الليزر ومخاطره

منذ اكتشاف اشعة الليزر في منتصف القرن العشرين والعلماء يسعون دون هوادة للاستفاده من مزاياها في كافة المجالات . خلال العقود الثلاثه الاخيرة من نفس القرن وجدت حزم أشعة الليزر تطبيقات مفيده ومتشبعة في مجالات الطب والجراحة وطب العيون والصناعة والتحكم الآلي والاتصالات والكيمياء وغيرها من المجالات .ورغم المنافع المتعددة لحزم اشعة الليزر في المجالات التطبيقية المتنوعة إلا أنها تشكل بعض المخاطر على متداولى الاجهزة التي تصدرها عند عدم الالتزام بمعايير التداول والاستخدام الآمن لهذه الأجهزة ، خاصة عندما تتجاوز فدرتها حدوداً معينة.وفي الوقت الحالي يتم إنتاج أنواع مختلفة من أجهزة انبعاث الحزم الليزرية يعمل بعضها بنظام الحزم المستمرة ( اي المتواصلة)، ويعمل البعض الآخر بنظام النبضات الليزريه المتقطعة ز كذلك تتوفر أجهزة تغطي ثلاث شرائح مختلفة من شرائح الموجات الكهرومغناطيسية. فهناك اجهزة تصدر حزماً بخطوط طيفية تقع ضمن شريحة الضوء المرئي وأحرى تصدر حزماً بخطوط تقع ضمن شريحة الموجات الحرارية ( اي الاشعة تحت الحمراء) ثالثه تصدر حزم ليزر عالية الطاقة نسبياً بخطوط طيفية تقع في نطاق شريحة الاشعة فوق البنفسجية . وقد وجدت جميع هذه الحزم تطبيقات واسعة في شتى المجالات.التأثير على العين:تمثل العين البشرية العضو الأكثر تأثيراً بأشعة الليزر. ولفهم كيفية حدوث التلف في العين عند سقوط حزمة الليزر عليها ينبغي معرفة تركيب العين ومسار حزمة الأشعة فيها والانسجة الاكثر تعرضاً للتلف تبعا للطول الموجى للحزمة الساقطة فعند سقوط أشعه الليزر على قرنية العين تقوم القرنية بتجميع( اى بتركيز) حزمة الليزر التى تمر عبر كل من عدسة العين والسائل المائى الشفاف للعين والسائل الزجاجى حتى تسقط الحزمة فى شكل نقطة صغيرة للغاية قرب الشبكية .عدسة العين عبارة عن نسيج شفاف وعائى مغلق بغلاف عضلى يتحكم فى تكور سطحىَ العدسة حتى يمكن العدسةمن تكييف الصورة على الشبكية .يعيق هذا الغلاف تبديد الطاقة الحرارية بالكفاءة المطلوبة عند امتصاصها فى العدسة وتقوم عدسة العين بدورها بتكييف تركيز الحزمة بحيث تتكون الصورة او النقطة الصغيرة على الشبكية .واثناء مرور حزمة الليزر يمتص كل عضو من هذه الاعضاء جزء من طاقة الحزمة وتعتمد الطاقة الممتصة فى كل عضو على الطول الموجى لحزمة الليزر ويبين الشكل (2) العلاقة بين نسبة الضوء الذى ينفذ خلال القرنية والعدسسة والسائل المائى والزجاجى للعين –يصل الى الشبكية وبين الطول الموجى لهذا الضوء.ويتضح من هذا الشكل ان الاشعة فوق البنفسجية التى يقل طولها الموجى عن 400نانومتر تكاد لا تنفذ الى الشبكية وأنما تمتص فى الاعضاء الامامية للعين وهى القرنية والعدسة . اما الاشعة المرئية (التى تقع بين 450 و750 نانوميتر )وكذلك الاشعة تحت الحمراء القريبة _ لا يذيد طولها الموجى على 1200 نانوميتر _فانها تنفذ الى الشبكية دون حدوث امتصاص محسوس لطاقتها فى الاعضاء الاخرى واما الاشعة تحت الحمراء التى يذيد طولها الموجى عن 1200 نانوميتر فيمتص الجزء الاكبر من طاقتها فى الاعضاء الأمامية وخاصة القرنية والعدسة ولا يصل إلى الشبكية سوى جزء يسير من طاقتها.لذلك يمثل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة حتى حوالي 1200 نانومتر أكبر المخاطر على الشبكية نظراً لإنتقال النسبة الأعظم من طاقة هذا الضوء إلى الشبكية أما بالنسبة للأشعة الفوق بنفسجية والأشعة تحت الحمراء البعيدة يزيد طولها الموجي على 1200 نانومتر فتسبب أكبر المخاطر على العدسة نظراً لإمتصاصها معظم الطاقة.تلف الشبكيةوفي هذه الحالة يكون الضوء المرئى محدود التاثير على كل من القرنية والعدسة وشديد التاثير على الشبكية . وقد اوضحت التجارب العملية على بعض انواع القرود – قريبة الخصائص البصرية مع الانسان –ان تعرض العين لحزمة ليزر مرئى مبمستوى تدفق للقدرة يبلغ حوالى 3.1 مللى واط /سم على الشبكية بواقع ثلاث ساعاتيوميا ولمدة 7ايام يؤدى الى احداث حروق فى الشبكة تنتهى بالعمى فى حين لاتتاثر العدسة كثيرا بمثل هذا التدفق .ومن العوامل المؤدية الى سرعة تلف الشبكية بفعل حزم الليزر المرئي وفي نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة كلاً من القرنية والعدسة يؤديان إلى تركيز الضوء الساقط بمعامل يزيد على مائة ضعف. حزمة الليزر المتوازية التي تدخل من حدقة العين ـ يتراوح قطرها ما بين 4.5 الى2.5 مم نهارا ،وبين 8 الى 2.5 مم ليلا – يتم تركيزها لتصبح فى حدود جزء او عدة أجزاء عشرية قليلة من المللى متر (0.1الى0.3مم) على الشبكية . وهذا يعنى ان طاقة الحزمة تتركز فى بقعة صغيرة للغاية على الشبكية ، ونظرا لعدم وجود اوعية دموية فى الشبكية ذاتها حتى تتمكن الدماء التى تسرى فيها من تبديد الحرارة المتراكمة فى الشبكية . وانما توجد الاوعية الدموية فى منطقة المشيمة (Choroid) الموجودة خلف الشبكية والتى تعد مصدرالتغذية ومنطقة تبادل نفايات التمثيل الغذائى لخلايا الشبكية . لذلك تتبدد الحرارة المتراكمة فى الشبكية ببطء ، حيث تنتقل الحرارة من الشبكية الى المشيمية اولا ثم تتبدد من خلال سريان الدم فى اوعيتها ، وهذا يؤدى الى ارتفاع درجة حرارة الشبكية .وتجدر الاشارة الى ان ارتفاع درجة حرارة الشبكية الى حوالى 45 م –اعلى قليلا من درجة حرارة الانسان المصاب بالحمى –ويمكن ان يؤدى الى احداث تلف دائم فى الشبكية يؤدى الى العمى . ويبين جدول (1) ، القيم العددية لتدفق طاقة او قدرة حزمة الليزر التى لا يجوز تعرض العين البشرية لها ، او لاى قيم تتجاوزها تلافيا لتلف الشبكية وحدوث العمى الدائم.عتامة عدسة العين ، وتحدث عندما يزيد معدل الطاقة الممتصة فى العدسة من حزمة الليزرعن 15مللى واط/سم – الحد المسموح لتبديد لبطاقة دون اعاقة لا يتجاوز10 الى 15 مللى واط/سم-وعليه فان درجة حرارة العدسة عندما ترتفع الى درحة عالية نسبيا قد تسفر عن حدوث العتامة فى العدسة . اى ما يعرف بمرض عتامة العدسة او الكتراكت او المياه البيضاء.وفى الظروف الجوية الطبيعية فان مخاطر الاصابة بمرض المياه البيضاء تزداد عندما ترتفع درجة حرارة العدسة الى حوالى 45م . ويحدث مثل هذا الارتفاع للحرارة عند سقوط حزمة ليزر مرئى يصل تدفق القدرة لها الى عدة مئات من المللى واط/سم .وتجدر الاشارة الى ان مرض المياه البيضاءالذى يصيب العدسة عند تراكم الطاقة من حزم الليزر يحدث –غالبا- قرب السطح الخلفى لغلاف العدسة سواء كان الليزر من النوع المرئى او فوق البنفسجى او دون الاحمر . اما مرض المياه البيضاء الذى يحدث عند تقدم السن فغالبا ما يحدث قرب السطح الامامى لغلاف العدسة .التاثيرات على الجلد عند سقوط اشعة الليزر بانواعها المختلفة –المرئية وتحت الحمراء وفوق البنفسجية – يمتص الجزء الاكبر من طاقة الحزمة فى الطبقة السطحية للجلد وتتحول الطاقة الممتصة الى طاقة حرارية . ونظرا للتوصيلية الحرارية الرديئة للجلد بسبب افتقاره للاوعية الدموية ووجود طبقة دهنية عازلة تحته يكون تبدد الطاقة الحرارية المودعة فى الجلد بطيئا مما يؤدى الى ارتفاع درجة الحرارة فى الموضع المتعرض للحزمة الى درجة عالية نسبيا . ويؤدى ارتفاع درجة حرارة الجلد الى تبخر الماء المحدود الموجود فى انسجته والى فقد بروتين الجلد لخصائصه . وعند زيادة درجة الحرارة يمكن ان يحدث التهاب الجلد فى الموقع المتعرض للحزمة ، بل قد يتفحم .وتعتمد درجة الضرر فى الجلد المتعرض لحزم الليزر – بسبب ارتفاع درجةة حرارته – على طول موجة الحزمة ، ومدة التعرض ،وكذلك على درجة التلون (اى الخصاب) ويستعرض جدول(2) قيم الحد الادنى لتدفق طاقة حذوة الليزر على سطح ذراع شخص بالغ من العرق الابيض .و التى يمكن ان تسبب تلف الجلد بالنسبة لبعض انواع الليزر و لظروف مختلفة من التعرض الليزر و السرطان من النتائج العلمية المتوفرة حتى الان انه لا توجد شواهد اكيدة للجذم بوجود علاقة بين التعرض لاشعة الليزر و احتمال استحثاث السرطان سواء بالنسبة لحزم الليزر فى الشريحه المرئية او تحت الحمراء فى اى من العضوين المتاثرين بهذه الحزم و هما العين و الجلد .و سواء عند التعرض لحزم الليزر بجرعات منخفضة و بطريقه مزمنة لفترات طويله .او عند التعرض لجرعة حاده – عند انتقال كمية كبيرة من طاقة الحزمة –خلال فترة زمنية قصيرة و مع ذلك فانة ينبغى التروى فى استخلاص النتائج و اصدار الاحكام نظرا لان ظهور السرطان المستحث بالعديد من العوامل كالاشعة المؤينة و غيرها لا يقع سوى بعد فترات طويلة من الزمن قد تزيد على عشرين عاما . فضلا عن ذلك فانه يستحيل فصل السرطانات المستحثه لاسباب مختلفه عن بعضها البعض او عن تلك المستحثه طبيعيا و التى تمثل حوالى 20% من اسباب الوفيات و تتضمن تراوحات احصائية كبيره يصعب فى وجودها الخروج باستخلاص و نتيجه مؤكدة .

منذ اكتشاف اشعة الليزر في منتصف القرن العشرين والعلماء يسعون دون هوادة للاستفاده من مزاياها في كافة المجالات . خلال العقود الثلاثه الاخيرة من نفس القرن وجدت حزم أشعة الليزر تطبيقات مفيده ومتشبعة في مجالات الطب والجراحة وطب العيون والصناعة والتحكم الآلي والاتصالات والكيمياء وغيرها من المجالات .

ورغم المنافع المتعددة لحزم اشعة الليزر في المجالات التطبيقية المتنوعة إلا أنها تشكل بعض المخاطر على متداولى الاجهزة التي تصدرها عند عدم الالتزام بمعايير التداول والاستخدام الآمن لهذه الأجهزة ، خاصة عندما تتجاوز فدرتها حدوداً معينة.

وفي الوقت الحالي يتم إنتاج أنواع مختلفة من أجهزة انبعاث الحزم الليزرية يعمل بعضها بنظام الحزم المستمرة ( اي المتواصلة)، ويعمل البعض الآخر بنظام النبضات الليزريه المتقطعة ز كذلك تتوفر أجهزة تغطي ثلاث شرائح مختلفة من شرائح الموجات الكهرومغناطيسية. فهناك اجهزة تصدر حزماً بخطوط طيفية تقع ضمن شريحة الضوء المرئي وأحرى تصدر حزماً بخطوط تقع ضمن شريحة الموجات الحرارية ( اي الاشعة تحت الحمراء) ثالثه تصدر حزم ليزر عالية الطاقة نسبياً بخطوط طيفية تقع في نطاق شريحة الاشعة فوق البنفسجية . وقد وجدت جميع هذه الحزم تطبيقات واسعة في شتى المجالات.

 

التأثير على العين:تمثل العين البشرية العضو الأكثر تأثيراً بأشعة الليزر. ولفهم كيفية حدوث التلف في العين عند سقوط حزمة الليزر عليها ينبغي معرفة تركيب العين ومسار حزمة الأشعة فيها والانسجة الاكثر تعرضاً للتلف تبعا للطول الموجى للحزمة الساقطة فعند سقوط أشعه الليزر على قرنية العين تقوم القرنية بتجميع( اى بتركيز) حزمة الليزر التى تمر عبر كل من عدسة العين والسائل المائى الشفاف للعين والسائل الزجاجى حتى تسقط الحزمة فى شكل نقطة صغيرة للغاية قرب الشبكية .

عدسة العين عبارة عن نسيج شفاف وعائى مغلق بغلاف عضلى يتحكم فى تكور سطحىَ العدسة حتى يمكن العدسةمن تكييف الصورة على الشبكية .يعيق هذا الغلاف تبديد الطاقة الحرارية بالكفاءة المطلوبة عند امتصاصها فى العدسة وتقوم عدسة العين بدورها بتكييف تركيز الحزمة بحيث تتكون الصورة او النقطة الصغيرة على الشبكية .واثناء مرور حزمة الليزر يمتص كل عضو من هذه الاعضاء جزء من طاقة الحزمة وتعتمد الطاقة الممتصة فى كل عضو على الطول الموجى لحزمة الليزر ويبين الشكل (2) العلاقة بين نسبة الضوء الذى ينفذ خلال القرنية والعدسسة والسائل المائى والزجاجى للعين –يصل الى الشبكية وبين الطول الموجى لهذا الضوء.ويتضح من هذا الشكل ان الاشعة فوق البنفسجية التى يقل طولها الموجى عن 400نانومتر تكاد لا تنفذ الى الشبكية وأنما تمتص فى الاعضاء الامامية للعين وهى القرنية والعدسة .

اما الاشعة المرئية (التى تقع بين 450 و750 نانوميتر )وكذلك الاشعة تحت الحمراء القريبة _ لا يذيد طولها الموجى على 1200 نانوميتر _فانها تنفذ الى الشبكية دون حدوث امتصاص محسوس لطاقتها فى الاعضاء الاخرى واما الاشعة تحت الحمراء التى يذيد طولها الموجى عن 1200 نانوميتر فيمتص الجزء الاكبر من طاقتها فى الاعضاء الأمامية وخاصة القرنية والعدسة ولا يصل إلى الشبكية سوى جزء يسير من طاقتها.

لذلك يمثل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة حتى حوالي 1200 نانومتر أكبر المخاطر على الشبكية نظراً لإنتقال النسبة الأعظم من طاقة هذا الضوء إلى الشبكية أما بالنسبة للأشعة الفوق بنفسجية والأشعة تحت الحمراء البعيدة يزيد طولها الموجي على 1200 نانومتر فتسبب أكبر المخاطر على العدسة نظراً لإمتصاصها معظم الطاقة.

تلف الشبكية

وفي هذه الحالة يكون الضوء المرئى محدود التاثير على كل من القرنية والعدسة وشديد التاثير على الشبكية . وقد اوضحت التجارب العملية على بعض انواع القرود – قريبة الخصائص البصرية مع الانسان –ان تعرض العين لحزمة ليزر مرئى مبمستوى تدفق للقدرة يبلغ حوالى 3.1 مللى واط /سم على الشبكية بواقع ثلاث ساعاتيوميا ولمدة 7ايام يؤدى الى احداث حروق فى الشبكة تنتهى بالعمى فى حين لاتتاثر العدسة كثيرا بمثل هذا التدفق .

ومن العوامل المؤدية الى سرعة تلف الشبكية بفعل حزم الليزر المرئي وفي نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة كلاً من القرنية والعدسة يؤديان إلى تركيز الضوء الساقط بمعامل يزيد على مائة ضعف.

حزمة الليزر المتوازية التي تدخل من حدقة العين ـ يتراوح قطرها ما بين 4.5 الى2.5 مم نهارا ،وبين 8 الى 2.5 مم ليلا – يتم تركيزها لتصبح فى حدود جزء او عدة أجزاء عشرية قليلة من المللى متر (0.1الى0.3مم) على الشبكية .

وهذا يعنى ان طاقة الحزمة تتركز فى بقعة صغيرة للغاية على الشبكية ، ونظرا لعدم وجود اوعية دموية فى الشبكية ذاتها حتى تتمكن الدماء التى تسرى فيها من تبديد الحرارة المتراكمة فى الشبكية . وانما توجد الاوعية الدموية فى منطقة المشيمة (Choroid) الموجودة خلف الشبكية والتى تعد مصدرالتغذية ومنطقة تبادل نفايات التمثيل الغذائى لخلايا الشبكية . لذلك تتبدد الحرارة المتراكمة فى الشبكية ببطء ، حيث تنتقل الحرارة من الشبكية الى المشيمية اولا ثم تتبدد من خلال سريان الدم فى اوعيتها ، وهذا يؤدى الى ارتفاع درجة حرارة الشبكية .

وتجدر الاشارة الى ان ارتفاع درجة حرارة الشبكية الى حوالى 45 م –اعلى قليلا من درجة حرارة الانسان المصاب بالحمى –ويمكن ان يؤدى الى احداث تلف دائم فى الشبكية يؤدى الى العمى . ويبين جدول (1) ، القيم العددية لتدفق طاقة او قدرة حزمة الليزر التى لا يجوز تعرض العين البشرية لها ، او لاى قيم تتجاوزها تلافيا لتلف الشبكية وحدوث العمى الدائم.

عتامة عدسة العين ، وتحدث عندما يزيد معدل الطاقة الممتصة فى العدسة من حزمة الليزرعن 15مللى واط/سم – الحد المسموح لتبديد لبطاقة دون اعاقة لا يتجاوز10 الى 15 مللى واط/سم-وعليه فان درجة حرارة العدسة عندما ترتفع الى درحة عالية نسبيا قد تسفر عن حدوث العتامة فى العدسة . اى ما يعرف بمرض عتامة العدسة او الكتراكت او المياه البيضاء.

وفى الظروف الجوية الطبيعية فان مخاطر الاصابة بمرض المياه البيضاء تزداد عندما ترتفع درجة حرارة العدسة الى حوالى 45م . ويحدث مثل هذا الارتفاع للحرارة عند سقوط حزمة ليزر مرئى يصل تدفق القدرة لها الى عدة مئات من المللى واط/سم .

وتجدر الاشارة الى ان مرض المياه البيضاءالذى يصيب العدسة عند تراكم الطاقة من حزم الليزر يحدث –غالبا- قرب السطح الخلفى لغلاف العدسة سواء كان الليزر من النوع المرئى او فوق البنفسجى او دون الاحمر . اما مرض المياه البيضاء الذى يحدث عند تقدم السن فغالبا ما يحدث قرب السطح الامامى لغلاف العدسة .

التاثيرات على الجلد

عند سقوط اشعة الليزر بانواعها المختلفة –المرئية وتحت الحمراء وفوق البنفسجية – يمتص الجزء الاكبر من طاقة الحزمة فى الطبقة السطحية للجلد وتتحول الطاقة الممتصة الى طاقة حرارية . ونظرا للتوصيلية الحرارية الرديئة للجلد بسبب افتقاره للاوعية الدموية ووجود طبقة دهنية عازلة تحته يكون تبدد الطاقة الحرارية المودعة فى الجلد بطيئا مما يؤدى الى ارتفاع درجة الحرارة فى الموضع المتعرض للحزمة الى درجة عالية نسبيا .

ويؤدى ارتفاع درجة حرارة الجلد الى تبخر الماء المحدود الموجود فى انسجته والى فقد بروتين الجلد لخصائصه . وعند زيادة درجة الحرارة يمكن ان يحدث التهاب الجلد فى الموقع المتعرض للحزمة ، بل قد يتفحم .

وتعتمد درجة الضرر فى الجلد المتعرض لحزم الليزر – بسبب ارتفاع درجةة حرارته – على طول موجة الحزمة ، ومدة التعرض ،وكذلك على درجة التلون (اى الخصاب) ويستعرض جدول(2) قيم الحد الادنى لتدفق طاقة حذوة الليزر على سطح ذراع شخص بالغ من العرق الابيض .و التى يمكن ان تسبب تلف الجلد بالنسبة لبعض انواع الليزر و لظروف مختلفة من التعرض

الليزر و السرطان

من النتائج العلمية المتوفرة حتى الان انه لا توجد شواهد اكيدة للجذم بوجود علاقة بين التعرض لاشعة الليزر و احتمال استحثاث السرطان سواء بالنسبة لحزم الليزر فى الشريحه المرئية او تحت الحمراء فى اى من العضوين المتاثرين بهذه الحزم و هما العين و الجلد .و سواء عند التعرض لحزم الليزر بجرعات منخفضة و بطريقه مزمنة لفترات طويله .او عند التعرض لجرعة حاده – عند انتقال كمية كبيرة من طاقة الحزمة –خلال فترة زمنية قصيرة و مع ذلك فانة ينبغى التروى فى استخلاص النتائج و اصدار الاحكام نظرا لان ظهور السرطان المستحث بالعديد من العوامل كالاشعة المؤينة و غيرها لا يقع سوى بعد فترات طويلة من الزمن قد تزيد على عشرين عاما .

فضلا عن ذلك فانه يستحيل فصل السرطانات المستحثه لاسباب مختلفه عن بعضها البعض او عن تلك المستحثه طبيعيا و التى تمثل حوالى 20% من اسباب الوفيات و تتضمن تراوحات احصائية كبيره يصعب فى وجودها الخروج باستخلاص و نتيجه مؤكدة .