RISQUES BIOLOGIQUES DUS AUX LASERS

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1 RISQUES BIOLOGIQUES DUS AUX LASERS

2 RISQUES BIOLOGIQUES DUS AUX LASERS par Pascale CAILLARD Médecin du travail APSMT 3, rue Michel Bégon BLOIS CEDEX

3 par la CRAM DU CENTRE OFFERT GRACIEUSEMENT SOMMAIRE 1 ère partie : RAPPELS 1 - DÉFINITION PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT... 1 NOTIONS DE PHYSIQUE QUANTIQUE... 2 NOTION DE COHÉRENCE... 3 NOTION D'AMPLIFICATION... 3 CLASSIFICATION DES LASERS SUIVANT LE MILIEU ACTIF... 4 INTÉRET DU LASER CARACTÉRISTIQUES DES ÉMISSIONS LASER... 5 LA LONGUEUR D'ONDE... 5 LA DURÉE D ÉMISSION... 6 L'ÉNERGIE OU LA PUISSANCE TRANSPORTÉE UTILISATION DU FAISCEAU LASER... 6 APPORT DE FORTES DENSITÉS ÉNERGÉTIQUES SUR DE PETITES SURFACES... 6 UTILISATION DES QUALITÉS DU RAYONNEMENT... 7 UTILISATION MÉDICALE... 7 CARACTÉRISTIQUES ET UTILISATION DES PRINCIPAUX LASERS ème partie : DIFFÉRENTS RISQUES LIÉS AUX LASERS 1 - EFFETS BIOLOGIQUES DU LASER... 9 EFFETS THERMIQUES... 9 EFFETS MÉCANIQUES EFFETS ÉLECTRIQUES... 10

4 2 - DIFFÉRENTS RISQUES LIÉS AU LASER RISQUES OCULAIRES L'œil La cornée L'iris Le cristallin La rétine Aspects du faisceau Exposition directe Réflexions (accidentelles ou non) Caractéristiques de l'œil intervenant dans la rencontre œil-laser Le diamètre pupillaire Le film lacrymal Les paupières - mouvements de défense La puissance optique de l'œil La densité d'énergie rétinienne EFFETS DU RAYONNEMENT LASER SUR LA PEAU Structure de la peau Risques cutanés RISQUES CHIMIQUES L'azote liquide L'inhalation de vapeurs émises L'emploi de substances chimiques Les colorants Les solvants L'iode Les actions du faisceau laser sur la cible RISQUE ÉLECTRIQUE RAYONS X PARASITES HAUTES FRÉQUENCES ÉLECTROMAGNÉTIQUES INCENDIE - EXPLOSION LE BRUIT LIMITATIONS ET CLASSIFICATION L'EXPOSITION MAXIMALE PERMISE (EMP) LIMITES D'ÉMISSIONS ACCESSIBLES (LEA) SURVEILLANCE MÉDICALE A L'EMBAUCHE SURVEILLANCE SYSTÉMATIQUE PÉRIODIQUE... 27

5 6 1 ère partie : RAPPELS 1 - Définition LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Le laser est une source de lumière cohérente, c'est-à-dire monochromatique, collimatée, et dont les ondes sont en accord de phase entre elles. 2 - Principe de fonctionnement L'émission lumineuse d'un corps est due à une certaine diminution de l'énergie des éléments qui le composent, par exemple lors de passages d'électrons des orbites externes aux orbites internes d'un même atome (figure 1). Électrons (e - ) gravitant sur des orbites Noyau Figure 1 : Atome

6 NOTIONS DE PHYSIQUE QUANTIQUE Échanges d'énergie entre l'atome et son environnement = échanges discontinus = échanges de photons Nota : Les photons sont des corpuscules énergétiques sans masse ni charge électrique ou "grains de lumière" qui se déplacent avec une vitesse de C = km/s. Un électron qui reçoit de l'énergie monte d'un niveau. L'atome devient instable c'està-dire "excité". Nous disons qu'il y a transition vers un niveau d'énergie plus élevé (figure 2). Électron Énergie arrivée photon n 1 Noyau Figure 2 : Absorption de l'énergie Les électrons déplacés tendent ensuite à revenir sur leur orbite "de repos" initiale, restituant l'énergie acquise par une émission photonique secondaire (figure 3). Nous avons donc deux types d'émission de photons : - émission spontanée : aléatoire, en dehors de toute action extérieure, elle est incohérente c'est-à-dire désordonnée en tous sens ; - émission stimulée (stimulation photonique extérieure particulière) : elle est cohérente c'est-à-dire en phase pour tous les atomes concernés. Dans l'émission stimulée, un photon réagit avec une particule excitée en provoquant une transition qui induit (ou stimule) l'émission d'un deuxième photon. Ce deuxième photon possède : - la même énergie que le photon incident, - la même direction que le photon incident, - il est émis en phase avec lui.

7 6 Émission photon n Noyau NOTION DE COHÉRENCE Figure 3 : Restitution de l'énergie En première approximation, nous pouvons parler de cohérence : - spatiale : les rayons sont parallèles entre eux et ont la même direction - temporelle : l'émission de tous les photons s'effectue en même temps - spectrale : rayonnement monochromatique (même longueur d'onde). Nota : Cependant, certains lasers émettent plusieurs longueurs d'ondes. Par exemple, le laser à argon à gaz ionisé fonctionne en régime continu sur plusieurs raies visibles notamment bleue (488 nm) et verte (514 nm). NOTION D'AMPLIFICATION L'émission stimulée est un processus d'amplification puisqu'à partir d'un photon, on parvient à en générer deux identiques. Excitation Miroir à réflexion totale "résonateur optique" Milieu actif amplificateur Faisceau LASER Miroir semi-transparent Figure 4 : Principe d'un laser

8 Pour provoquer l'émission laser, il faut "exciter" convenablement un milieu actif, afin de placer ses atomes dans des conditions telles qu'ils puissent libérer de l'énergie par émission stimulée. Cette "excitation" ou "pompage" peut se faire sous trois formes différentes : - pompage électrique : décharge électrique dans un gaz, ou excitation électronique (secteur ou batterie) - pompage optique : éclairs de tube flash ou faisceau laser - pompage chimique : réaction entre deux substances chimiques. Le milieu actif est placé dans une cavité de résonance limitée par deux surfaces réfléchissantes - parallèles ou sphériques - dans laquelle les ondes lumineuses oscillent. Un faisceau de lumière cohérente est émis au travers de la surface la moins réfléchissante (figure 4). CLASSIFICATION DES LASERS SUIVANT LE MILIEU ACTIF Les matériaux actifs sont souvent constitués d'une substance de base, dans laquelle sont incorporés des atomes d'une substance dite "dopante". Lasers à matériau actif SOLIDE : - le rubis : cristal de corindon (oxyde d'aluminium) avec traces de trioxyde de chrome - les verres dopés au néodyme - le grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme "YAG" (Yttrium Aluminium Garnet) dont le pompage est assuré par une lampe à arc au krypton - des semi-conducteurs tels que l'arséniure de gallium. Lasers à GAZ : - mélange hélium-néon ou hélium-cadnium - argon ou krypton à l'état ionisé - dioxyde de carbone CO 2 - azote - oxyde de carbone CO - fluorure d'hydrogène HF - excimères (ou exciplexes) Lasers à LIQUIDE : - colorants liquides tels que : coumarines, rhodamines excités par flash électronique spécial ou par faisceau laser. INTÉRÊT DU LASER Le laser est une source de lumière cohérente collimatée dont les ondes sont en accord de phase entre elles avec pour conséquence : la densité (surfacique) d'énergie diffusée restera pratiquement constante malgré l'éloignement. Elle est caractérisée par la longueur d'onde λ en cause, et l'intensité de départ de l'émission. La distance à la source n'intervient pas comme facteur d'atténuation. Ceci constitue l'intérêt fondamental de l'émission LASER, mais aussi le danger fondamental de cette émission.

9 3 - Caractéristiques des émissions laser Celles qui sont essentielles - car elles déterminent la pathologie - sont : - la longueur d'onde - la durée d'émission - et l'énergie ou puissance transportée. LA LONGUEUR D'ONDE La longueur d'onde du rayonnement émis par chaque type de laser est généralement comprise entre 0,19 µm < λ < 10,60 µm dans une région du spectre des ondes électromagnétiques (figure 5) comprenant : - les ultraviolets λ < 0,4 µm - la lumière visible 0,4 µm < λ < 0,78 µm - les infrarouges λ > 0,78 µm. Chaque classe de longueur d'onde (UV - visible - ou IR) a sa pathologie propre nm 1 mm R Cosmiques R γ R X UVC UVB UVA IRA IRB IRC Ultraviolets Visible Infrarouges LASER 1 cm 1 m 100 m 1 km 10 km 100 km EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF Hyperfréquences Radars TV Radiofréquences Figure 5 : Longueurs d'ondes électromagnétiques

10 LA DURÉE D'ÉMISSION Le rayonnement laser peut être émis : - en "impulsions déclenchées" d'une durée de quelques picosecondes à quelques centaines de nanosecondes - donc très brèves - succession d'impulsions à des cadences variables (plusieurs mégahertz à quelques impulsions par heure), - en "impulsions relaxées" d'une durée variant de la microseconde à quelques centièmes de seconde et avec une cadence de répétition de 10 par seconde (10 s -1 ) à 1 par minute (1 min -1 ), - en "émission continue" d'une durée conventionnelle > 0,25 seconde. L'ÉNERGIE ou LA PUISSANCE TRANSPORTÉE Pour les lasers à fonctionnement continu (t > 0,25 s), nous utilisons : - Puissance de rayonnement P exprimée en Watt - Éclairement énergétique E exprimé en Watt/m 2 et donné par la formule : E = Flux énergétique Surface C'est la quantité d'énergie par unité de surface. Pour les lasers impulsionnels, nous avons : - Énergie de rayonnement Q exprimée en Joule - Exposition énergétique H exprimée en J/m 2. La luminance tient compte de l'angle d'émission énergétique et s'exprime en watt par mètre carré par stéradian (Wm -2 sr -1 ). 4 - Utilisation du faisceau laser APPORT DE FORTES DENSITÉS ÉNERGÉTIQUES SUR DE PETITES SURFACES - Usinage utilisant de hautes températures :. soudage. découpage, perçage. alésage milliers de Watts. vaporisation métallique - Micromécanique :. horlogerie. électronique cibles < 1 µm - Scellement verre-métal - Fragmentation - découpe du béton - Perçage et taille du diamant - Recherche sur les effets des hautes énergies et des hautes températures.

11 UTILISATION DES QUALITÉS DU RAYONNEMENT - Extrême directivité - Précision (distance) Métrologie - Non dispersion de l'information portée - Détermination d'alignements :. contrôle "pièces-micropièces" usinées. tracé des autoroutes. rectitude d'une construction. percement d'un tunnel - Télémétrie de haute précision, à toute distance (puissances faibles) :. astronomie (terre-lune). géologie (dérive des continents). géométrie de terrain - Appareils de laboratoires :. granulométrie. interférométrie. spectroscopie - spectrographie - Techniques holographiques (donnant une image tridimensionnelle) :. reproduction de solides - contrôle - comparaison à des références. corps statiques - en mouvement - déformation (suivre et mesurer l'usinage d'une pièce, le jeu d'une articulation, la déformation d'un outil, ) - Télécommunications :. mise en œuvre par modulations du faisceau, codage et décodage des informations transportées UTILISATION MÉDICALE - Effets directs :. action thermique. photochimique. électromécanique - Effets indirects :. hémostase. vasomotricité. cicatrisation - Analyse médicale - Cytologie - Imagerie tridimensionnelle (holographie) - Thérapeutique surtout : Action thermique (chauffe, coagule, brûle, volatilise) :. chirurgie générale, vasculaire. cancérologie. ORL (larynx, oreille interne). chirurgie dentaire (caries). travail et soudure des prothèses

12 . endoscopie et photocoagulation digestive, trachéobronchique, urinaire. gynécologie, dermatologie. ophtalmologie surtout (décollement rétine, rétinopathie diabétique) Autres effets : photochimiques :. activation photosynthèse. enzymologie expérimental électromagnétiques :. ondes de choc CARACTÉRISTIQUES ET UTILISATION DES PRINCIPAUX LASERS λ en µm Durée Cadence Énergie impulsion impulsions puissance Utilisation Lasers à matériel actif SOLIDE : - Yag 1,06 30 ps - 10 ms 1 Hz - 50 khz 0,1 mj - 30 J Vaporisation métal - Recuits IRA ++ Ajustage résistances - Ophtalmologie continu qq cent. W Perçage, soudage, horlogerie, micromécanismes Gravure, chirurgie, recherche - Rubis 0, ns 0,03-10 Hz 0,1 mj à 10 J Holographie objets en mouvement + Télémétrie UV 500 µs 0,03-10 Hz 0,05 à 5 J Micro-usinage, soudage fil fin Vaporisation métal Perçage (diamant, rubis) - Terre dopée au néodyme 1,06 0,5 à 5 ms à 60 J Soudage par points (pièces et fils fins) IRA imp/min +++ Gravures, perçage Spectrographie, recherche Lasers à liquide : - Colorants Variable qq mw - qq W Spectroscopie, étude de matériaux 0,350-1 continu Dermatologie UVA - V - IRA Lasers à gaz : - Hélium néon 0,632 continu 0,1-100 mw Travaux chantiers V + Métrologie Positionnement de montage (électronique) Holographie Reconnaissance signes codés Impression graphique - Gaz ionisés 0,350-0,800 0,1-40 mw Télémétrie - Holographies (Krypton-argon) UVA - V - IRA continu ++ Spectroscopie Photocoagulation - Spectacles - CO 2 10,6 continu 1 W - 20 kw Découpe matériaux (métaux plastiques) IRC +++ Soudage (métaux plastiques) Traitements thermiques Chirurgie (dentaire, ORL, ) - Azote 0, ns 1-10 Hz mj Impression graphique - photochimie UVA Recherche - Excimères 0,190-0, à 60 ns 1-50 Hz 1-50 mj Impression graphique - ORL - UVC - B et A Dermatologie - Vapeurs métalliques 0, ns qq Hz qq mj Photothérapie V - IRA et B

13 2 ème partie : DIFFÉRENTS RISQUES LIÉS AUX LASERS 1 - Effets biologiques du laser Le laser permet le dépôt d'une grande quantité d'énergie en un point bien localisé d'une structure. Il s'ensuit trois grands groupes d'effets : - effets thermiques, - effets électriques, - effets mécaniques. EFFETS THERMIQUES Ces effets sont dus à la libération de chaleur plus ou moins intense, plus ou moins localisée en fonction de l'énergie transportée et de son absorption par les tissus rencontrés. L'absorption du rayonnement dépend : - des caractéristiques du laser (type, P, λ, ), - de la nature du milieu traversé (transparence). Les milieux biologiques sont des milieux hétérogènes donc à répartition thermique inégale ("points chauds"). Il y a augmentation de l'absorption avec : - la richesse tissulaire en éléments pigmentés, - l'importance de la vascularisation. Les effets thermiques dus au laser ne diffèrent pas des autres effets dus à la chaleur, en dehors de l'extrême précision du point d'impact. Ce sont les effets les mieux connus du laser.

14 EFFETS MÉCANIQUES A l'arrivée de l'impulsion laser sur la cible, il se produit une augmentation considérable de pression. Un front de haute pression se propage à l'intérieur des structures : c'est l'onde de choc. Les lois de propagation de cette onde sont différentes selon l'organe ciblé. Les effets sont : - simple choc, rapidement amorti, - phénomènes de résonance : de graves lésions à distance du point d'impact (lésions profondes plus sévères que celles constatées au point d'impact). Les ondes de choc donnent naissance à des ondes acoustiques très aiguës (ultrasonores) qui ont leur propre pathogénie : - création de bulles de microcavitation, - changements physiques de la matière, - création de nouveaux composés chimiques. Dans un organe sphérique tel que l'œil (ou le crâne), les effets d'une onde de choc sont beaucoup plus graves que sur un organe plat (comme la peau par exemple). Les effets se portent au niveau des zones de jonction où les cellules sont plus ou moins liées entre elles, aux interfaces tissulaires. EFFETS ÉLECTRIQUES Le faisceau laser engendre un champ électrique extrêmement puissant. L'intensité est du même ordre de grandeur que celle des champs électriques locaux assurant la cohésion de la matière (10 8 à V/m). Les effets électriques constatés sont : - perturbation des constantes physiques de la matière : conductivité, constante diélectrique, - perturbation de certaines réactions chimiques (existence de radicaux libres), - modification des polarités membranaires des cellules désorganisant les échanges ioniques des cellules. En fait, peu d'études ont été réalisées sur ce type d'effet. 2 - Différents risques liés au laser L'utilisation des lasers peut entraîner : - des risques oculaires, - des risques cutanés, - des risques chimiques (matériaux et produits traités), - des risques électriques, - des rayons X parasites,

15 - des rayonnements connexes, - des risques d'incendie - explosion. RISQUES OCULAIRES L'œil : Il a la forme générale d'une sphère d'environ 2,7 cm de diamètre. Il comprend essentiellement (figure 6) : la cornée, l'iris (figures 9 et 11), le cristallin (figure 12) en avant ; corps vitré, rétine, choroïde et sclérotique en arrière (figure 16). La figure 7 donne la transmission des rayonnements laser par les milieux optiques de l'œil. Sclérotique Conjonctive Choroïde Cornée Cristallin Iris Humeur aqueuse Rétine Macula Corps vitré Nerf optique Figure 6 : Anatomie de l'œil Facteur de transmission 100 % 80 % Hélium Néon Krypton Rubis 60 % Argon Néodyme 40 % 20 % Azote YAG CO 2 10,6 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 λ µm UVA Visible IRA Figure 7 : Transmission des rayonnements par les milieux optiques de l'œil

16 La cornée : Elle est transparente, avasculaire, a une épaisseur comprise entre 0,60 et 1 mm et un diamètre de 12 mm. Elle se trouve isolée de l'air ambiant par film lacrymal. Elle comporte cinq couches : - couche cellulaire extérieure qui, en cas d'atteinte, se cicatrise en 48 h, - membrane de Bowman, - couche de fibres, épaisse : laisse une cicatrice opaque, - membrane de Descemet : fuite humeur aqueuse, - couche cellulaire interne. Les infrarouges lointains (IRB et IRC) et les ultraviolets (UVB et UVC) provoquent rapidement des lésions sévères (figure 8) : photokératite très douloureuse ( = inflammation de la cornée) - ou ulcération. Azote Arg. H K R N Néod. YAG CO 2 UVC UVB UVA Visible IRA IRB IRC nm 780 nm 1,4 µm 3 µm 1 mm Cornée Cornée λ Photokératite Brûlure Figure 8 : Action des lasers sur la cornée La gravité des lésions est fonction de la surface illuminée et de la profondeur des lésions. Nous pouvons avoir : - des lésions directes :. opacités de même diamètre que celui du faisceau. brûlures dues à l'énergie absorbée sous forme de chaleur (si l'énergie augmente, la brûlure est plus importante) - des lésions indirectes :. œdème, néovaisseaux. dépôts pigmentés et uvéite. opacités qui se calcifient et sont définitives (fortes énergies 30 J/cm 2 ). L'iris : - sépare la chambre antérieure de la chambre postérieure, l'humeur aqueuse du cristallin vitré (figure 9), - constitué de pigments colorés (couleur de l'œil), - percé en son centre par un orifice : la pupille, - comprend des muscles qui permettent le rôle de diaphragme (1,5 à 9 mm) par contraction ou dilatation de la pupille donc modification du diamètre (figure 10). Iris Humeur aqueuse Chambre antérieure Chambre postérieure ; ; ; Figure 9 : L'iris

17 Fibres rayonnantes Fibres circulaires Figure 10 : Muscles de l'iris Figure 11 : Dilatation et contraction de la pupille Ce rôle est très important car il contrôle l'accès de la lumière (figure 11) vers les structures plus profondes de l'œil (rétine) : - pupille dilatée = ouverture maximale 9 mm, - pupille contractée = ouverture minimale 1,5 mm. Pas de lésion définitive de l'iris : - zone de pigmentation (impact) avec œdème autour, qui réalise un myosis - atténuation en 2 à 3 semaines, - si répétition des impacts, migration des pigments dans la chambre antérieure, atrophie, déchirure possible de l'iris. VARIATION DU DIAMÈTRE PUPILLAIRE SELON LE TYPE DE RAYONNEMENTS RENCONTRÉS (LONGUEUR D'ONDE) Domaine spectral UV nm V et IRA nm IRB, IRC 1,4-100 µm Diamètre de la pupille 0,1 cm 0,7 cm 0,1 cm 0,1 à 1 mm 1,1 cm L'ouverture de la pupille ou dilatation pupillaire, face aux rayonnements visibles et infrarouges A, entraîne un risque pour les structures profondes de l'œil. Le cristallin : - lentille ronde transparente biconvexe, - responsable par son pouvoir d'accommodation de la focalisation des rayons lumineux sur la rétine, - déformable par traction des muscles ciliaires qui modifient son rayon de courbure. Le cristallin (figure 12) est une lentille convergente ; il transforme un faisceau incident parallèle en faisceau convergent. Cristallin ; ; ; Figure 12 : Le cristallin

18 Il focalise l'image sur la rétine, mais aussi les rayons lumineux (figure 13). B Rayon lumineux A Objet F Cristallin F' A' B' Image focalisée sur la rétine F' Cristallin Focalisation sur la rétine Figure 13 : Focalisation de l'image Lésions du cristallin : Les ultraviolets proches et les infrarouges lointains touchent le cristallin avec : - des opacités ovoïdes, de grand axe situé dans la direction du faisceau incident (grisesblanchâtres). Le centre de la lésion est le plus opaque (figure 12). - des lésions définitives : ce qui entraîne une cataracte, d'origine thermique (figure 14). Azote Arg. H K R N Néod. YAG CO 2 UVC UVB UVA Visible IRA IRB IRC ,4 µm 3 µm 1 mm nm nm Cornée Cornée λ Cristallin Cristallin Figure 14 : Action des lasers sur le cristallin La rétine : Elle comprend les récepteurs neurosensoriels nécessaires à la vision ; c'est la "plaque sensible" de l'œil. C'est un organe fragile et vulnérable (cellules nerveuses). Les lésions rétiniennes sont les plus connues, car ce sont celles qui ont été les plus étudiées. Constitution de la rétine (figure 15) : Il s'agit d'une superposition de plusieurs couches. Les unes contiennent surtout des corps cellulaires, les autres les prolongements des cellules : - épithélium pigmenté qui adhère à la choroïde et joue le rôle de protecteur vis-à-vis des récepteurs rétiniens. Grâce à la pigmentation, il absorbe l'énergie et la transforme en chaleur. - cônes et bâtonnets : ce sont les récepteurs de la sensation visuelle - cellules bipolaires (connections entre les cellules sensorielles) - cellules ganglionnaires dont les prolongements constituent le nerf optique. Il véhicule l'information visuelle jusqu'au cerveau. Gravité des lésions : Elle est variable selon la localisation des lésions sur la rétine. Les longueurs d'onde concernées par ces lésions vont de 0,4 µm à 1,4 µm.

19 Lumière Fibres nerveuses Cellules ganglionnaires Cellules bipolaires Photorécepteurs Cellules pigmentaires Choroïde Sclérotique Le rayonnement visible et l'infrarouge proche entraînent un risque lésionnel pour la rétine. Lésions observées : Il s'agit de brûlures avec coagulation ou de destructions tissulaires : - lésions petites, circulaires, bien circonscrites, zone centrale dépigmentée + anneau de pigmentation, en périphérie, - dimension variable selon diamètre image, - l'atteinte principale se situe au niveau de l'épithélium pigmenté (offre bonne absorption du rayonnement). A l'examen, il apparaît décollé. Différents étages dans la rétine, dans lesquels l'énergie lumineuse pourra s'épuiser progressivement : - œdèmes, exsudations sous rétiniennes, mort des photorécepteurs, - choroïde et sclérotique = indemnes le plus souvent, - hémorragies envahissant le vitré, - risque d'organisation du vitré (vascularisation perte de transparence), - déchirure "fracture" de la rétine : double processus par effet thermique (brûlure) et effet mécanique (onde de choc). Signes fonctionnels : Figure 15 : Constitution de la rétine - éblouissement physiologique - baisse de sensibilité rétinienne : adaptation à l'obscurité, sens chromatique. Signes en fonction de la localisation des lésions (figure 16) : - destruction de la foveola (0,2 mm de ) : baisse de l'acuité visuelle de moitié, - destruction d'une partie de la macula : présence d'un scotome (c'est-à-dire d'une zone sans vision) couvrant une surface plus ou moins grande de l'objet regardé, - destruction de toute la macula :. perte des 3/4 de l'acuité visuelle,. perte du discernement fin des détails,. vision de type "crépusculaire" (floue), - atteinte de la rétine périphérique : peu perçue par le sujet (n'ampute que le champ de vision périphérique où les images sont habituellement floues). Prévention : Un faisceau laser ne lésera la macula que s'il vient de l'endroit que l'œil est en train de fixer (s'il vient en oblique, il lésera une autre zone rétinienne). Toute manœuvre qui amène à avoir l'œil fixé sur l'origine du faisceau est à proscrire.

20 Vision périphérique Cônes = excellente discrimination Bâtonnets = vision crépusculaire +++ faible discrimination Vision centrale = Cônes essentiellement - excellente discrimination - vision diurne - vision des couleurs Macula Foveola Papille = zone aveugle Nerf optique Figure 16 Azote Arg. H K R N Néod. YAG CO 2 UVC UVB UVA Visible IRA IRB IRC λ nm 780 nm 1,4 µm 3 µm 1 mm Cornée Cornée Cristallin Cristallin Rétine Figure 17 : Atteintes de la cornée, du cristallin et de la rétine en fonction de la longueur d'onde Aspects du faisceau : Exposition directe : L'œil est soumis au faisceau direct du laser (figure 17). Faisceau laser Figure 17 : Faisceau direct Faisceau laser f f Faisceau laser Lentille biconvexe Lentille biconcave Figure 18 : Faisceau focalisé Figure 19 : Faisceau divergent

21 Sur le double de la distance focale f, la densité d'énergie surfacique est supérieure à celle du faisceau direct (figure 18). La densité d'émission surfacique est d'autant plus faible que l'on s'éloigne du point de divergence (figure 19). Réflexions (accidentelles ou non) : Faisceau incident Faisceau réfléchi Faisceau incident Faisceau diffusé Surface polie et plane Surface non polie et plane Figure 20 : Réflexion spéculaire Figure 21 : Faisceau diffusé La densité d'énergie surfacique du faisceau après réflexion spéculaire équivaut à celle du rayon incident car elle est sensiblement du même ordre de grandeur (figure 20). La densité d'énergie surfacique du faisceau diffusé est beaucoup plus faible que celle du rayonnement incident (figure 21). La probabilité pour qu'un œil se trouve dans le volume où il y a diffusion est beaucoup plus grande. Faisceau divergent Divergence Convergence Figure 22 : Surface polie convexe Figure 23 : Surface polie concave Surface polie convexe : Comme pour les réflexions sur des surfaces non polies, la densité d'énergie surfacique du faisceau réfléchi s'atténue, mais la probabilité de rencontre pour l'œil augmente. Sur une surface polie concave, il y a d'abord convergence jusqu'au point focal puis divergence (figure 23) : - sur le double de la distance focale : la densité d'énergie est au faisceau incident - au-delà du double de la distance focale, la densité d'énergie diminue mais la probabilité de rencontrer le faisceau est élevée.

22 Caractéristiques de l'œil intervenant dans la rencontre œil-laser : Le diamètre pupillaire : - contraction pupille : diamètre de 2 mm (lumière) - dilatation pupille : diamètre de 7 à 9 mm (obscurité) - variation du flux lumineux reçu par la rétine dans le rapport de 1 à 12 (lumen/m 2 ). La surface pupillaire varie dans un rapport de 1 à 25. La constriction pupillaire contribue à la protection rétinienne, mais elle ne commence que 0,2 à 0,5 s après l'augmentation de luminance lui parvenant Or, en cas de flash laser (laser relaxé par exemple), la durée du flash est de l'ordre de la microseconde (10-6 s). Il s'ensuit que la protection est insuffisante. On a cependant intérêt à maintenir autour d'un poste de travail au laser, un niveau d'éclairage suffisant, de façon à maintenir la pupille en myosis (fermée, contractée, diamètre minimal). La pupille s'adapte au niveau d'éclairage ambiant. Le film lacrymal : - absorbe une partie de la chaleur par échauffement et évaporation, - est opaque aux infrarouges lointains. Les paupières - mouvements de défense : Les réactions de défense de l'observateur sont provoquées par une sensation douloureuse, déclenchée par la cornée et l'iris d'où fermeture des paupières et détournement des yeux et de la tête. L'iris contient un réseau de récepteurs à la douleur qui sert de signal d'alarme quand les niveaux d'énergie incidente sont trop élevés. La protection est insuffisante : - facteur de temps : délai de 150 à 250 ms entre illumination élevée et fermeture des paupières (réflexe palpebral), plus rapide si stimulus douloureux mais plus aléatoire ; - pénétration possible du faisceau dans l'œil sans heurter l'iris selon le diamètre et l'orientation du faisceau incident (figure 24) ; - les mouvements oculaires normaux peuvent diminuer l'importance des lésions en dispersant l'énergie sur une surface rétinienne plus grande (laser continu). Le faisceau a un diamètre supérieur à celui de la pupille d'où "choc sur l'iris", signal douloureux Petite source collimatée, dont le faisceau parvient à la rétine sans heurt sur l'iris. Figure 24 : Protection de l'iris 18

23 La puissance optique de l'œil : C'est d'elle dont dépend la taille de l'image rétinienne et par conséquent la quantité d'énergie reçue par unité de surface de rétine. Le globe oculaire est constitué de milieux d'indices différents. La puissance optique est en fait son pouvoir de concentration du rayon lumineux, sur la rétine. Elle se mesure en dioptries, varie avec certaines pathologies et, avec l'âge, le pouvoir d'accomodation du cristallin varie : dioptries à 10 ans dioptries à 40 ans dioptrie à 60 ans. Son rôle est la poursuite de la modification du faisceau lumineux, commencée par la cornée, et qu'il focalise sur la rétine. Taille de l'image rétinienne : Diamètre du spot rétinien = f (Distance focale) x Diamètre faisceau sortie du laser Distance œil-laser Par exemple : Laser situé à 15 mètres Faisceau 1 cm de diamètre Image rétine = 0,0113 mm 11 µm f = 17 mm de l'œil En pratique courante, on admet que la taille des images rétiniennes varie de 10 µm à 50 µm. La densité d'énergie rétinienne : Le mécanisme de focalisation, véritable auto-concentration énergétique de l'œil, a pour conséquence d'augmenter considérablement la densité d'énergie rétinienne par rapport à l'énergie incidente sur la cornée. Densité d'énergie = rétinienne Densité d'énergie Surface Facteur transmission sur cornée x pupillaire x selon λ Surface image rétine L'augmentation de densité est multipliée par un facteur 10 5 ou 10 6 d'où une sensibilité de l'œil au laser sans commune mesure par rapport à la peau. Puissances émises par différentes sources lumineuses : - Bougie W/cm 2 - Lampe à incandescence W/cm 2 - Arc de soudure - Soleil...10 W/cm 2 - Émission laser de 1 mw à 6 mètres W/cm 2 - Émission laser de 1 W même éloignée...> 10 5 W/cm 2 EFFETS DU RAYONNEMENT LASER SUR LA PEAU Moins importants qu'au niveau rétinien : - pas de concentration du faisceau (effet dû à la convergence du cristallin), - la perception douloureuse assez rapide en limite les effets. 19