阅读 | 订阅
阅读 | 订阅
激光防护

眼睛是如何受到激光损伤的?

来源:激光制造网2021-06-23 我要评论(0 )   

文稿/成都希德光安全科技有限公司激光会对人眼造成不可逆的永久损伤,轻则引起用眼疲劳,重则引起永久失明,这是激光安全准则中时常警醒大家的一句话。但是激光到底是如...

文稿/成都希德光安全科技有限公司


激光会对人眼造成不可逆的永久损伤,轻则引起用眼疲劳,重则引起永久失明,这是激光安全准则中时常警醒大家的一句话。但是激光到底是如何对人眼造成损伤的呢?接下来的文章就为大家详细讲一讲这个问题。

 

要说到眼睛的损伤,首先应该熟悉的是眼睛的构造。所以我们先来看一看眼睛的一些基础构造和功能。图1展示了人眼的基本构造,眼睛的一些基本光学组织——它们分别是角膜,房水,晶状体和玻璃体液。在各种组织中,最容易受到激光伤害的组织是角膜,视网膜和晶状体。

 

图1 人眼结构

 

我们再具体来看看它们分别的功能是什么。如图所示,整个眼睛最外部的是角膜。人眼的角膜的活体组织直接暴露于环境中,虽然外部有一层很薄的泪膜保护。泪液层的最表面是厚度小于0.5微米的表面脂质单多层膜,然后在其下方是粘蛋白层,其粘蛋白浓度逐渐增加,这些使得角膜的平均折射率为1.376,这些成分提供了眼睛70%左右的屈光力。角膜本身也具有很高的代谢率,可以在24至48小时内恢复活力。

 

瞳孔是眼睛的光圈,正常直径长度为2-7mm。直径随着年龄的增长而减小,但是如果直径达到7毫米则可能意味着瞳孔损伤。虹膜则是用来调整眼睛的瞳孔的圆形的有色膜,位于角膜后方。巩膜是密度较高的纤维壳,用来保持眼睛的球形以及承受眼睛的内部压力。

 

视网膜可能是大家最熟悉的眼部组织。它的厚度不一,一般为0.4mm,视盘边缘最厚,约0.5mm,中央最薄,为0.1mm,由神经细胞的多个复杂层组成,其中的视杆视锥层是感光组织。视网膜有视杆细胞约12000万个,对弱光刺激敏感;另外有视锥细胞有650万~700万个,对强光和颜色敏感。黄斑处于人眼的光学中心区,是视力轴线的投影点,人眼视线的清晰都取决于黄斑上真实图像的形成。黄斑中央的凹陷称为中央凹,是视力最敏锐的地方,视锥细胞大多集中在这里。

 

晶状体位于玻璃体前面,周围由晶状体悬韧带与睫状体相连,呈双凸透镜状,富有弹性。晶状体就像照相机里的镜头一样,对光线有屈光作用,同时也能滤去一部分紫外线,保护视网膜,但它最重要的作用是通过睫状肌的收缩或松弛改变屈光度,使看远或看近时眼球聚光的焦点都能准确地落在视网膜上。但是晶状体的新陈代谢缓慢,随着年龄的增长,调节能力会逐渐降低,形成老视现象,如果晶体由于各种原因造成其部分或全部混浊,则发生白内障。

 

那激光会对这些组织产生哪些影响呢?

 

光对眼睛带来的损伤主要是由于其吸收能量引起的温度效应和光化学反应而引起生物损害。损伤的主要方式取决于光的波长和所暴露的组织。对于激光的危害,损坏的主要原因便是由不同部位对不同波长的光的吸收而引起的高温造成的组织损伤。

 

因此,眼睛中受伤的部位与激光辐射的波长直接相关。对于进入眼睛的激光辐射及其损伤可大致分为:

1.近紫外线波长(UVA)315-400 nm,大部分辐射被吸收在眼睛的晶状体中,紫外线穿透角膜后被晶状体所吸收,使晶状体可溶性蛋白交联凝聚,使晶状体老化或变得不透明,最终发生白内障。紫外线对晶体的影响是可累积的,因此这种影响是延迟的,并且过好几年可能才会出现问题。

2.远紫外线(UVB)280-315 nm 和(UVC)100-280 nm,大部分辐射被角膜吸收。紫外线通过光化学作用会造成角膜结膜急性损伤,使蛋白质凝固变性,由此造成角膜上皮脱落。其中,波长280纳米的紫外线对角膜的损伤力最大,刚患病时人仅仅感到双眼有异物感和轻度不适,严重时会感到烧灼、剧痛、畏光、流泪、眼睑痉挛(睁不开眼)等。如反复发病,可引起慢性睑缘炎和结膜炎,形成所谓的雪盲和焊眼。

3.可见(400 -760 nm)和近红外(760-1400 nm)大部分辐射被传输到视网膜,过度暴露可能导致闪光失明或视网膜灼伤和病变。视网膜的病变原理在于,当位于视网膜和巩膜之间的脉络膜层的血流无法调节视网膜的热负荷时,会在眼睛中引起热灼伤(病变),灼伤会烧伤血管而引发玻璃体液的继发性出血,这会使视野范围以外的视线模糊不清。虽然视网膜可以修复轻微的损伤,但视网膜黄斑区域(即视力最敏锐的区域)的重大损伤是导致视力或暂时失明,或甚至永久视力丧失的主要原因之一。

4.远红外线(1400 nm-1 mm)大部分辐射被传输到角膜,过度暴露于这些波长会导致角膜烧伤。波长较长的红外线还会穿透眼部的组织落在视网膜上,对视网膜会造成伤害,特别是对黄斑区造成伤害,形成黄斑病变。

 

其次,暴露的持续时间也是眼损伤的重要原因。例如,如果激光是可见波长(400至700 nm),光束功率小于1.0 mW,曝光时间小于0.25秒(厌光反应响应时间),视网膜则不会由于光束暴露时间过长而收到损害。1类,2a类和2类(激光分类见注释)激光属于这类情况,因此通常不会造成视网膜危害。不幸的是,在3a,3b或4类激光器的光束或镜面反射观察以及4类激光器的漫反射可能会造成这样的伤害,因为光束功率过大,这样的情况下,0.25秒的厌光反应并不足以保护眼睛不受伤害。

 

对于脉冲激光器,脉冲持续时间也会影响眼睛受伤的可能性。持续时间少于1 ms的脉冲聚焦在视网膜上会引起声音瞬变,除了前文提到的热损伤外,还会导致严重的其他物理损伤并引发出血。现在,许多脉冲激光器的脉冲持续时间都小于1皮秒。美国国家标准学会的ANSI Z136.1标准中定义了预期的可能对眼睛造成伤害的情况下(在特定的暴露条件下)眼睛可以接受的最大允许暴露量(MPE)。如果超过了MPE,则可能导致眼睛受伤的可能性大大增加。因为由于眼睛的焦距放大倍数(光学增益)约为100,000倍,激光视网膜损伤可能会很严重,这意味着进入眼睛的1 mW / cm2的辐照度在到达视网膜时将增加到100 W / cm2。

 

最后,也是最重要的一点:切勿在任何情况下收到任何激光束的直射!此外还应注意防止激光束反射进入眼睛,这也是为什么国际上提倡激光工作时务必要佩戴激光防护镜,以减少眼镜受到的瞬间意外或慢性激光伤害。

 

 

 

注释:对于可见光激光,美国国家标准学会根据人眼的受损伤程度将激光分为不同等级,等级如下:1M,2,2A,2M,3A,3R,3B,4,其中包含了对于功率,脉冲频率和安全防护的叙述。

 

 


转载请注明出处。

激光安全眼睛

1.本站遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;2.本站的原创文章,请转载时务必注明文章作者和来源,不尊重原创的行为我们将追究责任;3.作者投稿可能会经我们编辑修改或补充。

网友点评
0相关评论
精彩导读