MEDIZINREPORT

Röntgenschutzkleidung: Blei-Ersatz oft nicht gleichwertig

Dtsch Arztebl 2008; 105(42): A-2202

Eder, Heinrich

Innerhalb der Europäischen Union soll Blei zunehmend aus dem Warenverkehr entfernt werden – auch im Röntgenschutz. Aber viele Ersatzmaterialien haben bei Sicherheit und Tragekomfort Schwächen. Anwender sollten einiges selbst prüfen.

Bleihaltige Gegenstände, wie Röntgenschürzen, müssen wegen ihrer Toxizität derzeit als Sondermüll entsorgt werden. Nach Absicht der EU-Kommission sollen sie zunehmend (wie derzeit schon bleihaltige Farbe, Kraftstoff und Elektronikteile) durch alternative Stoffe ersetzt werden. Die Klassifizierung der Schutzwirkung bleifreier Materialien erfolgt laut Norm immer noch anhand des „Bleigleichwerts“. Dieser ist bei bleifreien Röntgenschürzen allerdings nicht anwendergerecht, da ihre Absorptionsfähigkeit in der Regel stark von der Strahlenenergie abhängt, die in der genannten Norm unberücksichtigt bleibt. Darüber hinaus entwickeln einige bleifreie Materialien eine ausgeprägte Sekundärstrahlung, wodurch die Schutzwirkung deutlich herabgesetzt wird.

In der ersten Phase der Einführung bleifreier Schutzstoffe wurde nicht berücksichtigt, dass Ersatzstoffe mit niedriger Ordnungszahl (Z), zum Beispiel Antimon, Zinn oder Barium, zur Fluoreszenz angeregt werden (1). Zwar fluoresziert auch Blei bei hohen Energien; diese spielen in der Röntgendiagnostik jedoch kaum eine Rolle, sodass Blei für die Strahlenschutzpraxis weitgehend als fluoreszenzfrei anzusehen ist. Der Anteil der Fluoreszenzstrahlung von bleifreier Schutzkleidung mit niedrigem Z kann beträchtliche Werte annehmen.

Schutz im breiten Bündel
Die Messung der Schutzwirkung basierte lange auf dem Bleigleichwert: Er wird im engen Strahlenbündel bestimmt, berücksichtigt also nicht die Fluoreszenzstrahlung. Für die tatsächliche Strahlenexposition ist die Messung im breiten Strahlenbündel maßgebend. Sie berücksichtigt auch die aus dem durchstrahlten Volumen austretende sekundäre Photonenstrahlung (Fluoreszenzstrahlung). Die Fluoreszenzstrahlung erreicht wegen des relativ engen Hautkontakts oberflächlich gelegene Organe. Die Eindringtiefe der Fluoreszenzstrahlung ist etwa mit der Mammografie-strahlung vergleichbar (Halbwerttiefe circa 15 mm). Betroffen sind also in erster Linie oberflächlich gelegene Organe wie Mamma, Testes, Knochenmark im Sternum, Haut und – beim Tragen von Schilddrüsenschutz – auch die Schilddrüse.

Risiko Fluoreszenzstrahlung
Wir haben die Organdosen und die Effektivdosis einer Schürze aus Material mit niedrigem Z (Zinn, Antimon) im Vergleich zu Blei mithilfe des Monte-Carlo-Verfahrens berechnet (2). Ergebnis: Im Bereich 90 bis 100 kV ist die Abschirmwirkung mindestens so gut wie die von Blei. Bei 60 bis 80 kV wird hauptsächlich der Einfluss der Fluoreszenzstrahlung deutlich, während über 110 kV die Absorption von Materialien mit niedrigem Z stark abnimmt.

Brustdrüsengewebe ist sehr strahlenempfindlich. Die neuen Organwichtungsfaktoren, die die Internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) veröffentlicht hat (3), berücksichtigen Brustdrüsengewebe mit dem geschlechtsgemittelten Faktor 0,12. Bezogen auf die Frau allein ist der Wichtungsfaktor 0,24 und damit (geschlechtsspezifisch) der höchste Wichtungsfaktor überhaupt. Für die tägliche Strahlenschutzpraxis mag ein Mittelwert adäquat sein, für die Betrachtung des Individualrisikos können Einzelfaktoren jedoch eine Rolle spielen. Die weibliche Brust ist von der Fluoreszenzstrahlung der Schürze direkt betroffen.

In diesem Zusammenhang darf auch die erhöhte biologische Wirksamkeit der niederenergetischen Fluoreszenzstrahlung mit einer Energie von circa 26 Kiloelektronenvolt (keV) nicht außer Acht bleiben. Gegenüber der relativ harten Durchlassstrahlung einer Bleischürze ist der spektrale Anteil der Fluoreszenz mit einer höheren biologischen Wirksamkeit – etwa Faktor 1,5 – zu beurteilen (4, 5).

Die unterschiedliche biologische Wirksamkeit zwischen Fluoreszenzstrahlung einerseits und durchgelassener Primärstrahlung andererseits findet derzeit im Strahlenschutz noch keine Anwendung, was nicht heißt, dass sie nicht existiert. In der Empfehlung der ICRP (ICRP 103) wird angemerkt, dass hinsichtlich der relativen biologischen Wirksamkeit grundsätzlich Unsicherheiten bestehen. Bei der Mamma kommen also drei Faktoren zusammen, die normalerweise in der Strahlenschutzpraxis vernachlässigt werden: der Fluoreszenzanteil gegenüber Blei (Faktor 1,36 bei 75 kV), der geschlechtspezifische Organwichtungsfaktor für die Frau (Faktor 2 gegenüber Mittelwert Mann/Frau) sowie der Qualitätsfaktor von rund 1,5 gegenüber harter Röntgenstrahlung. Insgesamt ist also bei der weiblichen Brust mit einem deutlich erhöhten Organrisiko zu rechnen.

Nachdem neue wissenschaftliche Erkenntnisse sowie ein neuer Stand der Technik vorliegen (16), ist zu prüfen, ob folgende Vorgaben, die in der Anlage II zur Richtlinie 89/686/EWG (betreffend persönliche Schutzausrüstungen – PSA) genannt sind, bei manchen, bereits in Verwendung befindlichen bleifreien Schutzschürzen möglicherweise verletzt werden. Hier ist insbesondere Ziffer 3.9.2.2 zu nennen:
- Die Ausgangswerkstoffe und anderen Bestandteile dieser Art von PSA sind so zu wählen oder zu konzipieren und anzuordnen, dass der Benutzer ein den vorhersehbaren Einsatzbedingungen entsprechend hohes Schutzniveau erhält, ohne dass die Behinderungen der Bewegungen, Körperhaltungen oder Platzveränderungen des Benutzers zu einer längeren Expositionsdauer führen.
- Die persönlichen Schutzausrüstungen müssen eine Kennzeichnung tragen, die die Beschaffenheit und die Dicke des Ausgangswerkstoffs beziehungsweise der Ausgangswerkstoffe angibt, die den vorhersehbaren Einsatzbedingungen entsprechen, den in diesem Bereich verwendeten Strahlenqualitäten. Das ist ein Bereich zwischen 60 und 125 kV Röhrenspannung. Diese Bedingungen sind den Herstellern der Schutzkleidung bekannt. Trotzdem werden Schutzschürzen angeboten, die nur im Bereich 80 bis 110 kV eine mit Blei vergleichbare Schutzwirkung haben.

Relevant für die Anforderungen, die an Schutzschürzen zu stellen sind, ist die neue DIN 6857-1, Strahlenschutzzubehör bei medizinischer Anwendung von Röntgenstrahlen – Teil 1: Bestimmung der Abschirmeigenschaften von bleifreier oder bleireduzierter Schutzkleidung (6). Diese Norm gibt eine nationale Interpretation der europäischen Norm (EN 61331-1) für bleifreie Schutzkleidung. Sie beschreibt ein Messverfahren, mit dem realistische Vergleiche von bleifreier beziehungsweise teilweise bleifreier Schutzkleidung und dem Referenzmaterial Blei möglich sind.

Schutzklassen für „bleifrei“Die DIN 6857-1 teilt Schutzkleidung in die Klassen I bis IV (entsprechend einem Bleigleichwert von 0,25/0,35/0,5/1,0 mm) ein. So bedeutet die Einhaltung der Klasse II, dass die Schutzkleidung in einem Spannungsbereich von 50 bis 120 kV eine mindestens gleichwertige Protektion bietet wie die 0,35-mm-Bleischürze.

Um die Frage zu beantworten, ob bleifreie Schutzkleidung tatsächlich Vorteile beim Gewicht hat, wurden gängige Bleifreischürzen sowie eine Composite-Schürze mit circa 50 Prozent Bleigehalt zusammen mit einer 0,35-mm-Bleistandardschürze nach den Prüfbedingungen der neuen Norm untersucht. Dabei zeigte sich, dass bleifreie Schürzen zum Teil mehr Strahlen durchlassen als eine Bleischürze (Grafik). Das geringere Gewicht wird also mit einer höheren Strahlendurchlässigkeit „bezahlt“.

Bei gleicher Schutzwirkung kann das Gewicht mancher Schutzkleidung bei der Verwendung von bleifreien Alternativen sogar etwas höher sein als bei der Verwendung von Blei. Aber es gibt auch Neuentwicklungen, die tatsächlich einen Gewichtsvorteil versprechen. Interessante Ansätze bestehen in einem geschichteten Aufbau, bei dem die Fluoreszenzstrahlung nicht nach außen dringen kann, sowie im Zusatz einer größeren Menge Bismut, das die Fluoreszenzstrahlung schon innerhalb des Schutzmaterials stark absorbiert (Materialien D und E in Grafik).

Nach Angaben der Hersteller muss Schutzkleidung nicht regelmäßig überprüft werden. Dennoch sollte regelmäßig ein Sichttest durchgeführt werden, der Folgendes umfasst:
- Prüfung, ob Verletzungen der äußeren Hülle vorliegen. Wenn ja, sollte die Schürze an diesen Stellen mit dem Bildverstärker geröntgt werden.
- Prüfung auf Wulstbildung. Ist eine innere Schutzfolie abgerissen, bildet sie meist am unteren Ende der Schürze einen Wulst. Eine solche Schürze sollte repariert werden, am besten vom Hersteller selbst.

Eine Schutzschürze kann man auch selbst auf ihre Wirksamkeit testen – nicht nach Norm, sondern durch einen qualitativen Vergleich zwischen einer Bleischürze und einer bleifreien Schürze. Die meisten Anwender haben beides oder können sich eine Bleischürze als Referenzmuster ausleihen.

Zunächst ist es wichtig, dass die zu vergleichenden Schürzen laut Firmenaufdruck den gleichen Bleigleichwert besitzen, also zum Beispiel 0,35 mm Blei. Für die Messung wird ein eichfähiges Stabdosimeter benötigt. Die Schürzen werden flach auf dem Röntgentisch ausgebreitet. Mit dem Lichtvisier wird ein Feld von circa 20 × 20 cm eingeblendet. Das Dosimeter liegt im Zentralstrahl unter der Schürze. Es wird eine Belichtung von 75 kV, rund 300 mAs empfohlen. Auf diese Weise lässt sich die Transmission vergleichen – also der Strahlenanteil, der unter der Schürze ankommt. Im Idealfall entsprechen die Werte von Bleischürze denen der Schutzkleidung aus Ersatzmaterial.

Die Diskussion um bleifreie Strahlenschutzkleidung sollte also mit den Erscheinen der DIN 6857-1 abgeschlossen sein. Wir empfehlen, Schutzschürzen, die diesem Standard nicht entsprechen, nicht weiter zu verwenden, vor allem dann, wenn die Schürzen täglich an Arbeitsplätzen mit langen Durchleuchtungszeiten getragen werden. Es liegt jetzt an der Industrie, neue normgerechte Materialien auf den Markt zu bringen. Dr. Heinrich Eder
MTRA Waldemar Zapf

Anschrift für die Verfasser
Dr. Heinrich Eder
Bayerisches Landesamt für Umwelt
Bürgermeister-Ulrich-Straße 160, 86179 Augsburg
E-Mail: heinrich.eder@lfu.bayern.de

Literatur im Internet:
www.aerzteblatt.de/lit4208
1.
Eder H, Panzer W, Schöfer H: Ist der Bleigleichwert zur Beurteilung der Schutzwirkung bleifreier Schutzkleidung geeignet? Fortschr Röntgenstr 2005; 177: 399–404. MEDLINE
2.
Schlattl H, Zankl M, Eder H: Shielding properties of lead-free protective clothing. Med Physics 2007; 34(11): 4270–80. MEDLINE
3.
ICRP Publication 103: The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, März 2007.
4.
Krumrey M, Ulm G, Schmid E: Dicentric chromosomes in monolayers of human lymphocytes produced by monochromatisized synchrotron radiation with photon energies from 1,83 to 17.4 keV. Radiat. Environ Biophys 2004; 43:1–6. MEDLINE
5.
Regulla DF, Eder H: Patient Exposure in medical X.Ray-Imaging in Europe. Radiation Protection Dosimetry 2005; Vol 114, Nos 1–3: 11–25. MEDLINE
6.
DIN 6857-1: Strahlenschutzzubehör bei medizinischer Anwendung von Röntgenstrahlen – Teil 1: Bestimmung der Abschirmeigenschaften von bleifreier und bleihaltiger Schutzkleidung (derzeit in Druck), Beuth-Verlag, Berlin.
1. Eder H, Panzer W, Schöfer H: Ist der Bleigleichwert zur Beurteilung der Schutzwirkung bleifreier Schutzkleidung geeignet? Fortschr Röntgenstr 2005; 177: 399–404. MEDLINE
2. Schlattl H, Zankl M, Eder H: Shielding properties of lead-free protective clothing. Med Physics 2007; 34(11): 4270–80. MEDLINE
3. ICRP Publication 103: The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, März 2007.
4. Krumrey M, Ulm G, Schmid E: Dicentric chromosomes in monolayers of human lymphocytes produced by monochromatisized synchrotron radiation with photon energies from 1,83 to 17.4 keV. Radiat. Environ Biophys 2004; 43:1–6. MEDLINE
5. Regulla DF, Eder H: Patient Exposure in medical X.Ray-Imaging in Europe. Radiation Protection Dosimetry 2005; Vol 114, Nos 1–3: 11–25. MEDLINE
6. DIN 6857-1: Strahlenschutzzubehör bei medizinischer Anwendung von Röntgenstrahlen – Teil 1: Bestimmung der Abschirmeigenschaften von bleifreier und bleihaltiger Schutzkleidung (derzeit in Druck), Beuth-Verlag, Berlin.

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