Laserchirurgie

home > terug naar module overzicht > OZT-Laserchirurgie

Walkure begeleidt gevallene naar het walhalla

De Noordse mythologie kent een aantal beelden waarin licht een belangrijke rol speelt. Zo wordt een aanval afgeslagen door lichtstralen uit de bergen en worden de walkuren aangemaand de gevallenen naar het walhalla te begeleiden.
De walkuren hebben zelf ook iets met licht. Hun pantsering is zo glimmend dat de zon er in weerspiegelt en hun tegenstanders erdoor worden uitgeschakeld. Dit was de mythologische verklaring voor het noorderlicht.

OPERATIEVE ZORG EN TECHNIEKEN
Module: Laserchirurgie
G. Driessen, J. van Reekum [ill J. van Reekum, omslag: Mik Wolkers; Duckpix]
B2012.1.2, maart 2012

Uitgever: VERES Publishing
NUR-code: 876, NUR-omschrijving: Specialistische geneeskunde: algemeen

© 2012. J. van Reekum/VERES Publishing
Uit deze internet publicatie mag worden overgenomen of geciteerd met vermelding van bron en uitgever.

VERES Publishing, Van Spaenweg16, 6862 XK Oosterbeek

Voorwoord en verantwoording

Doelstelling voor deze module:
De student/cursist kan een laser bedrijfsklaar maken en aansluiten en de operateur ter zake kundig assisteren bij het veilig gebruik van de laser.

Inhoud

1 Geschiedenis
2 Natuurkunde en scheikunde
3 Laser en veiligheid
Bronnen

 1 Geschiedenis

Bladwijzers:
1.1 Het beleg van Syracuse
1.2 Laser
1.3 De eerste medische laser
Doelstellingen 

 1.1 Het beleg van Syracuse

Het is Archimedes die tijdens het beleg van Syracuse inziet dat licht een uiting is van energie en hij stelt voor de energie opgeslagen in het licht van de zon, te gebruiken voor de verdediging van Syracuse tegen de aanvallers.
De legers kunnen Syracuse niet over land aanvallen omdat zij onmogelijk over de goed te verdedigen paden langs de Etna kunnen komen. Zij besluiten tot een invasie van zee.
Archimedes laat op de verdedigingstorens van de haven meerdere grote (zilveren?) spiegels opstellen. De aanvallers wachten tot het mooi weer is en dan varen zij naar de havenÖ Als zij op korte afstand van de haven zijn, laat Archimedes alle spiegels zo draaien dat het licht van de zon weerkaatst op de zeilen van de eerste boot. Door het gecombineerde licht van de spiegels worden de zeilen zo heet dat zij uiteindelijk vlam vatten. Nadat de andere boten hetzelfde lot hebben ondergaan druipen de aanvallers af.
De spiegels zijn nooit teruggevonden en het is onbekend of de spiegels van het goed reflecterende zilver zijn gemaakt en of deze een holle vorm hebben gehad zodat er sprake van een brandpunt is geweest.

 1.2 Laser

Gestimuleerde emissie werd voor het eerst praktisch toegepast in het ontwerp van de MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) in 1954 toen het door Townes (USA), Bloembergen (USA), Prokhorov (USSR) en Basov (USSR) werd geÔntroduceerd. Zij beschreven deze speciale elektromagnetische straling aan de hand van de theorieŽn van Bohr (atoommodel & energie van een foton) en Einstein (1917: gestimuleerde emissie). De MASER werd toegepast in radar toestellen om de zeer kortgolvige straling op te wekken die voor radar nodig is.
Laser is het acroniem van 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation' en betekent 'versterking van licht door gestimuleerde emissie van straling'.
Constructie van de eerste laser:
In 1960 lukt het Maiman voor het eerst zoveel licht in een robijnkristal te 'pompen' dat het kristal in aangeslagen toestand komt en zelf licht gaat uitzenden waarbij het meer licht opwekt dan dat het zelf nodig heeft om in aangeslagen toestand te blijven.

1.3 De eerste medische laser

De laser wordt sinds 1962 toegepast in de geneeskunde. De laatste jaren is er vanuit de vele medische disciplines toenemende belangstelling voor de laser als instrument bij routinematig medisch handelen. Hoewel er verschillende soorten lasers zijn ontwikkeld, zijn het met name de CO2-laser, de Nd:-YAG - laser en de Argon - laser die veelvuldig voor multidisciplinair gebruik worden ingezet.

 Doelstellingen

De student kent de woorden die het acroniem ďLASERĒ vormen.

terug naar het begin van dit hoofdstuk
terug naar de inhoudsopgave

Natuurkunde en scheikunde

Bladwijzers:
2.1 Licht
2.1.1 Licht als straling, Licht als deeltjesstroom, 2.1.3 Licht als straling-deeltjes transformatie, Wat is een trilling?
2.2 Werking van een laser
2.2.1 Het ontstaan van een laserstraal, 2.2.2 Eigenschappen van laserlicht, 2.2.3 Transport van laserenergie, 2.2.4 Continue en gepulste lasers
2.3 Veel voorkomende lasers in de gezondheidszorg
2.3.1 De CO2-LASER, 2.3.2 De Nd:-YAG laser, 2.3.3 De Argonlaser, 2.3.4 De Helium-neon laser, 2.3.5 De Gallium-Arsenide diode laser
2.4 Biologisch effect van laserstralen
2.4.1 Gedrag in weefsel, 2.4.2 Effect op weefsel
2.5 Klinische toepassingen
2.5.1 De fotothermische toepassing, 2.5.2 De fotochemische toepassing, 2.5.3 De fotomechanische toepassing, 2.5.4 De fotoablatie,
2.5.5 De fotobiostimulatie
Doelstellingen

 2.1 Licht

Met betrekking tot licht bestaan er twee theorieŽn en van beide theorieŽn kan worden gezegd, dat nooit bewezen is dat ze fout zijn. Licht is te beschouwen als een vorm van elektromagnetische straling, maar ook als een stroom van deeltjes.

 2.1.1 Licht als straling

Figuur 1: Licht als straling, absorptie en reflectie.
Licht als straling, absorptie en reflectie

Als we uitgaan van het golfmodel van Huygens, is licht een straling of het zich voortplanten van trillingen. Straling is een elektromagnetisch golfverschijnsel met een specifieke trilling of frequentie, net zoals geluid, radiogolven en RŲntgenstraling.
Straling reflecteert op een oppervlak waarvan de ruwheid kleiner of minder groot is dan de golflengte van de straling. Licht weerkaatst op een glad oppervlak (spiegelglad water) en moet dus een straling zijn (aldus Huygens).
Licht als straling heeft een bepaalde golflengte, amplitude en voortplantingsrichting. Hierdoor worden kleur en intensiteit bepaald. Zichtbaar licht, zoals wij dat waarnemen, heeft een golflengte tussen 385 nanometer (violet) en 760 nanometer (rood).

 2.1.2 Licht als deeltjesstroom

Figuur 2: Licht als deeltjes, zwaartekrachtlens.
2: Licht als deeltjes, zwaartekrachtlens.

Licht kan ook worden beschouwd als een stroom van deeltjes. We noemen deze deeltjes: fotonen. Fotonen ontstaan op het moment dat deze energie of elektromagnetische trilling wordt getransformeerd tot een deeltje. Men noemt dit materialisatie van energie (relativiteitstheorie van Einstein). Bij een botsing van een foton zet de massa van het foton zich weer om in energie (dematerialisatie).
Einstein toonde dit fenomeen aan door het ontdekken van de zwaartekrachtlens, waarbij een ster het licht van een andere ster afbuigt op basis van massa. Zo lijkt het of sterren, die achter een ster staan, er toch naast staan, en sterren die ver van een andere ster staan er toch dichterbij staan.
Straling laat zich niet afbuigen door massa, alleen deeltjes laten zich afbuigen door massa en dus moet licht een deeltjesstroom zijn (concludeerde Einstein).

 Licht als straling-deeltjes transformatie

Figuur 3: Transformatie van straling naar deeltje en omgekeerd.
Transformatie van straling naar deeltje en omgekeerd

Einstein was het niet onmiddellijk eens met zijn eigen ontdekking, want het afbuigen van deeltjes door een vergrootglas of een prisma kon hij niet verklaren. Hij veronderstelde dat licht een makkelijk te transformeren energievorm was, waarbij een transformatie van deeltje naar straling en van straling naar deeltje zonder veel energieverlies plaats zou vinden.
Voor licht werd een model ontwikkeld wat nu algemeen is aanvaard. Het komt hierop neer dat op het moment dat licht zich gedraagt als straling er dus een transformatie moet hebben plaatsgevonden van deeltje naar straling.

 2.1.4 Wat is een trilling?

Een trilling is een heen en weer gaande of op en neergaande beweging om een bepaalde stand (de evenwichtsstand), waarbij de beweging zich telkens in opeenvolgende gelijke tijden volledig herhaalt. (De trilling is zgn. periodiek). De frequentie (f) of ook wel het aantal volledige trillingen dat per seconde wordt uitgevoerd, wordt uitgedrukt in hertz (Hz).
Bij het zich voortplanten van trillingen ontstaat er zoals we gezien hebben een golfmodel. (Zie fig. 1). Als we de golvende beweging (het voortplanten van trilling) tekenen, zien we dat er een lijn ontstaat die gekarakteriseerd wordt door het zich steeds herhalen van een bepaald patroon, namelijk een zgn. golfberg en een golfdal. De lengte van een 'volledige' golfberg een 'volledig' golfdal samen (horizontaal gemeten) noemen we de golflengte. De golflengte van licht wordt uitgedrukt in nanometers (nm), 1 nanometer = ťťn miljardste meter.
Men spreekt van monochromatisch licht, wanneer er sprake is van licht van een zelfde golflengte.
In proefopstellingen kan de golflengte van monochromatisch licht zeer nauwkeurig worden bepaald. Wanneer men voor verschillende monochromatische lichtsoorten de golflengte bepaalt, dan blijkt violet licht de kortste golflengte te hebben en rood licht de langste.
De golflengte van licht is afhankelijk van het medium waarin de lichtsoort zich voortplant, de frequentie niet. Het menselijk oog is niet gevoelig voor alle lichtsoorten; slechts die lichtsoorten worden waargenomen, waarvan de frequenties liggen tussen de ca. 400.1012Hz (het uiterste rood) en 800.1012Hz (het uiterste violet). Dit zijn de grenzen van het voor de mens zichtbare spectrum.
De golflengte bepaalt of, en zo ja in welke kleur het menselijk oog straling kan waarnemen.
De golflengte van de verschillende typen lasers is niet hetzelfde. Het vermogen (uitgedrukt in Watt) waarmee gewerkt wordt maakt de golflengte weer anders (W=A/t).
Zoals we al eerder zagen wordt de golflengte uitgedrukt in nanometers (nm). Het lasergebied strekt zich uit van ca. 300μm. tot 3 nm. Hieronder een schematische weergave van de golflengtes van de meest gebruikte typen laser.

Tabel 1: Soorten lasers en hun golflengten.
Type laser Golflengte en kleur
Argon laser 458 - 515nm. blauw/groen
Gallium- Arsenide laser 904nm. nabij infrarood
Nd: -YAG laser 1060nm. nabij infrarood
CO2-laser 10640nm. ver infrarood
Helium - Neon laser 632,8nm. helder rood

 Werking van een laser

Figuur 4: Een flitsbuis, 'pomp' voor fotonen.
Een flitsbuis, 'pomp' voor fotonen

In een laser worden atomen, maar ook ionen of moleculen gestimuleerd tot het uitzenden van lichtenergie ofwel fotonen.
Gestimuleerde emissie van fotonen (licht) is de basis voor het bestaan van laserwerking. Om dit te kunnen begrijpen moet eerst het begrip 'spontane' emissie uitgelegd worden.
Een laser bevat een 'pomp', bijvoorbeeld het licht van een flitslamp, om in een bepaald medium het aantal labiele atomen groter te maken dan het aantal stabiele atomen (de zgn. populatie inversie).
In het 'star wars' project van de Amerikaanse overheid werd gebruik gemaakt van een kleine atoomexplosie om een aantal robijnstaven te 'pompen'.
In de praktijk worden verschillende 'pompprocessen' toegepast. Vloeistoflasers en vaste stof lasers worden meestal 'optisch gepompt' met halogeen- of flitslampen. Voor het 'pompen' kan ook een andere laser als zgn. 'pomp'-laser worden gebruikt.

Figuur 5: Sneeuwbal effect.
Sneeuwbal effect
Aangeslagen atoom (Helium), zendt foton uit bij terugkeer in stabiele toestand. Het foton stoot het volgende atoom weer aan en laat dit terugkeren naar de stabiele toestand waardoor er weer een foton ontstaat. Het aantal fotonen neemt daardoor zeer sterk toe (Light Amplification by Stimulated Emission).

Laserwerking komt in een actief gemaakt medium op gang doordat ťťn van de labiele atomen spontaan vervalt en een foton van exact bepaalde golflengte uitzendt. De golflengte -de kleur- van het foton is afhankelijk van de stof. Zo geeft Helium een roze kleur fotonen, Neon is oranje rood, Argon blauw groen, CO2 onzichtbaar infrarood. Het actief maken van een medium kan plaatsvinden zowel door de 'erin gepompte' fotonen door de pomp (kernexplosie) of door een elektrische stroom door het medium. Hierdoor raken de atomen in aangeslagen toestand en worden zij labiel.

Theoretisch zou het wel kunnen, een natuurlijke laser. Indien de bliksem inslaat op een stuk natuurlijk robijnkristal aan de oppervlakte van een rots en het robijnkristal zo is gevormd dat de wanden als spiegel werken. De bliksemschicht zal dan als pomp werken en uit krasjes in het oppervlak van de robijnkristal zal de laserstraal naar buiten komen. Het is wel heel veel 'als en indien'.

In een actief medium (medium waarin zich veel labiele atomen bevinden) kan de gestimuleerde emissie een grote hoeveelheid fotonen opleveren (doordat fotonen andere labiele atomen aanstoten en deze ook weer fotonen afgeven, een sneeuwbal effect), waarbij de fotonen zich exact gelijktrillend voortplanten en er licht van een golflengte of kleur ontstaat. Dit heet monochromatisch licht.
Op aarde komt de gestimuleerde emissie ook van nature voor, bliksem, St. Elmsvuur en het poollicht zijn voorbeelden van fotonenemissie door aangeslagen, labiele atomen. De resonantie van de populatie inversie, waarvan sprake is in een lasermedium, komt in de natuurlijke toestand op aarde niet voor.
 

 2.2.1 Het ontstaan van een laserstraal

Figuur 6: Fotonen kaatsen tussen twee spiegels.
Fotonen kaatsen tussen twee spiegels

Zouden we alle fotonen uit het medium laten 'wegvliegen' dan keert de rust weer terug want de eenmaal 'weggevlogen' fotonen kunnen geen andere labiele atomen aanstoten en nieuwe fotonen opwekken. Deze situatie komt voor in tl-buizen waarbij de ultraviolet fotonen door het witte poeder aan de binnenkant van de buis worden getransformeerd naar zichtbaar (wit) licht, de foton - straling - foton transformatie zoals Einstein heeft geformuleerd.
Om voldoende fotonen te hebben voor het opnieuw aanstoten van labiele atomen, mogen niet alle fotonen verdwijnen, maar moeten zij binnen het lasermedium blijven. Lichtstralen -fotonen dus- worden 'eindeloos' gereflecteerd door twee spiegels en dit is de methode om fotonen binnen te houden. Het lasermedium tussen de twee spiegels wordt de trilholte genoemd.
Wanneer de populatie inversie eenmaal tot stand is gebracht, dan wordt onder bepaalde omstandigheden de dichtheid van fotonen in het medium tussen de spiegels met een bepaalde golflengte zo groot, dat de gestimuleerde emissie gaat overheersen. In fig. 6 wordt een vereenvoudigde voorstelling gegeven van het proces wat in de trilholte plaatsvindt.
Het lasermedium in de trilholte, ook wel resonator genoemd, kan zowel gas, vloeistof als een vaste stof zijn. Een foton dat wordt uitgezonden in de richting die niet in de lijn ligt van de laserspiegels (de lengterichting van de buis) verlaat het lasermedium en wordt geabsorbeerd in de wand.
Een foton dat in lijn met de spiegels wordt uitgezonden is bruikbaar voor de laserstraal. Zo'n foton zal het aangeslagen atoom aanzetten tot gestimuleerde emissie en beide fotonen kunnen zich verder in dezelfde richting voortbewegen. Deze fotonen stimuleren op hun beurt meer aangeslagen atomen tot emissie van fotonen.
De gestimuleerde lichtgolven worden tussen spiegels heen en weer gekaatst (oscillatie). De laserstraling wordt buiten de resonator gebracht door een gedeeltelijk transparante spiegel (geheel links op de afbeelding) die ca. 10% van de fotonen vanuit de resonator doorlaat. Aldus ontstaat een smalle parallelle bundel laserlicht met een zeer geringe divergentie.
De golflengte van de uitgezonden laserstraling strekt zich, afhankelijk van het lasermedium uit van het infrarode gebied tot aan de zachte rŲntgenstraling.
Lasers kunnen in het algemeen worden ingedeeld naar de aard van het lasermedium dat bepalend is voor de golflengte van het licht, bijvoorbeeld:

Tabel 2: Lasersoorten.
Gas lasers (bv. CO2 en Argon - lasers)
Vaste stof lasers (bv. Nd: -YAG - lasers)
Vloeistof lasers (bv. kleurstof/ Dye- lasers)
Halfgeleider lasers (bv. diodelasers) (bv. Gallium-Arsenide lasers)
In de operatiekamer zijn vooral de CO2, de Nd: YAG en de Argon - laser in gebruik.

2.2.2 Eigenschappen van laserlicht

Laserlicht heeft drie kenmerkende eigenschappen:
* Monochromatisch Alle uittredende fotonen hebben dezelfde golflengte waardoor zij allen dezelfde kleur teweeg brengen.
* Gecollimeerd Alle uittredende fotonen bewegen zich evenwijdig aan elkaar.
* Coherent Alle uittredende fotonen zijn in fase met elkaar en gaan in dezelfde richting.
Figuur 7: Monochromatisch, gecollimeerd en coherent.
Monochromatisch, gecollimeerd en coherent

Om een idee te krijgen van de energie die bij laserlicht vrij komt; een gloeilamp produceert ongeveer 150 Watt per vierkante centimeter (W/cm2), de zon 2.500 W/cm2 en een CO2-laser produceert 1.000.000 W/cm2.
Het vermogen van de laserbundel is voor de meeste lasers continu regelbaar tussen een minimum en een maximumwaarde. In tabel 3 is een overzicht gegeven van het maximale vermogen van een viertal lasers voor medische toepassingen.

Tabel 3: Maximaal vermogen van enkele lasers voor medische toepassing.
Type laser Argon laser Nd:-YAG laser CO2 laser Helium - Neon laser
Maximaal vermogen >3 - 10 Watt 100 Watt 20 - 100 Watt 7 - 10 milliwatt
Het rendement van een laser varieert van veel minder dan 1% tot maximaal 30%. De resterende energie dient, om oververhitting te voorkomen, te worden afgevoerd.
Bij lasers met een gering vermogen kan de omringende lucht zonder verdere hulp voor koeling zorgen; bij lasers met een hoog vermogen zijn speciale koelsystemen nodig, waarin water of een andere vloeistof circuleert.
Toename van het vermogen van een laser resulteert in een toename van het effect van de laser.
Langdurige bestraling heeft gevolgen voor het weefsel rondom het werkgebied, doordat er een warmteafgifte plaatsvindt naar de omgeving toe. Door in plaats van met continue bestraling met bestraling met tijdsintervallen (gepulst) te werken, kan de temperatuursoverdracht naar de omliggende gebieden tot een minimum beperkt blijven.
Het maximale vermogen van de Argon en He - Ne laser lijkt erg laag ten opzichte van de overige twee lasers, maar doordat de 'spotgrootte' van de Argon laser kleiner is dan van de CO2- of Nd: -YAG - laser kan de Argon laser in het focusseringspunt een intensiteit van dezelfde grootte bereiken.
Bij therapie met een He - Ne laser vindt over het algemeen geen focussering plaats.

 2.2.3 Transport van laserenergie

Figuur 8: laserfiber.
laserfiber
Laserfiber voor netvliescoagulatie.

Aan het einde van het optisch geleidingssysteem kan de laser met behulp van een adapter gekoppeld worden aan:
* een microscoop
* een handstuk
* een endoscoop
Het rendement van laserapparatuur is zeer laag, ongeacht het vermogen, wordt ten hoogste 10% van de energie omgezet in laserlicht. Bij een Argon - laser is dat zelfs maar zo'n 3%. De laserbundel die uit de gedeeltelijk transparante spiegel treedt is dus klaar voor gebruik, zij het na het transport van deze lichtenergie naar bijvoorbeeld het operatiegebied.

Figuur 9: CO2 laser met 'robot arm'.
CO2 laser met 'robot arm'

In het geval van CO2-lasers met infrarood licht gebruikt men voor dit 'transport' een manipuleerbare arm waarin spiegels zijn gevat.
Veel gemakkelijker werken is het met laserlicht dat via een glasfiberdraadje vervoerd kan worden, door het onder een zodanige hoek in de glasfiber te leiden dat het licht op de buitenwand van het draadje weer naar binnen reflecteert.
Het licht kan daardoor niet ontsnappen en nagenoeg zonder verlies via de flexibele fiberdraad over grote afstanden vervoerd worden.
Infrarood licht zoals dat van een CO2-laser wordt echter door het glasfiber geabsorbeerd, of het fiber begeeft het wanneer het vermogen hoger wordt; vandaar het gebruik van spiegels en de 'robot'- arm voor CO2-lasers. Aan het uiteinde van de 'robot'- arm of flexibele fiberdraad kan de laserbundel met een lens over korte afstand worden gefocusseerd tot een stip met een diameter van 1 micrometer, wat de laser zeer bruikbaar maakt voor chirurgische ingrepen.

 2.2.4 Continue en gepulste lasers

Sommige lasers produceren continue lichtbundels, andere typen zenden korte pulsen uit. Beide typen lasers hebben hun eigen gebruiksmogelijkheden. Voor bijv. het behandelen van pigment - of wijnvlekken in de dermatologie is een continue gelijkmatige lichtbundel vereist, terwijl voor de overige toepassingen korte krachtige pulsen nodig kunnen zijn.
Bij een gepulste laser bestaat de populatie inversie (een groter aantal labiele -, dan stabiele atomen) maar heel kort; het medium is maar heel kort actief en een pomp moet dus steeds opnieuw een nieuwe lawine van fotonen opwekken.
Continue lasers kunnen ook gepulst werken, omgekeerd echter kunnen gepulste lasers nooit continue werken.

 2.3 Veel voorkomende lasers in de gezondheidszorg

 2.3.1 De CO2-LASER

Het actieve lasermedium bij de CO2-laser is koolstofdioxide (CO2). De golflengte van dit lasertype bedraagt 10.600 nanometer, dit licht is onzichtbaar voor het menselijk oog omdat het in het verre infrarode gebied ligt. Als richtstraal wordt daarom een Helium Neon-laser (He Ne) gebruikt, welke een zichtbare rode lichtpunt geeft.
Typerend voor de CO2-laser is de reeds eerder genoemde golflengte van 10.600 nanometer. Licht met deze golflengte wordt voor bijna 100% geabsorbeerd door water. Het weefsel wordt vernietigd door verdamping van de cellen (vaporisatie). De indringdiepte van deze laser is slechts 0,03mm, dit betekent dat er zeer oppervlakkig kan worden gewerkt. Het is een zeer precies, bloedloos werkend 'licht-scalpel'. Een voordeel van de geringe indringdiepte is dat het effect van de CO2-laser visueel goed te volgen is.
Door de geringe indringdiepte in bloed is de CO2-laser geen goede coagulator en kunnen alleen hele kleine bloedingen met behulp van deze laser worden gestopt.
Doordat het licht van een CO2-laser niet goed te geleiden is door een fiberkabel, is het momenteel niet mogelijk om met behulp van een flexibele endoscoop de bundel diep in een lichaamsholte te brengen. CO2-lasers worden vrijwel alleen klinisch toegepast.
In de gynaecologie worden ze gebruikt voor de behandeling van premaligne aandoeningen van de cervix, de vulva en vagina.
In de mondheelkunde worden CO2-lasers gebruikt voor het verwijderen van goedaardige en premaligne gezwellen en andere kleine maligniteiten.
KNO-artsen gebruiken de CO2-laser voor endoscopische chirurgie in de mondholte, larynx, neus en oor.
In de neurochirurgie worden CO2-lasers toegepast voor de verwijdering van hersentumoren.

 2.3.2 De Nd:-YAG laser

Nd: YAG is de afkorting voor Neodymium-Yttrium Aluminium Granaat. Het lasermedium is een kristal van Yttrium, Aluminium en Granaat dat een beetje verontreinigd is met Neodymium. De Nd:-YAG laser produceert infrarood licht met een golflengte van 1064nm in het begin van het infrarode spectrum. Ook bij deze laser wordt een HeNe-laser gebruikt als richtstraal.
In tegenstelling tot de CO2-laser, wordt het licht van de Nd: YAG-laser nauwelijks door water geabsorbeerd. Het licht wordt wel geabsorbeerd door eiwitten. Naar mate het weefsel donkerder wordt, wordt de absorptie groter. De indringdiepte van de Nd:-YAG laser in water en bloed is daardoor veel groter dan die van de CO2-laserbundel. In sterk gepigmenteerd weefsel is deze zelfs nog enkele millimeters.
Via een flexibel glasfiber wordt de energie van de laser diep in het lichaam gebracht en daar geabsorbeerd. De verstrooiing van de bundel in weefsel zorgt voor een volumeverhitting. Door de volumeverhitting is de temperatuursstijging buiten het focusseringspunt vrij hoog. Deze omvangrijke volumeverhitting maakt het mogelijk om met de Nd:-YAG laser grote bloedingen te stelpen.
Tijdens het gebruik van de Nd:-YAG-laser moet het weefsel goed in de gaten worden houden om veranderingen waar te kunnen nemen. Kort gezegd is de indringdiepte van de Nd:-YAG-laser in water 100mm en in weefsel (eiwitten) tussen de 1 en 4mm. Een nadeel hiervan is, dat het effect van de Nd:-YAG-laser visueel niet goed te volgen is. Een voordeel is dat de laserenergie een minder grote temperatuurstijging tot gevolg heeft. Hierdoor heeft de Nd:-YAG-laser voornamelijk een coagulerend effect.
De Nd:-YAG lasers worden zowel klinisch als poliklinisch toegepast. In de urologie worden ze toegepast voor de behandeling van blaas- en peniscarcinomen en bloedingen van het slijmvlies. In de gastro enterologie worden ze toegepast voor de verwijdering van carcinomen uit het colon, alsmede voor het vrijmaken van slokdarm- en maagpassages.
In de KNO worden de Nd:-YAG lasers toegepast voor de verwijdering van vaatrijke tumoren in het hoofd - hals-gebied.
In de Neurochirurgie wordt de Nd:-YAG laser gebruikt voor vaatanomalieŽn en in de pulmonologie voor inoperabele bronchuscarcinomen, bloedingen en goedaardige afwijkingen van de luchtwegen.
In de oogheelkunde worden de Nd:-YAG lasers gebruikt voor de behandeling van nastaar, glaucoom en glasvochtstrengen.

 2.3.3 De Argonlaser

Figuur 10: Argonlaser.
Argonlaser

De 'uitgang' (aperture) van de laser is aan het uiteinde van een kwartsfiber, het ietwat omvangrijke toestel hoeft niet dicht bij de steriele zone te worden opgesteld. De bediening vindt plaats via de pedaal links.
De Argon laser (Ar) heeft een golflengte van 488 nanometer of van 514nanometer. Deze golflengten liggen in het zichtbare gebied, waardoor resp. een blauw of een groen gekleurde laserstraal wordt gezien. Hierdoor heeft de Argon laser geen richtstraal nodig. De laserbundel kan door een glasfiberkabel worden getransporteerd. De Argon laserbundel kenmerkt zich door zeer selectieve, goede absorptie in bloed (hemoglobine). De absorptie in water is veel minder waardoor de indringdiepte in dit medium veel groter is dan die van de Nd:-YAG laser. Door de hoge absorptie in bloed is de indringdiepte in sterk gepigmenteerd weefsel veel kleiner dan bij de Nd:-YAG laser. Een groot deel van het licht wordt door de aanwezigheid van hemoglobine vlak onder het huidoppervlak geabsorbeerd.
De intensiteit neemt zo snel af, dat het licht van een argonlaser geen effect heeft in dieper gelegen weefsel. De volumeverhitting is dus veel minder groot dan bij de Nd:-YAG laser.
Het stoppen van kleine bloedingen gaat beter dan met de CO2-laser, terwijl de visuele controle door de effecten op grotere diepte minder is dan bij de CO2-laser, maar wel weer beter dan bij de Nd:-YAG laser.
Argon lasers worden voornamelijk toegepast in de oogheelkunde voor de behandeling van ablatio retinae, bepaalde vormen van glaucoom en voor de uitvoering van een iridectomie.
In de dermatologie en de plastische chirurgie worden de Argon lasers gebruikt voor de verwijdering van tatoeages, pigment- en wijnvlekken en de verwijdering van wratten.

 2.3.4 De Helium-neon laser

De He-Ne laser bestaat uit een geringe hoeveelheid Neon in een grote hoeveelheid Helium. Door een elektrische ontlading dragen de Helium atomen hun energie over aan de Neon atomen.
De Helium - Neon laser zendt rood licht met een golflengte van 632,8nm uit.
Voor biostimulatie wordt de Helium-Neon laser vaak gecombineerd met een Gallium-Arsenide laser, die infrarood licht uitzendt met een golflengte van 904nm.
Door een automatisch heen en weer gaande beweging kunnen grote delen van het lichaam door de parallelle laserbundel worden bestraald. Het effect van de laag energetische laserstraling is de productie van warmte in het bestraalde weefsel.
Door de Helium-Neon bundel te combineren met de Gallium-Arsenide laser en beide bundels gelijktijdig op de huid te projecteren, varieert het doordringend vermogen in weefsel van 0,5 - 3cm. De Helium-Neon laser gecombineerd met de Gallium-Arsenide laser wordt alleen poliklinisch toegepast voor verschillende vormen van biostimulatie zoals:
ē oedeemresorptie
ē regeneratie
ē wondgenezing
ē pijnbestrijding
De Helium - Neon lasers worden toegepast in o.a. de fysiotherapie, de dermatologie en de mondheelkunde.

 2.3.5 De Gallium-Arsenide diode laser

Figuur 11: Gallium-Arsenide diode laser.
Gallium-Arsenide diode laser

De Gallium-Arsenide laser is een vaste stof laser die een relatief hoog vermogen combineert met een geringe omvang. Het rendement van de laser is hoog. Gallium-Arsenide Diodelasers, zenden infrarood licht uit met een golflengte van 904 nm. Het licht is onzichtbaar en er moet gebruik worden gemaakt van een HeNe laser voor de richtstraal.
Het vermogen van Gallium-Arsenide lasers heeft meestal een maximum van 1 Watt. Bij 250mW is er voldoende vermogen voorhanden voor netvliescoagulatie.
Gallium-Arsenide lasers met hoog vermogen worden voornamelijk toegepast in de oogheelkunde voor de behandeling van ablatio retinae, bepaalde vormen van glaucoom en voor de uitvoering van een iridectomie.

 2.4 Biologisch effect van laserstralen

 2.4.1 Gedrag in weefsel

Figuur 12: Breking en verstrooiing.
Breking en verstrooiing

Reflectie
Op het punt waar de laserstraal het weefsel binnenkomt, is er altijd enige reflectie. Bij lasers met zichtbaar licht is dit te zien als de spot met kenmerkende lichtkleur.
Verstrooiing
Bij het binnendringen van het weefsel divergeert het laserlicht. Dit heet verstrooiing. Het punt waar de bundel in het weefsel divergeert wordt het brekingspunt genoemd. Bij divergentie wordt het licht in diverse richtingen verstrooid (zie fig. 13). De diepte van het brekingspunt is afhankelijk van het weefsel en de kleur (golflengte) van de laser.
Er ontstaat zowel in voorwaartse als in achterwaartse richting verstrooiing. Rondom het brekingspunt (Bp) is de intensiteit (Io)van de bundel groot. Direct daarna neemt de intensiteit van de bundel af.
In de directe omgeving van het brekingspunt kan de laserstraal nog over voldoende intensiteit beschikken en kan de warmteontwikkeling nog voldoende hoog zijn om het weefsel ter plaatse aan te tasten.
Door verdere afname van de intensiteit zal de laserstraal daarna weinig of geen invloed meer hebben omdat de temperatuursstijging daar minimaal is.
Absorptie
De absorptie van een bundel laserlicht in biologisch materiaal is zowel afhankelijk van de golflengte van het laserlicht als van de weefselstructuur. Levend weefsel bestaat voor een groot gedeelte uit water. De mate waarin laserlicht van een bepaalde golflengte in water wordt geabsorbeerd geeft een indicatie over de reactie van laserlicht in levend weefsel. Alleen het geabsorbeerde licht wordt omgezet in warmte.

 2.4.2 Effect op weefsel

De effecten van laserlicht op weefsel kunnen onderscheiden worden in:
ē Foto-thermisch effect
ē Foto-chemisch effect
ē Foto-mechanisch effect
Het effect van laserlicht in biologisch weefsel berust in principe op het snel ontwikkelen van hoge temperaturen doordat lichtenergie, die door het weefsel wordt opgenomen, in warmte wordt omgezet. De temperatuurstijging is afhankelijk van de intensiteit van de laserbundel en de tijdsduur van de bestraling. Bij medische toepassingen worden lasers gebruikt om biologisch weefsel te snijden en/of te coaguleren.

 2.5 Klinische toepassingen

 2.5.1 De fotothermische toepassing

Tabel 4: Temperatuur en effect op het weefsel.
Temperatuur Weefselreactie
37-60oC (kortdurende) beperkte weefselbeschadiging (biostimulatie, 'vastplakken' van de retina)
60-70oC denaturatie van proteÔne en irreversibele weefselbeschadiging (coagulatie, vernietigen oppervlakkige huidtumoren, bloedstelping)
100-150oC water zal verkoken en de cellen zullen exploderen (vaporisatie = snijden, chirurgie van het parenchym)
150-400oC hierbij treedt verkoling op (carbonisatie, geen chirurgische toepassing)
600-1000oC hierbij vatten de weefsels vlam (verbranding, geen chirurgische toepassing)
Tabel 5: Lasers voor fotothermische toepassing.
CO2 laser 10640nm. kleur: ver infrarood
Nd:-YAG laser 1060nm. kleur: nabij infrarood
Gallium-Arsenide Diode laser 904nm. kleur: nabij infrarood
Argon laser 458 en 515nm. kleur: blauw/groen
Bij de fotothermische toepassing wordt gebruik gemaakt van de warmte die in het weefsel vrijkomt wanneer laserlicht wordt geabsorbeerd. Veel fotothermische effecten zijn te vergelijken met elektrochirurgische effecten.

 2.5.2 De fotochemische toepassing

Hier wordt gebruik gemaakt van een reactie die laserlicht veroorzaakt in een zich in het weefsel bevindende fotodynamische stof en die leidt tot vernietiging van het weefsel.
De patiŽnt krijgt intraveneus Hematoporfirine-derivaat toegediend. Deze stof heeft de eigenschap, dat het zich in hogere mate bindt aan kwaadaardig weefsel dan aan gezond weefsel, zodat men na 2-3 dagen maligne cellen kan lokaliseren en/of vernietigen door laserenergie.
Lasers die men o.a. voor fotochemische behandeling gebruikt zijn;
ē Krypton laser (402/413/415nm kleur: violet).
ē Argon laser (625/632nm kleur: rood).

 2.5.3 De fotomechanische toepassing

Hier wordt gebruik gemaakt van een schokgolf die in het weefsel wordt veroorzaakt door 'doorslag' na de toediening van een zeer intense laserpuls. De energie van het laserlicht wordt omgezet in druk.
De laser die voor de fotomechanische behandeling gebruikt wordt is de Nd:-YAG laser; de pulsen duren ongeveer 30 picoseconden (= dertig biljoenste seconde).

 2.5.4 De fotoablatie

Hierbij wordt gebruik gemaakt van de verdamping van een laagje weefsel; dit gebeurt met laserlicht wat zeer sterk geabsorbeerd wordt, zonder thermische schade te veroorzaken. Deze vorm van laserbehandeling verkeert nog min of meer in een experimenteel stadium. Het laserlicht dringt niet meer dan enkele micrometers door (minder dan de celgrootte). De verdamping van het weefsel kan zeer nauwkeurig gedoseerd plaatsvinden.
De laser die voor de fotoablatie gebruikt wordt is de Nd:-YAG laser.

 2.5.5 De fotobiostimulatie

Hierover zijn de meningen van de onderzoekers nogal verdeeld. Het idee is dat laserlicht van lage intensiteit biologische processen zoals wondgenezing stimuleert. Deze methode wordt echter niet alleen toegepast bij slecht helende wonden, maar ook bij pijnbestrijding, fysiotherapie, sportgeneeskunde en bij schoonheidsbehandelingen. De patiŽnt voelt hier niets van.
De effecten van biostimulatie door laserstraling zijn verhoging van de bloedstroom en een stimulerende werking van het cellulair metabolisme.

 Doelstellingen

De student kan absorptie en reflectie van laserlicht verklaren.
De student kan de begrippen labiel atoom of aangeslagen atoom verklaren.
De student kan het begrip populatie inversie verklaren.
De student kan de laser principes weergeven.
De student kan het ontstaan van de specifieke lichtkleur van een laser weergeven.
De student kan de eenheden en grootheden die worden er gebruikt om de laserenergie aan te geven, opnoemen.
De student kan van de genoemde lasers het maximum vermogen weergeven.
De student kan de geleiding van de verschillende vormen van laserlicht naar het operatieterrein benoemen.
De student kan de focussering van de verschillende vormen van laserlicht weergeven.
De student kan de eigenschappen van het laserlicht uit de genoemde lasers weergeven.
De student kan de biologische effecten en de indringingdiepte van de genoemde lasers weergeven.

terug naar het begin van dit hoofdstuk
terug naar de inhoudsopgave

 3 Laser en veiligheid

Bladwijzers:
3.1 Klassenindeling
3.1.1 Klasse I, 3.1.2 Klasse II, 3.1.3 Klasse III, 3.1.4 Klasse IV
3.2 Gevaren
3.3 Veiligheidsmaatregelen
3.3.1 PatiŽntenveiligheid, 3.3.2 Apparaatveiligheid, 3.3.3 Gebruikersveiligheid
Doelstellingen

Het gevaar van de laser komt voort uit zijn eigenschappen namelijk een sterk geconcentreerde energiebundel die over een afstand wordt getransporteerd. Uit de gevaren van het werken met een laser komen de veiligheidsvoorschriften voort.
Het is dan ook niet de bedoeling dat de laserstraal in de OK wordt rondgestrooid.

 3.1 Klassenindeling

De laserapparatuur is internationaal in vier klassen verdeeld. Afhankelijk van de golflengte, het uitgangsvermogen en de werkingsmethode (continu of gepulst) vindt de indeling van de diverse lasers plaats.

 3.1.1 Klasse I

De lasers die tot deze klasse behoren, kunnen gerekend worden tot de veilige lasers die zelfs bij ongunstig gebruik geen schade berokkenen (bv. de laser in een Cd-speler). Dat wil niet zeggen dat zij geen verwarring kunnen veroorzaken bij hen die door de laserstraal worden getroffen. Dit kan op zich gevaarlijk zijn.

 3.1.2 Klasse II

Hieronder vallen de niet geheel veilige lasers, die zichtbaar licht uitzenden van een laag vermogen. Het oog is bij ongewenste blootstelling verzekerd door natuurlijke beschermingsreflexen (de Laserpointer met een laag vermogen valt hieronder).

 3.1.3 Klasse III

Blootstelling van het oog aan een bundel of een spiegelende reflectie daarvan bij een laser van de risicoklasse 3 kan een beschadiging van de cornea of retina geven. De blootstellinglimiet is nauwkeurig gedefinieerd. Bij de bovengrens is gekeken of ook diffuse reflecties schade aan het oog kunnen geven. Bij pulslasers is deze afhankelijk van de pulslengte of pulsduur.
Risicoklasse III is opgesplitst in twee subklassen, te weten IIIa en IIIb.
Risicoklasse IIIa is een beperkte uitbreiding van klasse II lasers tot 5 milliwatt. Bij lasers uit deze klasse mag de vermogens/energiedichtheid van de bundel, gebruikmakend van de oogknipreflex die het oog beschermt, de blootstellinglimiet niet overschrijden (de inmiddels verboden laserpointers en de HeNe richtlaser vallen in klasse 3).
Lasers uit de klasse IIIb zijn bij het kijken in de bundel potentieel gevaarlijk, met een vermogen van 0,5 Watt kunnen ze continu laserstraling uitzenden in het golflengtegebied groter dan 315 nm. Voor de lasers uit de risicoklasse IIIa worden minder ingrijpende veiligheidsmaatregelen getroffen dan voor die welke zijn ingedeeld in risicoklasse IIIb.

 3.1.4 Klasse IV

Klasse IV lasers hebben een uitgangsvermogen die klasse IIIb te boven gaat. Voor alle golflengten groter dan 315 nm bedraagt dit vermogen meer dan 0,5 Watt. Blootstelling van de huid aan een gefocusseerde bundel levert bij dergelijke vermogens een gevoel van pijn. Blootstelling van het oog aan een bundel of een spiegelende reflectie daarvan bij toepassing van een laser uit risicoklasse IV kan een ernstige beschadiging van het oog geven.
Ook diffuse reflecties kunnen oogbeschadigingen geven en wel aan beide ogen tegelijk. De bundel kan brand veroorzaken. Voor het gebruik van deze lasers zijn ingrijpende veiligheidsmaatregelen vereist. Het zijn de gevaarlijkste lasers en ze hebben veelal een vermogen van >1 Watt. Alle in de medische praktijk gebruikte lasers vallen in klasse 4.

 3.2 Gevaren

Netvliesbeschadigingen kunnen optreden bij golflengtes tussen de 400-1400 nm; de ooglens concentreert de op het oog vallende straal waardoor de diameter op het netvlies slechts 1/100.000e wordt ten opzichte van de op het oog vallende straal. De energiedichtheid van de straal wordt 100.000 maal zo groot op het netvlies en er kunnen ernstige beschadigingen optreden.
De op het oog vallende laserstraal goed door water geresorbeerd en is de indringdiepte in weefsel dus gering. Het netvlies resorbeert de gehele straal. Ook de iris en de ooglens kunnen hierdoor beschadigen.
Bij de toepassing van laserapparatuur kunnen de risico's in vier groepen ingedeeld worden:
1. Risico's voor de huid;
2. Risico's voor de ogen;
3. Risico's verbonden aan de laser;
4. Chemische risico's.
Bij het veilig werken met lasers hebben de maatregelen die men moet nemen betrekking op:
! Maatregelen voor de patiŽnten.
! Maatregelen m.b.t. de laserapparatuur;
! Maatregelen in en om de laserruimte;
! Maatregelen voor de gebruikers;

Tabel 6: Gevaren in verband met de golflengte van de laserstraling.
Golflengte Gevaar voor de ogen Gevaar voor de huid Gevaar voor longen
100 - 240nm. Lasogen, cataract Zonnebrand, huidkanker, veroudering van de huid Ozon.
240 - 380nm. Lasogen, cataract Zonnebrand, huidkanker, veroudering van de huid  
280 - 1370nm. Netvliesverbranding. Blaarvorming, brandwonden  
1370nm. - 1mm. Cornea verbranding, cataract. Blaarvorming, brandwonden.  
De mate waarin schade ontstaat in het weefsel als gevolg van wisselwerking met laserstraling is afhankelijk van:
- de energieabsorptie in het weefsel
- de reactie van het weefsel op de energieabsorptie
Hoe meer energie wordt geabsorbeerd, des te groter is het effect in het weefsel.
De combinatie van beide factoren bepaalt het uiteindelijke schadelijke effect van een bepaald type laser.

 3.3 Veiligheidsmaatregelen

Vanwege de risico's dat het werken met lasers met zich brengt, is een aantal veiligheidsmaatregelen noodzakelijk. Na een inventarisatie van de risico's in 1987, stelde Rodriquez dat het vůůrkomen van accidenten afnam met de toename van het opleiding en trainingsniveau van de lasergebruikers. Onderwijs is dus cruciaal.
Maatregelen die bij het gebruik van lasers genomen worden uit oogpunt van stralingsveiligheid zijn meestal gebaseerd op de eerder genoemde klasse indeling. Deze klasse indeling berust op het maximaal uittredend vermogen, de golflengte van de gebruikte straling en de werkingsmethode (continu of gepulst).
Het gebruik en de mate van verfijning en complexiteit van laserapparatuur voor medische toepassing, maken dat er aandacht besteed moet worden aan veiligheid. Er moeten bepaalde voorzorgsmaatregelen genomen worden om de schadelijke effecten ten aanzien van de gebruikers en patiŽnten tot een minimum te beperken. Bovendien moet aandacht worden gegeven aan de verschillende materialen, die in de operatiekamer worden gebruikt zoals b.v. afdekmateriaal, instrumentarium en anesthesieapparatuur.

 3.3.1 PatiŽntenveiligheid

In de kliniek moet het nemen van veiligheidsmaatregelen in de eerste plaats leiden tot een bescherming van de patiŽnt; de patiŽnt is diegene die het meeste risico loopt bij alles wat de laseractiviteiten betreft. In principe is de patiŽnt onwetend, een goede voorbereiding van de patiŽnt is dan ook van groot belang.
Belangrijke aandachtspunten zijn:
* Brandveilige kleding;
* Geen spiegelende voorwerpen;
* Bewegingsbeperking (indien nodig en/ of mogelijk);
* Laserbril (indien nodig en/of mogelijk);
* Alleen de te behandelen plek onafgedekt laten;
* Energieniveau van de laserstraal zo laag mogelijk houden;
* Informatie over de laserbehandeling.

 3.3.2 Apparaatveiligheid

Het is een goed gebruik om eerst, voorafgaand aan de inleiding van de narcose, de laserapparatuur te controleren op de werking, en als die in orde bevonden is pas de patiŽnt onder narcose te brengen. Een belangrijke handeling, voorafgaand aan de daadwerkelijke toepassing van de CO2-laser, is de controle op de aanwezigheid van een coÔncidentie van de HeNe-richtlaser en de laserstraal. Dit gebeurt op een houten spatel, waarbij gekeken wordt of beide laserbundels samenvallen.

 3.3.3 Gebruikersveiligheid

Ook de lasergebruikers moeten worden beschermd. In het volgende wordt een overzicht gegeven van een aantal maatregelen ter bescherming van de patiŽnt en ter bescherming van de operateur en de omstanders.

 3.3.3.1 Laserbrillen

In de tweede plaats moet veel aandacht worden besteed aan de bescherming van de ogen, een van de meest kwetsbare lichaamsdelen bij de lasertoepassingen. Dit kan met een laserbril die moet voldoen aan bepaalde veiligheidsnormen.
De laserbril is een speciale bril die de laserstraal, indien op het oog gericht, voldoende verzwakt, filtert en/of reflecteert zodat de schadekans voor het oog zeer sterk gereduceerd wordt. De laserbril moet aan de volgende eisen voldoen:
* De ogen beschermen tegen laserstraling uit iedere richting;
* Een zo laag mogelijke transmissie hebben voor de golflengte van de gebruikte laser;
* Het laserlicht voldoende lang tegen houden zonder daarbij te barsten of te smelten;
* Het licht met golflengten in het zichtbare gebied zo veel mogelijk doorlaten;
* Op de laserbril moet vermeld zijn voor welke golflengte(n) de bril bescherming biedt en wat de optische dichtheid is.
Elk type laser vereist het gebruik van een specifiek voor die laser geschikte bril. Men mag daarom nooit laserbrillen door andersoortige brillen vervangen. Het gebruik van een laserbril is alleen dan zinvol wanneer hij steeds bij gebruik van de laser wordt gedragen. Een laserbril dragen houdt echter niet in dat men zonder meer in de bundel mag kijken.
Laserbrillen moeten periodiek op goed functioneren gecontroleerd worden. Laserapparatuur en bijbehorende laserbrillen moeten worden voorzien van identieke codering, opdat verwisseling van brillen snel opgemerkt kan worden.

 3.3.3.2 Laserruimte

Bij het gebruik van veel hogere klassen lasers moet de gehele laserbehandelruimte als onveilig worden beschouwd, en dus is het dragen van een laserbril verplicht. Bij het gebruik van endoscopen en microscopen zijn laserfilters van belang.
Bij de toegang tot de laserruimte wordt onderscheid gemaakt tussen een open afdeling (poliklinische kamer), een half open afdeling (rŲntgen kamer) en een gesloten afdeling (operatiekamer). De toegang tot de laserruimte moet gecontroleerd zijn. Het is gewenst dat de laserruimte slechts door ťťn 'sluistoegang' kan worden betreden.
Bij de toegangsdeuren tot de laserruimte moeten als signalering aanwezig zijn een gevaaraanduiding en voldoende laserbrillen met het juiste label. Boven de toegangsdeuren moet een duidelijke signalering aanwezig zijn, bij voorkeur een rood/wit knipperend waarschuwingslicht zodat iedereen weet dat de laser aan staat. Koppelen van deursloten aan de werking van de laser is uit den boze. M.a.w. als iemand de laserruimte binnenkomt en het slot verbreekt, mag dit geen invloed hebben op de activiteit van de laser. Het is te overwegen om de toegangsdeur van een intercom te voorzien om zo contact met de laserruimte te kunnen houden.
Het aantal vensters moet bij voorkeur beperkt worden. De dan nog aanwezige vensters moeten worden geblindeerd. Dit blinderen kan gebeuren met goed sluitende, voor de golflengte van de lasers afschermend verduisteringsdoek. Bij de keuze van dit doek moet het materiaal mede worden beoordeeld op de brandbaarheid. Het is gewenst om het geblindeerd zijn van de vensters met behulp van een elektrisch contact te detecteren en deze op te nemen in het elektrisch beveiligingscircuit.

 3.3.3.3 Materialen in de laserruimte

Bij het nemen van veiligheidsmaatregelen in en om de laserruimte, spelen absorptie, reflectie en transmissie een belangrijke rol. Bij reflectie vindt er geen energieoverdracht plaats aan de materie.
Reflectie
Reflectie kan op twee manieren ontstaan, namelijk spiegelend en diffuus of een combinatie van beide. De diffuse reflectie van het laserlicht is het minst schadelijk, doordat de gereflecteerde energie uiteenstraalt en dus wordt verzwakt. Het meest gevaarlijk is de spiegelende terugkaatsing omdat daarbij de energiedichtheid behouden blijft. Belangrijk is wel dat het reflecterend effect van het materiaal afhankelijk is van de golflengte van de laser.
Bij spiegelreflectie wordt het laserlicht weerkaatst, waarbij de hoek van inval gelijk is aan de hoek van uitval. Spiegelreflectie vindt plaats op een glad oppervlak, waarvan de ruwheid minder is dan de golflengte van de uitgezonden straling.
Diffuse reflectie ontstaat op een onregelmatig ruw oppervlak, waarvan de ruwheid groter is dan de golflengte van de uitgezonden straling, na diffuse reflectie wordt de laserbundel verstrooid, terwijl na een spiegelreflectie de laserbundel wordt gecollimeerd (als een totale bundel wordt verder geleid).
Zo kan een oppervlak dat voor de Nd:-YAG laser mat is, voor de CO2-laser zeer spiegelend zijn. Daarentegen geldt voor alles wat voor de CO2-laser mat is, ook voor lasers met een kleinere golflengte mat is. Let op: wat door het menselijk oog voor mat wordt aangezien behoeft dus niet mat te zijn voor de laser.
Reflectiearm vermindert de reflectiecoŽfficiŽnt. Er moeten vooral geen concave of holle oppervlakken worden gebruikt. Deze kunnen een divergerende lichtbundel opnieuw concentreren en in focus brengen. Wanneer met de laser in de buurt van de oogleden gewerkt moet worden, kan een oogbol beschermingskapje gebruikt worden. Om de reflecties zo min mogelijk schadelijk te laten zijn, is het van belang om alle materialen, die op korte afstand van het te behandelen oppervlak gebruikt worden, te matteren en/of reflectiearm te maken.
Zwart verven en anodiseren werken sterk reflectie verminderend. Roestvast staal reflecteert ca. 83% van de straling, echter geverfd roestvast staal nog maar 2,5%. Zo ook reflecteert, het voor het oog matte, aluminium 85% van de straling, terwijl geanodiseerd aluminium slechts 1,5% reflecteert. Deze waarden gelden bij gebruik van een CO2-laser.
In het operatiegebied dient men er dus op te letten dat reflectiearm instrumentarium wordt gebruikt.
Transmissie
Door transmissie zal een deel van het laserlicht het materiaal aan de achterzijde weer verlaten. Dit is echter wel afhankelijk van de mate van absorptie en reflectie: hoe meer absorptie en reflectie des te minder transmissie zal optreden. Ook is de golflengte een graadmeter voor de transmissie. Glas bijvoorbeeld heeft een geringe absorptie voor Nd:-YAG laserlicht maar een hoge absorptie voor CO2-laserlicht. De CO2-laser zal daarom niet door glas heen gaan, Nd:-YAG laserlicht wel!
Absorptie
Absorptie van laserlicht zal leiden tot een temperatuurstijging in het bestraalde materiaal. De hoogte van deze temperatuurstijging is afhankelijk van:
* De energiedichtheid van de laserbundel;
* De penetratiediepte van de laser in het materiaal (afhankelijk van de golflengte);
* De mate van reflectie van het materiaal;
* De soortelijke warmte van het materiaal;
* De kleur van het materiaal;
* Het soort materiaal (grondstof).
Bij voldoende temperatuurstijging kan het materiaal gaan smelten, verdampen, chemisch worden omgezet of ontbranden. Na ontbranden kan het materiaal blijven branden. Blijft het materiaal niet branden, dan wordt het materiaal onder de heersende omstandigheden zelfdovend genoemd. Dit is afhankelijk van de bereikte temperatuur, samenstelling en structuur van het materiaal en de omstandigheden zoals vochtigheid en bepaalde gasconcentraties (van bijvoorbeeld zuurstof en lachgas). Verder is bekend dat:
* Lichtgekleurde materialen minder snel ontbranden bij lagere golflengtes (kleiner dan 3000 nanometer).
* Droog groen katoen en groen papieren afdekmateriaal bij bestraling met Nd: -YAG laserlicht zeer snel ontbrandt en niet zelfdovend is.
* Wit katoen bij gebruik van de Nd:-YAG laser niet bevochtigd dient te worden daar dit een sterkere transmissie vertoont.
* Nat katoen een goede bescherming biedt tegen CO2-laserlicht.
* Kunststof afdekmateriaal geen water vasthoudt en dus geen goede bescherming biedt tegen CO2-laserlicht
De huid moet worden afgedekt om accidentele verbrandingswonden te voorkomen. Ook dit zal voor iedere soort laser weer op een andere manier moeten gebeuren. Bij de CO2-laser is het belangrijk om vochtige doeken te gebruiken omdat daarin de laserstraal goed geabsorbeerd wordt; de kleur is hierbij niet van belang. Dit in tegenstelling tot het gebruik bij de Nd:-YAG laser. Hier hebben witte doeken de voorkeur omdat de laserstraal hierin niet geabsorbeerd wordt. Donkere materialen (zoals groen katoen) absorberen Nd:-YAG-laserlicht veel sterker dan lichtgekleurde materialen van dezelfde samenstelling.

 3.3.3.4 Rookevacuatie

Rookevacuatie is een apart onderdeel. Bij het gebruik van met name CO2-lasers moet rekening worden gehouden met rookontwikkeling. Deze ontstaat door de reactie van het weefsel op het laserlicht. Rook geeft chemische irritatie en er is een microbiologische overdracht. Er kan niet gezegd worden dat er absoluut geen gevaar is, er zijn zeer geringe aanwijzingen dat er vitale, m.n. virusdeeltjes, zich in de rook bevinden. Een effectieve rookafzuiging is noodzakelijk. Met behulp van rookafzuigapparatuur kan op een effectieve wijze rookevacuatie worden uitgevoerd.
Op dit moment worden vooral door de industrie maskers van 0,3μm als veilig aangeprezen. Bij een dergelijke poriegrootte worden virusdeeltjes tegengehouden. Door het filtermateriaal een voldoende oppervlakte te geven kan er tegenwoordig voldoende lucht doorheen worden geademd.

 Doelstellingen

De student kan de gevaren van de directe laserstraal benoemen.
De student kan de gevaren van de reflectie van de laserstraal weergeven.
De student kan de eigenschappen van reflectiearme materialen weergeven.
De student kan de veiligheidsmaatregelen bij het gebruik van laserapparatuur opnoemen.
De student kan de voorwaarden voor technische voorzieningen en een goede inrichting van een 'laser OK' weergeven.
De student kan de persoonlijke beschermingsmiddelen toepassen.

terug naar het begin van dit hoofdstuk
terug naar de inhoudsopgave

 Bronnen

Auteur Titel en uitgever
NN Lasers
Techniek in de gezondheidszorg beheer en toepassing, no. 5, mei 1985
The University of Texas, Austin, USA Lasers in medicine en surgery, no.2 1986
Bruin I. de Arbowet 1980, Veiligheidsbesluit Fabrieken of Werkplaatsen
Gemert M.J.C. van, Klinisch Fysicus Diverse stencils van de Hogeschool Heerlen Opleiding Operatie-assistenten
Buis J.J. Oldenborg E. Romijn M.A. Lasers in de klinische en experimentele geneeskunde
Medische Technologie nr. 11, april 1989
Carruth A.S. & McKenzie A.L. Medical lasers, Science and Clinical Practice,
Southampton University Hospitals 1986
Carruth JA. Lasers in de geneeskunde
The practioner, juli/augustus 1984
Centre Hospitalier Regional de Toulouse Centre Hospitalier Regional de Toulouse
Plateforme Trilaser Multidisciplinaire
Department of Health and Social Security Guidance of the safe use of lasers in medical practice
Department of Health and Social Security, Her Majesty's Stationery Office London 1984
Directoraat-Generaal voor de Arbeid Laserveiligheid,
Directoraat-Generaal voor de Arbeid, Kemfysische dienst, Voorburg, november 1983
Eggink, G.J. ea Laserveiligheid in het ziekenhuis
Rapport van de Nationale Commissie Laserveiligheid, mei 1990 Leiden
Gemert M. van Medische lasertoepassingen
Info bulletin, Biomedische- en Gezondheidstechnologie Technische Universiteit Eindhoven
Gemert M.J.C. ea Lasers in de ziekenhuizen, -een voorlopige trendschets-
januari 1989, Nationaal Ziekenhuisinstituut, Utrecht
Hecht J. & Terresi D. Laser, Dodelijk wapen, geneeskundige straal
Elsevier Amsterdam 1985
Hofstra J.W. & Gooijer C. Licht op lasers
Laboratoriumpraktijk, mei 1987
Institute of Physical Sciences in Medicine, Medical laser Safety Institute of Physical Sciences in Medicine, report no.48 London I 987
Interuniversitaire Adviescommissie Veiligheids- en Milieuwetgeving Richtlijnen laserveiligheid voor Research en Onderwijs.
Interuniversitaire Adviescommissie Veiligheids- en Milieuwetgeving rapport no. 12, zomer 1986
Middelink J.W. Systematische Natuurkunde voor de bovenbouw VWO/HAVO deel B
tweede druk, achtste oplaag, 1978 Van Walraven B.V. Apeldoorn
Philips afdeling Arbeidsbescherming Richtlijn voor het veilig gebruik van lasers
Philips afdeling Arbeidsbescherming BXV 18, juni 1985
World Health Organisation Lasers en optical radiation,
WHO Environmental Health Criteria no.23, 1211 Geneva 27

terug naar het begin van dit hoofdstuk
terug naar de inhoudsopgave