Husinsky, J. (2008). Experimental ex-vivo studies of laser-induced thermal damage of the bovine retina for single pulse, multiple pulse, and scanned exposures to improve laser safety standards [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/179775
Seit der Erfindung des Rubinlasers 1960 wurde die mögliche Gefährdung der Netzhaut durch Laserstrahlung vom ultravioletten bis in den nahen infraroten Wellenlängenbereich für Expositionsdauern vom Femtosekunden- bis in den Sekundenbereich ausführlich untersucht. Auf Grundlage dieser Untersuchungen wurden Normen für die Lasersicherheit durch internationale Kommitees erstellt. Da die meisten verfügbaren Daten für Laserschädigung von Experimenten nur an einer beschränkten Zahl von lebenden Tieren und von Unfällen aus der Frühzeit der Laseranwendung stammen, beruhen die in den Normen angegebenen Grenzwerte für Laserexposition in manchen Parameterbereichen eher auf Schätzungen als auf experimentellen Daten. Die Abschätzung der Gefährdung der Netzhaut durch Laserstrahlung ist heute von erhöhter Bedeutung. Die beabsichtigte und unbeabsichtigte Bestrahlung der Netzhaut muss unterhalb jeder Schädigungsschwellwerte erfolgen. Da jedoch experimentelle Daten aus Tierversuchen nur für Einzelpulse und Mehrfachpulse existieren, sind komplexere Laseranwendungen in den Normen nicht berücksichtigt. Zur Zeit müssen für solche Anwendungen daher Annahmen, die auf dem schlimmsten aller möglichen Fälle basieren, gemacht werden, wie z. B. einen bewegten Laserstrahl als ortsfest anzunehmen. Das führt jedoch zu unnötig tiefen Grenzwerten, die der Entwicklung neuer Laserprodukte hinderlich sind oder diese gar unmöglich machen. Es wurden thermische, durch Laser verursachte Schädigungsschwellwerte an Rindernetzhäuten experimentell für Einzelpulse, Mehrfachpulse und gescannte Bestrahlungen bei Wellenlängen von 532 nm und 1090 nm durchgeführt. Dabei variieren die Strahldurchmesser zwischen 23 mym und 2 mm, die Bestrahlungsdauern zwischen 100 mys und 2 s. Diese experimentellen Werte bilden dann die Basis zur Kalibrierung mathematischer Modelle, um die Gefährlichkeit von komplexen Laserstrahlverteilungen zu berechnen. Die experimentellen Einzelpulse für thermische Schädigung zeigen einen bisher unbekannten Verlauf des Zusammenhangs zwischen Bestrahlungsdauer und Schwellwert in Zeitbereichen zwischen 100 mys und 2 s, der in aktuellen Lasersicherheitsnormen nicht berücksichtigt ist. Weiters wurden zum ersten Mal in systematischer Weise die experimentellen Grenzwerte für gescannte Bestrahlungen ermittelt. Die durch die Einzelpulsschwellwerte kalibrierten mathematischen Modelle sagen die Schwellwerte für Mehrfachpulse und gescannte Bestrahlungen mit hinreichender Genauigkeit voraus.
Since the invention of the ruby laser in 1960, the potential hazard of laser radiation to the retina in the wavelength regime from UV to near IR and for exposure durations ranging from femtoseconds to seconds has been extensively studied. Based upon these investigations, laser safety standards have been established by international committees. Most of the available data for laser-induced injury stem from experiments on a limited number of living animals and only little data are available from human volunteers or laser-based accidents, therefore the maximum permissible value for exposure to laser radiation set in standards, for certain parameter ranges, are rather based on estimates rather than derived from experimental evidence. Today, evaluation of the risk due to irradiation of the retina by lasers is of increased importance. Because damage data resulting from animal experiments exist for single and repetitive pulses only, complex laser applications are not accounted for in standards. At present, worst-case assumptions have to be made for such irradiations. In this thesis the thresholds for thermal damage of ex-vivo bovine retinas are experimentally determined for single, multiple, and scanned exposures at wavelengths of 532 nm and 1090 nm. The beam diameters incident on the retina vary between 23 mym and 2 mm, the exposure durations range from 100 mys to 2 s. Moreover, the experimental data provide a calibration basis for mathematical models to calculate the hazard of complex laser beam distributions. The single pulse exposures have shown a previously unknown behaviour of the dependence of thermal damage thresholds on exposure durations in the time regime between 100 mys to 2 s, which is not accounted for in current exposure limits. Moreover, experimental thermal threshold data for scanned laser exposure have been collected systematically for the first time ever. When the mathematical models are calibrated with the single pulse exposure data, experimental thermal damage thresholds for multiple pulse exposures and scanned exposures are in good accordance with calculated data.