quarto de segundo.
Os sintomas de uma queimadura do laser no olho incluem dor de cabeça logo após a exposição, irrigação excessiva dos olhos e aparecimento repentino de flutuadores na sua visão. Flutuadores são aquelas distorções que ocorrem aleatoriamente na visão normal na maioria das vezes após um piscar de olhos ou quando os olhos foram fechados por um par de segundos. Flutuadores são causados por tecidos celulares mortos que se destacam da retina e coróide e flutuam no humor vítreo. Os oftalmologistas frequentemente descartam pequenas lesões a laser como flutuadores devido à tarefa muito difícil de detectar lesões menores na retina. Pequenas queimaduras na córnea causam uma sensação de areia no olho.
Fatores transversais determinam o grau de lesão no olho pela luz laser:
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tamanho da pupila – O encolhimento do diâmetro da pupila reduz a quantidade de energia total fornecida à superfície da retina. O tamanho da pupila varia de um diâmetro de 2 mm em sol brilhante até um diâmetro de 8 mm na escuridão (visão noturna).
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grau de pigmentação – Mais pigmento (melanina) resulta em mais absorção de calor.
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tamanho da imagem da retina – Quanto maior o tamanho, maior o dano, pois o equilíbrio de temperatura deve ser alcançado para causar danos. A taxa de formação de equilíbrio é determinada pelo tamanho da imagem.
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duração do impulso – Quanto menor o tempo (ns versus ms), maior a chance de lesão.
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taxa de repetição de impulso – Quanto mais rápida a taxa, menor a chance de dissipação e recuperação de calor.
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comprimento de onda – determina onde os depósitos de energia e quanto passa pela mídia ocular.
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Site de absorção do olho vs. comprimento de onda (topo)
O comprimento de onda determina onde a energia do laser é absorvida no olho.
Fonte: Sliney & Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources, Plenum Press, 1980
Lasers na faixa visível e infravermelha próxima do espectro têm o maior potencial de lesão da retina, pois a córnea e a lente são transparentes a esses comprimentos de onda e a lente pode focalizar a energia do laser na retina. A absorção máxima da energia laser na retina ocorre na faixa de 400 – 550 nm. Os lasers Argon e YAG operam nesta faixa, tornando-os os lasers mais perigosos no que diz respeito a lesões oculares. Comprimentos de onda inferiores a 550 nm podem causar uma lesão fotoquímica semelhante a queimadura solar. Os efeitos fotoquímicos são cumulativos e resultam de longas exposições (mais de 10 segundos) à luz difusa ou dispersa. A Tabela 3 resume os efeitos mais prováveis da superexposição a vários lasers comumente usados.
Pele (topo)
Lasers podem prejudicar a pele através de queimaduras fotoquímicas ou térmicas. Dependendo do comprimento de onda, o feixe pode penetrar tanto na epiderme como na derme. A epiderme é a camada viva mais externa da pele. Far e Mid-ultraviolet (o actínico UV) são absorvidos pela epiderme. Uma queimadura solar (avermelhamento e bolhas) pode resultar da exposição de curto prazo ao feixe. A exposição UV também está associada a um aumento do risco de desenvolver cancro de pele e envelhecimento prematuro (rugas, etc.) da pele.
Queimaduras térmicas na pele são raras. Normalmente requerem exposição a feixes de alta energia durante um longo período de tempo. O dióxido de carbono e outros lasers infravermelhos estão mais comumente associados a queimaduras térmicas, uma vez que esta faixa de comprimento de onda pode penetrar profundamente no tecido cutâneo. A queimadura resultante pode ser de primeiro grau (avermelhamento), segundo grau (bolhas) ou terceiro grau (carbonização).
alguns indivíduos são fotossensíveis ou podem estar a tomar medicamentos prescritos que induzem a fotossensibilidade. Deve ser dada especial atenção ao efeito destes medicamentos (prescritos), incluindo alguns antibióticos e fungicidas, sobre o indivíduo que toma o medicamento e trabalha com ou em torno de lasers.
Perigos de não-feixe (topo)
Além dos perigos diretamente associados à exposição ao feixe, os perigos auxiliares podem ser produzidos por cilindros de gás comprimido, materiais criogênicos e tóxicos, radiação ionizante e choque elétrico.
Perigos elétricos (topo)
O uso de lasers ou sistemas a laser pode apresentar um perigo de choque elétrico. Isso pode ocorrer por contato com a utilização de energia elétrica exposta, controle de dispositivos e condutores de suprimento de energia operando com potenciais de 50 volts ou mais. Essas exposições podem ocorrer durante a configuração ou instalação, manutenção e serviço do laser, onde as coberturas de proteção do equipamento são freqüentemente removidas para permitir o acesso a componentes ativos, conforme necessário para essas atividades. O efeito pode variar desde um pequeno formigamento até ferimentos pessoais graves ou morte. A proteção contra contato acidental com condutores energizados por meio de um sistema de barreira é a principal metodologia para evitar choques elétricos.
Requisitos adicionais de segurança elétrica são impostos aos dispositivos, sistemas e aqueles que trabalham com eles pela OSHA (Administração Federal de Segurança e Saúde Ocupacional), o Código Nacional de Elétricas e regulamentos estaduais e locais relacionados. Os indivíduos que reparam ou mantêm lasers podem requerer treinamento especializado em práticas de segurança elétrica relacionadas ao trabalho. Entre em contato com o Engenheiro de Segurança da Universidade pelo telefone 258-5294 para uma inspeção de segurança elétrica e/ou treinamento necessário.
Outro perigo particular é que as fontes elétricas de alta tensão e capacitores para lasers estão frequentemente localizados perto de bombas de água de resfriamento, linhas, filtros, etc. No caso de um derramamento ou ruptura da mangueira, pode ocorrer uma situação extremamente perigosa. Durante períodos de alta umidade, o resfriamento excessivo pode levar à condensação, que pode ter efeitos semelhantes. Um acidente potencialmente letal ocorreu na Princeton University quando um estudante de pós-graduação abriu um laser para limpar a condensação de um tubo.
As recomendações a seguir são recomendações para evitar choques elétricos para lasers para todas as classificações:
- Todos os equipamentos devem ser instalados de acordo com a OSHA e o National Electrical Code.
- Todos os equipamentos elétricos devem ser tratados como se estivessem “sob tensão”.
- O trabalho com ou perto de circuitos sob tensão deve ser evitado. Sempre que possível, desconecte o equipamento antes de trabalhar nele.
- Um “sistema de amigos” deve ser usado quando for necessário trabalhar com equipamentos elétricos sob tensão, particularmente após as horas normais de trabalho ou em áreas isoladas. Idealmente, a pessoa deve conhecer os primeiros socorros e CPR.
- Anéis e pulseiras metálicas não devem ser usados, nem canetas, lápis ou réguas metálicas enquanto se trabalha com equipamento eléctrico.
- Circuitos em directo devem ser trabalhados com uma mão, quando for possível fazê-lo.
- Quando se trabalha com equipamento eléctrico, só devem ser usadas ferramentas com cabos isolados.
- Equipamento eléctrico que ao toque dá a menor percepção de corrente deve ser removido de serviço, etiquetado e reparado antes de ser utilizado.
- Quando trabalhar com tensões elevadas, considere o pavimento condutor e ligado à terra, a menos que esteja sobre um tapete seco devidamente isolado, normalmente utilizado para trabalhos eléctricos.
- Não trabalhar com equipamento eléctrico vivo quando se está de pé num chão molhado, ou quando as mãos, pés ou corpo estão molhados ou a transpirar.
- Não realizar actividades perigosas quando estiver verdadeiramente fatigado, emocionalmente stressado, ou sob a influência de medicamentos que entorpecem ou abrandam os processos mentais e reflexos.
- Procedimentos de bloqueio/extracção quando se trabalha com equipamento com fio.