Avsnitt 2: Laserfaror

• • Faror relaterade till strålen
  • Faror som inte är relaterade till strålen
  • Strålrelaterade faror
  • Typer av strålningsexponering (uppifrån)
  • Öga (överst)
  • Ögats struktur (överst)
  • Absorptionsställe i ögat vs. våglängd (överst)
  • Hud (överst)
  • Faror utanför strålen (topp)
  • Elektriska faror (topp)

  Faror relaterade till strålen

• Faror som inte är relaterade till strålen

Farorna med laser kan delas in i två allmänna kategorier – strålrelaterade risker för ögon och hud och risker som inte är relaterade till strålen, till exempel elektriska och kemiska risker.

Strålrelaterade faror

Laseranordningar som används felaktigt är potentiellt farliga. Effekterna kan sträcka sig från lindriga hudbrännskador till irreversibla skador på hud och ögon. De biologiska skador som orsakas av lasrar uppstår genom termiska, akustiska och fotokemiska processer.

Termiska effekter orsakas av en temperaturhöjning efter absorption av laserenergi. Skadans svårighetsgrad beror på flera faktorer, bland annat exponeringstid, strålens våglängd, strålens energi samt området och typen av vävnad som utsätts för strålen.

Akustiska effekter beror på en mekanisk chockvåg, som propageras genom vävnaden och slutligen skadar vävnaden. Detta sker när laserstrålen orsakar lokaliserad förångning av vävnad, vilket orsakar chockvågen analogt med krusningar i vattnet när man kastar en sten i en damm.

Bestrålning kan också orsaka fotokemiska effekter när fotoner interagerar med vävnadsceller. En förändring av cellkemin kan leda till skada eller förändring av vävnaden. Fotokemiska effekter beror i hög grad på våglängden. I tabell 2 sammanfattas de sannolika biologiska effekterna av exponering av ögon och hud för olika våglängder.

Fotobiologisk Spektralområde	Öga	Hud
Ultraviolett C (200 nm – 280 nm)	Fotokeratit	Erythema (solbränna) Hudcancer Accelererat åldrande av huden
Ultraviolett B (280 nm – 315 nm)	Photokeratit	Förstärkt pigmentering
Ultraviolett A (315 nm – 400 nm)	Fotokemisk katarakt	Mörkare pigment Hudbränna
Visibelt (400 nm – 780 nm)	Fotokemisk och termisk skada på näthinnan	Pigmentförmörkning Fotosenstiva reaktioner Hudbrännskada
Infrarött A (780 nm – 1400 nm)	Katarakt och brännskada på näthinnan	Hudbrännskada
Infrarött B (1.4mm – 3,0 mm)	Brännskada på hornhinnan, vattenbloss, katarakt	Hudbrännskada
Infrarött C (3.0 mm – 1000 mm)	Enbart brännskada på hornhinnan	Hudbrännskada

Typer av strålningsexponering (uppifrån)

Exponering för laserstrålen är inte begränsad till direkt strålningsexponering. Särskilt för lasrar med hög effekt kan exponering för strålreflektioner vara lika skadlig som exponering för den primära strålen.

Intrastrålning innebär att ögat eller huden exponeras direkt för hela eller delar av laserstrålen. Ögat eller huden utsätts för full irradians eller strålningsexponering som är möjlig.

Spekulära reflektioner från spegelytor kan vara nästan lika skadliga som exponering för den direkta strålen, särskilt om ytan är platt. Böjda spegelliknande ytor breddar strålen så att även om det utsatta ögat eller huden inte absorberar hela strålens inverkan finns det ett större område för möjlig exponering.

En diffus yta är en yta som reflekterar laserstrålen i många riktningar. Spegelliknande ytor som inte är helt plana, t.ex. smycken eller metallverktyg, kan orsaka diffusa reflektioner av strålen. Dessa reflektioner bär inte den primära strålens fulla kraft eller energi, men kan ändå vara skadliga, särskilt när det gäller lasrar med hög effekt. Diffusa reflektioner från lasrar i klass 4 kan utlösa bränder.

Om en yta är en diffus reflektor eller en speglande reflektor beror på strålens våglängd. En yta som skulle vara en diffus reflektor för en synlig laser kan vara en spekulär reflektor för en infraröd laserstråle.

Öga (överst)

Den största faran med laserljus är faror från strålar som kommer in i ögat. Ögat är det organ som är mest känsligt för ljus. Precis som ett förstoringsglas kan användas för att fokusera solen och bränna trä, fokuserar linsen i det mänskliga ögat laserstrålen till en liten punkt som kan bränna näthinnan. En laserstråle med låg divergens som kommer in i ögat kan fokuseras ner till ett område med en diameter på 10 till 20 mikrometer.

Thermodynamikens lagar begränsar inte laserns effekt. Den andra lagen säger att temperaturen på en yta som värms upp av en stråle från en termisk strålningskälla inte kan överstiga temperaturen på källstrålen. Lasern är en icke-termisk källa och kan generera temperaturer som är mycket högre än sin egen. En laser på 30 mW som arbetar vid rumstemperatur kan producera tillräckligt med energi (när den är fokuserad) för att omedelbart bränna igenom papper.

Enligt lagen om energins bevarande ökar laserstrålens energitäthet (mått på energi per ytenhet) när fläckstorleken minskar. Detta innebär att energin i en laserstråle kan intensifieras upp till 100 000 gånger genom ögats fokuserande verkan. Om den strålning som kommer in i ögat är 1 mW/cm2 är strålningen på näthinnan 100 W/cm2. Således kan även en laser med låg effekt i milliwattområdet orsaka en brännskada om den fokuseras direkt på näthinnan.

Rikta ALDRIG en laser mot någons ögon, oavsett hur låg lasereffekt lasern har.

Ögats struktur (överst)

Skador på ögat är beroende av strålens våglängd. För att förstå de möjliga hälsoeffekterna är det viktigt att förstå funktionerna hos de viktigaste delarna av det mänskliga ögat.

Hornhinnan är det genomskinliga vävnadsskiktet som täcker ögat. Skador på den yttre hornhinnan kan vara obekväma (som en grynig känsla) eller smärtsamma, men läker vanligtvis snabbt. Skador på djupare lager av hornhinnan kan orsaka permanenta skador.

Linsen fokuserar ljuset för att bilda bilder på näthinnan. Med tiden blir linsen mindre följsam, vilket gör det svårare att fokusera på närliggande objekt. Med åldern blir linsen också grumlig och blir så småningom opak. Detta kallas för grå starr. Alla linser utvecklar så småningom katarakt.

Den del av ögat som ger den skarpaste synen är fovea centralis (även kallad macula lutea). Detta är ett relativt litet område av näthinnan (3 till 4 %) som ger den mest detaljerade och skarpa synen samt färguppfattning. Det är därför ögonen rör sig när du läser eller när du tittar på något; bilden måste fokuseras på fovea för detaljerad uppfattning. Resten av näthinnan kan uppfatta ljus och rörelse, men inte detaljerade bilder (perifer syn).

Om en laserbränna inträffar på fovea kan det mesta av den fina synen (läsning och arbete) förloras på ett ögonblick. Om en laserbränning inträffar i den perifera synen kan den ge liten eller ingen effekt på den fina synen. Upprepade näthinnebrännskador kan leda till blindhet.

Troligtvis har ögat en självförsvarsmekanism – blink- eller aversionssvaret. När ett starkt ljus träffar ögat tenderar ögat att blinka eller vända sig bort från ljuskällan (aversion) inom en kvarts sekund. Detta kan skydda ögat från skador när det gäller lasrar med lägre effekt, men kan inte hjälpa när det gäller lasrar med högre effekt. Med lasrar med hög effekt kan skadan uppstå på kortare tid än en kvarts sekund.

Symtom på en laserbränna i ögat är huvudvärk kort efter exponering, överdriven vattning av ögonen och plötsligt uppträdande av floaters i synen. Floaters är de virvlande förvrängningar som uppträder slumpmässigt i normal syn oftast efter en blinkning eller när ögonen har varit stängda i ett par sekunder. Floaters orsakas av döda cellvävnader som lossnar från näthinnan och aderhinnan och flyter i glaskroppen. Ögonläkare avfärdar ofta mindre laserskador som floaters på grund av den mycket svåra uppgiften att upptäcka mindre skador på näthinnan. Mindre brännskador på hornhinnan orsakar en grynig känsla, som sand i ögat.

Flera faktorer bestämmer graden av skada på ögat från laserljus:

• Pupillstorlek – När pupilldiametern krymper minskar den totala energimängden som levereras till näthinneytan. Pupillstorleken varierar från en diameter på 2 mm i stark sol till en diameter på 8 mm i mörker (mörkerseende).

• grad av pigmentering – Mer pigment (melanin) resulterar i mer värmeabsorption.

• storlek på näthinnan – Ju större storlek, desto större skada eftersom temperaturjämvikt måste uppnås för att skada. Hastigheten för jämviktsbildning bestäms av bildens storlek.

• impulslängd – Ju kortare tid (ns jämfört med ms), desto större risk för skada.

• impulsrepetitionsfrekvens – Ju högre frekvens, desto mindre chans för värmeavledning och återhämtning.

• våglängd – bestämmer var energin deponeras och hur mycket som tar sig igenom ögonmediet.

Absorptionsställe i ögat vs. våglängd (överst)

Våglängden bestämmer var laserenergin absorberas i ögat.

Källa: Sliney & Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources, Plenum Press, 1980

Lasers i det synliga och nära infraröda spektrumområdet har den största potentialen för skador på näthinnan, eftersom hornhinnan och linsen är genomskinliga för dessa våglängder och linsen kan fokusera laserenergin på näthinnan. Den maximala absorptionen av laserenergi på näthinnan sker i intervallet 400-550 nm. Argon- och YAG-laser arbetar inom detta område, vilket gör dem till de farligaste lasrarna när det gäller ögonskador. Våglängder på mindre än 550 nm kan orsaka en fotokemisk skada som liknar solbränna. Fotokemiska effekter är kumulativa och uppstår vid långvarig exponering (över 10 sekunder) för diffust eller spritt ljus. Tabell 3 sammanfattar de mest sannolika effekterna av överexponering för olika vanligt förekommande lasrar.

Hud (överst)

Lasrar kan skada huden via fotokemiska eller termiska brännskador. Beroende på våglängden kan strålen penetrera både epidermis och dermis. Epidermis är hudens yttersta levande lager. Fjärr- och mellanultraviolett (aktinisk UV) absorberas av epidermis. En solbränna (rodnad och blåsbildning) kan uppstå vid kortvarig exponering för strålen. UV-exponering är också förknippad med en ökad risk för att utveckla hudcancer och för tidigt åldrande (rynkor etc.) av huden.

Termiska brännskador på huden är sällsynta. De kräver vanligtvis att man utsätts för strålar med hög energi under en längre tid. Koldioxidlaser och andra infraröda lasrar förknippas oftast med termiska brännskador, eftersom detta våglängdsområde kan tränga djupt in i hudvävnad. Den resulterande brännskadan kan vara av första graden (rodnad), andra graden (blåsbildning) eller tredje graden (förkolning).

Vissa personer är ljuskänsliga eller kan ta receptbelagda läkemedel som framkallar ljuskänslighet. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt effekten av dessa (förskrivna) läkemedel, inklusive vissa antibiotika och fungicider, på den person som tar medicinen och arbetar med eller i närheten av lasrar.

Faror utanför strålen (topp)

Förutom de faror som är direkt förknippade med exponering för strålen kan kompletterande faror produceras av komprimerade gasflaskor, kryogena och giftiga material, joniserande strålning och elektriska stötar.

Elektriska faror (topp)

Användning av lasrar eller lasersystem kan medföra risk för elektriska stötar. Detta kan inträffa vid kontakt med exponerade ledare för elanvändning, apparatstyrning och strömförsörjning som arbetar vid potentialer på 50 volt eller mer. Dessa exponeringar kan inträffa under laseruppsättning eller installation, underhåll och service, där utrustningens skyddskåpor ofta avlägsnas för att ge tillgång till aktiva komponenter i enlighet med vad som krävs för dessa aktiviteter. Effekten kan sträcka sig från en liten stickning till allvarlig personskada eller dödsfall. Skydd mot oavsiktlig kontakt med strömförande ledare med hjälp av ett barriärsystem är den primära metoden för att förhindra elektriska stötar.

Den federala arbetsmiljöverket OSHA (Occupational Safety and Health Administration), National Electric Code och relaterade delstatliga och lokala föreskrifter ställer ytterligare krav på elsäkerhet för laseranordningar, lasersystem och de som arbetar med dem. Personer som reparerar eller underhåller lasrar kan behöva specialiserad utbildning i arbetsmetoder som rör elsäkerhet. Kontakta universitetets säkerhetsingenjör på 258-5294 för en elsäkerhetsinspektion och/eller erforderlig utbildning.

En annan särskild fara är att högspänningselektroaggregat och kondensatorer för lasrar ofta är placerade i närheten av kylvattenpumpar, ledningar, filter osv. I händelse av spill eller slangbrott kan en extremt farlig situation uppstå. Under perioder med hög luftfuktighet kan överkylning leda till kondensering som kan få liknande effekter. En potentiellt dödlig olycka inträffade vid Princeton University när en doktorand öppnade en laser för att torka bort kondens från ett rör.

Följande är rekommendationer för att förhindra elektriska stötar för lasrar för alla klassificeringar:

• Alla utrustningar ska installeras i enlighet med OSHA och National Electrical Code.
• Alla elektriska utrustningar ska behandlas som om de vore ”spänningsförande”.
• Arbete med eller i närheten av spänningsförande kretsar ska undvikas. När det är möjligt ska utrustningen kopplas ur innan man arbetar på den.
• Ett ”kompissystem” ska användas när arbete på strömförande elektrisk utrustning är nödvändigt, särskilt efter normal arbetstid eller i isolerade områden. Helst ska personen ha kunskap om första hjälpen och HLR.
• Ringar och metalliska klockarmband ska inte bäras och metalliska pennor, blyertspennor eller linjaler ska inte heller användas när man arbetar med elektrisk utrustning.
• Livande kretsar ska arbetas med en hand, när det är möjligt.
• När man arbetar med elektrisk utrustning ska endast verktyg med isolerade handtag användas.
• Elektrisk utrustning som vid beröring ger minsta lilla känsla av ström ska tas ur bruk, märkas och repareras innan den används igen.
• När du arbetar med högspänning ska du betrakta golvet som ledande och jordat om du inte står på en lämpligt isolerad torr matta som normalt används för elektriskt arbete.
• Den elektriska utrustningen får inte bearbetas när man står på ett vått golv eller när händer, fötter eller kropp är våta eller svettas.
• Gör inte farliga aktiviteter när man är riktigt trött, känslomässigt stressad eller under påverkan av mediciner som dämpar eller fördröjer de mentala och reflexmässiga processerna.
• Följ rutinerna för låsning/taggning när man arbetar med hårdförbultad utrustning.