Diagnostica per immagini

Diagnostica per immagini

La definizione diagnostica per immagini indica la metodica che permette di conoscere, attraverso la formazione di immagini radiologiche nel vivente, la presenza di uno stato patologico. Essa si è andata sostituendo al termine radiologia, intesa come disciplina specialistica della medicina che fa uso di radiazioni ionizzanti (raggi X, tomografia computerizzata, mineralometria ossea computerizzata) a scopo diagnostico e terapeutico, in quanto si è avuto un largo sviluppo di metodiche che utilizzano radiazioni di tipo non ionizzanti dello spettro elettromagnetico. A partire dal 1895, anno della scoperta dei raggi X da parte del fisico tedesco W.C. Roentgen, la formazione di immagini radiologiche ha compiuto notevoli progressi. In particolare, nel passato si sfruttavano soltanto le differenti densità (o coefficienti di attenuazione del fascio di radiazioni) dei tessuti attraversati dalle radiazioni ionizzanti; attualmente si utilizzano metodiche quali la risonanza magnetica e l'ultrasonografia (ecografia), che utilizzano rispettivamente le proprietà magnetiche delle diverse molecole in presenza di campi magnetici e onde radio, e il fenomeno di riflessione degli ultrasuoni in corrispondenza di ogni interfaccia, che rappresenta la superficie riflettente esistente tra tessuti a diversa impedenza acustica.

La d. per i. raggruppa differenti metodologie di studio del corpo umano quali la radiologia convenzionale, la densitometria minerale ossea, la radiologia interventistica, la tomografia computerizzata, l'ultrasonografia e la risonanza magnetica; comprende inoltre, nell'uso corrente della definizione, anche le modalità di formazione di immagini diagnostiche mediche basate sull'uso di isotopi radioattivi, che sono alla base della scintigrafia.

Radiologia convenzionale

La radiologia convenzionale sfrutta le proprietà dei raggi X di impressionare le pellicole fotografiche. Essa rappresenta la prima metodica di studio a essere stata introdotta nel campo della d. per i. e costituisce una delle indagini più utilizzate, in quanto non necessita di apparecchiature eccessivamente sofisticate e costose e richiede tempi di esecuzione e di valutazione estremamente brevi. I suoi principali campi di applicazione riguardano lo studio dell'osso, del torace, della mammella e, grazie all'integrazione con specifici mezzi di contrasto somministrati per via orale o per via endovenosa, dell'apparato gastrointestinale e urinario. Accanto alle immagini analogiche (radiogrammi convenzionali), ci si può avvalere di una radiografia digitale, nella quale la ricostruzione delle immagini avviene attraverso un opportuno sensore (pannello sensibile mobile) che converte la radiazione ionizzante in un segnale elettrico. L'immagine digitale è ottenuta, quindi, convertendo questo segnale elettrico in una forma numerica. Per ottenere tale risultato ci si avvale di appositi sistemi schermo-pellicola costituiti da una piastra in poliestere ricoperta da un sottile strato di fosforo fotosensibile (principalmente fluorobromuro di bario attivato con europio). I principali vantaggi dell'immagine radiografica digitale consistono nella possibilità di poterla visualizzare su monitor televisivo di una console predisposta all'archiviazione temporanea con la possibilità di stampare successivamente le immagini su pellicola tramite sistema laser.

Un altro vantaggio dell'immagine digitale consiste nella possibilità di ottenere molteplici elaborazioni; tale proprietà è dovuta al fatto che la qualità delle immagini (contrasto, luminosità, ingrandimento, esaltazione dei bordi, filtrazione ecc.), che nella forma convenzionale è fissata al momento dell'esposizione, nel sistema digitale può essere modificata anche successivamente. In tal modo, il radiologo è in grado di evidenziare il contrasto intrinseco dell'immagine, di attenuare eventuali degradazioni dell'immagine legate a una non corretta esecuzione dell'esame (sovra- o sottoesposizione). Infine, l'immagine digitale può essere collocata in appositi archivi informatici a dischi ottici, consentendo un'ottimale conservazione dei dati, senza alcun ingombro di carattere fisico.

Densitometria minerale ossea

Un'altra metodica di diagnostica, che utilizza i raggi X, seppur a bassa dose, è rappresentata dalla densitometria minerale ossea o MOC (Mineralometria Ossea Computerizzata). Tale metodica consente una misurazione precisa e affidabile della massa ossea a livello di diversi distretti scheletrici (preferibilmente tratto lombare della colonna vertebrale e collo femorale). Il valore di massa ossea rappresenta il parametro più importante nella valutazione del rischio cumulativo di fratture scheletriche in pazienti affetti da patologie dello scheletro caratterizzate da una elevata prevalenza in tutto il mondo, come l'osteoporosi e l'osteopenia. Per tale motivo, la densitometria minerale ossea rappresenta la metodica di riferimento a livello mondiale nello studio di queste patologie, avendo praticamente sostituito la radiologia convenzionale.

Radiologia interventistica

La radiologia interventistica consiste nell'effettuazione di varie procedure diagnostiche e terapeutiche, che vengono attuate attraverso l'impiego di tecniche e metodiche radiologiche. Questa disciplina, che ha come presupposto di base una grande esperienza nella manualità dell'operatore, trova differenti campi di applicazione. Nell'ambito della radiologia interventistica sono distinguibili due principali campi di applicazione, vale a dire l'interventistica vascolare e l'interventistica non-vascolare.

Interventistica vascolare. - Le principali procedure di pertinenza dell'interventistica vascolare comprendono interventi rivolti a modificare il flusso arterioso distrettuale con conseguente riduzione (tramite farmaci vasocostrittori o agenti embolizzanti) oppure aumento (tramite trombolisi locale o procedure di angioplastica transluminale con o senza stent metallico). Altre procedure interventistiche vascolari includono la rimozione di corpi estranei (per es., frammenti di guide, cateteri, endoprotesi, elettrodi di pacemaker) da vasi sanguigni o strutture canalicolari. Attraverso il cateterismo venoso è possibile ottenere un campionamento selettivo del sangue venoso proveniente da specifiche ghiandole endocrine con la possibilità di valutare direttamente l'increzione ormonale.

Interventistica non-vascolare. - Altro campo di applicazione estremamente vasto della radiologia interventistica riguarda le diverse procedure non-vascolari, incluso il drenaggio di raccolte fluide quali formazioni asessuali, cisti renali ed epatiche, pseudocisti pancreatiche. Attraverso la via percutanea è inoltre possibile attuare diverse procedure a livello epatico (inserimento di drenaggi biliari esterni, posizionamento di endoprotesi biliari, effettuazione di procedure di bilioplastica, trattamento di lesioni focali epatiche maligne con procedure di alcolizzazione e radiofrequenza, e infine creazione di shunt porto-sistemico intraepatico per via transgiugulare in pazienti con ipertensione portale) e renale (nefrotomia percutanea). Altri interessanti campi di applicazione dell'interventistica non-vascolare riguardano il trattamento palliativo di neoplasie del tubo digerente (esofagoplastica e coloplastica transluminale), la lisi percutanea di strutture nervose (alcolizzazione del plesso celiaco, delle catene simpatiche toraciche e lombari, del nervo femorocutaneo, del ganglio di Gasser). Infine, la radiologia interventistica è di essenziale importanza nell'esecuzione di biopsie percutanee a carico di qualsiasi distretto (polmonare, mediastinico, sottodiaframmatico e osseo).

Tomografia computerizzata

Tra le metodiche radiologiche di più recente introduzione, che utilizzano raggi X, sicuramente la tomografia computerizzata (TC) riveste il maggior interesse e la maggiore importanza. La TC è una tecnica radiologica digitalizzata, che consente di ottenere immagini assiali o parassiali di spessori definiti del corpo umano caratterizzate da elevata risoluzione spaziale e di contrasto. Sin dalla sua introduzione intorno alla fine degli anni Settanta del 20° sec., questa metodica ha senz'altro goduto dei maggiori progressi della tecnologia e già nei primi anni Novanta, con il passaggio dalle apparecchiature ad acquisizione sequenziale, che acquisivano singolarmente uno strato per rotazione del complesso tubo radiogeno-detettori con tempi inizialmente di diversi secondi, si è passati alle apparecchiature spirali, che hanno permesso un importante cambiamento nell'imaging tomografico. Queste infatti, basate su un movimento combinato e continuo del tubo radiogeno e dei detettori, nonché del lettino porta-paziente, tale da determinare un'acquisizione di tipo elicoidale (spirale o volumetrica), hanno ridotto notevolmente i tempi di acquisizione. Una vera rivoluzione si è avuta però, intorno alla fine degli anni Novanta, con l'introduzione della tecnologia multidetettore. Grazie alla presenza di più file di detettori disposti longitudinalmente rispetto all'asse del paziente, unitamente a una velocità di rotazione del supporto (gantry) molto elevata (frazioni di secondo) è possibile acquisire ampi volumi corporei in tempi estremamente brevi. Grazie all'elevata velocità di acquisizione, è possibile studiare ampi segmenti del corpo umano e non risentire di artefatti da movimento. Perciò le maggiori e più interessanti esperienze e applicazioni cliniche con TC spirale multidetettore (TCMD) riguardano il distretto coronarico, il tratto aortico toraco-addominale, i vasi del circolo periferico, i vasi epiaortici e il circolo arterioso intracranico, riportando risultati sovrapponibili a quelli delle metodiche di riferimento, quali l'angiografia a sottrazione digitale con approccio transarterioso, notoriamente più invasiva. Altra importante applicazione della TC multistrato, per la sua elevatissima risoluzione spaziale, è lo studio dei visceri cavi addominali e pelvici con tecniche di endoscopia virtuale.

Ultrasonografia

L'ultrasonografia, introdotta intorno agli anni Settanta del 20° sec., è la metodica che utilizza fasci di ultrasuoni per la costituzione delle immagini. Poiché le informazioni necessarie per la costituzione delle immagini sono riferite non alla componente trasmessa del fascio, ma a quella riflessa, viene comunemente utilizzato il prefisso eco- (ecografia). I pregi di questa metodica sono la pressoché assoluta innocuità, la praticità e rapidità di realizzazione delle immagini (effettuabili anche con apparecchiature portatili) e il costo globale contenuto. I principali limiti invece sono legati alla dipendenza dei risultati, alla perizia dell'operatore, alla necessità di una interpretazione immediata delle immagini con formulazione in tempo reale dei risultati. Gli ultrasuoni sono costituiti da onde acustiche con frequenza superiore ai 20.000 cicli al secondo (20 KHz) quindi non udibili all'orecchio umano. Le frequenze utilizzate ai fini diagnostici sono comprese tra 1 e 20 MHz, prodotte sfruttando la proprietà di alcuni cristalli di entrare in vibrazione ad alta frequenza quando eccitati da impulsi elettrici. La propagazione degli ultrasuoni ha luogo esclusivamente attraverso mezzi materiali sotto forma di moto ondulatorio che genera bande di rarefazione e compressione delle particelle stesse che costituiscono il mezzo. La resistenza incontrata dagli ultrasuoni nell'attraversare un tessuto è legata alle caratteristiche del tessuto e prende il nome di impedenza acustica. Nei punti di passaggio tra tessuti con impedenza acustica diversa (interfacce) parte del fascio degli ultrasuoni viene riflesso verso il cristallo emittente, per una quantità dipendente dalla differenza di impedenza acustica a livello dell'interfaccia e dall'angolo di incidenza del fascio stesso (massima riflessione del fascio si ottiene con angoli d'incidenza pari a 90 gradi). La parte di fascio ultrasonoro riflessa fornisce le informazioni utili ai fini diagnostici che vengono recepite dagli stessi cristalli posti questa volta in uno stato di ricezione. L'ecografia costituisce la tecnica di studio di prima istanza in molti distretti corporei, compreso il tessuto cutaneo e sottocutaneo, i muscoli, gli organi addominali, la prostata, l'utero e le ovaie. L'ecografia rappresenta inoltre la metodica di riferimento nello studio del fisiologico sviluppo del feto nella vita intrauterina, consentendo la valutazione diretta del corretto sviluppo dei diversi organi. L'esame delle strutture vascolari rappresenta un altro campo di applicazione di primaria importanza dell'ecografia grazie all'utilizzo nella pratica clinica del principio fisico individuato da J.C. Doppler, per cui l'onda ultrasonora riflessa da una struttura in movimento ha frequenza minore o maggiore rispetto a quella dell'onda incidente a seconda che la struttura in movimento si sposti rispettivamente in allontanamento o avvicinamento rispetto al trasduttore (effetto Doppler). In tal modo, se si è a conoscenza della frequenza dell'onda incidente, dell'angolo di incidenza e della variazione assoluta di frequenza dell'onda riflessa (Doppler shift) è possibile calcolare la velocità di movimento della struttura bersaglio; si possono così ottenere con lo studio ecografico di una struttura vascolare informazioni relative alla presenza di flusso, alla direzione del flusso e alle sue caratteristiche (arterioso, venoso, laminare, turbolento). È possibile inoltre determinare attraverso specifici programmi di calcolo indici importanti per la caratterizzazione del flusso. Altri campi di applicazione estremamente interessanti dell'ecografia, anche se altamente specialistici, comprendono l'ecoendoscopia (essenziale nello studio dell'esofago, dello stomaco, della parte distale del colon sinistro, delle regioni bilopancreatiche), l'ecografia transuretrale praticata con trasduttori di pochi millimetri di diametro a scansione rotante introdotti a livello uretrale tramite cistoscopio, l'ecografia intravascolare che consente di valutare per via endoluminale tramite trasduttori ad altissima frequenza la placca aterosclerotica, le anastomosi e i bypass vascolari, e la compliance della parete arteriosa. Infine, l'ecografia intraoperatoria costituisce agli inizi del 21° sec. lo standard di riferimento nell'identificazione delle lesioni focali epatiche fornendo in tempo immediato informazioni essenziali per il chirurgo. L'ecografia incontra difficoltà nello studio dell'encefalo, del torace e del tubo gastroenterico per la presenza di interfacce critiche (osso, aria alveolare, gas intestinali) che ne limitano l'efficacia. Con l'introduzione dei mezzi di contrasto, costituiti da microbolle ecoriflettenti, iniettati per via endovenosa, che si distribuiscono e si concentrano nei vari organi, senza uscire dal distretto capillare, si sono ottenute importanti informazioni circa la vascolarizzazione dei vari organi e di eventuali tessuti ritenuti patologici. L'ecografia, quindi, rappresenta una metodica di prima istanza nell'identificazione di eventuali patologie, che poi spesso deve essere supportata con un approfondimento diagnostico attraverso tecnologie di più alto livello.

Risonanza magnetica. - La risonanza magnetica (RM), metodica introdotta intorno agli anni Ottanta del 20° sec., sfrutta le proprietà magnetiche delle diverse molecole che compongono la materia. La RM è un fenomeno fisico esibito da tutti quei nuclei atomici con numero dispari di protoni (l'idrogeno, con un solo protone, è un elemento molto abbondante nellumano), che hanno la caratteristica, una volta inseriti in un campo magnetico esterno uniforme, di allinearsi lungo la direzione del campo, assorbire energia elettromagnetica fornita a una determinata frequenza (detta di risonanza) rappresentata da un'onda radio, e cedere successivamente questa energia per tornare alla posizione di equilibrio indotta dal campo magnetico esterno; questa cessione di energia avviene anch'essa sotto forma di onde radio, che possono essere rilevate all'esterno del corpo con opportune antenne, consentendo la ricostruzione della struttura in esame e di sue eventuali patologie determinanti alterazioni dell'intensità del segnale di risonanza. La RM è una metodica che non espone quindi a radiazioni ionizzanti; è pertanto sicura anche se con l'utilizzo di magneti a sempre più elevato campo sono ancora in corso studi per valutare un eventuale effetto del campo magnetico indotto sul corpo umano. Un ulteriore vantaggio della RM rispetto alle altre tecniche è rappresentato dall'elevato potere di contrasto che permette di distinguere i tessuti in base alla loro composizione chimico-fisica, evidenziando, con alta sensibilità, la presenza di aspetti patologici, poiché dotati di segnale caratteristico e di differenziarli dai tessuti normali. Gli svantaggi di questa metodica sono legati alla ancor bassa diffusione di macchinari nel territorio a causa degli alti costi e della necessità di personale altamente qualificato per l'utilizzo e per la valutazione delle immagini. L'indagine trova inoltre controindicazioni assolute nei pazienti portatori di pacemaker (elevato rischio di smagnetizzazione), clip metalliche vascolari a base di materiali ferrosi (specie se localizzate in sede intracranica), interventi di sostituzione del cristallino eseguiti con l'utilizzo di fili metallici. Controindicazioni relative all'esame RM sono costituite dalla presenza di grosse protesi di materiali ferromagnetici (in particolare quelle dentarie e dell'anca) a causa del sensibile deterioramento della qualità dell'immagine per la presenza di artefatti da suscettibilità magnetica. Il tomografo a RM è una macchina complessa i cui sottosistemi principali sono: il magnete con il sistema dei gradienti; la catena a radio frequenza con la bobina di trasmissione e la bobina di ricezione; la sezione di controllo e acquisizione dati; la sezione di elaborazione dei dati che provvede alla trasformazione dei dati grezzi in immagini. L'effettuazione dell'esame prevede ancora tempi relativamente lunghi in cui il paziente deve essere posizionato nel magnete, generalmente in forma di tunnel, e collaborare con l'operatore; questo problema, anche se sta per essere superato con l'introduzione di magneti aperti, limita l'esecuzione dell'esame in una piccola percentuale di pazienti (3% circa) per problemi di claustrofobia. Lo studio con RM trova applicazione nei più disparati campi d'indagine, incluso lo studio degli organi addominali, della pelvi, dell'encefalo, dell'osso, delle articolazioni, della mammella e delle strutture cardiovascolari. Grazie inoltre all'utilizzo di mezzi di contrasto somministrati per via endovenosa è possibile analizzare il pattern di potenziamento di lesioni focali a carico di diversi organi, oltre che lo studio dei fenomeni dinamici fisiologici e patologici. I principali mezzi di contrasto disponibili per lo studio di RM sono suddivisi in due principali classi: agenti di contrasto paramagnetici, costituiti da complessi dello ione gadolinio o dello ione manganese che agiscono aumentando l'intensità di segnale dei tessuti circostanti, e agenti di contrasto superparamagnetici, costituiti da composti ferrosi che inducono un tipico artefatto da suscettibilità magnetica con riduzione dell'intensità di segnale dei tessuti circostanti. Sono stati inoltre introdotti nella pratica clinica agenti di contrasto con un particolare tropismo per tessuti specifici. Tra i principali rappresentanti di questa categoria di agenti di contrasto vi sono i mezzi di contrasto epatobiliari, reticoloendoteliali, linfografici, intravascolari (costituiti da macromolecole a lunga emivita plasmatica, come l'albumina e la polilisina, complessate con ioni paramagnetici). Ulteriore vantaggio dei mezzi di contrasto per RM rispetto ai composti iodati utilizzati nella pratica clinica negli studi di tomografia assiale consiste nella pressoché assente nefrotossicità alle dosi normalmente somministrate in diagnostica e alla bassissima incidenza di reazioni avverse maggiori. Questo elevato profilo di sicurezza ha consentito una rapida diffusione della RM nello studio di pazienti affetti da insufficienza renale cronica e altre controindicazioni ai mezzi di contrasto iodati. Inoltre, utilizzando apparecchiature con campi magnetici omogenei a elevata intensità, è possibile eseguire studi di spettroscopia topica. Con tale metodica, in seguito alla determinazione di un piccolo volume corporeo mediante immagine RM preacquisita, è possibile determinare le molecole dei gruppi chimici in cui è contenuta una data specie nucleare. Le misure sono effettuate dall'esterno con apposite bobine in maniera non invasiva e facilmente ripetibile. Si possono così ottenere informazioni delle caratteristiche metabolico-funzionali del tessuto esaminato.

Scintigrafia

Una segnalazione a parte merita anche la diagnostica radioisotopica, oggetto di interesse della medicina nucleare o scintigrafia. Le indagini scintigrafiche forniscono immagini nelle quali la risoluzione spaziale appare parzialmente sacrificata a vantaggio di informazioni metabolico-funzionali. Nell'uso diagnostico si utilizzano radioisotopi che emettono radiazioni gamma (il più diffuso nella pratica clinica è il Tc99m), con breve periodo di dimezzamento e basso rischio radiogeno per il paziente. I radioisotopi sono in genere somministrati dopo complessamento con una molecola di trasporto, costituendosi così un radiofarmaco con un particolare tropismo per un determinato tessuto. I radiofarmaci sono genericamente suddivisi in traccianti, se utilizzati per tracciare una certa funzione biologica, e indicatori, se finalizzati all'identificazione della morfologia di un determinato organo. La gammacamera costituisce l'apparecchiatura che consente di ottenere in vivo e dall'esterno, in maniera non invasiva, la misurazione della radioattività all'interno dell'organismo attraverso l'utilizzo di un cristallo rivelatore circolare di grandi dimensioni (tipicamente di diametro di 38 cm, fino a un massimo di 53 cm) accoppiato a numerosi moltiplicatori. Un circuito di posizionamento rende possibile la localizzazione spaziale dei multipli fotoni gamma provenienti da diversi punti della regione corporea. Successivamente le immagini sono ricostruite e visualizzate su un monitor televisivo in forma singola o sequenziale, fornendo informazioni sulla distribuzione spaziale o spazio-temporale del radiofarmaco. È possibile ottenere anche informazioni sulla radioattività di singoli strati corporei grazie all'utilizzo di una gammacamera digitale in grado di ruotare a 360 gradi intorno all'asse longitudinale del paziente esaminato. Questa tecnica, che prende il nome di tomoscintigrafia o SPET, consente di ottenere un significativo incremento della risoluzione spaziale e di contrasto rispetto alle immagini usuali. Infine, la metodica di diagnostica radioisotopica più sofisticata è quella della tomografia assiale a emissione di positroni (PET). Essa utilizza radioisotopi emettenti positroni (C11, N13, O15, F18, Ga68) che possono essere incorporati in un numero illimitato di composti organici, senza alterarne le caratteristiche biochimiche. Per la bassa emivita dei radionuclidi utilizzati, tali composti devono essere prodotti nella stessa sede dove viene svolto l'esame, ponendo la necessità di un ciclotrone, un laboratorio di radiochimica e personale qualificato. I principali campi di applicazione della PET sono lo studio del flusso ematico cerebrale e del consumo di ossigeno associato al metabolismo glucidico (importante nella diagnosi differenziale tra malattia di Alzheimer e altre forme di demenza senile), la dimostrazione di tessuto vitale suscettibile di rivascolarizzazione nel contesto di un miocardio ipoperfuso e la valutazione dell'attività metabolica di un tumore in base al consumo di glucosio.

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