Radiation Protection Clothing in X-Ray Diagnostics – Influence of the Different Methods of Measurement on the Lead Equivalent and the Required Mass

Abstract

Purpose: The determination of attenuation compared to lead for lead-free and lead-reduced protective clothing depends strongly on the different methods of measurement. The standards EN 61331-1 (2002), DIN 6857-1 und IEC 61331-1 (2014) are now available for the testing of protective clothing. These standards define methods in the narrow beam and in the inverse broad beam geometry with partially different radiation qualities. In the narrow beam the scattered radiation and fluorescence are not considered due to the arrangement. Therefore, the protective effect of lead-free materials will be incorrectly estimated compared to lead material. The influence of the different methods of measurement on the lead equivalent and the required mass of radiation protection clothing was examined.

Materials and Methods: The lead equivalents for material samples for commercially available protective clothing were determined. These samples were made of lead and lead-reduced and lead-free materials. For determination of the attenuation equivalents, certified lead foils with high purity and a precise thickness of 0.05 to 1.25 mm were used.

Results: The measurements indicate that the lead equivalent depends on the method of measurement and the radiation quality. For X-ray tube voltages below 110 kV, lead-free or lead-reduced materials show a higher lead equivalent compared to lead material in some cases. Significant mass reductions of more than 10 % compared to lead material are only achievable with a limited range of use up to 100 kV.

Conclusion: The implementation of an internationally accepted measuring standard for radiation protection clothing is reasonable and necessary. If standard IEC 61331-1 (2014) can fill this role is unknown.

Key points

• The attenuation factor and the lead equivalent depend strongly on the method of measurement.

• The used X-ray spectra are only partially comparable with the spectra of scattered radiation.

• Mass reductions for protective clothing are only achievable with a limited range of use.

Citation Format:

• Schöpf T, Pichler T. Radiation Protection Clothing in X-Ray Diagnostics – Influence of the Different Methods of Measurement on the Lead Equivalent and the Required Mass. Fortschr Röntgenstr 2016; 188: 768 – 775

Zusammenfassung

Ziel: Bei bleifreier oder bleireduzierter Strahlenschutzkleidung ist die Ermittlung der Schwächungseigenschaften dieser Materialien in Vergleich zu Blei stark von der Messmethode abhängig. Derzeit stehen für die Überprüfung der Abschirmwirkung von Schutzkleidung die Normen EN 61331-1 (2002), DIN 6857-1 und IEC 61331-1 (2014) zur Verfügung. Diese Normen definieren Messmethoden im schmalen Strahlenbündel und in der inversen Breitstrahlgeometrie mit teilweise unterschiedlichen Strahlenqualitäten. Im schmalen Strahlenbündel werden durch den Messaufbau Streu- und Fluoreszenzen nicht berücksichtigt. Dies führt bei der Bewertung bleifreier Schutzkleidung im Vergleich zu Bleigummi zu Fehleinschätzungen der Schutzwirkung. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Prüfmethoden zu vergleichen und die Auswirkungen auf die notwendigen Massen der Strahlenschutzkleidung zu zeigen.

Material und Methode: Die Bleigleichwerte wurden an Materialproben für handelsübliche Schürzen gemessen. Diese Proben bestehen aus bleihaltigen, bleireduzierten oder bleifreien Materialien. Zur Bestimmung der Schwächungsgleichwerte dienten zertifizierte Bleifolien mit hoher Reinheit und genauer Dicke von 0,05 – 1,25 mm.

Ergebnisse: Die Messungen ergaben, dass die Bleigleichwerte stark von der Messmethode und von der Strahlenqualität abhängen. Bei Röntgenröhrenspannungen unterhalb von 110 kV weisen bleireduzierte und bleifreie Materialien zum Teil sogar höhere Bleigleichwerte als das Material aus Blei auf. Relevante Einsparungen im Gewicht bzw. der Masse von mehr als 10 % einer bleifreien oder bleireduzierten Strahlenschutzschürze im Vergleich zum Material aus Blei lassen sich nur mit einem eingeschränkten Nutzungsbereich bei Röntgenröhrenspannungen bis 100 kV erzielen.

Schlussfolgerung: Für die Hersteller und Anwender von Strahlenschutzkleidung ist die Etablierung eines international anerkannten Prüfstandards für Strahlenschutzkleidung sinnvoll und notwendig. Ob die neue Prüfnorm IEC 61331-1 (2014) sich hier etablieren kann, ist noch ungewiss.

Key words

shielding weight - attenuation - radiation shielding clothing

• References

• 1 EN. Strahlenschutz in der medizinischen Röntgendiagnostik – Teil 1: Bestimmung von Schwächungseigenschaften von Materialien (IEC 61331-1:1994). Berlin: Beuth; 2002 EN 61331-1
• 2 Eder H, Panzer W, Schöfer H. Ist der Bleigleichwert zur Beurteilung der Schutzwirkung bleifreier Röntgenschutzkleidung geeignet?. Fortschr Röntgenstr 2005; 177: 399-404
• 3 Schlattl H, Zankl M, Eder H et al. Shielding properties of lead-free protective clothing and their impact on radiation doses. Med Phys 2007; 34: 4270-4280
• 4 McCaffrey JP, Tessier F, Shen H. Radiation shielding materials and radiation scatter effects for interventional radiology (IR) physicians. Med Phys 2012; 39: 4537-4546
• 5 DIN. Strahlenschutzzubehör bei medizinischer Anwendung von Röntgenstrahlung – Teil 1: Bestimmung der Abschirmeigenschaften von bleifreier oder bleireduzierter Schutzkleidung. Berlin: Beuth; 2009 DIN 6857-1
• 6 Pichler T, Schöpf T, Ennemoser O. Strahlenschutzkleidung in der Röntgendiagnostik – Vergleich der Schwächungsgleichwerte im schmalen Strahlenbündel und in inverser Breitstrahlgeometrie. Fortschr Röntgenstr 2011; 183: 470-476
• 7 IEC. Protective devices against diagnostic medical X-radiation – Part 1: Determination of attenuation properties of materials. Geneva: IEC 2014. IEC 61331-1, Ed. 2
• 8 Poludniowski G, Landry G, DeBlois F et al. SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes. Phys Med Biol 2009; 54: N433-N438
• 9 Fehrenbacher G, Panzer W, Tesfu K. Spectra of diagnostic X-ray scattered by a water phantom, GSF Forschungszentrum. 1996 GSF-Bericht 9/96
• 10 DIN. Strahlenschutz in der medizinischen Röntgendiagnostik – Teil 3: Schutzkleidung und Gonadenschutz (IEC 61331-3:1998). Berlin: Beuth; 2002 DIN EN 61331-3
• 11 ASTM F2547 Standard Test Method for Determining the Attenuation Properties in a Primary X-ray Beam of Materials Used to Protect Against Radiation Generated During the Use of X-ray Equipment. (06-2013)