Mögliche Gefährdungen des Auges durch Licht ophthalmologischer Geräte

Zusammenfassung

Motiviert durch zahlreiche Befunde über die für den Fundus schädigende Wirkung intensiver Lichteinstrahlung haben wir die spektralen Strahlungsleistungen verschiedener ophthalmologischer Beleuchtungseinrichtungen gemessen und daraus die spektrale retinale Bestrahlungsstärke berechnet. Um abzuschätzen, ob eine Gefährdung durch thermische Effekte vorliegt, wurden die aus den Bestrahlungen am Augenhintergrund resultierenden Temperaturerhöhungen berechnet. Ein Maß für den biologischen Schaden ist die Anzahl der denaturierten Moleküle, die über das sogenannte Arrhenius-Integral mit der Temperaturerhöhung und ihrer Zeitdauer (im wesentlichen gleich der Beleuchtungsdauer) verknüpft ist. Mit Hilfe dieser Größe haben wir die Beleuchtungen ophthalmologischer Geräte mit experimentell ermittelten thermischen Schädigungsschwellwerten verglichen. Zur Abschätzung der Gefährdung durch photochemische Effekte wurde die spektrale retinale Bestrahlungsstärke mit Schädigungsschwellen für photochemisch induzierte Läsionen verglichen. Außerdem ist die Beleuchtung der Geräte mit Sicherheitsrichtlinien korreliert worden, die ebenfalls zwischen thermischen und photochemischen Effekten unterscheiden. In ungünstigen Fällen können Operationsmikroskope eine Gefährdung des Patientenauges durch thermische Effekte darstellen. Andere Geräte sind bei gebräuchlicher Anwendung unbedenklich bezüglich ihrer thermischen Wirkung. Eine ähnliche Beurteilung ergibt sich für die Abschätzung der Gefährdung durch photochemische Effekte. Diese Gefährdung ließe sich durch die Reduzierung des kurzwelligen Blaulichtanteils wesentlich vermindern. Die nach den Sicherheitsrichtlinien maximal erlaubten Expositionszeiten sind qualitativ sowohl mit unseren thermischen Berechnungen als auch mit den Abschätzungen der Gefährdung durch Vergleich der retinalen Bestrahlungsstärke mit Schwellen für photochemisch induzierte Läsionen konsistent. Quantitativ zeigt sich jedoch, dass die Sicherheitsrichtlinien die thermische Gefährdung sehr konservativ abschätzen, so dass ophthalmologische Beleuchtungen die erlaubten Grenzwerte im Routinebetrieb zum Teil drastisch überschreiten.

Summary

Motivated by numerous findings of the damaging effect of intense light levels on the fundus we measured the spectral radiation of several ophthalmic illuminations and used it to calculate from it the spectral retinal irradiance. To evaluate the thermal hazard, we calculated the resulting temperature rise at the fundus. A measure for biological damage is the percentage of denaturated molecules, which is related to the temperature rise and its duration (essentially identical to the duration of illumination) by the so-called Arrhenius-integral. We used this measure to compare any illumination with experimentally evaluated threshold values for thermal damage. To evaluate the photochemical hazard we compared the spectral retinal irradiance with threshold values for photochemical induced lesions. Furthermore the illuminations were correlated with safety-guidelines likewise distinguishing between thermal and photochemical hazard. Under adverse conditions operation microscopes can present a thermal hazard to the patient's eye. Other ophthalmic illuminations are of less concern in this respect. A similar estimation applies to hazard from photochemical effects. The photochemical hazard can be diminished essentially by reducing the short-wavelength bluelight. Qualitatively, maximal permissible exposures according to safety guidelines are consistent with our thermal calculations as well as with photochemical hazard evalution by comparing spectral retinal light levels with threshold irradiance for photochemical induced lesions. However, since quantitatively safety guidelines estimate the thermal hazard very conservatively, many common ophthalmic illuminations exceed the exposure limits, in some cases even drastically.