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Verbessertes Messverfahren zur Bestimmung der Schwächungseigenschaften von Röntgenschutzkleidung

15.01.2007

Strahlenschutzkleidungen in der medizinischen Röntgendiagnostik sind z.B. Strahlenschutzschürzen und Strahlenschutzhandschuhe. Sie dienen hauptsächlich dem Schutz des im Kontrollbereich befindlichen Personals. Strahlenschutzmittel zum Schutz der Gonaden des Patienten sind z.B. Gonadenschutzschürzen, Hodenschutz und Ovarienschutz. Diese werden während der radiologischen Untersuchung benutzt, um die Auswirkungen der Bestrahlung auf die Fortpflanzungsorgane, insbesondere im Hinblick auf eine Schädigung des Erbgutes, auf ein Minimum zu reduzieren.

Anforderungen an Schutzkleidung und Gonadenschutz sind in der Norm DIN EN 61331-3 [1] festgelegt. Eine wichtige Anforderung betrifft die Schwächungseigenschaften der verwendeten Materialien, die als Schwächungsgleichwert für Blei (kurz „Bleigleichwert“) angegeben wird. Die Verfahren zur Bestimmung von Schwächungseigenschaften von Materialien sind in der Norm DIN EN 61331-1 [2] festgelegt. Hier ist der Bleigleichwert, ausgedrückt in mm Blei, über die Schwächung in der „Geometrie des schmalen Strahlenbündels“ (siehe Abbildung, oben) definiert. Dabei wird die aus dem Testobjekt austretende Streu- und Fluoreszenzstrahlung von der Messkammer nicht mit erfasst.

Eder et al. [3] haben gezeigt, dass der so gemessene Bleigleichwert für die Beurteilung der Schutzwirkung bleifreier oder -reduzierter Röntgenschutzkleidung nicht geeignet ist. Das liegt daran, dass der Träger von Schutzkleidung auch der Fluoreszenz- und Streustrahlung des Schutzmaterials ausgesetzt ist, deren Anteil an der Durchlassstrahlung bei bleifreien Materialien im Vergleich zu Blei deutlich unterschiedlich sein kann, auch wenn der Bleigleichwert identisch ist. Bleifreie oder bleiarme Materialien werden von vielen Herstellern mit dem Argument auf den Markt gebracht, dass diese weniger Gewicht haben und daher leichter zu tragen sind.

Um einen möglichen Schaden von Anwendern der Schutzkleidung abzuwenden, hat ein Arbeitskreis des Normenausschusses Radiologie in Zusammenarbeit mit der PTB und dem Bayerischen Landesamt für Arbeitsschutz, Arbeitsmedizin und Sicherheitstechnik (LfAS) den Entwurf der Norm DIN 6813-1 [4] erarbeitet. Hier ist festgelegt, dass der Bleigleichwert zur Kennzeichnung der Schwächungseigenschaften von bleifreier oder bleireduzierter Schutzkleidung in der „Geometrie des breiten Strahlenbündels“ (siehe Abbildung, Mitte) gemessen werden muss. In dieser Messanordnung wird auch die Streu- und Fluoreszenzstrahlung aus dem Testobjekt von der Messkammer mit erfasst. Leider hat die konventionelle Messanordnung im breiten Strahlenbündel viele Nachteile in der praktischen Umsetzung: Um ein breites (gefordert sind mindestens 30 x 30 cm2) und möglichst homogenes Strahlenfeld zu haben, ist ein großer Abstand vom Fokus der Röntgenröhre (> 2 m) erforderlich. Dadurch erniedrigt sich aber die Dosisleistung und damit auch das Signal der Messkammer. Als Messkammer kommen nur kugelförmige Ionisationskammern in Frage, weil nur diese die notwendigen Eigenschaften bezüglich des Dosis-Ansprechvermögens als Funktion der Photonenenergie und des Einfallwinkels besitzen. Dem Messprinzip entsprechend sollte die Ausdehnung der Kammer und damit das Messvolumen nicht zu groß sein. Daher ist das Ansprechvermögen oft sehr klein und damit auch das Signal zu Untergrund Verhältnis. Ein weiterer Nachteil sind die erforderlichen großen Testobjekte, die mindestens eine Ausdehnung von 30 x 30 cm2 haben sollten.

Die PTB hat deshalb eine alternative Messanordnung entwickelt, die so genannte „inverse Breitstrahlgeometrie“ (siehe Abbildung, unten). Dabei verwendet man statt eines breiten Strahlenbündels und eines kleinen Detektors ein schmales Strahlenbündel und einen großen Detektor. Diese Anordnung liefert prinzipiell die gleichen Messergebnisse wie die konventionelle Breitstrahlgeometrie, ist aber in der Praxis viel einfacher zu realisieren. So kann man den Röntgenstrahl relativ nah an der Quelle (< 1 m) schmal ausblenden (< 5 cm) und kommt mit entsprechend kleinen Testobjekten aus. Die erforderliche flache, großflächige Messkammer musste nicht neu gebaut werden , sondern es wurden die aus der Röntgendiagnostik wohl bekannten Dosisflächenproduktkammern verwendet. Da die Messkammer relativ nahe am Fokus aufgebaut werden kann, gibt es keine Probleme mit zu kleinen Signalen. Die große Flachkammer erfasst nahezu alle aus dem Testobjekt austretenden Photonen. Die Richtigkeit der Messmethode wurde in der PTB durch Vergleich von Messungen mit Monte Carlo Simulationen für verschiedene Materialien (Blei, Zinn und Kupfer) und Strahlungsqualitäten (40 kV bis 150 kV) geprüft. Das LfAS hatte bislang ihre Messungen in der konventionellen Breitstrahlgeometrie durchgeführt. Auf Vorschlag der PTB realisierte das LfAS auch die inverse Breitstrahlgeometrie. Ein Vergleich der beiden Methoden für verschiedene Materialien, die in der Praxis für Schutzkleidung verwendet werden, führte innerhalb der Unsicherheiten zu identischen Resultaten.

Abb.: Verschiedene Messanordnungen zur Messung von Schwächungseigenschaften von Materialien:
Oben: Messanordnung in der „Geometrie des schmalen Strahlenbündels“.
Mitte: Messanordnung in der „Geometrie des breiten Strahlenbündels“.
Unten: Messanordnung in der „Geometrie des inversen Breistrahlenbündels“.

Literatur:

  1. DIN EN 61331-3:2002:
    Strahlenschutz in der medizinischen Röntgendiagnostik - Teil 3: Schutzkleidung und Gonadenschutz.
  2. DIN EN 61331-1:2005:
    Strahlenschutz in der medizinischen Röntgendiagnostik - Teil 1: Bestimmung von Schwächungseigenschaften von Materialien.
  3. H. Eder, W. Panzer, H. Schöfer:
    Ist der Bleigleichwert zur Beurteilung der Schutzwirkung bleifreier Röntgenschutzkleidung geeignet?,
    Fortschr Röntgenstr 2005; 177: 399-404
  4. E DIN 6813-1:
    Strahlenschutzzubehör bei medizinischer Anwendung von Röntgenstrahlen bis 300 kV - Teil 1: Bestimmung der Schwächungseigenschaften von bleifreier oder bleireduzierter Schutzkleidung, Entwurf vom August 2006