激光产品的光辐射安全评价

2017-10-11李敏吴夷吴祥飞秦丽平浙江省医疗器械检验院浙江杭州310018

中国医疗器械信息 2017年15期

李敏吴夷吴祥飞秦丽平浙江省医疗器械检验院（浙江杭州 310018）

激光产品的光辐射安全评价

李敏吴夷吴祥飞秦丽平浙江省医疗器械检验院（浙江杭州 310018）

激光产品的光辐射安全评价对相关人员采取合适的防护措施具有重要的意义。基于简单测量方法可能会低估激光产品光辐射危险的情况，本文阐述了表观光源及其对向角在激光产品分类中的意义，并通过实例对简单测量方法和扩展源方法做出对比。结果表明选择合适的方法检测对人体最不利的辐射，才能得到准确的分类，进而对激光产品的辐射危险做出评价。

激光辐射安全分类最大允许照射量标称眼危害距离

Abstract: Radiation safety evaluation of laser products is of great significancein adopting appropriate protective measuresfor correlative personnel. Based on the situation that the simple measurement method may underestimate the radiation risk of laser products, the significance of the apparent source and angular subtense used in the process of classification of laser products is elaborated in the article, and the comparison is made between simple measurement method and expand source method by example. The result indicates that the measurement radiation energy of most unfavorable circumstance of human bodywith suitable measurement method can acquire accurate classification, making evaluation for radiation hazard of laser products. At last, maximum permissible exposure and nominal ocular hazard distance for evaluation parameter of laser radiation safety are introduced and illustrated in the article.

Key words: laser radiation safety, classification, MPE, NOHD

根据不同的需求，激光产品的功率可从几纳瓦至几十千瓦。在评价激光产品的安全等级时，制造商或使用者往往通过简单的功率或能量比较。这种方法并不准确，尤其在评价发散角较大的小功率激光产品时，会低估其辐射危险，对使用者造成潜在的危害。

1.激光辐射的危害

与相同光辐射功率的普通非相干光源比较，由于激光光源发光尺寸和发散角较小，因此会引起成倍数的伤害[1]。发光尺寸小，激光光源经聚焦透镜后成的像为一个点，而普通光源聚焦后为一个几何光斑。发散角小，激光光源的能量更加集中，在人体表面形成的能量密度更大，更容易接近或超过人体组织的损伤阈值。

激光光源对人体的辐射危害主要是眼睛和皮肤，一般来说，皮肤能承受的激光辐射量比眼睛更大[2]。通常，光学危害随波长的变化不大，但也有几个特殊的波段[3]。例如：角膜对315～1400nm的光吸收明显下降，而晶状体对315～400nm的光进行无害吸收，因此400～1400nm范围内大部分的光聚焦到视网膜上，引起视网膜危害[4]。波长范围在400～600nm，且辐射发射时间大于1s时，视网膜还会受到光化学危害[3]。另外，波长大于400nm的激光辐射都会引起热危害，并且波长大于1400nm的激光辐射危害属于非视网膜危害区。

2.激光产品的分类

目前，国内激光产品辐射安全等级评定参照GB7247.1-2012标准（等同转化IEC60825-1:2007）。标准中，激光产品被分为1、1M、2、2M、3R、3B及4类激光产品，并给出了每类激光产品在相应的波长及持续发射时间下，不得超过的辐射发射水平，即可达发射极限AEL[5]。总体来说，按照激光产品不超过3B类或以下等级的可达发射极限时定为该类激光产品，超过3B类可达发射极限时定为4类激光产品。其中，1M与2M类激光产品是基于1类、2类激光产品辐射水平，要求通过裸眼直视不能超过1类、2类辐射限值，而通过光学装置内视时可能会超过3R类辐射限值，但一定不能超过3B类辐射限值。

在对激光产品进行分类时，按照标准中规定的孔径大小跟距离，对于激光产品的辐射量进行测量，测量值与每类激光产品的可达发射极限相比较，最终确定类别。值得注意的是，辐射测量时应在激光产品对人体最不利的情况下进行。例如：发散角较大的扩展光源经人眼聚焦可能在视网膜形成极小的像，使视网膜承受极大的能量密度，这种情况下，如果仅用简单的距离测量，会极大的低估其真实的辐射危险等级。为此，在进行辐射量测量之前，应对激光产品光源的输出特性进行评价，引入表观光源及表观光源对向角的概念。

2.1 表观光源

表观光源给出视网膜危害的评估位置，是在视网膜上可能形成最小影像的实或虚的发光体[3,5]。

根据不同激光产品的特点，输出端口不一，有些输出面可以直接作为辐射安全评估的发光位置，例如光纤输出口等。还有多数激光产品利用物理外壳对光束进行宽度限制，外壳孔径达到视网膜上的像仍为一个圆形孔径，而激光光束可以在视网膜上聚焦成很小的光点，这种情况就不适合把外壳孔径当作光源发光尺寸，需要利用成像光学计算其表观光源的位置及大小[1]。

2.2 表观光源对向角

表观光源对向角是从空间某处观察表观光源所张的对向角[3,5]。对向角与激光发散角不同，它决定了眼睛通过适应性调节后产生的最小视网膜影像尺寸，通常小于激光发散角。在评价激光辐射对视网膜危害时，应按照标准中给出的最严格距离计算大小。根据物像关系，对向角越大，可能在视网膜上形成的光斑越大，相同辐射能量下的能量密度下降，可达发射的限值会相应的增大。

3.简单测量方法与扩展源方法对比

现以一台有圆形视场光阑，并且发散程度较大的激光产品为例，激光波长为665nm，连续出光。

（1）简单测量方法：根据激光产品的波长、发射持续时间查询GB7247.1-2012，可得到不同类别的AEL值如表1：

按照最严格的测试条件，在条件1下测量结果为：74.1μW；条件2下测量结果为：2.956mW；条件3下测量结果为：1.673mW。由测量结果可得，在条件1、条件2和条件3下，测量结果均小于3R类AEL，并且在条件2和条件3下大于2类AEL，故该激光产品分为3R类。

（2）扩展光源方法：在光束中增加一聚焦透镜，测得像距120mm，像高1.4mm，根据物像关系，得到表观光源大小为0.47mm。分别按照最严格的测试距离，计算每个条件下适用的对向角及C6大小，得到表2中的值：

根据产品的波长、发射持续时间查询GB7247.1-2012，可得到不同类别的AEL值如表3：

根据扩展光源的测量光路，按照最严格的测试距离，在条件1下测量结果为：74.1μW；条件2下测量结果为：4.579mW；条件3下测量结果为：1.263mW。

由测量结果可得，在条件1或条件2下大于2类AEL，在条件1和条件2下小于3B类AEL，并且在条件3下小于2类AEL，故该激光产品分为2M类。

表2. 各测量条件下的对向角及C6大小

表3. 扩展光源法测量的AEL值

通过实例表明，在进行激光产品分类时，不同的检测方法可能得到不同类别的结果。用简单方法直接测量得出3R类，表示在任何情况下，眼睛都不会受到超过3R类的激光辐射；而用扩展光源法测量得出2M类，表示当眼睛通过光学系统观察时可能受到超过3R类的激光辐射。为此，根据激光产品的发光特性选择适用的测量方法，才能得到准确的激光类别，进而对激光产品光辐射危险等级做出准确的评估。

除了对激光产品的准确分类，在国内激光产品的注册资料中，要求制造商给出激光产品（3B类和4类激光产品）适用的最大允许照射量（MPE）、标称眼危害距离（NOHD）以及假定的照射时间，用来提示相关人员避免受到光辐射危害。MPE作为控制照射量的指导，国家标准GB7247.1-2012中分别对眼和皮肤的安全性进行了限制。根据MPE的限值，相关使用者即可采取适用的防护措施，并可确定激光防护眼镜的最低光密度值（OD）。