CN101137285A - 用于医用x射线防护的复合屏蔽材料 - Google Patents
用于医用x射线防护的复合屏蔽材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，由射线吸收物质和载体材料所构成，其中所述射线吸收物质包括混合镧系元素、钨、铋、锡和/或锑，所述镧系元素是指由天然矿石中提取的，可以是氧化物或其形式化合物，所述钨、铋、锡和/或锑可以是其金属粉末，也可以是其它形式化合物，所述载体材料可以是天然橡胶或人工橡胶、热塑性弹性体，也可以是塑料。本发明提供的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，具有防护性能优良、重量轻、无毒、无污染、成本低等优点，其不仅克服了使用单一元素钡或铋带来的缺陷，且克服了镧系元素加钨技术中对低能和高能X射线吸收时铅当量降低的缺陷，使无铅防护产品适用的管电压范围更宽。
Description
技术领域
本发明涉及医用X射线防护领域，特别是涉及一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料。
背景技术
众所周知，在现代医学中，X射线影像技术占有越来越重要的地位。X射线的使用一方面给医学诊断和治疗带来了极大的利益，同时也给受照的医务工作者和病人的健康带来了损害，因此必须加强防护。
我国传统的X射线防护产品为铅防护用品，在过去长时间为X射线防护做出了重要贡献，但由于其重量较重(6～8kg)，增加了穿戴该产品的工作人员的身体负荷，更由于铅为剧毒化学物质，铅的使用给生产工人的健康带来严重威胁，并且其废弃物将严重污染环境，因此这种产品必将被淘汰。
从上世纪70年代起，无铅防护材料的研究工作已开展。近年来，无铅防护产品已相继问世，并展现出明显的优越性。比较典型的是美国开发的以钡为主的防护产品，欧洲开发的以铋为主的防护产品和中国开发的以镧系元素加钨为主的无铅防护产品。然而，经申请人悉心研究发现，上述无铅防护产品仍存在着固有的缺点。首先，在使用钡的产品中，钡化学形态的选择比较困难：如果使用化学性稳定且无毒的硫酸钡，其对防辐射作用很小的硫酸根部份所占重量百分比较大，不利于降低产品重量；如果选用钡的其它化学形态，如氧化物、氯化物、碳酸钡等，则钡表现出很强毒性，不利于安全生产、安全使用及环境保护；另外，使用铋产品的主要缺点是生产成本较高，不利于广泛使用；再者，使用镧系元素加钨的产品，无论在无毒、重量轻、价廉等方面都有优越性，但该产品的铅当量对产生X射线的管电压有较大依赖性，具体表现为，当管电压为100KV时，其铅当量值最高；当管电压较低(如做心脏介入时使用的70KV)和较高(如做CT检查时使用的150KV)时，铅当量均有所下降，这就影响了该产品重量轻优势的更好发挥。
发明内容
鉴于以上缺陷，本发明的主要目的在于提供一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，该复合屏蔽材料克服了上述缺陷，具有防护性能优良、重量轻、无毒、无污染、成本低等优点。
为了达到上述目的，本发明提供的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，由射线吸收物质和载体材料所构成，其中所述射线吸收物质包括混合镧系元素、钨、铋、锡和/或锑。
本发明提供的一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料包括以下组分，其中各组份的重量百分比含量如下：
混合镧系元素：30～70％；
钨： 1～40％；
铋： 0～30％；
锡： 0.1～20％；
载体材料： 15～20％。
本发明提供的另一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料包括以下组分，其中各组份的重量百分比含量如下：
混合镧系元素：30～70％；
钨： 1～40％；
铋： 0.1～30％；
锡： 0～20％；
载体材料：15～20％。
其中，所述镧系元素是指由天然矿石中提取的，由元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的混合物，可以是氧化物或其它形式化合物，如氢氧化物、氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐等；
所述锡可由锑替换，或者为锡和锑的混合物；
所述钨、铋、锡和/或锑可以是其金属粉末，也可以是其它形式化合物；
所述载体材料可以是天然橡胶或人工橡胶、热塑性弹性体，也可以是塑料，其中塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚胺酯等，为了最大限度地减轻屏蔽材料的重量，载体材料的用量应控制在可以保持屏蔽材料具有所需物理性能前提下的最小用量。
射线吸收物质对X射线的吸收主要依赖于X射线光子与射线吸收物质的核外电子，尤其是最里层的K层电子的光电作用，即光子与核外电子作用时将其全部能量转移给电子，光子自身则消失，吸收了光子能量后的电子摆脱原子核的束缚，变成自由电子。当自由电子返回基态时，其剩余能量或以热辐射，或以对机体损伤作用已大为降低的次级辐射形式积放，从而达到防护X射线的目的。
射线吸收物质吸收X射线能力的大小主要取决于它的K层吸收边的位置，即它应处于所吸收射线的能量范围内。当X射线的能量等于或略大于某一吸收物质的K层吸收边，则这一吸收物质对该种能量的X射线光子的吸收能力最强，随着X射线能量增加，其吸收能力迅速下降。这意味着对某一核外电子，其有效吸收的X射线的能量范围十分狭窄的。然而诊断X射线有一个连续谱，分怖从20keV直至100keV，因此用单一元素不能很好地完成防护任务，而需要使用多种元素，这些元素的K层吸收边最好在20keV至100keV之间均匀间隔分怖，从而达到最佳防护效果。事实上，K层吸收边处于这一区间的元素，由于其化学毒性，化学稳定性及市场价格等因素的影响，不可能按理论计真的理想方式选择，只能按尽可能合理的方式选择。
对于这一能量范围的低能X射线部份，选用元素锡(K层吸收边为29.19keV)和/或锑(K层吸收边为30.49keV)最好，对于中能X射线，选用稀土元素最佳，因为稀土元素从镧(K层吸收边为38.9keV)到镥(K层吸收边为63.3keV)均处于最佳吸收位置。考虑到镧系元素彼此间化学性质十分相似，将它们逐个分离成体较高，从商业价值上无法承受，只能使用未将其各个元素逐一分离的镧系元素混合物或只进行了成本较低的部份分离的混合物。然而天然的镧系元素混合物中，原子数较高的元素相对是较低，为了弥补这一不足，选用了元素钨(K层吸收边为69.51keV)作为补充。另外上述混合物对能量在80keV及以上的X射线能力也较弱，故增加元素铋(K层吸收边为90.52keV)，以弥补以上不足。
另外，本发明提供的一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中一种优选配方(以重量百分比含量计算)包括以下组分：
混合镧系元素： 50％；
钨： 15％；
铋： 10％；
锡： 10％；
塑料： 15％。
本发明提供的一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中另一种优选配方(以重量百分比含量计算)包括以下组分：
混合镧系元素：45％；
钨： 20％；
铋： 15％；
锑： 5％；
橡胶： 15％。
本发明提供的一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中再一种优选配方(以重量百分比含量计算)包括以下组分：
混合镧系元素：48％；
钨： 20％；
铋： 10％；
锡： 2％；
锑： 5％；
橡胶： 15％。
本发明提供的一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中再一种优选配方(以重量百分比含量计算)包括以下组分：
混合镧系元素： 45％；
钨： 10％；
铋： 30％；
橡胶： 15％。
本发明提供的一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中再一种优选配方(以重量百分比含量计算)包括以下组分：
混合镧系元素： 50％；
钨： 20％；
锑： 15％；
橡胶： 15％。
综上所述，本发明提供的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，具有防护性能优良、重量轻、无毒、无污染、成本低等优点，其不仅克服了使用单一元素钡或铋带来的缺陷，且克服了镧系元素加钨技术中对低能和高能X射线吸收时铅当量降低的缺陷，使无铅防护产品适用的管电压范围更宽，其实际效果是，对70KV(心脏介入时使用的管电压)和150KV(做CT检查时使用的管电压)产生的X射线的防护效果，本发明提供的复合屏蔽材料比镧系元素+钨产品的铅当量高约10％。
具体实施方式
实施例1
一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中各组分的重量百分含量如下：
混合镧系元素： 50％；
钨： 15％；
铋： 10％；
锡： 10％；
塑料： 15％。
这种复合屏蔽材料适用的管电压范围较宽，从60keV至150keV，适合于各类X射线检查的屏蔽。
实施例2
一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中各组分的重量百分含量如下：
混合镧系元素： 45％；
钨： 20％；
铋： 15％；
锑： 5％；
橡胶： 15％。
这种复合屏蔽材料适用的管电压范围较宽，从60keV至150keV，适合于各类X射线检查的屏蔽。
实施例3
一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中各组分的重量百分含量如下：
混合镧系元素：48％；
钨： 20％；
铋： 10％；
锡： 2％；
锑： 5％；
橡胶： 15％。
这种复合屏蔽材料适用的管电压范围较宽，从60keV至150keV，适合于各类X射线检查的屏蔽。
实施例4
一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中各组分的重量百分含量如下：
混合镧系元素： 45％；
钨： 10％；
铋： 30％；
橡胶： 15％。
这种复合屏蔽材料主要适用于高KV检查(如CT检查)时X射线的防护。
实施例5
一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其中各组分的重量百分含量如下：
混合镧系元素：50％；
钨： 20％；
锑： 15％；
橡胶： 15％。
这种复合屏蔽材料主要适用于低KV检查(如心脏介入)时X射线的防护。
以上已对其发明内容作了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都不会超出本申请所附权利要求的保护范围。
Claims (17)
1.一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分比含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：30～70％；
钨：1～40％；
铋：0～30％；
锡：0.1～20％；
载体材料：15～20％。
2.根据权利要求1所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述混合镧系元素是指由天然矿石中提取的，其化学形态是氧化物、氢氧化物、氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐中任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述混合镧系元素为镧系元素之间未经分离的混合物或只进行了部份分离的混合物。
4.根据权利要求1所述用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述钨、铋、锡的化学形态是其金属单质或其化合物。
5.根据权利要求1所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述载体材料是天然橡胶、人工橡胶、热塑性弹性体、塑料中任意一种。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：50％；
钨：15％；
铋：10％；
锡：10％；
塑料：15％。
7.根据权利要求1所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述锡由锑或锡和锑的混合物代替。
8.根据权利要求7所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：45％；
钨：20％；
铋：15％；
锑：5％；
橡胶：15％。
9.根据权利要求7所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：50％；
钨：20％；
锑：15％；
橡胶：15％。
10.根据权利要求7所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：48％；
钨：20％；
铋：10％；
锡：2％；
锑：5％；
橡胶：1 5％。
11.一种用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分比含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：30～70％；
钨：1～40％；
铋：0.1～30％：
锡：0～20％；
载体材料：15～20％。
12.根据权利要求11所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述混合镧系元素是指由天然矿石中提取的，其化学形态是氧化物、氢氧化物、氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、草酸盐中任意一种或几种。
13.根据权利要求11所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述混合镧系元素为镧系元素之间未经分离的混合物或只进行了部份分离的混合物。
14.根据权利要求11所述用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述钨、铋、锡的化学形态是其金属单质或其化合物。
15.根据权利要求11所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述载体材料是天然橡胶、人工橡胶、热塑性弹性体、塑料中任意一种。
16.根据权利要求11-15任意一项所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，以重量百分含量计算包括以下组分：
混合镧系元素：45％；
钨：10％；
铋：30％；
橡胶：15％。
17.根据权利要求11所述的用于医用X射线防护的复合屏蔽材料，其特征在于，所述锡由锑或锡和锑的混合物代替。
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