Безопасность синего спектра в налобных осветителях Q-Optics

Безопасность клиента — наш приоритет

Безопасность является обязательным условием, и глаза наших клиентов имеют решающее значение в их работе. Компания Q-Optics тщательно измеряет параметры света, который попадает в глаза практикующего врача при использовании наших высококачественных налобных осветителей. Данные, полученные с помощью радиометрического оборудования, откалиброванного по стандартам NIST, показали уровни освещённости синим светом, которые в 33 раза ниже, чем рекомендации по пределам безопасности, впервые опубликованные Американской конференцией государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH).

Технический отчёт компании Q-Optics

Введение

Опасность для глаз из-за воздействия света является известным фактором. Термический ожог от сварочных дуг и лазерное излучение являются двумя распространёнными источниками потенциального повреждения органов зрения. Защита от этих рисков является обычным явлением, и опасность от прямого воздействия понятна большинству людей. Менее известна долгосрочная опасность, связанная с воздействием синего света, особенно в диапазоне 400–550 нм.

Существует множество требований для обеспечения защиты глаз от воздействия источников освещения, которые описаны в общих стандартах [«Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем», IEC 62471 со ссылкой на руководящие принципы Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH)].

Основные опасности включают такие факторы, как:

• актиничный ультрафиолет (УФ),
• ближний УФ,
• синий свет,
• тепловое и инфракрасное излучение

Интегрируемая по времени мощность (флюенс) является слишком низкой по сравнению с реакцией отведения глаз на раздражитель (0,25 секунды), если речь идёт о светодиодных источниках в светильниках, поэтому она не представляет никакой опасности ввиду множества факторов. Исключительным случаем, требующим дальнейшего исследования, является опасность синего света.

Опасность синего света — это важный аспект стоматологии из-за широкого применения полимеризационных УФ ламп и налобных осветителей. Следовательно, представители этой отрасли в США (возглавляемой Американской конференцией государственных специалистов по промышленной гигиене или ACGIH) были в первых рядах среди тех, кто определил опасность освещения нелазерных (некогерентных) источников [D. H. Sliney, «Ocular Hazards of Light, International Lighting in Controlled Environments Workshop (1994)].

В основе этих определений лежит фотохимическое повреждение сетчатки из-за интенсивного облучения синим светом (фоторетинит), которое может привести к дистрофии жёлтого пятна с последствиями хронического характера. Рекомендации касательно пороговых значений безопасного воздействия оставались неизменными на протяжении
по крайней мере двух десятилетий или были основаны на экспериментах над животными, сопоставляемых с поведением человеческого глаза, с использованием случайных данных.

В рамках стоматологии, проблема безопасности глаз получила широкое распространение с недавнего времени, когда было решено включить налобные стоматологические осветители, которые освещают ротовую полость при осмотре, в число ресурсов данной отрасли.

Необходимые определения

Для полного понимания опасности синего света необходимо несколько определений.

Данная опасность определяется в рамках радиометрических величин
(в противоположность фотометрическим величинам). Радиометрические величины выражаются в абсолютной энергии, в то время как уровни энергии шкалы фотометрических величин соотносятся с ответной реакцией глаза, адаптированного к дневному свету (световая эффективность). Это актуально для источников видимого света для работы, выполняемой в фотометрических единицах, но так как речь идёт об определении опасности воздействия синего света, в данном случае обсуждаются лишь радиометрические величины.

Соответствующая единица СИ для излучаемой энергии — это Джоуль (Дж), а для излучаемой мощности — Джоуль/сёк (Дж/с или Ватт).
Ватт для многих является знакомой единицей ввиду обозначения излучаемой мощности, выпускаемой лампочками и другими источниками света.
Кроме того, энергия, излучаемая источником света, может разделяться на различные длины волн (визуально они имеют разные цвета). Таким образом, мощность, излучаемая на определённой длине волны, называется спектральной мощностью излучения. Суммарная мощность, таким образом, получается путём сложения мощностей на всех длинах волн для излучения (другими словами, интегрирование мощности по спектру). С точки зрения опасности синего света, разные длины волн представляют различный риск для глаз. Следовательно, важной является именно взвешенная мощность излучения синего света, которая получается путём умножения излучаемой спектральной мощности на уже известную функцию опасности синего света, изображённую на следующем графике. Диапазон волн, определяющий опасность синего света, состоит из длин волн от 300нм до 700нм

Функция опасности синего света (в зависимости от длины волны)

До настоящего времени обсуждалась, в основном, мощность, излучаемая налобным осветителем. Не обсуждалось то, куда уходит излучаемый свет. Необходимы две величины для понимания того, куда направляется излучаемый свет. Первая величина — площадь источника излучения. Для лампочки 
— это попросту освещаемая площадь. Если мощность излучения выражена в Ваттах, появляется единица Ватт/площадь (выраженная в квадратных метрах, м2), и эта величина известна как освещённость. Это определение также относится к свету, который освещает определённую область, например свет, попадающий на зрачок глаза человека от источника излучения, или от вторичного источника света, такого, как освещённая ротовая полость пациента. Вторая важная величина — это угол излучения. Мы привыкли думать об угле в двух измерениях (на плоскости), но в трехмерном пространстве нам на самом деле нужен «конический» угол. Математическое определение для подобного геометрического конуса следующее: Телесный угол — часть пространства, которая является объединением всех лучей, выходящих из данной точки (вершины угла) и пересекающих некоторую поверхность (которая называется поверхностью, стягивающей данный телесный угол). Единицей измерения телесного угла является стерадиан (ср), а излучение из точки на полную сферу равно 4π ср (полный телесный угол). Телесный угол необходим не только потому, что поток энергии направлен через площадь источника, но также потому, что он выходит с заданным угловым профилем и направлением в трехмерном пространстве. Соответствующей величиной для опасности синего света является яркость, которая представляет собой мощность излучения, делённую на произведение площади источника излучения и телесного угла излучения. Необходимо отметить, что если мощность излучения оценивается под углом к источнику, то площадь источника излучения масштабируется косинусом угла обзора. Единица измерения яркости — Ватт на м2стерадиан [Вт/(м2ср)].

Формальное определение опасности синего света для распределённого источника (большего, чем точка света) строго определяется двумя сценариями, оба используют яркость. Сценарий выбирается в зависимости от яркости подсвечиваемой области (измеряется функцией опасности синего света). В обоих сценариях рассчитывается взвешенная яркость синего света. Это количество представляет собой сумму от 300нм до 700нм спектральной яркости, умноженную на функцию опасности синего света, умноженную на оценочный интервал длины волны (обычно это дискретная форма интеграла).

Первый сценарий происходит, если взвешенная яркость опасности синего света меньше 100 Вт/(м2ср). Смысл первого сценария в том, что применение оборудования безопасно при длительном воздействия излучения, в особенности для промежутков времени более 10 000 секунд (однако не дольше восьми часов). Если же взвешенная яркость больше 100 Вт/(м2ср), применяется второй сценарий.

Второй сценарий — это количество времени, в течение которого пользователь может безостановочно подвергаться этому воздействию (это величина меньше 10 000 секунд), и определяется как время воздействия (в секундах), равное
1 000 000 делённое на взвешенную яркость синего света.

Что вам действительно необходимо знать — правильное определение риска при использовании стоматологического налобного осветителя

Первое, что обсуждалось касательно опасности синего света, было относительное количество синего света, излучаемого стоматологическими налобными осветителями по отношению к другим длинам волн. Несомненно, излучаемая энергия, в которой функция опасности синего света ощутима — необходимое условие наличия риска. Однако, взгляда лишь на спектральную составляющую может быть недостаточно. Например, чисто синий LED, который является довольно тусклым, может обладать спектральным излучением, которое, в первую очередь, состоит из синего света, как показано на следующем графике синей кривой. Скрытый второй фактор заключается в том, что эти источники не только содержат синий свет, но и являются очень яркими. Часто в различных источниках используются такие данные как сила света, излучаемая на единицу площади (люкс или люмен на квадратный метр). Люмен — это единица измерения светового потока, являющегося величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза. Даже при наличии спектра и светового потока, остаётся один крайне важный недостающий фактор для стоматологических налобных осветителей; во время использования на них не смотрят напрямую. Стоматологические налобные осветители используются для освещения ротовой полости пациента и взвешенная яркость синего света, видимая глазом, является ключевой величиной.

Источник синего света

Основной стандарт, относящийся к этим факторам, «Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем» (DIN EN 62471 или IEC 62471), очень хорошо разъясняет, каким образом правильно проводить измерения опасности синего света. Известно, что излучаемая мощность, которая попадает на поверхность глаза и поглощается его сетчаткой, зависит от площади поверхности зрачка (радужной оболочки глаза). В стандарте очень точно указано, что для установления предела облучения сетчатки более 0,25 секунд используют диаметр зрачка 3 мм.

В измерениях компании Q—Optics использовался лабораторный зрачок значительно большего диаметра, а именно 11 мм

Наше измерительное оборудование

Стоит отметить, что это не является значительным фактором для наших результатов, потому что площадь зоны обнаружения заложена в расчёты освещённости. Световое поле достаточно равномерно по всему входному отверстию обнаружения в наших экспериментах, в которых мы измеряли самый яркий свет. Следовательно, зрачок глаза подавляющего большинства населения, диаметром от 2 мм до 5 мм, даст те же результаты, что и наши измерения, независимо от того, где именно в световом пятне находится глаз.
В условиях яркого света в этих налобных осветителях, при осмотре пациента
в стоматологической клинике, зрачок большинства практикующих врачей будет достигать размера не более 3мм.

Для того чтобы определить опасность синего света стоматологических налобных осветителей (в этом случае мы использовали осветитель RADHUM компании Q-Optics), использовался имеющийся в продаже датчик измерения освещённости (E-1000 компании Labsphere) вместе с волоконно-оптическим спектрометром (CDS-600 компании Labsphere) в контролируемой световой среде. Это оборудование для измерения спектральной освещённости было полностью откалибровано по стандартам NIST (Американский Национальный Институт Стандартов и Технологий), для интересующих нас длин волн (300–700нм). Абсолютная неопределённость данного измерения калибрируется до 10%. Изображение данного оборудования представлено ниже, где источник (осветитель) находится слева, также имеется зрачок, поглощающий рассеянный свет (второй объект справа) и датчик измерения освещённости со считывателем справа.

С помощью этой установки может проводиться целый ряд измерений. Можно проводить прямые измерения осветителя или измерять отражающие свойства различных материалов. Нас интересовало измерение, имитирующее обычное применение налобного осветителя Q-Optics. То есть, мы попросту посадили пациента на необходимом расстоянии от осветителя с датчиком измерения освещённости, расположенным на месте, близком к тому, где обычно находится глаз практикующего врача. Когда мы это проделали, было обнаружено, что при измерениях, в зависимости от расстояния,от 1,2 до 3,0 Вт/(м2 *ср), риск ничтожен. Мы провели достаточное количество экспериментов для подтверждения повторяемости результатов в реальных условиях.

Наша измеренная яркость синего спектра составила лишь 1/33 от опубликованного нормативного предела (что составляет примерно 3%)

Мы также поработали над моделированием эффекта от таких инструментов как стоматологическое зеркало или ретрактор Миннесота. Для этих инструментов является допустимым периодическое появление отражённого света (бликов), который попадает в глаз. Мы также провели измерения и для других стоматологических инструментов и обнаружили, что излучению может понадобиться 5–7 минут (используя Сценарий 2), чтобы достичь границы опасности синего света, и данные величины были получены при помощи напрямую попадающего отражённого света в датчик измерения освещённости. Чтобы создать опасную ситуацию для глаз, при допустимом 0,25-секундном ответном рефлексе (реакции отведения глаз на раздражитель), этим событиям нужно было бы произойти более 1000 раз на протяжении рабочего дня, что маловероятно. Если бы подобные неприятные для глаз события происходили так часто, стоматологические налобные осветители не были бы так популярны.

Заключительный важный фактор, который следует рассмотреть — это эффект лупы. Бинокулярные лупы обычно используются для увеличения тех предметов, на которые смотрит практикующий врач. Если пользователь смотрит на яркую точку света через бинокулярные лупы, точка станет больше. За счёт применения луп, яркость может увеличиваться в 3–7 раз. Так как наши прямые измерения варьируются от 1,2 до 3 Вт/(м2 * ср), даже в самом худшем случае, при большом увеличении от бинокулярных луп и короткой рабочей дистанции (примерно 10 дюймов / 25 см), это все равно приводит к появлению излучения синего света, которое лишь немного больше 1/5 предела опасности.

Очевидно, что работать с применением налобного осветителя Q—Optics абсолютно безопасно для глаз, работая как с бинокулярными лупами, так и без них