یکشنبه, 19 خرداد 1392 ساعت 14:37

مباني ليزر

نوشته شده توسط
این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

كلمه ليزر از مجموعه پنج كلمه تشكيل شده است.

 Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation

در فارسي اين عبارت به عنوان تقويت نور نشر برانگيخته ترجمه شده است.

براي آشنايي بيشتر و بهتر از ليزر لازم است كه هر يك از كلمات تشكيل دهنده آن به تنهايي تعريف شود تا هنگامي كه در كنار يكديگر قرار مي‌گيرند مفهوم واقعي آن مشخص شود. در ادامه بحث لازم است تا مفهوم دو واژه كليدي يعني تقويت نور و نشر برانگيخته (گسيل القايي) كاملاً بيان شود.

در ليزر از سه پديده اساسي كه نتيجه برهم‌كنش موج الكترومغناطيس با ماده‌اند استفاده مي‌شود. يعني فرآيندهاي گسيل خود به خود گسيل القايي و جذب.

طبق مدل بوهر اتم از يك هسته با بار مثبت و الكترونهايي كه به دور هسته مي‌چرخند تشكيل شده است. هر كدام از الكترونها بر روي ترازهاي مختلف انرژي قرار دارند. هر مقدار فاصله ترازهاي هسته مركزي دورتر باشد، مقدار انرژي بستگي الكترون به اتم كمتر خواهد بود. در اين بخش صرفاً‌ به بررسي اتم و نيز وضعيت الكترون در آخرين ترازهاي الكتروني كه آنها را اصطلاحاً تراز پايه مي‌نامند پرداخته مي‌شود.

 

1 گسيل خودبخود :Spontaneous emission

در يك اتم مفروض دو تراز 1و 2 با انرژيهاي E1 و E2 را در نظر مي‌گيريم (E1<E2). اكنون فرض مي‌كنيم كه الكتروني از ماده ابتدا در تراز 2 باشد. از آنجا كه E2>E1 به فرو افتادن به تراز 1 گرايش پيدا مي‌كند. بنابراين اختلاف انرژي E2-E1 بايد آزاد شود. وقتي اين اختلاف انرژي به صورت موج الكترومغناطيس گسيل شود، به آن گسيل خودبخودي يا تابشي مي‌گويند .

 

2 گسيل القايي : Stimulated emission

اكنون مجدداً فرض مي‌كنيم كه اتم در تراز 2 قرار گرفته باشد و موجي الكترومغناطيسي با فركانس F نيز بر اتم فرود آيد. نظر به اينكه اين موج داراي همان فركانس اتمي است، احتمال معيني وجود دارد كه اين موج اتم را به گذار از تراز 2 به تراز 1 وا دارد. در اين مورد اختلاف انرژي E2-E1 آزاد شده به صورت موج الكترو مغناطيس به موج فرودي افزوده مي‌شود. اين پديده گسيل القايي است.

بايد تفاوت اساسي بين گسيل خود بخود و گسيل القايي را در نظر داشت. در مورد گسيل خودبخودي رابطه فازي معيني بين موج گسيل شده از يك اتم و موجي كه از اتم ديگر گسيل مي‌شود وجود ندارد. همچنين امواج مي‌توانند به هر جهت گسيل شوند، ولي در مورد گسيل القايي چون اين فرايند با اعمال موج الكترومغناطيس فرودي صورت مي‌گيرد، گسيل دو اتم به صورت همفاز به موج فرودي افزوده مي‌شود.

 

3 جذب :

فرض مي‌كنيم كه اتم در ابتدا در تراز 1 قرار گرفته باشد. اگر اين تراز، تراز پايه باشد، اتم در اين تراز باقي خواهد ماند، مگر آنكه نيرويي خارجي به آن اعمال شود. اكنون فرض مي‌كنيم كه موج الكترومغناطيسي با فركانس F با ماده برخورد كند. در اينصورت الكترون به تراز 2 مي‌رود.

 

هر ليزر از 3 قسمت مختلف تشكيل شده است.

1 – ماده فعال

2 – كاواك

3 – دمش (منبع تغذيه، نور پرشدت)

 

ماده فعال : Active medium

ماده فعال به آن بخش از ليزر گفته مي‌شود كه منجر به توليد نور ليزر مي‌گردد. هرگاه نام ليزر بيان مي‌شود، در حقيقت كلمه‌اي كه دنبال ليزر مي‌آيد مشخص كننده ماده فعال ليزر مي‌باشد مانند ليزر گاز كربنيك. ماده فعال ليزر مي‌تواند گاز، مايع، جامد و نيمه هادي باشد.

 

كاواك : Resonator cavity

از يك محفظه كه ماده فعال در آن قرار مي‌گيرد به همراه 2 آينه تشكيل شده است. نحوه قرار گرفته آينه ها به‌ گونه‌اي است كه به طور موازي روبروي يكديگر و عمود به محور افقي ماده فعال قرار گرفته‌اند.

 

دمش : Pumping

آخرين بخش يك ليزر را تشكيل مي‌دهد. در حقيقت منبع تحويل انرژي به سيستم ليزر مي‌باشد. در ليزرهاي گازي و نيمه هادي طرح دمش بوسيله منبع تغذيه انجام مي‌گيرد. مثلاً در ليزر  ولتاژي در حدود KV20-15 به روي دو الكترود نصب شده در كاواك قرار مي‌گيرد.

در ليزرهاي مايع و جامد طرح دمش بوسيله Flash Lamp صورت مي‌گيرد.

 

مباني نظري ليزر

 

هنگاميكه منبع تغذيه (كه به ماده فعال متصل است) فعال شود، در آن واحد بي‌نهايت الكترون را تحريك كرده به تراز بالاتر مي‌فرستد (قانون جذب). بعد از مدت زمان كوتاهي  (در حد نانوثانيه) تعدادي از الكترونهاي تحريك شده به تراز قبلي خود سقوط مي‌كنند و اين سقوط باعث ايجاد يك نور الكترومغناطيس مي‌شود (قانون گسيل خودبخودي). مي‌توان تصور كرد كه حداقل يك يا تعدادي از فوتونهاي مستقيماً در جهت محو اپتيكي كاواك كه عمود بر سطح دو آينه كاواك مي‌باشند حركت مي‌كنند.

اين فوتونها در اثر برخورد با الكترونهاي تحريك شده ولي هنوز سقوط نكرده باعث ايجاد دو فوتون هم فاز و از نظر راستا، در يك جهت مي‌شوند (قانون گسيل القايي). فوتونهاي ايجاد شده فعلي و نيز آن تعداد فوتونهاي قبلي از محيط فعال خارج مي‌شوند به يكي از آينه‌هاي كاواك برخورد مي‌كنند و به داخل كاواك (ماده فعال) هدايت مي‌شوند. مجدداً در طي مسير ماده فعال شاهد گسيل القايي بيشتري خواهيم بود. اين تعداد فوتونها مجدداً به آينه ديگر كاواك برخورد مي‌كنند و به داخل كاواك هدايت مي‌شوند.

همانگونه كه مشاهده مي‌شود، در هر عمل رفت و برگشت در داخل كاواك به تعداد فوتونهاي نشر برانگيخته افزوده مي‌شود و بعبارت ديگر يك نور تقويت صورت مي‌گيرد. اين عمل آنقدر تكرار مي‌شود كه فرايند القايي در داخل كاواك به گسيل خود به خودي غلبه پيدا مي‌كند. اين عمل همان فرآيند تقويت نور نشر برانگيخته است.

اما آخرين قدم باقي مانده اين است كه چگونه مي‌توان نور ليزر ايجاد شده در كاواك را خارج نمود. براي اين عمل كافي است دقت شود كه اگر ضريب انعكاسي هر دو آينه تشكيل دهنده كاواك صددرصد باشد، قطعاً هيچگونه نوري از محيط كاواك خارج نخواهد شد. اما جهت رفع اين مشكل در طراحي آينه‌هاي ليزر به گونه‌اي عمل مي‌شود كه تنها يكي از‌ آينه‌ها داراي ضريب انعكاسي صددرصد باشد. آينه ديگر به گونه‌اي است كه درصد كمي از نور را عبور دهد و بخش عمده‌اي از نور ليزر را منعكس مي‌كند.

 

ويژگيهاي نور ليزر :

1 تك فامي Monochromatic :            

تمام فوتونهاي نور ليزر داراي يك طول موج مشخص هستند، اين در حالي است كه نور منتشره از يك لامپ طول موجهاي فراواني را به خود اختصاص مي‌دهد.

 

2 همدوسي Coherency :

اين پديده ناشي از هم فاز بودن فوتونهاي نور ليزر مي‌باشد.

(Coherency) هم فاز بودن نور ليزر

(Noncoherency) غير همفاز بودن نور معمولي

 

3 واگرايي كم Low divergency :

نور ليزر كه بصورت يك باريكه موازي در مسير منتشر مي‌شود داراي واگرايي اندكي مي‌باشد. ليزرهاي گازي ميزان واگرايي در حدود صدم درجه دارا مي‌باشند.

 

4 شدت بالا High intensity :

متمركز بودن تمامي فوتونهاي نور ليزر در يك مقطع كوچك سبب شده است كه شدت بسيار بالايي فراهم شود.

 

مشخصات زماني ليزر

يكي از مهمترين مشخصه‌هاي زماني ليزر توان خروجي آن مي‌باشد. تمامي ليزرهاي ساخته شده به جهت توان خروجي به دو نوع كلي تقسيم بندي مي شوند :

 

1 ليزر پيوسته :

توان خروجي ليزرهاي پيوسته نسبت به زمان به هيچ وجه تغيير نمي‌كند. ليزرهاي گازي آرگون، هليوم – نئون و گاز كربنيك از جمله ليزرهايي هستند كه قادرند توان خروجي ثابت و پيوسته ايجاد نمايند.

 

2 ليزرهاي پالس :

توان خروجي در اين نوع ليزرها تابع زمان مي‌باشد. اين نوع ليزرها با توجه به نوع شكل پالس كه ايجاد مي‌كنند به انواع مختلفي تقسيم‌بندي مي‌شود. سه گروه عمده ليزرهاي پالسي عبارتند از : 1 – ليزرهاي پالسي معمولي 2 – Q-Switched 3 – Mode – Locked

 

1 ليزرهاي پالس معمولي :

مانند ليزرهاي حالت جامد كه پهناي پالس آنها از چند ميكرو تا صدها ميلي‌ثانيه متغير است. يك ليزر پالسي خوب بايد در تمام مدت بكارگيري ليزر پالس‌هاي مشخص و بدون تغيير ايجاد نماد.

 

2 Q-Switched

در ديگر ليزرهاي پالسي كه Q-Switched ناميده مي‌شوند، پالسهايي به مراتب كوتاهتر از نوع اول ايجاد خواهد شد. بخشي از كاربردهاي ليزر خصوصاً ليزر پزشكي نيازمند پالسهايي كوتاه اما با توان بالا مي‌باشند. براي ايجاد چنين پالسهايي از ليزرهاي Q-Swithched استفاده مي‌شود. جهت توليد چنين پالسهايي در داخل كاواك ليزر در مسير پرتو ليزر ايجاد شده يك قطعه الكترو اپتيك كه مانند يك Shutter عمل مي‌كند، قرار داده مي‌شود. مكانيزم اين Shutter به گونه‌اي است كه در زمانهاي بسيار كوتاه باز شده و در غير اينصورت در حالت بسته مي‌باشد. در زمان اوليه Shutter در حالت بسته قرار دارد، اما مكانيزم پمپ كردن ليزر در همان انتقال انرژي از منبع تغذيه به داخل كاواك مي‌باشد، بطور مرتب صورت مي‌پذيرد. در اين هنگام فوتونهاي ايجاد شده قادر به حركت در مسير بين آينه‌ها نمي‌باشند، لذا در داخل كاواك محبوس مي‌شوند. در يك زمان كوتاه Shutter باز مي‌شود و فوتونهاي ايجاد شده كه در پشت آن جمع شده بودند، ناگهان شروع به عمل رفت و برگشت در داخل كاواك مي‌نمايند. عمل تقويت نور آنچنان سريع اتفاق مي‌افتد كه در نهايت پرتو ليزر به صورت يك پالس زماني از آينه جلوي ليزر خارج مي‌شود.

شكل زير يك نمونه از پالسهاي ايجاد شده توسط يك ليزر Q-Switched حالت جامد Nd:YAG را نمايش مي‌دهد.

 

3 Mode – Locked

در ليزرهاي پالسي حالت سوم كه ناشي از ليزرهاي Mode – Locked مي‌باشد، در حقيقت امكان ايجاد كوتاهترين پالسهاي ممكن در ليزر ميسر مي‌شود. در اين روش مانند روش قبلي يك قطعه الكترواپتيك در داخل كاواك ليزر قرار مي‌گيرد. هنگامي كه اين قطعه الكترو اپتيك در كنار مكانيزم ليزر قرار مي‌گيرد، شرايطي فراهم مي‌شود كه بجاي ايجاد يك پالس يك قطار از پالسهاي بسيار كوتاه ايجاد مي‌شود. امروزه ليزرهاي حالت جامد بهترين كانديد براي ايجاد كوتاهترين پالسهاي زماني مي‌باشند.

ليزر حالت جامد Ti:sapphire با روش Mode-Locked قادر است پالسهاي زماني در حدود  *  ثانيه ايجاد نمايد.

 

شدت پرتو ليزر :

شدت پرتو ليزر اصطلاحاً Irradiance ناميده مي‌شود كه طبق تعريف نسبت توان ليزر به سطح پرتو ليزر مي‌باشد.

I = P /A، سطح مقطع / توان ليزر = شدت

 

امروزه ليزرهاي پزشكي به گونه‌اي طرح شده‌اند كه با فشار يك دكمه عدسيهاي متفاوتي با فاصله كانوني مختلف در جلوي پرتو ليزر قرار مي‌گيرد. اين عدسيها قادرند پرتو ليزر را با قطرهاي مختلف بر روي بافت ايجاد نمايد. با اين عمل و با ثابت نگه داشتن توان ليزر براحتي مي‌توان شدت پرتو ليزر را تنظيم نمود.

 

مزاياي بكارگيري ليزر در پزشكي :

پرتو ليزر به دليل داشتن شدت بالا و طول موج مشخص و نحوه انتشار به صورت يك باريكه قادر است با توانهاي خروجي متناسب سبب برش، تبخير، يا جوش خوردن بافت‌هاي پوستي و يا رگهاي خوني شود. انرژي فوتونهاي ليزر قادر است توسط آب موجود در سلولهاي زنده و يا مواد رنگي پوست مانند هموگلوبين و پروتئين كه خون قرمز و ملانين را مي‌سازند جذب شود. اين پديده سبب شده است كه كاربرد پزشكي ليزر گسترش چشمگيري در دهه اخير داشته باشد. از مزاياي عمده بكارگيري ليزر در پزشكي مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :

1 – بهبود نتايج درمان و ترخيص بيمار در مدت زمان كوتاهتر

2 – كاهش امكان عفونت‌ و آلودگي

3 – انجام جراحي تقريباً بدون خونريزي

4 – انجام جراحي كنترل شده بدون لطمه به ديگر بافت‌ها

5 – در بعضي موارد يك جايگزين مناسب به عنوان يك چاقوي جراحي مطمئن نسبت به روش سنتي است.

6 – كاهش زخم

7 – كاهش داروهاي مصرفي بيمار

8 – گستردگي بكارگيري ليزر در جراحي و درمان

 

برهم كنشهاي ليزر با بافت

در اين بخش، ابتدا به تعريف پارامترهاي مختلف اشعه پرداخته مي‌شود و سپس بصورت خيلي خلاصه و بدون وارد شدن به جزئيات و بيان مدلهاي رياضي، انواع برهم‌كنش‌ ليزر - بافت مورد توجه قرار خواهد گرفت. علاقمندان به مطالعه بيشتر مي‌توانند به كتاب برهم كنش ليزر – بافت، تأليف پروفسور ماركوف نايمز ترجمه جناب آقاي دكتر پرويز پروين مراجعه نمايند.

 

1 پارامترهاي مشخصه اشعه ليزر :

      الف طول موج :

طول موج اشعه ليزر يكي از مهمترين پارامترهاي اشعه ليزر مي‌باشد كه تأثير زيادي به نحوه برهم‌كنش و بافت هدف دارد. طول موج معمولاً بر حسب nm و يا μm بيان مي گردد. همچنين واحد ديگري كه گاهي از آن استفاده مي‌شود، آنگستروم (A) مي‌باشد. هر آنگستروم، برابر  متر مي باشد.

 

ب عرض پالس :

چنانچه مي‌دانيم، سيستم‌هاي ليزري از نظر پيوسته و يا گسسته بودن اشعه خروجي به دو گروه ليزرهاي خروجي پيوسته (CW) و خروجي پالسي (PW) تقسيم مي‌شوند و سيم‌هاي PW، خروجي مانند شكل 1 مي باشد، يعني در زمان td، خروجي برقرار و سپس براي مدت زمان (T-td) خروجي قطع مي‌گردد. زمان T

پريود خروجي خوانده مي‌شود كه معكوس فركانس است (T=l/f) در اينجا بايد دقت شود كه فركانس f، با فركانس اشعه الكترومغناطيس ليزر كه منحصر به فرد مي‌باشد و با طول موج ليزر مربوط مي‌شود اشتباه گرفته نشود.

زمان td، عرض پالس (Duration) خوانده مي‌شود و چنانچه خواهيم ديد، از عوامل بسيار مهم و تعيين كننده در نحوه برهم كنش ليزر با بافت مي‌باشد.

 

ج زمان پرتودهي :

زمان كل درمان مي‌باشد كه بر حسب ثانيه يا دقيقه بيان مي‌گردد و تعيين كننده كل دوز انرژي داده شده به بيمار در يك جلسه درمان مي‌باشد.

 

د انرژي (E) اشعه كه بر حسب ژول (J) اندازه‌گيري مي‌شود.

 

ه‍ - توان (P)كه برابر انرژي داده شده در واحد زمان (ثانيه) مي‌باشد و بر حسب وات (W) اندازه‌گيري مي‌شود. در ليزرهايي كه خروجي پيوسته دارند (CW) ، توان با فرمول زير محاسبه مي‌شود :

P(w) = E(J)/T(S)E(J) = P(w) x t(s)

 

بنابراين ليزري با توان 50w و خروجي پيوسته، در هر ثانيه 50J به بيمار مي‌دهد. چنانچه براي مدت 10s به بافت تابانده شود، كل انرژي داده شده به بافت برابر 500J خواهد بود.

 

و چگالي انرژي :

به معني مقدار انرژي داده شده به هر سانتي‌متر مربع از بافت هدف مي‌باشد كه برحسب  اندازه‌گيري مي‌شود.

 

ح چگالي توان :

به معني مقدار توان متمركز شده در هر سانتي‌متر مربع از افت هدف مي‌باشد كه بر حسب  اندازه‌گيري مي‌شود.

ت اندازه نقطه كانوني (d) :

قطر لكه قانوني ليزر مي‌باشد كه معمولاً بر حسب ميليمتر (mm) بيان مي‌شود.

 = مساحت سطح نقطه كانوني

E/A = چگالي انرژي

P/A = چگالي توان

 

2 انواع برهم‌كنش ليزر با بافت، بر حسب پارامترهاي اشعه ليزر :

طبق آخرين تحقيقات علمي انجام شده انواع برهم‌كنش ليزر با بافت را مي‌توان به پنج گروه عمده تقسيم‌بندي كرد :

1 – برهم‌كنش‌هاي فوتوشيميايي Photochemical كه در عرض پالسهاي بالاتر از 1 ثانيه، چگالي انرژي بين   و چگالي توان  قرار مي‌گيرند.

2 – برهم‌كنش‌هاي گرمايي (Photothermal interaction) : كه در عرض پالس‌هاي 1 دقيقه تا  و چگالي‌هاي توان  قرار مي‌گيرند.

3 – كندگي نوري (Photoablation) : كه در عرض پالس‌هاي  تا  و چگالي توان  قرار مي‌گيرند.

4 – كندگي پلاسمايي (Plasma – induced ablation) با عرض پالس‌هاي زير نانو ثانيه     (در حد پيكو ثانيه و فمتو ثانيه) و چگالي توان :

5 – گسيختگي نوري (Photodsroption) : با عرض پالس‌هاي بسيار كوتاه در جلو پيكو و فمتو ثانيه و چگالي توان

در ادامه ذكر دو نكته ضروري به نظر مي‌رسد.

اول آنكه همانطور كه گفته شد مهمترين عوامل تعيين كننده مكانيزم برهمكنش، عرض پالس و چگالي توان مي‌باشند و نه پارامترهاي ديگر از جمله طول موج به عبارت ديگر مي‌توان با يك ليزر و طول موج خاص با تغيير عوامل فوق، انواع مختلفي از برهمكنش‌ها را داشته باشيم.

ثانياً، بايد توجه شود كه مرز مشخص و قاطعي را نمي‌توان بين مكانيسم‌هاي مختلف برهمكنش تعريف و تعيين نمود. بعبارت بهتر در اغلب اوقات ما ممكن است تركيبي از مكانيزمهاي مختلف را در برهمكنش ليزر با بافت داشته باشيم اما مكانيسم غالب بعنوان مكانيزم اصلي برهمكنش ذكر مي‌گردد.

 

3 رفتار نور در ماده :

ماده مي‌تواند به طرق مختلف بر موج الكترومغناطيسي اثر بگذارد.

1 – بازتاب و شكست

2 – جذب

3 – پراكندگي

بخشي از نور به هنگام برخورد با حد فاصل دو محيط با ضريب شكست متفاوت، بازتاب مي‌گردد و بخشي از آن نيز كه وارد محيط دوم مي‌شود، از راستاي اوليه خود منحرف مي‌گردد كه در اصطلاح آنرا شكست مي‌گويند. هر دو پديده بازتاب و شكست، تابع طول موج اشعه فرود مي‌باشند.

ضريب شكست هر ماده، بصورت نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت نور در آن ماده خاص تعريف مي‌شود :

N = C / V

 

اصولاً، هرچه ماده چگال‌تر باشد، سرعت نور در آن كمتر و در نتيجه ضريب شكست آن بالاتر است.

 

قوانين حاكم بر بازتاب و شكست نور :

1 – اشعه فرودي، اشعه بازتاب و شكست.

هر سه در يك صفحه قرار مي‌گيرند.

2 – زاويه بازتابش، با زاويه تابش برابر است.

3 – بين زواياي تابش و شكست، رابطه زير حكمفرما است :

بنابراين چنانچه نور از محيطي چگال‌تر با ضريب شكست بالاتر وارد محيطي با ضريب شكست پايين‌تر شود، (چنانچه در شكل 3 نيز پيداست)، به نحوي دچار شكست مي‌شود كه از خط عمود دورتر مي‌گردد . با افزايش زاويه تابش، به يك مقدار بحراني مي‌رسيم كه در آن هيچ مقداري از نور فرودي وارد محيط ثانوي نمي‌گردد بلكه به موازات سطح بازتاب مي‌گردد (شكل 4).

چنانچه زاويه تابش از اين مقدار بحراني بيشتر شود، نور كاملاً منعكس مي‌گردد. از اين خاصيت براي توليد فيبرهاي نوري استفاده مي شود.

در پايان ذكر اين نكته ضروري به نظر مي‌رسد كه ضريب شكست هر ماده براي طول موجهاي مختلف ، متفاوت است. و اين عامل اصلي تجزيه نور به هنگام عبور از محيط شفاف چون آب و شيشه مي‌باشد. از آن قسمت موج فرودي كه وارد محيط دوم مي‌گردد. بخشي جذب مي گردد و بخشي نيز پراكنده مي‌گردد. در فرآيند جذب، شدت موج فرودي به نسبت نفوذ در ماده كاهش مي‌يابد. نسبت شدت نور جذب شده به شدت فرودي در واحد طول را ضريب جذب آن ماده خاص در طول موج مفروض مي‌گويند. ضريب جذب هر ماده به شدت وابسته به طول موج نور فرودي مي‌باشد. بعبارت بهتر، يك ماده مي تواند براي يك طول موج خاص كاملاً شفاف باشد (يعني بدون تضعيف موج الكترومغناطيسي را از خود عبور دهد) يا كاملاً كدر باشد. بنابراين عباراتي چون شفاف و غير شفاف، نسبي و وابسته به طول موج مي‌باشند.

بطور مثال عدسي چشم براي طول موجهاي مدني شفاف مي‌باشد ولي طيف مادون قرمز و ماوراي بنفش را به شدت جذب مي‌كند.

ميزان جذب در يك محيط مفروض به ساختار مادي آن، طول موج فرودي و ضخامت محيط بستگي دارد و توسط قانون بيو – لامبرت توصيف مي‌گردد.

 

 

در رابطه فوق ،  بيانگر شدت اوليه ، I(z) شدت در فاصله z ،   ضريب جذب مي‌باشد. عكس ضريب جذب  را طول جذب مي نامند.

طول جذب، فاصله‌اي را تعريف مي‌كند (z) كه در آن شدت موج فرودي به l/e شدت اوليه  افت مي‌كند.

در بافتهاي بيولوژيك، جذب عمدتاً توسط آب و ماكرو مولكولهايي مثل پروتئين‌ها و پيگمانها صورت مي‌گيرد كه مهمترين آنها ملانين و هموگلوبين مي‌باشند. آب كه ماده    تشكيل دهنده غالباً در بافتهاي بيولوژيك مي‌باشد، داراي جذب بالايي در ناحيه مادون قرمز طيف الكترومغناطيس مي‌باشد.

حال آنكه جذب نواحي مرئي و فرامنش، عمدتاً به ماكرو مولكولها نسبت داده مي‌شوند.

در شكل 5 – طيف جذبي چهار ماده اصلي جذب نور در بافتهاي بيولوژيك يعني آب، ملانين، هموگلوبين و اكسي هموگلوبين نشان داده شده است.

جذب ملاتونين كه رنگدانه اصلي پوست مي‌باشد، بطور پيوسته از ناحيه مرئي به سمت فرابنفش افزايش مي‌يابد. همچنين هموگلوبين كه در بافت عروقي جاذب اصلي به شمار مي‌رود، داراي قله‌هاي نسبي جذب در 580nm.540nm,420nm.280nm مي‌باشد و فركانس قطع آن در حدود 600nm مي‌باشد.

چنانچه ملاحظه مي‌گردد، در طول موجهاي بين 600-1200nm هيچيك از مواد فوق جذب بالايي ندارد. اين بدان معني است كه طول موجهاي كه در اين پنجره قرار مي‌گيرند مي‌توانند به ميزان زيادي در بافت نفوذ كنند كه اين خاصيت در ليزر درماني استفاده مي‌گردد.

بر اساس مطالب فوق و ميزان جذب و پراكندگي طول موجهاي مختلف در بافتهاي بيولوژيك مي‌توان سه ناحيه زير را در طيف الكترومغناطيسي و در ارتباط با برهمكنش با بافتهاي بيولوژيك تشخيص داد.

الف ) ناحيه‌اي كه در آن جذب به پراكندگي غالب است، اين ناحيه شامل طول موجهاي بالاي 1200nm و پايين 400nm مي‌باشند كه طيف الكترومغناطيسي در اين ناحيه به شدت جذب بافت مي‌گردد و در نتيجه عمق نفوذ بسيار كم و در حد چند ده ميكرون مي‌باشد. علت جذب بالا در طيف بالا و 1200nm، حضور آب بعنوان ماده اصلي تشكيل دهنده بافتهاي بيولوژيك مي‌باشد كه جذب بسيار بالايي در طيف فوق دارد و در طيف زير 400nm هم علت اصلي جذب فراوان، فوتونهاي پرانرژي مي‌باشند كه در همان چند ميكرون اوليه، جذب بافت شده و باعث شكستن پيوندهاي مولكولي مي‌گردند و بعداً مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

ب ) ناحيه‌اي كه در آن جذب و پراكندگي مساوي مي‌باشند. اين ناحيه شامل طيف بين 400-600nm مي‌باشد كه طيف جذبي اصلي اكثر ماكرو مولكولهاي بافتي از جمله هموگلوبين (و همچنين ملانين) در اين ناحيه قرار مي‌گيرد. حد نفوذ موج در اين بخش طيف بين صد ميكرون تا حداكثر 1mm مي‌باشد.

ج ) ناحيه‌اي كه در آن جذب پايين بوده و پراكندگي بر جذب غالب مي‌باشد. چنانچه گفته شد و اين ناحيه در طيف 600-1200nm قرار مي گيرد كه هموگلوبين و آب در آن جذب بسيار ضعيفي دارند و ملانين جاذب عمده به شمار مي‌رود. حد نفوذ موج در اين طيف چنانچه گفته شد، زياد و در حد يك تا چند ميليمتر مي‌باشد.

 

4 برهمكنش‌هاي فتوشيميايي (Photochemical interactions) :

در اين گروه از برهمكنش‌ها از واكنش ليزر با ماكرو مولكولهاي موجود در بافت استفاده مي‌شود. همانطور كه گفته شد، در اين گروه از برهمكنش ها از چگالي‌هاي توان پايين  (معمولاً چيزي در حد ) و عرض پالس‌هاي بالا استفاده مي شود.

دو مثال برجسته براي همكنش‌هاي فوتوشيميايي، عبارتند از درمان           فوتوديناميك  (Photodynamic-therapy) و درمان با ليزرهاي كم قدرت                   (Low Level Laser Therapy – LLLT) يا تحريك بيولوژيك (Biostimolation)            در درمانهاي فوق ديناميك، داروهاي خاصي بنام Photosensitizer به بيمار خورانده مي‌شود، كه در برابر نور بسيار حساس بوده و با آن واكنش داده توليد مواد اكسيد كننده بسيار سمي را مي‌نمايند. اين داروها در تمام سلولهاي بدن بيمار به طور يكسان پخش مي‌شوند اما 48 تا 72 ساعت پس از مصرف، قسمت عمده‌ آن از سلولهاي سالم دفع مي‌گردد، اما مقدار آن در سلولهاي بافت تومور تقريباً دست نخورده باقي مي‌ماند. سپس بافت بيمار توسط ليزر مورد تابش قرار مي‌گيرد و مواد سمي ايجاد شده در سلولهاي تومور، با اكسيد كردن و از بين بردن ساختارهاي درون سلولي، سلولها و بافت تومور را منهدم مي‌نمايند.

مهمترين ماده Photosensitizer مورد استفاده ، دي هماتوپرورفرين (HpD) مي‌باشد، (شكل 6) طيف جذبي اين ماده را نشان مي دهد. جذب نسبتاً پايين HpD در طيف        620-630nm براي كاربردهاي پزشكي بسيار مناسب است، زيرا در اين محدوده ليزر مي‌تواند نفوذ بيشتري داشته باشد و به لايه‌هاي عميق‌تري برسد. علاوه بر اين چنانچه از شكل ملاحظه مي‌گردد، در اين طيف HpD خاصيت فلوئورسانس نيز از خود نشان مي‌دهد كه مي‌تواند جنبه تشخيص نيز داشته باشد و پزشك در حين عمل، محدوده تومور را تشخيص دهد.

برانگيزش بيولوژيك يا LLLT ، معمولاً در طيف بين 600-1200nm انجام مي‌پذيرد كه حداكثر نفوذ در داخل بافت در اين ناحيه مي‌باشد. اثرات مختلفي به اين نوع تحريك نسبت داده مي‌شود، از جمله تحريك تبديل ADP به ATP افزايش تكثير كلاژن و الاستين افزايش ترشح اندورفين‌ها و … در نتيجه كاربردهاي مختلفي نيز براي آن تعريف شده است كه از مهمترين آنها مي‌توان درمان زخم‌ها – تسكين درد – تحريك رگ ساري – رفع چروك    اولسر – آفت – تحريك رشد مو (از طريق افزايش تقريباً 52% در گردش خون بافتي) و استفاده بجاي سوزن در Acupuncture را نام برد.

 

برهمكنش‌هاي گرمايي (Photo thermal interactions) :

در اين گروه از برهمكنش‌ها از افزايش دماي بافت بر اثر جذب ليزر در آب با ماكرومولكولهاي بافتي استفاده مي‌شود. چنانچه گفته شد از توان‌هاي  و عرض پالس‌هاي  براي برهمكنش‌هاي گرمايي استفاده مي‌شود. گرمايي ايجاد شده در ناحيه جذب، مي‌تواند به بافتهاي مجاور نيز منتقل شود.

بطور كلي انتقال گرما مي‌تواند به سه طريق رسانش (Conduction)، همرفت (Convection) و تابش (Radiation) صورت مي‌گيرد كه در بافتهاي بيولوژيك اثر همرفت و تابش ناچيز بوده و از آنها صرفنظر مي شود. بنابراين انتقال گرماي ايجاد شده در بافت تقريباً فقط از طريق رسانش صورت مي‌گيرد.

معمولاً حد نفوذ گرما در بافت بصورت زير تعريف مي‌شود.

 

يعني ناحيه‌اي كه دما به l/e دما ناحيه جب كاهش مي‌يابد. بديهي است با افزايش عرض پالس، حد نفوذ گرما در بافت نيز افزايش مي‌يابد.

يكي از پارامترهاي بسيار مهمي كه در برهكنش‌هاي گرمايي براي بافت تعريف مي‌شود، Relaxation Time Thermal مي‌باشد كه  تعريف مي‌شود و از برابر قرار دادن حد نفوذ نور در بافت (L=l/) با حد نفوذ گرما  بدست مي‌آيد. به عبارت ديگر چنانچه عرض پالس ليزر، به زمان مساوي ،  بافت محدود شود، حد نفوذ گرما با حد نفوذ نور مساوي مي‌شود و در نتيجه ناحيه آسيب گرمايي به ناحيه جذب منحصر مي‌شود. به عبارت بهتر به محدود كردن عرض پالس به زمانهاي كمتر از  ، حداقل آسيب گرمايي به بافت وارد مي شود. كوتاهترين زمان  مشاهده شده، مربوط به قله جذب آب در  مي‌باشد كه برابر  است. سپس مي‌توان نتيجه گرفت براي عرض پالس‌هاي كوتاهتر از  معمولاً آسيب حرارتي نمي‌شود كه اين را (قانون ) نيز مي‌گويند.

مهمترين آثار تغييرات دما در بافت از قرار زير مي‌باشد :

براي  افزايش دما، هيچگونه آثار قابل اندازه‌گيري در بافت مشاهده نمي‌شود. با افزايش دما در حدود 42 تا 50 درجه سانتي‌گراد برخي تغييرات ساختماني در مولكولها مشاهده مي‌شود كه با واژه هيپوترميا (Hyperthermin) تعريف مي‌گردند. چنانچه هيپوترميا چند دقيقه بطول انجامد، بخش عمده بافت از بين مي‌رود در دماي 50 تا 60 درجه سانتي‌گراد كاهش فعاليت آنزيمها، عدم تحرك سلولي و از كار افتادن ساز و كارها ي ترميمي مشاهده مي‌شوند. در 60 درجه سانتي‌گراد، پروتئين‌هاي بافت تغيير ماهيت داده و بافت منعقد مي‌شود. بافت منعقد شده به رنگ روشن‌تري ديده مي‌شود. در 80 درجه سانتي‌گراد گذردهي غشاء افزايش يافته و منجر به عدم تعادل غلظت‌هاي شيميايي در دو سوي غشا مي‌گردد. در 100 درجه سانتي‌گراد آب موجود در بافت شروع به تبخير مي‌كند و حبابها و گازهاي ايجاد شده منجر به تخريب مكانيكي و ايجاد شكاف در بافت مي‌گردد. دماي بافت تا زمان تبخير كامل و آب افزايش پيدا نمي‌كند. بعد از آن در حدود دماي 150 درجه سانتي‌گراد كربنيزه شدن و در دماهاي بالاتر از 300 درجه سانتي‌گراد، پديده ذوب را مشاهده مي‌كنيم. شكل 7 گستره مكاني آثار گرمايي را در بافت نشان مي دهد. برهمكنش‌هاي گرمايي كاربرد بسيار زيادي در پزشكي دارند كه برخي از آنها به قرار زير مي‌باشند :

 

Vaporization :

كه از اشعه متمركز ليزر با انرژي زياد براي تبخير و يا ايجاد برش در بافت استفاده مي‌شود.

 

Coagulation :

كه در آن از اشعه ليزر بطور Defocused، براي خون‌بندي و Coagulation استفاده مي‌شود.

 

Interstitial Hyperthermia :

در اين روش يك فيبر نوري كه قسمت انتهايي آن Etching شده در بافت فرو برده مي‌شود و از انرژي ليزر با توان پايين و زمان تابش طولاني براي انعقاد بافت استفاده مي‌شود. براي اين منظور معمولاً از طول موجهايي با نفوذ بالا استفاده مي‌شود كه مهمترين آنها ليزر  Nd: YAG و در درجه دوم ليزرهاي نيمه هادي با طول موج 800-900nm مي‌باشند. از اين روش براي درمان سرطانها خصوصاً در اندامهاي توپر مانند كبد استفاده مي‌شود.

 

Hair romoval :

از طول موجهايي كه جذب بالايي در ملاتين و نفوذ خوبي در بافت دارند براي تخريب ريشه مو و از بين بردن دائمي موهاي زائد استفاده مي‌شود. مهمترين اين ليزرها عبارتند از Ruby-Alexandrite-Nd:YAG و ديودهاي با طول موج 808nm.

 

Resurfacing :

از ليزرهاي Er:YAG,  كه جذب بالايي در آب دارند و حد نفوذشان در پوست كم است برابر داشتن لايه‌هاي سطحي پوست و در نتيجه رفع چين و چروك و جوان نمودن پوست استفاده مي‌شود.

درمان ضايعات عروقي پوست و لوله گوارش : از ليزرهاي Nd:YAG, KTP, PDL براي درمان اينگونه ضايعات استفاده مي‌شود.

 

5 نوركندگي (Photo ablation):

در اين نوع برهمكنش، از فوتونهاي بسيار پرانرژي براي شكستن پيوندهاي مولكولي و در نتيجه كندن بافت استفاده مي شود. طول موجهاي زير 350nm به علت داشتن انرژي فوتوني بالا براي اينكار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مهمترين مزاياي اين روش، دقت بسيار بالا، قابليت پيش‌بيني خوب و فقدان آسيب گرمايي به بافت مي‌باشد.

قطعات بافت پس از شكستن پيوندهاي مولكولي، پرتاب مي‌شوند. ابعاد و اجزاي قطعات كنده شده به طول موج وابسته مي‌باشند. در عمل ديده شده طول موج 193nm ليزر اگزايمر ArF، كوچكترين قطعات را جدا مي‌كند و در نتيجه بيشترين دقت و تكرارپذيري را دارد و همچنين كمترين عوارض گرمايي را ايجاد مي‌كند و سطح كنده شده نيز بسيار صاف و هموار مي‌باشد. از اين رو از اين ليزر در جراحي‌هاي انكساري چشم استفاده مي گردد.

كندگي در يك حداقل آستانه شروع مي‌شود و با افزايش انرژي، عمق آن افزايش مي‌يابد تا به حد اشباع برسد. عمق نفوذ و تخريب در اين روش كمتر از  مي‌باشد.

سيستم‌هاي ليزري مورد استفاده براي نوركندگي ، شامل ليزرهاي اگزايمر و هماهنگي‌هاي دوم و چهارم ليزرهاي جامد مي‌باشد كه طول موج خروجي آنها در طيف Ur قرار مي‌گيرد.

 

6 كندگي با واسطه پلاسما يا كندگي پلاسمايي (Plasma meduced Ablation)

هنگاميكه چگالي ميدان الكتريكي در جامدات و مايعات از حدود  تجاوز كند پديده فرو شكست نوري (Optical breakdown) بوجود مي‌آيد. در اين حالت شدت ميدان الكتريكي در محيط آنچنان افزايش پيدا مي‌كند كه مي‌تواند بر نيروهاي داخل اتم يا مولكول غلبه كند و سبب يونيزاسيون آنها گردد. در عرض مدت بسيار كوتاهي چگالي بسيار عظيمي از يونها و الكترونها (از مرتبه ) در محل برخورد اشعه تشكيل مي‌شود كه همان پلاسما مي‌باشد و بصورت يك جرقه ديده مي‌شود. ذرات آزاد تشكيل دهنده پلاسما، فوتونهاي بعدي را جذب كرده و انرژي آنها افزايش پيدا مي‌كند. اين ذرات پرانرژي مجدداً با بافت برخورد كرده سبب يونش ساير مولكولهاي بافت مي گردد كه نهايتاً كندگي بافت را سبب مي‌گردد.

فرآيند تشكيل پلاسما تا زماني كه اتلاف انرژي بر جذب آن غلبه نكرده ادامه پيدا مي‌كند و اين حالت در زماني اتفاق مي‌افتد كه تراكم الكترونها در پلاسما به يك حد بحراني برسد. انرژي پلاسما با توان دوم چگالي الكترونها  متناسب مي‌باشد.

بلافاصله پس از تشكيل پلاسما، كليه فوتونهاي فرودي توسط پلاسما جذب شده و در نتيجه از نفوذ بيشتر آنها در بافت جلوگيري مي‌شود. در اين حالت نفوذ ليزر در بافت بسيار محدود و در حد  مي‌باشد و فرايند كندگي بسيار ظريف و دقيق مي‌باشد، بطوريكه حتي مي‌توان از اين تكنيك براي جراحي انكساري قرينه استفاده نمود. البته سطح خورش يافته در مقايسه با ليزر ArF ، صافي و همواري كمتري دارد (شكل 10).

ضروري است به اين نكته توجه شود كه تشكيل پلاسما، در درجه اول وابسته به شدت ميدان الكتريكي است. بعبارت ديگر، ليزري مانند Nd:YAG كه در چگالي‌هاي پايين‌تر انرژي مي‌تواند تا عمق چندميليمتري بافت نفوذ كند، پس از تشكيل پلاسما عمق نفوذش به  محدود مي‌شود و حتي مي‌توان با آن جراحي انكساري قرينه انجام داد.

نكته آخر در زمينه پلاسما، اين است كه طيف حاصل از جرقه پلاسما، تابع مواد تشكيل دهنده آن مي‌باشد كه خود تابعي از جنس و مواد تشكيل دهنده بافت است. بنابراين با طيف نگاري پلاسما مي‌توان استفاده هاي تشخيصي نيز انجام داد.

 

7 گسيختگي نوري (Photo ablation) :

در اين سازوكار، انرژي پلاسما آنچنان بالا مي‌رود كه آثار مكانيكي حاصل از جرقه پلاسما و برخورد الكترونها به بافت، اهميت بيشتري پيدا مي‌كند و در نتيجه بافت بوسيله نيروهاي مكانيكي حاصل از پلاسما از هم گسيخته مي‌گردد. در اين سازوكار نسبت به پراكندگي پلاسمايي چگالي توان بالاتر، طول پالس بيشتر، انرژي پالس بيشتر، انرژي پلاسما بيشتر و در نتيجه همانطور كه گفته شد آثار مكانيكي عمده‌تر و تأثيرگذارتر از خود پلاسما مي‌باشند. محدوده اثر و نفوذ اين فرآيند در حد ميليمتر مي‌باشد.

 

ايمني ليزر

 امروزه ليزر كاربردهاي فراواني در زمينه‌هاي مختلف صنعت، مهندسي، فرايند مواد و پزشكي پيدا كرده است. گستردگي كاربردهاي ليزر سبب شده است كه نكات ايمني در حوزه‌هاي مختلف مطرح كه احتمال خطرات ناشي از پرتو پرقدرت را به حداقل ممكن يا صفر برساند. فلسفه بكارگيري ايمني ليزر سبب شده است كه استانداردهاي نسبتاً واحدي براي آن تهيه و به كار گرفته شود. وجود استاندارد مشخص مي‌كند كه هنگام كار كردن با ليزر چه نكاتي بايد مدنظر قرار گرفته شود و اين كه ليزر در چه فاصله‌اي مي‌تواند با اعضاء مختلف بدن خطرناك و در پاره‌اي از مواقع مرگبار باشد. ليزرهاي متفاوتي با طول موجهاي مختلف تاكنون شناخته شده است كه اكثراً در ناحيه‌ مادون قرمز تا ماوراء بنفش قرار گرفته‌اند. ليزرهاي ناحيه ماوراء بنفش سبب اثرات فتوشيميايي بر روي پوست و چشم انسان مي‌شود. ليزرهايي با طول موج‌هاي منتشر در ناحيه بينايي و مادون قرمز تنها سبب خسارت حرارتي (Thermal) مي‌شوند در خسارت نوع اخير پرتو ليزر توسط بافت بدن جذب شده و انرژي ناشي از پرتو ليزر به حرارت تبديل مي‌شود. آن دسته از متخصصين كه با ليزر كار مي‌كنند لازم است ضمن آشنايي با پرتو ليزر، اطلاعات جامعي در خصوص ايمني ليزر داشته باشند. اين عمل سبب مي‌شود كه ميزان صدمات احتمالي به حداقل كاهش يابد.

 

برهمكنش نور با ماده

هنگامي كه يك پرتو نوري با يك ماده برخورد مي‌كند، شاهد رفتارهاي متفاوتي خواهيم بود كه عمدتاً عبارتند از انعكاس، عبور، جذب، بخش شدگي.

 

در خصوص انعكاس نور لازم است به انواع آن اشاره شود :

1 انعكاس آينه‌اي :

اين نوع انعكاس زماني رخ مي‌دهد كه پرتو نور با يك سطح صاف و صيقلي مانند آينه برخورد نمايد. در اين نوع انعكاس تنها زاويه انتشار مشخصه‌هاي پرتو نوري تغيير مي‌كند. در انعكاس نور ليزر از يك سطح مسطح و صيقلي به هيچ وجه از خطر احتمالي پرتو ليزر با چشم و يا پوست كاسته نمي‌شود.

 

2 انعكاس پخش شده :

اين انعكاس زماني رخ مي‌دهد كه پرتو نور با يك سطح ناهموار برخورد مي‌كند و پرتوهاي انعكاسي در زاويه‌هاي مخلتف پراكنده مي‌شود. ميزان خطر پرتو ليزر در اين نوع انعكاس تا حدود قابل توجهي نسبت به خطر برخورد مستقيم پرتو ليزر كمتر مي‌باشد.

 

صدمات پوستي

صدمات پوستي توسط پرتو ليزر تقريباً مشابه آن چيزي است كه پوست انسان در معرض مستقيم نور خورشيد قرار مي‌گيرد. اين پديده كه اصطلاحاً Photochemical ناميده مي‌شود يك نوع سوختگي سطح پوست را به همراه دارد. لايه خارجي پوست كه ضخامتي در حدود  دارد، مجموعه‌‌اي از سلولهاي مرده مي‌‌باشد كه قدرت جذب بالايي در ناحيه مادون قرمز دارد. به همين منظور اين ناحيه از پوست قدرت جذب بالايي نسبت به طول موج ليزر گاز كربنيك  دارد.

هنگامي كه با ليزرهاي نسبتاً پرقدرت پزشكي كار مي‌شود، لازم و ضروري است كه به هيچ وجه پوست بدن و يا لباس در معرض مستقيم و يا غيرمستقيم پرتو ليزر قرار نگيرد. بارها مشاهده شده است كه سهل‌انگاري در نحوه بكارگيري ليزر پزشكي  سبب شده كه پزشك لباس اطرافيان خود را در برخورد نور ليزر قرار داده كه نتيجه امر سوختگي لباس را به همراه داشته است.

قدرت خروج اكثر ليزرهاي گاز كربنيك پزشكي در حدود 20w مي‌باشد. اين در حالي است كه با كمتر از 10w مي‌توان پارچه‌اي را مشتعل نمود. حال تصور شود هنگاميكه 10w ليزر قادر است پارچه‌اي را مشتعل كند، اگر با چشم انسان و يا صورت برخورد نمايد چه اثري به جاي خواهد گذاشت.

 

نكات مهم ايمني ليزر

1 – پرهيز از نگاه مستقيم به پرتو ليزر و نيز پرتو منعكس يافته ليزر.

2 – جلوگيري از قرار دادن هرگونه شيئ صيقلي كه سبب انعكاس پرتو ليزر شود.

3 – پرهيز از مشاهده مستقيم پرتوهاي ناشي از انعكاس و يا پخش شدگي.

4 – ليزر بايد در محيطي مشخص و تعيين شده كار نمايد. اين محيط بايد كاملاً قابل كنترل بوده و داراي تمامي علايم هشدار دهنده باشد.

5 – ليزر بايد توسط فردي بكار گرفته شود كه آگاه به ليزر و نيز خطرات ناشي از‌ آن باشد.

6 – هيچگاه نبايد بخشهايي از بدن انسان در مسير مستقيم پرتو ليزر قرار گيرد.

7 – گازهاي مشتعل شونده و يا پارچه‌هاي آتش‌زا مانند كتان نبايد در مسير پرتو ليزر قرار گيرد.

 

حداكثر تابش مجاز

حداكثر تابش مجاز Maximum permissible Exposure يك اصطلاح است كه نشان مي‌دهد كه بافت بدن چه مدت مي‌تواند در معرض پرتو ليزر قرار گيرد بدون آنكه دچار صدمه يا تغيير بيولوژيكي شود. از آنجا كه چشم و پوست انسان مهمترين بخشهاي بدن مي‌باشند كه در معرض پرتو ليزر قرار مي‌گيرند، استانداردهاي مختلف هر ساله اين پارامتر (MPE) را مورد تجزيه و تحليل دقيق قرار مي‌دهند تا ميزان صدمه احتمالي به حداقل ممكن برسد.

 

تقسيم بندي ليزرها

طبق آخرين استانداردهاي بين المللي كليه ليزرهاي ساخته شده بر حسب طول موج و توان خروجي گروه‌بندي شده‌اند. اين گروهبندي نشان مي‌دهد كه ميزان خطردهي و يا صدمه‌دهي ليزر به بافت انسان چه مقدار مي‌باشد.

 

گروه اول :

ليزرهايي هستند كه هيچگونه خطري را متوجه انسان نمي‌كنند. توان خروجي اينگونه ليزرها بسيار اندك مي‌باشد كه حتي در برخورد با چشم انسان خطرآفرين نبوده و صدمه‌اي ايجاد نخواهند كرد. براي مثال ليزر بكار گرفته شده در چاپگرهاي ليزري به گونه‌اي طراحي شده‌اند كه مانع برخورد پرتو ليزر با انسان مي‌شوند.

 

گروه دوم :

الف ) طول موج اين گروه از ليزرها در محدوده طيف مرئي مي‌باشند. اين گروه ليزرها در ناحيه بينايي ليز مي‌كنند. (400-700)nm از آنجا كه چشم انسان در برخورد با نورهاي مرئي خود به خود عكس‌العمل نشان مي‌دهد، لذا اين گروه خطر چنداني براي چشم انسان فراهم نمي‌كند.

ب ) اين گروه از ليزرها در ناحيه بينايي قرار گرفته‌اند. بكارگيري اين ليزرها در مدت 1000 ثانيه نمي‌تواند خطري براي چشم انسان فراهم كند. ليزرهاي بكار رفته در Barcode از اين نوع مي‌باشند.

 

گروه سوم :

الف ) اين گروه از ليزرها اگر براي مدت زمان كوتاهي بكار گرفته شوند، خطري براي انسان فراهم نمي‌كنند. اما اگر پرتو ليزرها از قطعات اپتيكي مانند عدسي و فيبر نوري عبور كنند، آنگاه با متمركز شدن پرتو ليزر در چشم انسان مي‌تواند خطراتي را فراهم نمايد. توان خروجي چنين ليزرهايي در ناحيه مرئي بين 1-5mw مي‌باشد.

ب ) اين ليزرها در برخورد مستقيم با چشم و پوست انسان مي‌توانند خطراتي را فراهم نمايند و توان خروجي اين ليزرها به اندازه‌اي است كه نه تنها در برخورد مستقيم خطرآفرين هستند، بلكه در حالت انعكاسي نيز صدماتي را براي چشم و پوست انسان فراهم مي‌كنند. در حالت پخش‌شدگي انعكاسي، اين گروه از ليزرها در فاصله نزديك همچنان خطرآفرين هستند بلكه در حالت انعكاسي نيز خدماتي را براي چشم و پوست انسان فراهم مي‌كنند. در حالت پخش‌شدگي انعكاسي، اين گروه از ليزرها در فاصله نزديك همچنان خطرآفرين مي‌باشند.

 

گروه چهارم :

توان خروجي اين ليزرها به اندازه‌اي بالا مي‌باشد كه در هر سه حالت برخورد مستقيم، انعكاسي و يا پخش‌شدگي براي پوست و چشم انسان بسيار خطرناك مي‌باشند. توان خروجي اين ليزرها به اندازه‌اي است كه در يك لحظه تماس با پوست انسان ايجاد سوختگي پوست مي نمايد. ديگر اينكه در برخورد مستقيم و يا غير مستقيم پرتوهاي ليزر با اجسامي مانند چوب و كاغذ ايجاد آتش‌سوزي مي‌كنند.

 

 دستورالعملهاي ايمني ليزر

گروه اول :

هيچگونه دستورالعملي براي اين گروه از ليزرها ضرورت ندارد.

 

گروه دوم :

-             هيچگاه اجازه داده نشود كه فردي به طور پيوسته بيش از حد تابش مجاز MPE به پرتوو ليزر خيره شود.

هيچگاه ليزر را بدون هدف بطرف چشم فردي نبايد نشانه گرفت، مگر آنكه اين عمل در محدوده زماني MPE صورت پذيرد.

 

گروه سوم :

-             ليزر را به طرف چشم انسان نبايد نشانه گرفت.

-             تنها فرد آگاه و مجرب به ليزر امكان استفاده از ليزر را دارد.

-             بكارگيري يك چراغ هشداردهنده و يا بوق كه نشان دهد ليزر در حين كار مي‌باشد، براي اين گروه از ليزرها مورد نياز است. ضرورت اين كار دو چندان مي‌شود. اگر پرتو ليزر رد ناحيه بينايي غيرمرئي باشد، ليزر بايد در يك محوطه مشخص شده بكار گرفته شود. براي مثال اتاقي بدون پنجره با علامت‌هاي هشدار دهنده بر روي درب آن.

-             هميشه بايد در حين كار با اين ليزر از عينكهاي ايمني استفاده شود.

-             هيچگاه نبايد پرتو ليزر بطور مستقيم توسط لوازم اپتيكي مانند دوربين يا تلسكوپ و بدون فيلترهاي ايمني مورد مشاهده قرار گيرد.

-             بايد اشياء و اجسامي كه امكان انعكاس پرتو ليزر را فراهم مي‌كنند از مسير پرتو ليزر برداشته شود.

 

گروه چهارم :

-             اين گروه از ليزرها خوشبختانه در خارج آزمايشگاهها و در كارخانجات كه يك محدوده مشخص دارد توسط افراد تعليم ديده مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرند.

-             اين گروه از ليزرها بايد در يك محدوده بسته، معين و قابل كنترل بكار گرفته شود.

-             بكارگيري عينك‌هاي محافظ در تمام مدت استفاده از ليزر اجباري است. در مورد ليزرهايي كه طول موج حرارتي دارند، قرار دادن يك نوع محافظ ضد آتش بين ليزر و كاربر ليزر لازم مي‌باشد.

           

 

خواندن 5019 دفعه آخرین ویرایش در یکشنبه, 19 خرداد 1392 ساعت 14:54
محتوای بیشتر در این بخش: « Biophotons , the power controlling health NMR »
برای ارسال نظر وارد سایت شوید