Radiazioni Ottiche Artificiali: cosa sono, dove sono presenti nei luoghi di lavoro

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1 Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo -Pavia Radiazioni Ottiche Artificiali: cosa sono, dove sono presenti nei luoghi di lavoro Dr. Riccardo Di Liberto Struttura Complessa di Fisica Sanitaria

2 AGENTI DI RISCHIO FISICO CHE INTERAGISCONO IN VARI MODI CON L ORGANISMO UMANO RUMORE (presenza di apparecchiature rumorose durante il ciclo operativo e di funzionamento)con propagazione dell energia sonora nell ambiente di VIBRAZIONI (presenza di apparecchiature e lavoro; strumenti vibranti) con propagazione delle vibrazioni a trasmissione diretta o indiretta; ULTRASUONIe INFRASUONI

3 AGENTI DI RISCHIO FISICO CHE INTERAGISCONO IN VARI MODI CON L ORGANISMO UMANO MICROCLIMA(carenze nella climatizzazione dell ambiente di lavoro in relazione a temperatura, umidità relativa, ventilazione, calore radiante, condizionamento; ILLUMINAZIONE (carenze nei livelli di illuminamento ambientale e dei posti di lavoro in relazione alla tipologia della lavorazione; VIDEOTERMINALI(posizionamento, illuminotecnica, postura, microclima).

4 AGENTI DI RISCHIO FISICO CHE INTERAGISCONO IN VARI MODI CON L ORGANISMO UMANO RADIAZIONI IONIZZANTI (raggi X, alfa beta, gamma, neutroni) RADIAZIONI NON IONIZZANTI (radiofrequenze, microonde, radiazioni infrarosse, radiazioni visibili, radiazioni ultraviolette, radiazioni LASER, campi magnetici statici e variabili, campi elettrici, campi elettromagnetici)

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6 Per RADIAZIONI OTTICHE ARTIFICIALI si intendono le radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d onda compresa tra 100 nm e 1 mm generate da sorgenti non naturali

7 Radiazioni ottiche

8 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA) ' ottica è la parte della fisica e descrive il comportamento e proprietà della luce e interazione della luce con la ateria. 'ottica affronta quelli che sono iamati i fenomeni ottici, da un to per spiegarli e dall'altro per tenere risultati sperimentali e le consentano di crescere me disciplina fenomenologica e odellistica. lopaedia: or, A Universal Dictionary of Arts Sciences, London, 1728

9 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA) ottica di solito studia il mportamento delle radiazioni con le equenze del visibile, dell'infrarosso dell'ultravioletto; tuttavia si ontrano fenomeni analoghi nelle equenze dei raggi X, delle croonde, delle onde radio radiofrequenze) e di altre gamme lla radiazione elettromagnetica. ottica può quindi essere considerata come una parte dell'elettromagnetismo.

10 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA) Le radiazioni ottiche sono caratterizzate dalla loro lunghezza d onda (nm). Sono divise in radiazioni infrarosse, visibili e ultraviolette. Possono essere emesse in modo coerente o incoerente e continuo o pulsato.

11 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA) Sono coerenti le radiazioni ottiche emesse da una sorgente LASER Sono incoerenti le radiazioni ottiche emesse dal sole o dalle lampadine a incandescenza o a scarica di gas o da una saldatrice ad arco elettrico.

12 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA) La coerenza è una caratteristica delle radiazioni elettromagnetiche legate alla fase dell onda durante la propagazione. In particolare nelle sorgenti coerenti gli atomi si diseccitano tutti in fase tra loro.

13 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA)

14 Esempi di sorgenti di radiazioni ottiche artificiali COERENTI qualsiasi tipo di LASER NON COERENTI lampade o L.E.D. per fototerapia lampade scialitiche e per usi diagnostici/terapeutici lampade per luce pulsata, abbronzatura, polimerizzazione di materiali, curing industriale, termorestringimento, sterilizzazione, fotoincisione saldatrici ad arco voltaico riscaldatori radianti fornaci e corpi incandescenti

15 Esempi di sorgenti ROA non coerenti

19 Esempi di sorgenti ROA coerenti (LASER)

20 Esempi di sorgenti ROA coerenti (LASER)

21 Caratteristiche della radiazione laser Monocromaticità: i fotoni vengono emessi con la stessa λ (lunghezza d onda) ovvero la stessa frequenza. Unidirezionalità: il fascio di luce laser non diverge. Questo consente di indirizzarlo con estrema precisione. Coerenza: le onde e.m. viaggiano in fase nella stessa direzione. Ciò consente una elevata efficienza nel processo di amplificazione. Brillanza: per brillanza si intende la potenza (in watt o in joule al secondo) emessa per unità di superficie e per unità di angolo solido. (L'enorme brillanza del fascio Laser permette di raggiungere una densità di energia tale da sublimare o fondere i metalli più duri o i materiali refrattari. Per avere un idea del fenomeno basti pensare che il rapporto tra brillanza del Laser focalizzato e brillanza del sole allo Zenit è di circa ).

22 Principali mezzi attivi dei laser : CO 2 Nd:YAG Er:YAG Ho:YAG - Argon Diodo Eccimeri -Fibra

23 Tipi di mezzi attivi a stato solido: il materiale attivo è un cristallo o vetro (es Nd:YAG, Yb:YAG, Ho:YAG, Er:YAG). a semiconduttore: la radiazione è dovuta alla stimolazion conseguente alla ricombinazione di elettroni (es: laser a diodi). a fibra: il materiale attivo è la stessa fibra ottic (opportunamente drogata) che veicola il fascio e stimolata d diodi LASER a colorante: utilizzano soluzioni di opportuni coloranti organi (ad es. cumarine) in vari solventi come alcool o acqua a gas atomici neutri: il mezzo attivo è una miscela gassos eccitata da una scarica elettrica (He-Ne). a gas ionizzati: il mezzo attivo è una miscela gassosa eccitata d una scarica elettrica intensa (es:argon). a gas molecolare: il mezzo attivo è una miscela gassosa eccitat da scarica elettrica o ottica (es: CO 2 ). a eccimeri: il mezzo attivo è costituito da molecole instabili che formano durante la scarica di eccitazione.

24 Principali applicazioni mediche Uso chirurgico (generale, otorinolaringoiatria, ginecologia, urologia, dermatologia, estetica, ortopedia, oculistica): CO 2 + DIODO +Nd:Yag + Ho:Yag + Argon + Eccimeri Vaporizzazione (otorinolaringoiatria, urologia, estetica, dermatologia, ginecologia): CO 2 + Er:Yag Fotocoagulazione (angiologia, dermatologia, ginecologia, estetica): DIODO + Alessandrite + Nd:Yag Traumatologia dello sport e fisioterapia (CO 2 +Nd:YAG+DIODI) Diagnostica oncologica e funzionale (LIAF, LIF, NIRS, OCT)

25 Principali applicazioni LASER industriali e civili Taglio Saldatura Marcatura Foratura Abrasione Telecomunicazioni Telemetria Spettacolo Commercio

26 Principali applicazioni LASER nella ricerca Restauro e pulitura di opere d arte Generazione di plasmi Spettrometria

27 Classificazione dei laser IEC La pericolosità degli apparecchi LASER è definita attraverso delle classi crescenti in funzione dei rischi che generano: classe 1-1M classe 2-2M classe 3R 3B* classe 4 *

28 Le variazioni di classificazione dei LASER dalla norma IEC :1993 alla norma IEC :2001 CLASSE SIGNIFICATO Vecchia classificazione Nuova classificazione Variazione Classe 1 Normalmente sicura 1 1 1M 1M - sorgente divergente/a bassa potenza che può essere pericolosa se focalizzata Classe 2 Occhi protetti dal riflesso palpebrale (solo visibile) 2 2 2M 2M sorgente divergente/a bassa potenza che può essere pericolosa se focalizzata Classe 3 Rischio oculare 3A & 3B* 3R Rischio oculare moderato, eliminata la restrizione per la densità di potenza 3B** 3B Nessuna variazione Classe 4 Rischio oculare e per la pelle 4 4 Nessuna variazione

29 Lo spettro delle emissioni laser

30 Sistemi di trasmissione ed utilizzo del fascio laser in ambito sanitario Trasmissione diretta laser di posizionamento del ziente sono un esempio. nergia laser viene trasmessa ettamente dall apertura di issione al tessuto (con o nza lenti di focalizzazione).

31 Sistemi di trasmissione ed utilizzo del fascio laser in ambito sanitario Braccio articolato Poiché il fascio generato d un laser a CO 2 vien assorbito dal materiale del fibre ottiche per trasmissione si utilizza u braccio articolato dotato suo interno di un sistema specchi riflettenti.

32 Sistemi di trasmissione ed utilizzo del fascio laser in ambito sanitario Guida d onda cava Grazie allo sviluppo di quest tecnologia si sono potu superare molti limiti de braccio articolato. Ques dispositivi consistono di un piccola cannula con u rivestimento riflettent interno attraverso cui il fasci laser può essere trasmess ed eventualmente deviat con un piccolo specchio i punta.

33 Sistemi di trasmissione ed utilizzo del fascio laser in ambito sanitario Fibra ottica L energia del fascio lase viene focalizzata con una lente ed accoppiata ad una fibra ottica. Il fascio all estremità distale potrà divergere, convergere o diffondersi sfericamente a seconda della forma della punta

34 Fibra ottica

35 Manipoli e applicatori Applicatori con lenti di focalizzazione fascio laser viene focalizzato con a lente ed accoppiato ad una fibra tica a sua volta collegata ad un plicatore con lente di calizzazione. La dimensione del scio applicato può variare a conda della focalizzazione. Punte a contatto di zaffiro, metalliche o ceramiche

36 Micromanipolatori Diffusori e sonde per terapia fotodinamica

37 Scanner (dispositivi a scansione) li scanner utilizzano specchi mobili per deflettere il fascio lungo un area pre-definita in modo controllato. Tali sistemi in genere fanno uso di motori passo-passo gestiti da apposite interfacce elettroniche programmabili dall operatore. a verifica della loro funzionalità è quindi molto importante.

38 Scanner a diodi

39 LASER a Nd:YAG

40 LASER a DIODI

41 LASER a CO 2 LASER ad eccimeri

42 Principali impieghi laser in campo industriale e civile Taglio Saldatura Marcatura Foratura Abrasione Telecomunicazioni Telemetria Spettacolo Commercio

43 Esempi di sorgenti laser in campo industriale LASER a disco

44 Lavorazione tessile

45 Incisione su metalli

46 aglio e foratura metalli

47 Esempi di applicazioni industriali: metalli

48 Esempi di applicazioni industriali: materie plastiche

49 Esempi di applicazioni industriali: tessuti

50 Esempi di applicazioni industriali: vetro

51 Esempi di applicazioni industriali: legno

52 Esempi di applicazioni industriali: cuoio Esempi di applicazioni industriali: ceramiche e pietre dure

53 Tipiche potenze emesse da sorgenti LASER Medicali: da 10-3 Watt a 10 2 Watt Industriali: fino a 10 4 Watt Ricerca: da 10-3 Watt a 10 4 Watt

54 Le sorgenti di ROA fin qui trattate devono essere valutate dal punto di vista dei rischi che possono generare per i lavoratori. Tuttavia, esistono sorgenti che non presentano rischi particolari legati alla emissione di radiazioni ottiche nelle normali condizioni di installazione e di utilizzo.

55 Effetti sulla salute e sulla sicurezza La pericolosità delle sorgenti ROA è relativa all energia emessa dalla sorgente e/o ricevuta dal lavoratore, alla lunghezza d onda, alla modalità di impiego, al tempo di esposizione.

56 Organi a rischio

57 Il razionale dei limiti di esposizione (ICNIRP 1997) occhi e la pelle sono gli organi più suscettibili di u nneggiamento da radiazioni ottiche. Il tipo di effetto, lie di danno ed i meccanismi di danneggiamento varian funzione della lunghezza d onda della radiazione.

58 Il razionale dei limiti di esposizione (ICNIRP 1997) Poiché la pelle è meno sensibile al danno da radiazione visibile ed infrarossa, i limiti per l esposizione degli occhi sono molto più restrittivi di quelli per la pelle.

59 Spettro CIE per l eritema della pelle

60 Ocular injury action spectra: Guidelines on limits of exposure to UV radiation, 2004

61 gione spettrale Occhio Pelle Ultravioletto C 100 nm a 280 nm) Ultravioletto B 280 nm a 315 nm) Ultravioletto A 315 nm a 400 nm) Visibile 400 nm a 780 nm) Infrarosso A 80 nm a 1400 nm) Infrarosso B 1400 nm a 3000 nm) Fotocheratite Fotocongiuntivite Cataratta fotochimica Lesione fotochimica e termica della retina Cataratta bruciatura della retina Cataratta, bruciatura della cornea Eritema (scottatura della pelle) Reazione di fotosensibilità Tumori cuta Processo accelerato invecchiame della pell Bruciatura d pelle Infrarosso C 3000 nm a 1 mm) Bruciatura della cornea

62 Effetti biologici ssono essere essenzialmente 2 per le radiazio ultraviolette: (fotocongiuntivite, fotocheratite, cataratta) ( Danno fotochimico o termico per l occh nm). Eritema, invecchiamento precoce, tumore per la pel ( nm)

63 Effetti biologici ssono essere essenzialmente 5 per le radiazioni visibili infrarosse: Danno termico della retina ( nm). Danno fotochimico della retina per esposizione a luc blu ( nm e per gli afachici) Danno termico al cristallino ( nm-ir vicino) Danno termico (ustione) della pelle (380-1 mm) e del cornea (1400 nm- 1 mm) Danno da fotosensibilizzazione della pelle ( nm

64 Andamento della penetrazione in funzione della lunghezza d onda (occhio) ina nm (UV A cristallino cornea

65 Andamento della penetrazione in funzione della lunghezza d onda (occhio) tina nm (luce bl nm (visibil nm (IR A) cornea

66 Andamento della penetrazione in funzione della lunghezza d onda (occhio) ina nm (UV B+C) 1400 nm 1 mm (IR B+C) cornea cornea

67 Andamento della penetrazione in funzione della lunghezza d onda (occhio)

68 articolare attenzione va posta agli effetti indiretti delle radiazioni ottiche. orgenti molto intense possono infatti ausare abbagliamento, disorientamento, ncendi o esplosioni. esposizione a ROA può essere determinante er indurre reazioni di fotosensibilità. a valutazione del rischio deve tenere conto ei soggetti particolarmente sensibili.

69 razie per la vostra