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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein geschichtetes Röntgen- bzw.
Strahlenschutzmaterial und insbesondere ein Strahlenschutzmaterial,
bei dem eine Sekundärstrahlenschicht
mit einem Niedrig-Z-Strahlenschutzmaterial und eine Sperrschicht
mit einem Hoch-Z-Strahlenschutzmaterial vorgesehen ist.
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Strahlenschutzmaterialien
mit Sekundärstrahlenschicht
mit einem Niedrig-Z-Strahlenschutzmaterial und
einer Sperrschicht mit einem Hoch-Z-Strahlenschutzmaterial sind
aus WO 2005/024846 A1, WO 2005/023 116 A1 und
DE 10 10 666 A1 bekannt,
werden aber in der Praxis noch nicht eingesetzt.
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Strahlenschutzmaterialien
werden in der Medizintechnik zum Schutz der behandelnden Ärzte, aber auch
zum Schutz von nicht zu bestrahlenden Körperstellen der zu durchleuchtenden
Patienten verwendet. Typisches Einsatzgebiet dabei sind zum einen
Schutzschürzen,
die in erster Linie von den Ärzten
und medizinischem Personal getragen werden, sowie Teilkörperschutzausrüstung, wie
beispielsweise Handschuhe, Kopfschutz, Schilddrüsenschutz, Gonadenschutz, Ovarienschutz.
Insbesondere die drei letzteren dienen dem Schutz von nicht zu exponierenden
Körperteilen
der zu durchleuchtenden Patienten. Hinzu kommen ortsfeste Schutzeinrichtungen,
die sich in unmittelbarer Nähe
des Patienten bzw. des Untersuchers befinden, wie Strahlenschutzvorhänge und
-schutzschilde an Röntgengeräten.
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Konventionelle
Strahlenschutzkleidung im Medizinbereich enthält meistens Blei oder Bleioxid
als Schutzmaterial. Die Verwendung von Blei hat Nachteile hinsichtlich
der sich aus der Toxizität
ergebenden Umweltbelastung und hinsichtlich des relativ hohen Gewichts.
Deshalb werden in jüngster
Zeit verstärkt
Anstrengungen unternommen, bleifreies Strahlenschutzmaterial und
damit einhergehend bleifreie Strahlenschutzkleidung verfügbar zu
machen. Derartige Strahlenschutzmaterialien sollten in dem Energiebereich
einer Röntgenröhre mit
einer Spannung von 60 bis 125 kV ausreichende Absorptionseigenschaften
besitzen. Dabei werden die Absorptionseigenschaften des jeweiligen
Strahlenschutzmaterials durch einen Schwächungsgleichwert oder einen
Schwächungsfaktor,
z. B. in der Form des Pb-Schwächungsgleichwertes
(kurz: Bleigleichwert) ausgedrückt
(International Standard IEC 61331-1, protective devices against
diagnostic medical X-radiation). Die in dem bleifreien Strahlenschutzmaterialien
verwendeten Elemente haben eine von Blei teilweise eine sehr stark
abweichende Abhängigkeit
der Absorption von der Strahlenenergie. Dazu kommt, dass manche
der zu Absorptionszwecken verwendeten Elemente zwar in dem einschlägigen Energiebereich
eine ausreichende Absorption besitzen, jedoch einen Teil der absorbierten
Energie räumlich
verteilt als Röntgen-Fluoreszenzstrahlung
aus dem Bleifrei-Strahlenschutzmaterial wieder abgestrahlt wird.
Die Röntgen-Fluoreszenzstrahlung,
die klassische Streustrahlung und die Comptonstreuung werden gemeinsam
als Sekundärstrahlung
bezeichnet. Die Röntgen-Fluoreszenzstrahlung
stellt einen erheblichen Anteil der Sekundärstrahlung. Um auf die Sekundärstrahlung
abzuschirmen, werden häufig
Kombinationen unterschiedlicher Elemente verwendet, um das Absorptionsverhalten
von Blei nachzubilden. Wie sich gezeigt hat, haben die bisher auf
dem Markt befindlichen bleifreien Strahlenschutzmaterialien kaum
einen Gewichtsvorteil gegenüber
Blei. Ein geringeres Gewicht bei gleicher Schwächungswirkung ergibt sich erst
bei einem Aufbau aus Sekundärstrahlenschicht
und Sperrschicht, wobei die Sekundärstrahlung, die hauptsächlich aus
Röntgen-Fluoreszenzstrahlung
(charakteristischer Röntgenstrahlung)
besteht, durch die Sperrschicht wirksam abgeschirmt wird, so dass
sie nicht aus dem Schutzmaterial entweichen kann. Erst unter dieser
Voraussetzung ist es möglich
einen Gewichtsvorteil von maximal etwa 20% gegenüber Blei zu erzielen. Insbesondere
dient die Sperrschicht dazu, die Sekundärstrahlung, insbesondere den
hohen Anteil an Röntgen-Fluoreszenzstrahlung,
die in der Sekundärstrahlenschicht
bei der Absorption insbesondere niedrig-energetischer Röntgenstrahlung
entsteht, zu absorbieren. Weil Sekundärstrahlung bzw. Fluoreszenzstrahlung
von der Sekundärstrahlungsschicht
im Wesentlichen gleich verteilt in alle Richtungen abgestrahlt wird,
ist die Sperrschicht bei Strahlenschutzkleidung körpernah vorgesehen,
während
die Sekundärstrahlungsschicht
als die körperferne
Schicht vorgesehen ist.
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Röntgen- bzw.
Strahlenschutzbekleidung wird generell – je nach Anwendungsfall – in verschiedenen Schutzklassen
vorgesehen, z. B. 0,25 mm, 0,35 mm, 0,50, 1,0 mm Pb Nennwert, wobei
schon vorgeschlagen wurde, Strahlenschutzmaterial mit diesen unterschiedlichen
Schutzwerten durch die Kombination von Einzelschichten aufzubauen,
um eine einfache Herstellung zu gewährleisten.
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Ein
bisher wenig beachtetes Problem ist die Tatsache, dass bei einem
Strahlenschutzmaterial mit einer körpernahen Sperrschicht und
einer körperfernen
Sekundärstrahlenschicht
lediglich die auf den Körper des
Untersuchers gerichtete Sekundärstrahlung
von der Sperrschicht absorbiert wird. Das ist für normale Röntgenuntersuchungen ausreichend,
da hier der Patient, während
die Aufnahme erfolgt, generell alleine ist. Problematischer ist
das beispielsweise bei einer Operation, bei der der Patient regelmäßig oder
kontinuierlich geröntgt
wird und dabei der Operateur und/oder weiteres medizinisches Hilfspersonal
sich sehr nahe bei dem Patienten aufhält. Das medizinische Personal
ist durch die Röntgenschutzschürzen, die
jeder von ihnen trägt, relativ
gut geschützt.
Anders sieht das bei dem Patienten aus, der zusätzlich zu der normalen Röntgendosis die
zusätzliche
Dosis der Sekundärstrahlung,
die von der Strahlenschutzkleidung des medizinischen Personals abgestrahlt
wird, abbekommt. Diesem Problem wurde bisher keine oder wenig Aufmerksamkeit
geschenkt.
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Entsprechend
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strahlenschutzmaterial
bereitzustellen, welches insbesondere unterschiedliche Klassen,
z. B. Schutz von 0,25, 0,35 und 0,50 mm Pb Nennwert, relativ einfach
hergestellt werden kann und die nach beiden Seiten – sowohl
zum Untersucher als auch zum Patienten – hin ausgehende Sekundärstrahlung
in einem erheblichen Maße
absorbiert.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe von einem mehrfach geschichteten, bleifreien Strahlenschutzmaterial
gelöst,
welches mindestens zwei Einzelverbundschichten aufweist, wobei jede
Einzelverbundschicht eine Sekundärstrahlenschicht
mit einem Niedrig-Z-Strahlenschutzmaterial und eine Sperrschicht
mit einem Hoch-Z-Strahlenschutzmaterial aufweist, und wobei die
Einzelverbundschichten in dem Strahlenschutzmaterial derart angeordnet
sind, dass an den beiden Oberflächen
des Strahlenschutzmaterials jeweils eine Sperrschicht ange ordnet
ist und die jeweilige Sekundärstrahlungsschicht
von der Oberfläche
beabstandet angeordnet ist. Mit anderen Worten liegen die Sekundärstrahlenschichten
im Inneren des Strahlenschutzmaterials, während die Sperrschichten jeweils
eine an einer Oberfläche
angeordnet sind bzw. zur Oberfläche
hin orientiert sind.
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Bei
einem solchen Material wird die in das Schutzmaterial eindringende
Röntgenstrahlung
besonders effektiv von der Sekundärstrahlenschicht absorbiert,
die im Inneren des Bleifrei-Strahlenschutzmaterials angeordnet ist.
Die sich bei diesem Absorbieren bildende Sekundärstrahlung kann jedoch nicht
aus dem Strahlenschutzmaterial austreten, da an den beiden Oberflächen jeweils
eine Sperrschicht vorgesehen ist. Dabei bringt der erfindungsgemäße Schichtaufbau
aus mindestens zwei Einzelverbundschichten erhebliche Herstellungsvorteile.
So kann insbesondere aus einem einzigen derartigen Einzelverbundschichtmaterial
ein Strahlenschutzmaterial mit den gewünschten Schutzwerten hergestellt
werden, indem nämlich
zwei derartige Schichten ein Strahlenschutzmaterial mit 0,25 mm
Pb Nennwert bilden, drei derartige Einzelverbundschichten ein Strahlenschutzmaterial
mit dem Schutzwert von 0,35 mm Pb Nennwert bilden und vier Einzelverbundschichten Strahlenschutzmaterial
mit einem Schutzwert von 0,50 mm Nennwert bilden. Die Einzelverbundschichten
können
dabei entweder gleich bei der Herstellung zu dem geschichteten Strahlenschutzmaterial
mit dem gewünschten
Schutzwert weiter verarbeitet werden, beispielsweise durch Falten
und/oder Kleben. Alternativ ist es auch möglich, die Schichtenfolge aus
den Einzelverbundschichten erst bei der Herstellung der Strahlenschutzbekleidung
herzustellen. Die Schichtenfolge kann durch Kleben verbunden werden.
Es ist auch möglich, die
einzelnen Schichten miteinander zu vernähen. Eine weitere Verbindungsmöglichkeit
ist, die einzelnen Schichten in einer gemeinsamen Hülle vorzusehen.
So ist es beispielsweise möglich,
einen "Beutel" aus einem geeigneten
Material, beispielsweise Textilmaterial oder PVC vorzusehen, und
die Schichten in diesen Beutel zu "versenken". Die einzelnen Schichten hängen dann
wie ein Vorhang in dem Beutel. Eine derartige Anordnung hat den
Vorteil, dass die Schichten nicht miteinander verklebt werden müssen, sondern
lose aneinander hängen,
was zu einer deutlich geringeren Steifigkeit führt, als wenn die Schichten
miteinander verklebt wären. Der
Beutel und/oder die einzelnen Schichten können miteinander vernäht werden,
beispielsweise kann eine Randvernähung vorgesehen sein. Es ist
auch möglich,
die einzelnen Schichten miteinander zu verschweißen. Auch hier ist eine Randverschweißung möglich. Anstelle
eines bis auf eine Öffnung
im Wesentlichen vollständig
verschlossenen Beutels können
auch eine innere und eine äußere Deckschicht
vorgesehen sein, die mit den einzelnen Zwischenschichten verbunden
sind, beispielsweise durch Vernähen
oder Verschweißen.
Andere Verbindungsmöglichkeiten
können
vorgesehen sein.
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Ein
Nachteil bei dem Aufbau des Strahlenschutzmaterials aus lose aufeinander
liegenden Einzelschichten ist deren Anfälligkeit für mechanische Beschädigungen.
So hat sich herausgestellt, dass es beispielsweise bei Schürzen an
Knickstellen oder typischen Kontaktstellen, an denen der Nutzer
häufig
Kontakt beispielsweise mit Tischkanten hat, das Strahlenschutzmaterial
abgerieben wird. Das trifft insbesondere beim Aufbau aus mehrlagigen
Einzelschichten, generell aber auch für Strahlenschutzmaterialien
zu, die lediglich aus einer dicken Schicht hergestellt sind. Es
ist deshalb bevorzugt, mindestens an einer Seite einer Schicht aus
Strahlenschutzmaterial eine Gleitschicht vorzusehen. Die Gleitschicht
kann als eine separate Lage vorgesehen sein. Die Gleitschicht kann
auch integral mit der Schicht aus Strahlenschutzmaterial ausgebildet
sein. So kann im letzteren Fall beispielsweise eine dünne Teflonauflage
auf der Schicht aus Strahlenschutzmaterial vorgesehen sein. Insbesondere
ist es günstig,
bei mehreren Einzelschichten zwischen den Einzelschichten gleitfördernde
Zwischenschichten vorzusehen. Diese Zwischenschichten können aus
dem schon genannten Teflonmaterial sowohl separat als auch, wie
vorangehend ausgeführt,
als eine zusätzliche
Schicht auf dem Bleifrei-Material aufgebracht sein. Andererseits
kann auch ein Fasermaterial, beispielsweise Glasseide, die es in
hauchdünnen
Lagen gibt, als gleitfördernde
Zwischenschicht verwendet werden. Insbesondere bei der oben genannten
Herstellung im "Beutel" ist es relativ einfach
möglich,
solche Zwischenlagen miteinzubringen. Es kann auch möglich sein,
eine Doppel-Zwischenlage vorzusehen, dann reibt zwischen zwei Einzelschichten Zwischenlage
an Zwischenlage, was einen besonders geringen Reibungskoeffizienten
bedeutet. Es ist auch möglich,
den "Beutel" aus einem gleitfördernden
Material herzustellen oder an dessen Innenseite eine Gleitschicht
vorzusehen. Es wird darauf hingewiesen, dass dieses Merkmal der
Gleitschicht für
sich selbst insbesondere ohne alle oder nur einen Teil der Merkmale
des Anspruchs 1 als erfinderisch angesehen wird.
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Vorzugsweise
weist eine Einzelverbundschicht einen Schutzwert von etwa 0,25 mm,
0,20 mm, 0,175 mm oder etwa 0,125 mm Pb Nennwert auf. So kann eine
Einzelverbundschicht, aus der die üblichen Schutzwerte aufgebaut
werden können,
einen Schutzwert von zwischen 0,05 mm Pb bis 0,15 mm Pb Nennwert
aufweisen. Je kleiner der Schutzwert ist, desto dünner und
desto leichter können
die einzelnen Einzelverbundschichten hergestellt werden, und desto
leichter und auch elastischer wird das entsprechende Strahlenschutzkleidungsstück, da die
einzelnen Schichten jeweils eine geringe Steifigkeit aufweisen.
In dem Strahlenschutzmaterial können
die Einzelverbundschichten jeweils im Wesentlichen identisch sein.
Es reicht ein einziger Typ von Einzelverbundschicht, um daraus das
gewünschte
Strahlenschutzmaterial herzustellen. Eine Schutzschürze mit
0,5 mm Pb Nennwert kann zur Erzielung eines hohen Tragekomforts
(Flexibilität)
aus 5 identischen Einzelverbundschichten je 0,100 mm Nennwert aufgebaut
werden. Es können
auch Einzelverbundschichten mit unterschiedlichem Nennwert, z. B.
0,125 und 0,100 mm Pb zum Erreichen eines bestimmten Gesamt-Nennwertes
der Schutzkleidung kombiniert werden. So kann eine Schutzschicht
mit einem Schutzwert von 0,25 mm Pb Nennwert aus zwei Einzelschichten
mit etwa 0,125 mm Pb Nennwert hergestellt sein. Man könnte sich
aber auch z. B. drei Einzelverbundschichten mit einem Schutzwert
von etwas weniger als 0,1 mm Pb Nennwert überlegen. Es ist auch möglich, zwei
Einzelverbundschichten mit einem Schutzwert von etwa 0,1 mm Pb Nennwert
mit einer weiteren Schicht mit 0,05 mm Pb Nennwert zu kombinieren.
Entsprechend könnte man
beispielsweise ein Strahlenschutzmaterial mit einem Schutzwert von
etwa 0,35 mm Pb Nennwert aus zwei Einzelverbundschichten mit jeweils
0,175 mm Pb Nennwert oder aus drei Einzelverbundschichten mit jeweils
0,125 mm Pb Nennwert herstellen. Entsprechend könnte man beispielsweise ein
Strahlenschutzmaterial mit einem Schutzwert von etwa 0,5 mm Pb Nennwert
aus vier Einzelverbundschichten mit jeweils 0,125 mm Pb Nennwert
oder aus zwei Einzelverbundschichten mit jeweils 0,25 mm Pb Nennwert
herstellen. Andere Kombinationen wie beispielsweise einmal 0,25
Pb Nennwert und zweimal 0,125 mm Pb Nennwert sind auch möglich. Man
kann sich auch vorstellen, lediglich an der Außenseite des Strahlenschutzmaterials
Einzelverbundschichten mit Sperrschicht und Sekundärstrahlungsschicht
vorzusehen und zwischen diesen beiden Schichten eine oder mehrere
Einzelschichten, z. B. solche aus Niedrig-Z-Material oder hauptsächlich Niedrig-Z-Material
enthaltende Schichten, mit oder ohne Sperrschicht vorzusehen.
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Eingebaut
in z. B. eine Strahlenschutzkleidung ist an der Außenseite
und/oder der Innenseite des Strahlenschutzmaterials eine Deckschicht,
z. B. ein Textilcover oder PVC, vorgesehen. Die Deckschicht kann mit
einem Hoch-Z-Material, insbesondere an der Innenseite, belegt sein.
Zusätzlich
kann sie – weiter
innen als die Sperrschicht aus Hoch-Z-Material – mit einer Sekundärstrahlungsschicht
belegt sein. Die folgende Sekundärstrahlungsschicht
kann auch separat von der belegten Deckschicht vorgesehen sein und
kann auch eine eigene Verstärkungsschicht
aufweisen. Es können
mehrere solche Sekundärstrahlenschichten
separat oder integral miteinander folgen. In einer solchen Schichtenfolge
kann eine oder mehrere Einzelverbundschicht(en) vorgesehen sein – muss aber
nicht. An der gegenüberliegenden
Oberfläche
kann eine Deckschicht, gegebenenfalls wieder belegt, vorgesehen
sein.
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Vorzugsweise
weist die Einzelverbundschicht eine Verstärkungsschicht auf. Die Verstärkungsschicht kann
zwischen der Sperrschicht und der Sekundärstrahlenschicht angeordnet
sein. Sie kann alternativ auch an einer Seite von Sperrschicht und
Sekundärstrahlenschicht
angeordnet sein. Die Verstärkungsschicht
sollte in ihrer Schichtebene relativ reißfest sein und sich nicht leicht
dehnen können,
um zu vermeiden, dass bei entsprechender Zugbelastung die relativ
dünne Sekundärstrahlenschicht,
aber insbesondere die noch dünnere Sperrschicht
nicht lokal gedehnt und dabei ausgedünnt werden oder im Extremfall
sogar reißen.
Als Verstärkungsschicht
kann ein Folienmaterial vorgesehen sein. Die Verstärkungsschicht
kann ein dünnes,
reißfestes Gewebe
aufweisen. Die Verstärkungsschicht
kann ein Aramid- oder ein Glasfasermaterial aufweisen. Alternativ
können
auch andere Fasermaterialien wie beispielsweise Kunststoff-, Kohlenstoff-
oder Keramikfasern oder Metallfilamente, z. B. Kupfer- oder Wolframfilamente
vorgesehen sein. Aus all diesen Fasern oder Filamenten können Gewebe
hergestellt sein. Ein Material, welches besonders gut geeignet ist,
Röntgenstrahlen
zu absorbieren, wie beispielsweise Kupfer oder insbesondere Wolframmaterial
hat zusätzlich
den Vorteil, dass es einerseits die Absorptionswirkung erhöht und andererseits
gleichzeitig Steifigkeit liefert. Die Metallfilamente und insbesondere
Gewebe aus Metallfilamenten haben den Vorteil, besonderes hohe Festigkeit
zu liefern, aber auch den Vorteil, dass sie eine gewisse Eigensteifigkeit
besitzen, was insbesondere für
Anwendungen wichtig ist, bei denen das Strahlenschutzmaterial in
eine bestimmte Form gebracht werden soll und in dieser Form während der
Anwendung verbleiben soll, beispielsweise Gonadenschutz, etc..
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Ein
weiteres sehr wichtiges Anwendungsgebiet für derartige verformbare Strahlenschutzmaterialien ist
der Einsatz als Überhandschutz.
Derartige Überhandschutze
werden verwendet, wenn sehr diffizile Arbeiten auszuführen sind,
die durch den Einsatz von Strahlenschutzhandschuhen erschwert werden.
In solchen Fällen
wird ein sogenannter Überhandschutz
verwendet, der beispielsweise an dem Arm des Operateurs oder aber
auch an dem Patienten angebracht wird und den der Operateur für die jeweilige
Anwendung so verformen kann, dass seine ungeschützten Hände darunter ausreichend geschützt sind.
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Es
ist auch möglich,
die genannten Fasermaterialien oder Filamente in die Matrix der
Sperrschicht und/oder die Matrix der Sekundärstrahlenschicht einzubringen
und dort einzubetten.
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Die
Verstärkungsschicht
kann auch an der Außenseite
einer Einzelverbundschicht oder an beiden Außenseiten einer Einzelverbundschicht
jeweils eine Verstärkungsschicht
angeordnet sein. Es ist auch möglich, die
Verstärkungsschicht
gleichzeitig als gleitfördernde
Schicht auszubilden.
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Das
Niedrig-Z-Material der Sekundärstrahlenschicht
ist vorzugsweise derart gewählt,
dass es über den
gewünschten
Energiebereich von 60 bis 125 kV, insbesondere zusammen mit der
Sperrschicht, eine möglichst
gleichmäßige möglichst
hohe Absorption aufweist, wobei die Auswahl unabhängig von
dem Generieren von Sekundärstrahlung
erfolgen kann. Insbesondere bei Strahlenschutzmaterial, welches
nur für
bestimmte Anwendungen verwendet werden soll, die einen etwas eingeschränkteren
Energiebereich haben, kann die Auswahl auch für diesen eingeschränkten Energiebereich
optimiert sein.
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Das
Hoch-Z-Material der Sekundärstrahlenschicht
wird günstigerweise
so gewählt,
dass es für
die typische Sekundärstrahlung
der Sekundärstrahlenschicht,
deren Energie sich im Wesentlichen aus den Röntgen-Emissionsspektren der
Elemente der Sekundärstrahlenschicht
bestimmt, nach Möglichkeit
die maximale Absorption liefert. Sowohl bei der Auswahl des Materials
der Sekundärstrahlen schicht
als auch bei der Auswahl des Materials der Sperrschicht wird neben
den Absorptionseigenschaften auch das Flächengewicht des Materials berücksichtigt,
bei dem man den gewünschten
Absorptionskoeffizienten erreicht. Daneben können auch Gesichtspunkte wie
Herstellbarkeit, Mischbarkeit mit dem Matrixmaterial, etc. Berücksichtigung
finden.
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Die
Grenze zwischen Niedrig-Z-Material und Hoch-Z-Material liegt etwa
bei Elementen einer Ordnungszahl Z von 60, wobei das Niedrig-Z-Material
eine Ordnungszahl von etwa 39 bis 60 aufweist und das Hoch-Z-Material
eine Ordnungszahl von größer als
60, vorzugsweise größer als
70 aufweist. Auch wenn die beiden Bereiche für die Ordnungszahl 60 überlappen,
ist das Hoch-Z-Material immer ein anderes als das Niedrig-Z-Material,
um den unterschiedlichen Absorptionsanforderungen gerecht zu werden.
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Die
einzelnen Elemente des Niedrig-Z-Materials bzw. des Hoch-Z-Materials
können
in dem Strahlenschutzmaterial in der Form einer dünnen Folie
vorgesehen sein. Typischerweise werden sie jedoch in Pulverform
in einem Matrixmaterial dispergiert sein. Beispiele für Matrixmaterial
sind Gummi, Latex, synthetische, flexible oder feste Polymere bzw.
Siliconmaterialien.
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Das
Niedrig-Z-Material kann mindestens eines der folgenden Elemente
aufweisen: Zinn, Antimon, Iod, Cäsium,
Barium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym. Eines oder mehrere dieser
Elemente kann zusätzlich noch
mit Elementen vermischt sein, die nicht aus dieser Gruppe sind,
beispielsweise eignen sich Elemente der seltenen Erden mit Z = 60
bis 70, vorzugsweise das Samarium, Gadolinium, Terbium, und/oder
Erbium und/oder Ytterbium, um in einer solchen Mischung mit eingesetzt
zu werden.
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Das
Hoch-Z-Material der Sperrschicht kann mindestens eines der folgenden
Materialien aufweisen: Tantal, Wolfram, Bismut.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
enthält
Bismut in der Sperrschicht und Zinn sowie mindestens eines der Elemente
Lanthan, Cer oder Gadolinium in der Sekundärstrahlenschicht.
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Vorzugsweise
ist das Strahlenschutzmaterial mit 0,25 mm Pb Nennwert aus zwei
Einzelverbundschichten gebildet, während das Strahlenschutzmaterial
mit 0,35 mm Pb Nennwert aus drei Einzelverbundschichten gebildet
ist. Die einzelnen Schichten können
unmittelbar in Anlage, z. B. aneinander anliegend oder miteinander
verbunden, miteinander vorgesehen sein. Es ist auch möglich, die
einzelnen Schichten beispielsweise durch einen Luftspalt, ein Gewebe
oder eine sonstige Zwischenlage voneinander zu trennen. Das gilt ganz
generell unabhängig
von dem Pb Nennwert.
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Das
Strahlenschutzmaterial, welches aus drei Einzelverbundschichten
gebildet ist, ist unsymmetrisch aufgebaut, wobei zwei Sperrschichten
außen
und eine innen angeordnet ist. Folglich hat es eine Oberfläche, die
näher an
der innenliegenden Sperrschicht angeordnet ist als die zweite Oberfläche. Bei
mehreren Sperrschichten in Abfolge trägt auch die nächst innenliegende
Sperrschicht zur Absorption von Sekundärstrahlung aus den tieferliegenden
Sekundärstrahlenschichten
bei. Die Oberfläche,
an der die innenliegende Sperrschicht näher dran ist, kann als die
zum Untersucher gewandte körpernahe
Schicht in einer Strahlenschutzbekleidung eingesetzt werden. Es
kann deshalb vorgesehen sein, dreilagiges Strahlenschutzmaterial
und Strahlenschutzmaterial zu kennzeichnen, damit ein korrekter
Einbau in die Strahlenschutzkleidung sichergestellt ist. Gleiches gilt
generell für
Strahlenschutzmaterial mit einer ungeraden Lagenanzahl und Strahlenschutzmaterial
mit geradzahliger Lagenanzahl, welches unsymmetrisch aufgebaut ist.
Die Kennzeichnung kann durch eine Markierung, z. B. farblich, oder
durch eine Beschriftung vorgesehen sein.
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Die
Erfindung betrifft ferner Strahlenschutzkleidung aufweisend ein
erfindungsgemäßes Strahlenschutzmaterial
und insbesondere eine Strahlenschutzkleidung, wobei bei einem unsymmetrischen
Aufbau des Strahlenschutzmaterials diejenige Oberfläche näher an dem
zu schützenden
Körper
angeordnet ist, in deren Nähe
mehr Sperrschichten vorgesehen sind.
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Die
Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand
von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Einzelverbundschicht für
ein Strahlenschutzmaterial gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 verschiedene
Strahlenschutzmaterialien gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
Erläuterung
hinsichtlich der Funktionsweise des Strahlenschutzmaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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4 eine
schematische Darstellung eines Versuchsaufbaus zur Bestimmung der
Effizienz des Strahlenschutzmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
den Aufbau einer Einzelverbundschicht 2 aus einer Sperrschicht 4,
einer Verstärkungsschicht 6 und
einer Sekundärstrahlenschicht 8.
Insbesondere besteht die Sperrschicht aus einer Lage 0,5 kg/m2 Bismut einschließlich der dazugehörigen Elastomermatrix
und die Sekundärstrahlenschicht
aus einer Lage mit 0,9 kg/m2 einer Zinn/Gadolinium-Füllung einschließlich Elastomermatrix.
Das Flächengewicht
für Zinn beträgt 0,7 kg/m2, und das Flächengewicht für Gadolinium
beträgt
0,2 kg/m2, was das Gesamtflächengewicht für die Sekundärstrahlenschicht
ca. 0,9 kg/m2 ergibt. Das reine Matrixgewicht
beträgt
10 bis 20%, bevorzugt 12 bis 15% des Gesamt-Flächengewichtes.
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Die
Dicke einer Einzelverbundschicht mit etwa 0,125 mm Pb Nennwert beträgt zwischen
etwa 0,3 bis 0,6 mm, genauer etwa 0,40 mm. Mit 4 Einzelverbundschichten
je 0,40 mm Dicke kann eine Schutzschürze mit Nennwert 0,50 mm Pb
aufgebaut werden, die die gleiche Schwächung hat, wie die entsprechende
Bleischürze. Die
Bleifreischürze
mit 0,5 mm Pb Nennwert wiegt dann 5,6 kg/m2.
Die entsprechende Bleischürze
hat ein reines Bleigewicht von 5,7 kg/m2.
Hinzu kommt das Gewicht des Sauerstoffs, wenn es sich um Bleioxid
handelt und das Gewicht der Matrix. Deshalb wiegen Bleischürzen mit
0,5 mm Pb Nennwert üblicherweise
7 kg/m2. Die bleifreie Schürze hat
somit einen Gewichtsvorteil von 20% gegenüber einer Bleischürze.
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Zwischen
beiden Schichten der Einzelverbundschicht 2 befindet sich
die Verstärkungsschicht,
die gemäß der Ausführungsform
aus einem sehr dünnen,
reißfesten
Gewebe, z. B. aus Glasfasern oder Aramid hergestellt ist. So beträgt das Flächengewicht
eines verwendeten Glasfilamentgewebes ca. 25 g/m2 und
erhöht damit
das Schürzengewicht
nur unwesentlich. Die gesamte Einzelverbundschicht 2 kann
somit relativ dünn und
sehr leicht ausgelegt sein. So weist sie ein Flächengewicht von etwa 1,4 kg/m2 auf.
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Die
drei Schichten einer Einzelverbundschicht 2 werden beim
Fertigungsprozess miteinander verbunden. So kann beispielsweise
in einem ersten Schritt auf die Verstärkungsschicht 6 die
Sekundärstrahlenschicht 8 aufgebracht
werden, und mit einem zweiten Arbeitsschritt kann auf die andere
Seite der Verstärkungsschicht 6 die
Sperrschicht 4 aufgebracht werden. Die Einzelverbundschicht
selbst weist eine relativ hohe Flexibilität auf. Die Auswahl des Matrixmaterials
bestimmt wesentlich die Flexibilität der Einzelsperrschicht. Auch
das Material der Verstärkungsschicht
beeinflusst die Flexibilität/Steifigkeit
einer Einzelverbundschicht. So ist das Glasfasermaterial wegen seiner
hohen Flexibilität
besonders günstig.
Dazu kommt, dass es chemisch unbedenklich ist. Als Alternative zur
Glasfaser wäre
Aramidmaterial vorstellbar. Dieses hat eher eine etwas höhere Steifigkeit,
was insbesondere für
die Anwendung als Strahlenschutzkleidung nachteilig sein kann. Um
steife Bauteile herzustellen, wie Platten und Träger, können Kohlefasern in der Verstärkungsschicht
eingesetzt werden. Die Kohlefasern können zusätzlich oder auch ausschließlich in
das Matrixmaterial eingebettet sein.
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In 3 sind
verschiedene Strahlenschutzmaterialien 10, 12 und 14 dargestellt.
Das oberste Strahlenschutzmaterial 10 ist aus zwei Einzelverbundschichten
gebildet. Ähnlich
der 1 erkennt man den Schichtaufbau aus Sperrschicht 4,
Verstärkungsschicht 6 und
Sekundärstrahlenschicht 8 der
beiden Schichtenfolgen. Das aus zwei Einzelverbundschichten 2 hergestellte
Strahlenschutzmaterial 10 ist symmetrisch aufgebaut. Der
zwischen den beiden Sekundärstrahlenschichten 8 gezeigte
Spalt 16 weist darauf hin, dass die beiden Einzelverbundschichten
nicht notwendigerweise flächig
miteinander fest verbunden sein müssen. Man erkennt in der 1 auch,
dass jede der beiden Oberflächen 18, 20 des
zweilagigen Strahlenschutzmaterials 10 von einer Sperrschicht 4 gebildet
ist.
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Ein
dreilagiges Strahlenschutzmaterial ist mit dem Bezugszeichen 12 versehen
gezeigt. Im Wesentlichen gilt das, was für das zweilagige Strahlenschutzmaterial 10 ausgeführt wurde.
So erkennt man, dass im Vergleich zu dem zweilagigen Strahlenschutzmaterial 10 eine
dritte Einzelverbundschicht von unten her hinzugefügt wurde,
so dass eine zweite Sperrschicht 8, die im Inneren des
Strahlenschutzmaterials 12 angeordnet ist, näher bei
der unteren Oberfläche 20 als
der oberen Oberfläche 18 ist.
Bei dieser unsymmetrischen Anordnung ist es bevorzugt, die untere
Oberfläche 20 näher an der
Haut vorzusehen.
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Ein
vierlagiges Strahlenschutzmaterial 14 ist ebenfalls gezeigt.
Verglichen mit dem dreilagigen Strahlenschutzmaterial 12 ist
hier eine weitere Einzelverbundschicht 2 oben auf die dreilagige
Schichtfolge aufgesetzt.
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In
der Praxis lässt
sich so mit einem relativ geringen Herstellungsaufwand Strahlenschutzmaterial
mit verschiedenen Schutzwerten herstellen, indem lediglich eine
einzige Einzelverbundschicht 2 als Ausgangsmaterial für Strahlenschutzmaterial
verschiedener Schutzwerte dient. Insbesondere lässt sich so zweilagiges Strahlenschutzmaterial 10 mit
einer Nennstärke
von 0,25 mm Pb, dreilagiges Strahlenschutzmaterial 12 mit einer
Nennstärke
von 35 mm Pb und vierlagiges Strahlenschutzmaterial 14 mit
einer Nennstärke
von 0,50 mm Pb (nach DIN IN 61331-3) durch Mehrfachschichtung herstellen.
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Solches
Strahlenschutzmaterial eignet sich für die vorangehend genannten
Verwendungen. Insbesondere kann man daraus Strahlenschutzbekleidung
herstellen, insbesondere Schürzen,
Handschuhe, Schilddrüsenschutz,
Gonadenschutz, Ovarienschutz, etc., aber auch Augenschutz, Schutzschilde,
etc.. Es lassen sich auch flexible, sekundärstrahlenarme Schutzvorhänge als
ortsfeste Schutzeinrichtungen für
Röntgengeräte herstellen.
Solche Schutzvorhänge
können
ortsfest oder an vorstellbaren oder verfahrbaren Gestellen eingesetzt
werden.
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3 zeigt
die einzelnen Röntgenstrahlungsanteile
und die Wirkung einer Strahlenschutzkleidung mit einem erfindungsgemäßen Strahlenschutzmaterial 10 in
schematischer Darstellung. Eine solche Situation besteht dann, wenn
sich der Untersucher nahe am Patienten befindet, was z. B. bei minimal-invasiven
Eingriffen sowie Katheteruntersuchungen in der Angiographie üblich ist.
Die vom durchleuchteten Patienten 22 primär ausgehende
Strahlung 24 trifft auf die Strahlenschutzbekleidung 26,
typischerweise die Strahlenschutzschürze des Untersuchers 28 und
regt dort Fluoreszenz- oder Sekundärstrahlung an, die teilweise,
siehe Pfeil 30, wieder in Richtung Patient zurück gestreut
wird. Auf der Seite des Untersuchers 28 ist mit 32 der
durchgelassene Primärstrahlenanteil
bezeichnet und mit 34 die untersucherseitige Sekundärstrahlung
gezeigt. Aus den schematisch dargestellten Größendimensionen der einzelnen
Pfeile (die nicht maßstabsgetreu
sind) erkennt man auch, dass die Primärstrahlung, aber auch die Sekundärstrahlung
durch das Strahlenschutzmaterial nicht komplett absorbiert wird,
sondern lediglich eine erhebliche Reduktion erfolgt.
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Wenn
vorangehend die Fluoreszenzstrahlung mit der Sekundärstrahlung
der Sekundärstrahlenschicht 8 gleichgesetzt
wurde, so ist dies physikalisch nicht ganz richtig. Vielmehr beinhaltet
die Sekundärstrahlung 30, 34 aus
der Sekundärstrahlenschicht 8 unterschiedliche
Anteile, beispielsweise die klassische Streustrahlung, die Compton-Streuung
sowie die Fluoreszenzstrahlung. Die Fluoreszenzstrahlung macht allerdings
den größten Teil
dieser Sekundärstrahlung
aus. Für
das in der Sekundärstrahlenschicht 8 verwendete
Zinn liegt die Energie der Fluoreszenzstrahlung (K-Strahlung) bei
26 keV. Diese niederenergetische Röntgenstrahlung belastet überwiegend
die Haut und hautnahe Organe. Im Vordergrund steht hier das weibliche
Brustdrüsengewebe,
das relativ strahlenempfindlich ist, wie auch die Hoden beim Mann
sowie die Schilddrüse.
Nach neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen ist Strahlung dieser
niedrigen Energie biologisch erheblich wirksamer als Röntgenstrahlung
höherer
Energie. Das Hoch-Z-Strahlenschutzmaterial der Sperrschicht 4 entwickelt
dagegen nur relativ wenig Fluoreszenzstrahlung bzw. Sekundärstrahlung,
da dessen K-Absorptionskante im hohen Energiebereich, typischerweise
bei 70 bis 90 keV liegt und infolgedessen im üblichen Anwendungsbereich von 60
bis 125 kV Röhrenspannung
der Röntgenstrahlungsquelle
nicht oder nur gering angeregt wird. Die beiden außenliegenden Sperrschichten 4 schaffen
somit eine wirksame Abschirmung der Sekundärstrahlung auch zum Körper des
Patienten 22 hin.
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Der
beschriebene Effekt konnte durch Messungen bestätigt werden, wie sie anhand
der schematischen Darstellung in der 4 gezeigt
sind. Insbesondere sieht man in der Figur mit 36 bezeichnet
die Röntgenröhre und
mit 38 bezeichnet die Blende. Von dort aus geht der Röntgenstrahl
in Richtung auf den durch ein Wasserphantom 40 dargestellten
Untersucherkörper.
Mit 42 ist eine Messkammer bezeichnet, die mit Abstand a
von der Strahlenschutzkleidung 26 beabstandet ist. Mit 4 sind
wieder die Patienten-seitige und die Untersucher-seitige Sperrschicht
bezeichnet, wobei die Sekundärstrahlenschicht
wieder mit 8 bezeichnet ist. Das Wasserphantom 40 mit
einem Wasserinhalt von 25 × 25 × 15 cm3 bildet die Streustrahlungseigenschaften
des Untersucherkörpers
nach. Die Sekundärstrahlenschicht
der Strahlenschutzkleidung 26 wurde aus Bleifreimaterial,
insbesondere aus Zinn mit einem Flächengewicht von 2,0 kg/m2 gebildet. Die Dosis wurde mit einer Luftkerma-Messkammer 42 gemessen,
und zwar in einer Entfernung von 0 (Körperkontakt), 5, 10, 20 und
30 cm vor der Strahlenschutzkleidung 26, und zwar einmal
mit einer Sperrschicht von 0,7 kg/m2 Bismut
einmal Patienten-seitig und einmal Untersucher-seitig. Die Differenz
aus beiden Messungen entspricht der Dosiszunahme durch die im Material
entstehende Sekundärstrahlung
(z. B. Zinn-K-Strahlung). Mit dieser zusätzlichen Strahlung würde der
Patient beaufschlagt, wenn sich seine Körperoberfläche am Ort der Messkammer 42 befände.
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Die
Messergebnisse zeigen, dass der Sekundärstrahlenanteil am Ort des
Patienten auf ein Drittel verringert werden kann, wenn die Sperrschicht
auf der Patientenseite liegt. Die Verringerung der Sekundärstrahlung
am Patienten wirkt sich am stärksten
aus, wenn der Untersucher 40 unmittelbar am Patienten steht.
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In
einem zweiten Durchgang wurde ein Messort zwischen der Strahlenschutzkleidung
26 und
dem Wasserphantom
40 (entspricht dem Untersucherkörper) gewählt, da
der Untersucher die Schürze
ja unmittelbar auf der Körperoberfläche trägt. Die
Sperrschicht aus 0,7 kg/m
2 Bismut wird dabei
wieder einmal auf der Patientenseite und einmal auf der Untersucherseite
angeordnet. Die Differenz aus beiden Messungen entspricht der relativen
Dosisabnahme infolge Sekundär strahlung.
Demnach kann die Sekundärstrahlung
mittels Sperrschicht auf der Untersucherseite – genauso wie auf der Patientenseite – auf ein
Drittel verringen werden. Die Anbringung einer doppelseitigen Sperrschicht
wie bei dem Strahlenschutzmaterial
10,
12,
14 gemäß der vorliegenden
Erfindung kombiniert diese beiden Abschwächungseffekte und führt zu einer
deutlichen Reduzierung der Sekundärstrahlung sowohl auf der Untersucherseite
sowie auf der Patientenseite. Die Ergebnisse der Messungen sind
in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zusammengestellt: Tabelle
1: Anteil der Sekundärstrahlung
auf der Körperoberfläche Patient
Röhrenspannung
70 kV
Tabelle
2: Anteil der Sekundärstrahlung
auf der Körperoberfläche Untersucher
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Generell
und insbesondere im vorangehenden Ausführungsbeispiel enthält die Strahlenschutzkleidung 26 üblicherweise
das Strahlenschutzmaterial in Pulverform. Wenn insbesondere im Zusammenhang
mit der Ausführungsform
jeweils nur die Elemente genannt sind, betrifft das insbesondere
jeweils die Pulverform bzw. Verbindungen des Elements bzw. der Elemente
in Pulverform.