Metodiche radiologiche (TC, RM, ECO, PET): principi fisici.

  TC (Tomografia Computerizzata)

 

E una metodica radiologica che produce immagini attraverso l’uso di radiazioni ionizzanti (RAGGI X). Consente di riprodurre sezioni assiali degli organi in esame. Partendo da queste, è possibile in sede, nel post-processing, un’elaborazione alla consolle atta ad ottenere ricostruzioni multiplanari (secondo piani sagittali, coronali ed obliqui), nonché ricostruzioni tridimensionali.

Grazie alla ormai relativamente nuove acquisizioni tecnologiche, è possibile acquisire direttamente un intero volume  (acquisizione spirale). In tale acquisizione l’emettitore del fascio di raggi X ruota attorno al paziente, mentre il rivelatore, il quale al lato opposto si muove consensualmente al primo, raccoglie in una immagine i dati relativi ad ogni singola sezione del paziente; nella tecnica spirale, rispetto alla TC monostrato, il lettino del paziente scorre in modo continuo all’interno di un tunnel di scansione, “presentando” ad ogni giro una sezione diversa del corpo. Grazie a questo scorrimento continuo è possibile  un’acquisizione appunto volumetrica.

Da un punto di vista del principio fisico, il fascio di raggi X attraversando i tessuti corporei viene attenuato a seguito dell’interazione dell’energia radiante con gli elettroni delle molecole tessutali; l’espulsione di un elettrone molecolare determina la ionizzazione (da cui il termine radiazioni ionizzanti). Le 2 modalità di ionizzazione vanno sotto il nome di effetto fotoelettrico ed effetto Compton. Se il tessuto attraversato è ad elevata densità, (ad esempio l’osso), l’oggetto in esame apparirà chiaro (bianco, ovvero iperdenso); se il tessuto attraversato è a bassa densità (come l’aria e quindi ad esempio il polmone), l’oggetto in studio si appaleserà sull’immagine scuro (nero, ovvero ipodenso); tra questi 2 estremi, la macchina può registrare in relazione alle altre possibili densità, tutte le tonalità di grigio intermedie.

La peculiare tecnologia della TC garantisce uno studio accurato di tutti i distretti corporei (cranio, collo, torace, addome, scheletro). Come evidenziato sopra il suo potere risolutivo consiste nella “caratterizzazione” tissutale attraverso la determinazione della densità dei tessuti in esame (solido, liquido, adiposo, mucoide, ecc).

 

TC MULTISTRATO. I tomografi computerizzati a multi-strato rappresentano una nuova famiglia di tomografi, ad elevato dettaglio anatomico (fino a 0,5 mm), di recente introduzione (1998). L’attenuazione del fascio di raggi X viene registrata da una corona di sensori (che chiamiamo detettori), la quale ruota intorno al paziente in esame; opportune elaborazioni matematiche dei dati raccolti, ne permettono la successiva conversione in immagini leggibili.

Dalle prime TC multistrato (o multislice) a 4 corone di detettori (4 strati), dal 2007 si è passati ad apparecchiature con 64 file di detettori (64 strati), ma sono già approntate TC a 256 strati e più.

Con la TC multistrato sono realizzabili esami di endoscopia virtuale (colonscopia). Un’altra importante applicazione riguarda l’analisi vascolare di piccole arterie come le coronarie (TC coronarica), quest’ultima alternativa non invasiva alla coronarografia in pazienti non affetti da patologia acuta.

 

Le immagini prodotte dalla TC multistrato se consentono un dettaglio anatomico eccellente, tuttavia si associano ad un consistente aumento della dose efficace di radiazioni al paziente: da ciò deriva la necessità di un’attenta valutazione circa la correttezza dell’indicazione all’esame TC.

 

 

 

 

 

RM (Risonanza Magnetica)

 

Si tratta di una metodica di indagine sulla materia basata sulla misura della “precessione” dello spin di protoni o di altri nuclei dotati di momento magnetico, laddove questi vengano sottoposti ad un campo magnetico.

L’immagine ottenuta con esame RM è data dalla conversione, nelle varie tonalità  di grigio, dell’”intensità” di segnale emesso dal nucleo atomico dell’elemento in esame. Dunque intensità di segnale RM (segnale dai nuclei atomici) versus densità in TC (per l’azione delle radiazioni X sugli elettroni atomici).

La RM si avvale di una serie di sequenze le quali, a seguito dello sviluppo tecnologico che ne ha ridotto notevolmente il tempo di durata, sono note come sequenze turbo. La durata di ciascuna è dell’ordine dei 3-4 minuti. Le principali sequenze sono la turboT1-pesata, la turboT2-pesata e la sequenza FLAIR.

Rispetto all’esame TC, l’esame RM consente l’acquisizione diretta (non mediata dalle ricostruzioni multiplanari TC nel post-processing) di sequenze secondo i 3 piani spaziali (assiale, coronale e sagittale).

Allo stato attuale delle conoscenze non vi sono motivi per ritenere dannoso un esame di RM (rispetto viceversa alla TC). Fanno eccezione i casi di pazienti portatori di impianti metallici (quali pace-maker, clip vascolari, mezzi di sintesi metallici ortopedici non compatibili): questi materiali sono suscettibili di surriscaldamento, migrazione, inattivazione (pace-maker).

Come la TC, la RM ha un’importante capacità di caratterizzazione tissutale.

In particolare nella SEQUENZA T1-pesata, manifesterà un segnale iperintenso (bianco) rispettivamente il tessuto adiposo, il sangue in fase acuta-subacuta, il gadolinio (il mdc usato in RM), e talora le calcificazioni (spesso queste ultime possono presentarsi anche come assenza di segnale); un segnale ipointenso è sostenuto da strutture a contenuto idrico (liquor, cisti, necrosi).

Nella SEQUENZA T2-pesata si manifesterà un segnale iperintenso (bianco) per il liquor, le cisti “acquosa”, la necrosi, il sangue in fase subacuta; un segnale ipointenso (nero) è sostenuto dal tessuto adiposo (aspetto meno evidente da quando sono però in uso le recenti sequenze turbo), sangue in fase acuta, tessuto solido.

Le principali indicazioni all’esame RM sono rappresentate dallo studio del sistema nervoso centrale (cranio e colonna vertebrale); inoltre risultati eccellenti si ottengono nello studio delle grandi articolazioni (spalla, ginocchio, caviglia), e delle strutture muscolo-tendinee; infine notevolmente ottimizzato appare attualmente anche lo studio dell’addome. Non trova indicazione nello studio del polmone, salvo casi altamente specifici (ad esempio infiltrazione del mediastino ad opera di neoformazioni polmonari).

 

ECOGRAFIA

 

L’esame ecografico rappresenta una metodica radiologica completamente non invasiva e ripetibile.

Da un punto di vista del principio fisico, l’ecografia si basa sull’uso degli ultrasuoni. Il fascio ultrasonoro al momento dell’incontro con tessuti ed organi situati a diverse profondità, vengono parzialmente riflessi, tornano a livello della “sonda” ecografica che li ha emessi; qui opportuni detettori elaborano e convertono i dati in immagini, caratterizzate dalle tipiche differenti tonalità di grigio.

Caratteristicamente tutte le strutture a contenute completamente fluido appaiono nere (anecogene); strutture fluide strutturate (contenenti setti od inclusi) appariranno anecogene (nere) con strutturazione interna iperecogena (annessi bianchi); alcune strutture solide appaiono ipoecogene (nero-grigie); infine altre strutture solide, ma talora anche fluide ma di tipo mucoide, si appalesano come iperecogene (bianche).

Le limitazioni all’esame ecografico sono rappresentate dai pazienti meteorici e dallo studio degli organi a contenuto aereo (apparato gastrointestinale). Infatti l’aria riflette “totalmente” il fascio ultrasonoro, impossibilitando ogni ulteriore progressione dello stesso, e di fatto impedendo la visualizzazione di tutto ciò che è situato più in profondità: si crea un effetto noto come “cono d’ombra”. Questo consente di concludere che non vi è alcuna indicazione allo studio ecografico del polmone.

Lo stesso identico effetto si verifica al contatto degli ultrasuoni con l’osso: dunque inadeguatezza degli ultrasuoni allo studio dell’osso.

Tra le limitazioni che possono inficiare la qualità dell’esame ecografico, annoveriamo la mancanza di collaborazione da parte dei pazienti (in particolare nello studio degli organi soggetti a movimento come quelli addominali, un’ottimale qualità comporta il mantenimento della corretta apnea inspiratoria.

Gli ultrasuoni offrono un tipico comportamento nelle studio della litiasi (calcoli) renale e biliare, a contenuto calcico e non, nonché nel rilievo delle calcificazioni (vascolari, distrofiche parenchimali): in tutti i casi si verifica il classico cono d’ombra.

L’ecografia consente di realizzare, inclinando opportunamente la sonda, “scansioni” secondo i vari piani dello spazio (assiali, coronali, sagittali, obliqui).

L’esame ecografico dunque nella sua non invasività è l’esame ottimale nello studio di donne in gravidanza. Ha inoltre importanti applicazioni nello studio dell’addome, delle ghiandole del collo (tiroide, parotide ed altre ghiandole salivari), della ghiandola mammaria, delle strutture muscolo-tendinee. Come già detto non avrà indicazione alcuna nello studio di organi contenenti aria (polmone, apparato gastrointestinale), nello studio dell’osso, nello studio di organi contenuti entro strutture ossee (cervello, midollo spinale).

 

PET-TC

 

E’ una metodica di medicina nucleare; fornisce informazioni di tipo fisiologico a differenza di TC ed RM che invece forniscono informazioni di tipo morfologico degli organi in esame. L’esame PET-TAC consente di ottenere mappe dei processi “funzionali” all’interno del corpo.

La metodica inizia con l’iniezione per via e.v. di un radio farmaco (isotopo tracciante), il quale si trova legato chimicamente ad una molecola attiva a livello metabolico (spesso di tratta di uno zucchero). Dopo un tempo di attesa che consente alla molecola così composta di raggiungere un’ottimale concentrazione nei tessuti, il paziente viene posizionato nello scanner.

IN SEQUENZA, la componente isotopica, a  breve emivita, decade emettendo un positrone; il positrone si annichila con un elettrone; in questa annichilazione vengono prodotti 2 fotoni gamma ciascuno di 511 keV, emessi in direzioni opposte tra loro; tali fotoni raggiungono un foto scintillatore, posto nel dispositivo di scansione dove creano un lampo luminoso; rilevato attraverso tubi fotomoltiplicatori; i fotoni che non raggiungono il rilevatore in coppia (cioè in un intervallo di pochi nanosecondi) vengono scartati; dalla misurazione della posizione in cui i fotoni colpiscono il rilevatore si ricostruisce l’ipotetica posizione dell’organo da cui sono stati emessi; si determina così l’attività ovvero l’utilizzo chimico del farmaco all’interno delle parti del corpo investigate. In tal modo si ottiene la mappatura della densità distrettuale del radioisotopo, sotto forma di sezioni  (di solito trasverse), separate tra loro di circa 5 mm. Tra i radionuclidi i più utilizzati sono isotopi di carbonio, azoto, ossigeno e fluoro incorporati in molecole di glucosio, acqua od ammoniaca.

Il limite strutturale della metodica è rappresentato da una risoluzione che non consente l’identificazione di “attività” patologiche di dimensioni inferiori ad 8-10 mm.

La PET-TAC presenta le sue principali indicazioni cliniche in campo oncologico (studio di patologie tumorali, ricerca di metastasi), nelle ricerche cardiologiche, e nelle ricerche neurologiche.

L’importanza del ruolo della PET-TAC è da ascriversi al fatto che rispetto alla TC ed RM (metodiche “morfologiche”), essa rileva alterazioni a livello biologico che spesso precedono l’alterazione anatomica; peraltro l’esecuzione al termine dell’esame di scansioni TC a completamento diagnostico consentono l’abbinamento di informazioni sia anatomiche che funzionali.