3.2. Особенности воздействия на орган зрения

когерентного света.

Лазеры, изобретенные в 1955 г., стали принципиально новым источником излучений оптического диапазона, отличающихся рядом новых свойств, которыми не обладали излучения ранее известных источников света. Важнейшим из этих свойств является временная и пространственная когерентность. Временная когерентность определяет монохроматичность излучения (весь излучаемый пучок имеет строго определенную длину волны). Пространственная когерентность, под которой понимают совпадение фазы испускаемых световых волн во времени и пространстве, так что в определенной точке пространства сохраняется постоянная форма волнового фронта колебания, а фаза волны в этой же точке меняется регулярно, обеспечивает малую расходимость пучка лазерного излучения, который благодаря этому сохраняет высокий уровень энергии на значительном удалении от источника излучения.

Высокий уровень временной и пространственной когерентности лазерного излучения позволяет осуществить его фокусировку с помощью обычных оптических систем в пятно минимального размера, сравнимого с длиной волны, с соответствующим гигантским увеличением плотности мощности.

В настоящее время создано большое число различных лазеров, излучающих в УФ, видимой и ИК областях спектра, что позволило впервые детально изучить в эксперименте особенности биологического действия на орган зрения оптических излучений различных длин волн.

Наиболее широкое распространение в технике и медицине получили газовые и твердотельные лазеры. В первых в качестве активной среды используются различные газы, в которых оптическое излучение индуцируется током высокого напряжения. Эти лазеры имеют, как правило, непрерывное излучение, так что импульсы нужной длительности получают с помощью затворов различных конструкций.

Большинство твердотельных лазеров являются импульсными. В качестве активной среды используется кристалл рубина, а также стекло, активированное неодимом, иттербием, эрбием и другими элементами. Световое излучение индуцируется внешним источником некогерентного светового излучения. В зависимости от конструктивного исполнения эти лазеры работают в различных режимах. Мы не будем вдаваться в сущность этих режимов, нас интересует только длительность импульсов и их мощность при каждом из режимов. Нас интересуют только три из них - свободной генерации, модулированной добротности и синхронизации мод.

Режим свободной генерации обеспечивают длительность импульса от 10 мкс до 1-2 мс. В режиме модулированной добротности энергия лазера выделяется за очень короткий промежуток времени порядка 100 нс и менее, в связи с чем мощность импульса может составлять сотни мегаватт.

Наконец режим синхронизации мод обеспечивает выделение энергии лазера за время, исчисляющееся пикосекундами (10-12 с) (1).

Импульсные лазеры, работающие в режиме свободной генерации и модулированной добротности, давно нашли свое применение в технике и медицине. В последнее время врачи-офтальмологи проявляют значительный интерес к лазерам, работающим в режиме синхронизации мод, хотя они применяются пока преимущественно в научных исследованиях.

Лазерное излучение представляет для органа зрения значительно большую опасность, чем все известные источники некогерентного света, так как оно способно вызвать его повреждение за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания физиологических защитных механизмов.

Уже вскоре после появления лазеров были опубликованы сообщения о случайных повреждениях глаз их излучениями. Анализ этих сообщений показал, что повреждения имели место с равной частотой от воздействия как прямого, так и отраженного от различных поверхностей пучка света.

Лазерное излучение пропускается оболочками глазного яблока и поглощается ими по тем же законам, что и некогерентное и не вызывает в тканях каких-либо специфических эффектов. Как и некогерентное излучение, в зависимости от длины волны оно может быть причиной возникновения различных видов повреждения глаз. Так, в частности, видимая область оптического спектра может вызывать фотохимическое повреждение сетчатки голубым светом, термический ожог сетчатки и собственно сосудистой оболочки и термический ожог радужки.

Для оценки степени опасности для глаз излучения того или иного лазера необходимо знать минимальную мощность или энергию излучения, достаточную для появления порогового повреждения. За пороговое принимают минимальное повреждение оболочек глаза, которое может быть зарегистрировано визуально непосредственно после воздействия или спустя некоторое время после него (как правило, не более суток).

3.3. Механизмы световых повреждений глаз

Механизм действия светового излучения на орган зрения может быть различным в зависимости от длины волны, мощности и длительности воздействия. Эти параметры являются определяющими как для некогерентных, так и для лазерных излучений.

Поскольку органические молекулы, из которых состоит любая ткань, имеют широкий спектр абсорбируемых частот, то нет оснований считать, что монохроматичность лазерного излучения может создать какие-либо специфические эффекты при взаимодействии с тканью. Экспериментально таких эффектов найти не удалось. Пространственная когерентность также не меняет существенно механизма повреждений световым излучением, так как явление теплопроводности в тканях и присущие глазу постоянные мелкие движения разрушают интерференционную картину уже при длительности воздействия, превышающей несколько микросекунд.

Различают три основные группы механизмов повреждающего действия света на орган зрения. Рассмотрим каждую из них отдельно.

3.3.1. Термический механизм

Термический механизм повреждения органа зрения световым излучением является наиболее универсальным для видимой части спектра при длительности воздействия от 1 мс до 10 с. Значительная часть энергии излучения этого диапазона, поглощаясь оболочками глаза, превращается в тепло и нагревает ткань. При достаточно высокой плотности мощности излучения выделяющееся в очаге облучения тепло вызывает коагуляцию белков и других органических материалов, что клинически выявляется в виде ожога ткани.

Коагуляция наступает при температуре +58оС и по мере дальнейшего повышения температуры тяжесть ожога и его площадь нарастают. При достижении температуры +100оС происходят вскипание содержащейся в ткани воды и парообразования в очаге ожога. Линейная зависимость между плотностью мощности и тяжестью ожога при этом нарушается, так как расширение пара приводит к взрывному повреждению ткани (1).

Термический механизм повреждения в живой ткани реализуется по более сложным законам, чем в неживом однородном объекте. Это особенно касается ожогов органа зрения в связи со значительным различием абсорбционных характеристик его оболочек и их структурных элементов.

Значительное влияние на течение термических процессов в живой ткани оказывает наличие циркуляции крови, которая изменяет теплопроводность ткани и способствует более быстрому отведению тепла из очага облучения, а также ответная воспалительная реакция организма и другие факторы.