Anche la Tomografia computerizzata (TC) utilizza, come la radiologia tradizionale, i raggi X: tale metodica consente di ottenere immagini di sezioni assiali, e non solo, rispetto all’asse corporeo principale. In questo modo ogni distretto corporeo può essere analizzato senza limitazione di sovrapposizione anatomiche che invece nella radiologia tradizionale possono limitare l’interpretazione dell’esame stesso.
Le più recenti apparecchiature TC consentono di acquisire immagini di sezioni trasversali in frazioni di secondi.
Il fascio di raggi X emessi dal tubo radiogeno ruota attorno al paziente disposto supino, attraversa la sezione in esame, emerge dalla parte opposta, come risultato dei vari assorbimenti in funzione della densità corporea, e viene infine registrata da una schiera di detettori: quest’ultima può essere mobile, e cioè costituita da un arco che ruota solidale ma dalla parte opposta al tubo radiogeno, negli apparecchi TC di III generazione, o fissa, e quindi costituita da un anello di detettori disposti a 360°, negli apparecchi TC di IV generazione. I valori rilevati dai detettori sono successivamente elaborati con tecniche matematiche avanzate, come la trasformata di Fourier, e da algoritmi di ricostruzione, che consentono di ottenere una immagine bidimensionale.
Principi TC
Nella tomografia computerizzata fondamentali sono i concetti di pixel e voxel: il pixel (picture element) è la più piccola parte costituente l’immagine bidimensionale TC, che avrà una rappresentazione di grigio, e quindi di densità; invece il voxel (volume element) è la media di tutti i punti contenuti nell’unità di volume in esame, in questo caso costituente l’immagine tridimensionale. Da ciò deriva che più piccoli saranno i pixel, e quindi i voxel, maggiore sarà la risoluzione spaziale di quella immagine.
La densità delle strutture esaminate può essere rappresentata in modo diverso: per convenzione, l’osso ed il metallo saranno bianchi, il gas e l’aria saranno neri, tutte le altre strutture con densità intermedia saranno rappresentate da una grande scala di grigi. La densità in TC viene misurata in unità Hounsfield (HU): poiché i valori HU vanno da –1000 (aria), a 0 (acqua), a +1000 (osso compatto) a +2000-3000 (per i metalli) e ognuno di essi può essere rappresentato da un grigio diverso, l’immagine, se dovesse rappresentarli tutti insieme, risulterebbe povera di contrasto, proprio a causa della bassa capacità che possiede l’occhio umano di poter separare solo circa 20 gradazioni di grigio. Ecco perché è necessario come si dice “aprire una finestra” attraverso la quale osservare le strutture presenti e questo viene, infatti, fatto definendo il valore medio, al quale si vuole che sul monitor corrisponda il grigio intermedio (centro della finestra) e definendo l’intervallo dei valori al di sopra e al di sotto del valore centrale, che si vogliono rappresentare con le altre gradazioni di grigio (ampiezza della finestra). Per esempio una finestra ottimale per le strutture addominali è con centro della finestra a 40 HU, che saranno rappresentate con il valore di grigio intermedio, ed ampiezza di 400 HU, che mostrerà tutte quelle strutture che hanno un valore HU compreso tra –160 e 240 utilizzando i rimanenti valori di grigio, più chiari per i pixel al di sopra di 240 HU fino al bianco, e più scuri per tutti quelli al di sotto di –160, fino al nero.
Immagine 01
Immagine 01. Le densità di grigio rappresentate nelle immagini sono standardizzate e corrispondono a densità note, riportate su una scala numerica detta Scala Hounsfield (HU).
Immagine 02
Immagine 02. Ampiezza della finestra: range di rappresentazione dei grigi. I livelli al di sopra ed al di sotto dei limiti della finestra corrisponderanno al bianco ed al nero. I livelli intermedi verranno distribuiti in maniera lineare all’interno della finestra. Il “centro della finestra” sposta il livello intermedio di grigio utilizzato sulla densità che vogliamo studiare: è importante usare la finestra opportuna di visualizzazione a seconda di quello che vogliamo studiare (a sinistra vediamo la finestra per mediastino ove si apprezza scarsamente il nodulo polmonare, ben visibile nell’immagine a destra tramite la finestra per lo studio del parenchima polmonare).
Nella pratica clinica si sceglie uno spessore standard dello strato corporeo in esame di pochi mm (in media 3 – 5 mm), ma per avere informazioni su dettagli più piccoli, per esempio per l’osso temporale o per immagini ad elevata risoluzione del polmone, è possibile acquisire strati di 1 mm o inferiori. Tuttavia più piccolo è lo strato, minore sarà la quantità di raggi X che raggiungerà i detettori, e dunque per ottenere comunque una ottimale qualità dell’immagine, sarà necessario che la quantità di radiazioni somministrate al paziente per l’esame di ogni strato sia maggiore.
Ogni esame TC è preceduto dall’acquisizione dello “scannogramma” o “scout-view” che è ottenuta facendo scorrere longitudinalmente nel tunnel della TC, al di sotto del fascio di raggi X, il tavolo sul quale giace il paziente: lo scannogramma serve per definire il livello superiore e inferiore della scansione tomografica e per valutare l’inclinazione da conferire al piano di sezione onde adattarlo all’orientamento della struttura in esame.
Con la TC è possibile ottenere non solo immagini assiali, cioè perpendicolari al tavolo su cui è posto il paziente, ma il tubo può essere anche inclinato, e quindi, in questo caso, il raggio incidente formerà col tavolo un determinato angolo, ottenendo così, per esempio nel caso del cervello, scansioni che vanno dal livello più alto fino alla base del cervello stesso, o delle scansioni perfettamente parallele al decorso obliquo dei vari spazi intersomatici vertebrali. E’ comunque possibile, grazie a sofisticati software, ricostruire successivamente le immagini acquisite con scansioni “dirette” assiali secondo piani “indiretti” coronali, sagittali od obliqui.
Mezzo di contrasto TC
Per una migliore definizione delle strutture parenchimali si può rendere necessario somministrare un mezzo di contrasto (Mdc) endovena (e.v.). Il Mdc somministrato per via endovenosa è un mezzo di contrasto iodato. La loro struttura molecolare ne determina le diverse proprietà biologiche: sono sostanze ideali l’opacizzazione dei vasi, degli organi, dei linfatici, del canale vertebrale e vengono eliminati prevalentemente per via urinaria ed in piccola parte attraverso la bile.
Per una migliore definizione delle strutture digestive o di altri organi cavi si può rendere necessario somministrare anche altri mezzi di contrasti per vie diverse da quella endovenosa, come per os: per esempio, il bario o i mdc ioniciì assunti per os, a concentrazione opportunamente diluita per evitare artefatti, sono utili per contrastare lo stomaco e le anse intestinali da organi o masse contigue o per uno studio dettagliato delle pareti, in caso di malattie neoplastiche od infiammatorie. Tali mezzi di contrasto possono anche essere somministrati tramite sondini, per lo studio della patologia flogistica o neoplastica gastro-intestinale od introdotti per via retrograda rettale per lo studio di lesioni parietali del colon o del retto. E’ possibile, inoltre, iniettare il mezzo di contrasto direttamente in vescica tramite catetere per lo studio di processi espansivi endoluminali vescicali.
I rischi inerenti alla somministrazione di mdc sono essenzialmente legati all’insufficienza renale grave e all’allergia ad esso, pertanto prima di somministrarlo occorre conoscere la funzionalità dei reni attraverso un recente valore della creatinina e della eGFR. In base a questi valori si deciderà la concentrazione di soluzione fisiologica da somministrare al paziente contemporaneamente alla somministrazione del mdc e.v. in modo da non sovraccaricare il rene già insufficiente.
Inoltre se un paziente che deve praticare una TC con Mdc è un soggetto allergico, è utile ricorrere ad una premedicazione che riduca i rischi di una eventuale reazione allergica. Quindi, nei pazienti con anamnesi di seria reazione allergica al Mdc con laringospasmo, broncospasmo, ipotensione, bisogna valutare la possibilità di orientarsi verso altre metodiche, quali ecografia, risonanza magnetica o la stessa TC ma senza somministrazione del Mdc. In ogni caso, non è possibile predire una reazione allergica alla somministrazione del Mdc, poiché essa può verificarsi anche in un paziente che in precedenza non abbia mai presentato alcun tipo di reazione di tale genere.
Meccanica TC
La TC spirale è una recente evoluzione tecnologica della TC assiale.
Nella TC assiale, a paziente fermo ed in apnea sul lettino, il tubo radiogeno compie un mezzo giro per raggiungere una velocità di rotazione costante, poi compie un giro completo emettendo radiazioni, vengono acquisiti i dati della scansione, poi ancora mezzo giro per rallentare e fermarsi, infine gira al contrario riavvolgendo il filo di alimentazione e per poi ritornare al punto di partenza. Nella pausa che intercorre con la successiva scansione, il paziente riprende fiato ed il lettino portapaziente avanza di un certo numero di millimetri/centimetri precedentemente stabiliti. Il limite della TC assiale consiste nel rumore nell’immagine quando il paziente non riesce a collaborare o a rispettare i tempi e la sequenza delle apnee: infatti sono possibili falsi negativi per piccole lesioni perché ogni scansione è contigua alla precedente ma non sicuramente continua, poiché ogni atto inspiratorio non è sempre uguale al precedente.
Tutte queste difficoltà vengono superate con la TC spirale, in cui il tubo ruota continuamente attorno al paziente, grazie a contatti striscianti che ne garantiscono l’alimentazione senza fili, mentre il lettino avanza senza interruzione; è così possibile acquisire, durante un unico atto inspiratorio tutti i dati di un segmento corporeo in tempi molto ridotti rispetto alla TC assiale.
Il termine TC spirale è equivalente a TC volumetrica, volendo proprio sottolineare che non esistono più soluzioni di continuità fra una scansione e l’altra e che l’apparecchiatura dapprima acquisisce tutti i dati e successivamente li ricostruisce secondo piani desiderati, che risulteranno tutti egualmente di ottima qualità.
Nella TC spirale il mdc deve essere iniettato tramite una pompa di infusione elettronica con tempi e flussi stabiliti, in funzione delle necessità diagnostiche. E’ così possibile eseguire una angio-TC per evidenziare, ad esempio, un aneurisma dell’aorta addominale ed in tal modo sarà possibile ricostruire l’estensione e la morfologia dell’aneurisma in modo da programmare un intervento chirurgico mirato.
La più recente evoluzione della TC spirale è la TC (spirale) multislice o multistrato, in cui non solo il tubo ruota continuamente intorno al paziente, ma, invece di una sola schiera di detettori controlateralmente al tubo a raggi X, sono disposte più schiere o meglio una larga banda di detettori, così che ad ogni rotazione del tubo su 360° vengono contemporaneamente acquisite più sezioni del tratto in esame. Quindi, ad ogni rotazione non sarà più disponibile una sola sezione dello spessore impostato, come nella TC spirale, ma più sezioni contemporaneamente. La TC multistrato presenta quindi delle caratteristiche peculiari:
acquisizione di più sezioni per ogni singola rotazione (ad oggi pari a 64, 128 o più strati);
velocità massima di rotazione del sistema tubo-detettori intorno al paziente pari a 0.5 sec./360°, con spessore di strato minimo 0.5 mm
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Immagine 03. Elementi meccanici essenziali di un tomografo di tomografia computerizzata.
I detettori nella TC possono essere:
detettori a matrice fissa: sono ottenuti dividendo un detettore in parti uguali,in modo da poter poi suddividere ogni singolo strato acquisito in strati più sottili sempre uguali tra loro;
detettori a matrice adattabile: hanno detettori più sottili al centro e di dimensioni maggiori ai lati e questi richiedono una tecnologia costruttiva più sofisticata rispetto a quelli a matrice fissa, in quanto gli strati dei detettori sono di dimensioni differenti e quindi richiedono linee di produzione separate. Rimane comune la possibilità di suddividere gli strati acquisiti in spessori inferiori, sempre in numero di quattro e sempre uguali tra loro.
Negli scanner multistrato viene evidenziato l’effetto “cono”, che comporta una risoluzione più alta al centro del campo di scansione e più bassa ai bordi, a causa dell’effetto di allargamento del fascio: infatti lo spessore di collimazione impostato al detettore non corrisponde più allo spessore di strato esaminato al paziente. Il fascio emesso dal tubo radiogeno è un fascio a ventaglio sia sugli assi x e y sia sull’asse z (cranio-caudale).
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Immagine 04. Elementi meccanici essenziali e principi di funzionamento di un tomografo di tomografia computerizzata. I detettori sono in grado di trasformare le radiazioni X in energia elettrica, che può essere facilmente quantizzata.
