Studio dei materiali attenuatori XENOLIGHT-NL e PLASMA impiegati nei camici anti-x: proprietà di attenuazione, equivalenza in piombo, peso al m² Premessa La Ditta Europrotex ha fornito alla dell AUSL Modena due Dispositivi di Protezione Individuale (DPI) anti-x al fine di valutarne le relative proprietà di attenuazione, equivalenza in piombo e peso al m². Per i due campioni forniti è stata inoltre richiesta dalla ditta Europrotex la caratterizzazione chimica dei componenti. Al fine di rendere lo studio quanto più possibile rappresentativo della realtà presente in diagnostica per immagini, i camici sono stati esposti al fascio diretto generato da un apparecchio radiogeno impiegando valori di tensioni comunemente utilizzati in tale ambiente, ovvero compresi tra 45 e 100 kvp. Per la tipologia dei modelli dei DPI e per come questi vengono indossati dagli operatori, le prove di attenuazione sono state effettuate sulle parti dei DPI maggiormente esposte a RX ovvero sull area posteriore e frontale dei DPI, quest ultima ottenuta per sovrapposizione delle due ali. I DPI esaminati sono nella configurazione cosiddetta spezzata costituita cioè da un Corpetto e da una Gonna. In tabella si riportano i dati relativi ai campioni in esame così come risultano dalle dichiarazioni rese dalla Ditta Europrotex. In particolare si riportano: i materiali attenuatori impiegati nei DPI, il tipo di DPI, il n di serie del DPI e l attenuazione in mm Pb equivalente dichiarati per la parte frontale e posteriore: mm Pb Equivalente Materiale Tipo Frontale Posteriore XENOLITE-NL Corpetto 0.5 0.25 XENOLITE-NL Gonna 0.5 0.25 PLASMA Corpetto Unica indicazione 0.25 PLASMA Gonna Unica indicazione 0.25 1
Scopo di questa relazione è l analisi delle proprietà fisiche e chimiche dei DPI anti-x forniti dalla ditta Europrotex, e una loro prima correlazione. Per questo si è proceduto alla misura della attenuzione per fasci X di varia energia e successiva valutazione di equivalenza in mm di Pb. Si è misurato il peso per unità di superficie (espresso come Kg/m²). I due campioni di cui si è condotta un analisi chimica sono stati sottoposti allo studio diffrattometrico e morfologico al fine di individuarne la composizione con particolare riferimento agli elementi pesanti presenti. Set-up sperimentale prove fisiche Le prove di attenuazione sono state effettuate con l apparecchio radiogeno GE Revolution XRD Light (modello tubo RX 2336058) con filtrazione totale stimata di 3.93 mm Al. Il Set-up sperimentale è stato il seguente: l oggetto di prova (DPI) è stato posto alla distanza di 145 cm dalla macchia focale del tubo RX; il Rivelatore di radiazione di Riferimento è stato posto a 5 cm dall oggetto di prova (vedi distanza b nello schema di Fig.4). Il modello di rivelatore utilizzato è stato la Camera a ionizzazione modello Radcal 2026 di volume sensibile pari a180 cc (vedi Fig.1, Fig.2 e Fig.3); il Rivelatore Monitor di radiazione (Camera DAP modello Doseguard 100) è stato posto all uscita del tubo RX (distanza di 37 cm dalla macchia focale); è stata mantenuta una distanza w maggiore di 70 cm (vedi Fig.4) tra il rivelatore di radiazione di riferimento e un qualsiasi oggetto o parete all interno del locale; si è utilizzata un apertura dei diaframmi che limitano il fascio RX come previsto dalle norme tecniche di riferimento; per la misura dell equivalenza in piombo sono stati utilizzati schermi di dimensioni 24x30 cm di vario spessore di mm di Pb (0.05, 0.10, 0.15 e 0.50) posizionati all interno di telai di sviluppo a canaletto dotati di chiusura superiore per il bloccaggio degli schermi (vedi Fig.3); per la misura del peso al m² del DPI si è ritagliato un quadrato di dimensioni 10x10 cm e pesato con la bilancia modello Precisa 40SM-200 (vedi Fig. 5) in dotazione al Dipartimento di Chimica dell'università di Modena e Reggio Emilia. 2
Fig.1: Set-up sperimentale per DPI Gonna (Anteriore dx + sx) Fig.2: Set-up sperimentale per DPI Gonna parte posteriore 3
Fig.3: Set-up sperimentale per misura dell'equivalente in Piombo Il Set-up sperimentale è quindi conforme a quello rappresentato in Fig.4, indicato dalle normative IEC 1331-1 / EN 61331-1 Fig.4: Set-up sperimentale secondo norma IEC 1331-1 / EN 61331-1 T. +39.059.8896630 - F. +39.059.8896638 Partita IVA 02241850367 4
Fig.5: Set-up sperimentale per la misura del peso al m² Set-up sperimentale prove chimiche, Microscopia a Scansione Elettronica (SEM) Questa tecnica consente di ottenere informazioni sulla morfologia e sulla composizione della superficie del campione analizzato. A tale scopo viene utilizzato un fascio di elettroni che, penetrando negli strati superficiali del solido (20-50 Å), produce molti segnali dovuti ad elettroni retrodiffusi (BSE, backscattered electrons), secondari (SE), Auger e altri fotoni a varie energie. Gli elettroni retrodiffusi vengono prodotti in seguito a urti elastici degli elettroni del fascio incidente con gli atomi del campione, hanno un alta energia e perciò una grande profondità di campionamento (fino a 10µm). Gli elettroni secondari sono invece prodotti dalle interazioni tra il fascio incidente e gli elettroni esterni degli atomi; hanno per questo motivo bassa energia e forniscono informazioni sugli strati più superficiali del campione (fino a 10nm). Per le informazioni topografiche e morfologiche si utilizzano elettroni BSE e SE, mentre per ottenere dati sulla composizione del sistema si analizzano i raggi X emessi dal campione (EDS, Energy Dispersive Spectroscopy). Per l analisi dei campioni è stato impiegato un microscopio elettronico a scansione Philips PSEM 500 XL-30 in grado di fornire immagini tridimensionali fino a 200 Å e con una capacità di fornire ingrandimenti fino a 100000x. Il microscopio è inoltre equipaggiato con un rilevatore per spettroscopia in dispersione di energia (EDS) utilizzato per l analisi composizionale. 5
Calcolo del coefficiente di Attenuazione % Per calcolare il coefficiente di trasmissione occorre prima determinare il fattore di calibrazione F tra il rivelatore di riferimento e la camera monitor senza DPI interposto. L utilizzo della camera monitor, opportunamente calibrata con il fattore F, permette di risalire alla dose nel punto di misura come se non fosse presente l oggetto di prova. La disponibilità quindi delle due misure (dose con e senza oggetto interposto) per la stessa emissione di raggi X permette di calcolare il valore di trasmissione indipendentemente da eventuali fluttuazioni nell output dell apparecchiatura radiologica. Il coefficiente di trasmissione è stato calcolato con il rapporto: Trasmissione % = (dose con oggetto interposto/ dose senza oggetto interposto) X 100 Il coefficiente di attenuazione è stato dunque calcolato come segue: Attenuazione % = (1 Trasmissione) % Calcolo dell'equivalente in piombo L'equivalenza in Piombo del DPI è stata determinata dalla misura della dose per il fascio attenuato dal camice in esame e paragonato con lo spessore di piombo cui corrisponde lo stesso valore di dose. Poiché gli spessori a disposizione hanno una precisione di 0,05 di Pb, per l'esatto spessore equivalente in Pb si è per l'esatto spessore equivalente in Pb (incognita x nella (1)) si è eseguita l'interpolazione utilizzando la funzione: f(x) = a e b x + c e d x + k (1) scegliendo i parametri (a,b,c,d,k) in modo da meglio approssimare (best fit) i punti sperimentali ottenuti per i vari spessori disponibili e per le diverse tensione di irraggiamento: 60, 80 e 100 kvp. Fig.6: punti ottenuti irraggiando differenti spessori di Pb con tensione di 100 kv 6
Risultati I risultati sono stati ottenuti per esposizione della parte posteriore sia per il DPI Corpetto che per il DPI Gonna di spessore equivalente dichiarato pari a 0.25 mm Pb (da Tab.1 a Tab.4). Sono stati inoltre misurati valori di attenuazione per esposizione sulla parte frontale dei DPI, ottenuta per sovrapposizione delle due ali : parte laterale destra con la parte laterale sinistra. Si riportano di seguito i risultati ottenuti dal confronto tra Corpetto XENOLITE-NL e Corpetto PLASMA: Attenuazione per Corpetto XENOLIGHT-NL e PLASMA 0.25 mm Pb Corpetto Tensione XENOLIGHT-NL 0.25 Corpetto PLASMA Piombo 0.25 mm (kv) mmpb 0.25 mmpb Attenuazione % Attenuazione % Attenuazione % 45 95.6% 91.2% 99.2% 60 92.8% 88.3% 97.1% 80 87.3% 82.1% 92.0% 100 81.8% 75.5% 86.6% Tab.1 Fig.7: Grafico coi dati di Tab.1 7
Si riportano di seguito i risultati ottenuti dal confronto tra Gonna XENOLITE-NL e Gonna PLASMA: Attenuazione per Gonna XENOLIGHT-NL e PLASMA 0.25 mm Pb Tensione Gonna XENOLIGHT- (kv) NL 0.25 mmpb Gonna PLASMA 0.25 mmpb Piombo 0.25 mm Attenuazione % Attenuazione % Attenuazione % 45 95.0% 90.2% 99.2% 60 91.7% 87.0% 97.1% 80 85.4% 80.6% 92.0% 100 79.3% 73.9% 86.6% Tab.2 Fig.8: Grafico coi dati di Tab.2 8
Si riportano di seguito i risultati ottenuti per sovrapposizione delle due ali : parte laterale destra con la parte laterale sinistra relativi al Corpetto XENOLITE-NL e Corpetto PLASMA: Attenuazione per Corpetto (Anteriore dx+sx) XENOLIGHT-NL e PLASMA Tensione (kv) Corpetto XENOLIGHT-NL (Anteriore dx+sx) Corpetto PLASMA (Anteriore dx+sx) Attenuazione % Attenuazione % 45 99.8% 98.8% 60 99.7% 98.3% 80 99.3% 96.2% 100 98.8% 92.9% Tab.3 Fig.9: Grafico coi dati di Tab.3 9
Si riportano di seguito i risultati ottenuti per sovrapposizione delle due ali : parte laterale destra con la parte laterale sinistra relativi alla Gonna XENOLITE-NL e Gonna PLASMA: Attenuazione per Gonna (Anteriore dx+sx) XENOLIGHT-NL e PLASMA Tensione Gonna XENOLIGHT- (kv) NL (Anteriore dx+sx) Gonna PLASMA (Anteriore dx+sx) Attenuazione % Attenuazione % 45 99.8% 98.9% 60 99.1% 98.4% 80 96.9% 96.2% 100 94.1% 92.6% Tab.4 Fig.10: Grafico coi dati di Tab.4 10
Come previsto si è proceduto a valutare lo spessore Piombo equivalente per i campioni e un coefficiente di Efficienza individuato come il rapporto tra il valore Piombo Equivalente e il peso per unità di superficie. In tabella si riportano i risultati conseguiti. Materiale Materiale impiegato Pb eq. a 100 kv Peso per unità di superficie (Kg/m 2 ) Efficienza (Pb eq. / Peso per unità di sup.) Gonna XENOLITE-NL Sb,W 0.18 2.8 0.6 Gonna PLASMA Sb 0.14 2.7 0.5 Tab.5: sintesi dei risultati ottenuti per le Gonne esaminate con spessore dichiarato pari a 0.25 mm Pb equivalente Le prove di attenuazione sono state effettuate dall Ing. Manuel Cecchini e dal P.I. Paolo Bossoli nei giorni 5 ed 8 Settembre 2008. Modena 02/10/08 Esperto Qualificato III Grado Ing. Manuel Cecchini Direttore S.C. Fisica Sanitaria Esperto Qualificato III Grado Dr. Domenico Acchiappati 11