Tomografia Computerizzata

1. La Tomografia Computerizzata
un connubio tra fisica e medicina
Mucci Diego V F
Maggio 2020
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2. La storia
dai raggi X alla diagnostica
1895
Mentre esegue esperimenti sui raggi catodici(elettroni) nei tubi di Crookes, il
fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen si accorge che quel flusso di particelle
analizzate, in determinate condizioni, origina una radiazione elettromagnetica
ancora sconosciuta al mondo della fisica, capace di attraversare gran parte delle
superfici che la ostacolano. I raggi-X, così chiamati dallo stesso Röntgen proprio
perché di natura ignota, si rivelano col tempo molto pericolosi per l’uomo, tanto
da essere associati alle letali radiazioni gamma tipiche dei fenomeni nucleari.
193X
Il medico italiano Alessandro Vallebona inventa la stratigrafia (o tomografia),
una tecnica diagnostica radiografica il cui obiettivo è quello di indagare
specifiche porzioni del corpo del paziente, escludendo le altre grazie all’utilizzo
di principi di geometria proiettiva; questa tecnica prevede l’utilizzo di un tubo
radiogeno, emettitore di radiazioni X, e di un ricettore, una pellicola sulla quale
venivano proiettate le immagini risultanti. Senza dubbio, non è tuttavia
trascurabile l’elevata quantità di radiazioni alla quale il paziente viene esposto
visti i lunghi tempi diagnostici e l’utilizzo di macchinari non ancora perfezionati.
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3. 1951-1971
L’ingegnere britannico Godfrey Hounsfield, dopo
aver concentrato i suoi studi sullo sviluppo di radar
e armi, si interessa particolarmente ai computer,
che da poco avevano fatto la loro apparizione sul
mercato globale, suscitando in lui notevole
entusiasmo.
Assunto dall’EMI(Electric and Musical Industries),
una famosa etichetta discografica che si occupa
anche di ricerca e sviluppo, Hounsfield riceve
importanti finanziamenti (grazie agli introiti riscossi
dalle vendite dei Beatles, che furono ben felici di
collaborare ad un progetto con un fine tanto
ambizioso quanto nobile) per approfondire i suoi studi riguardanti la possibilità
di creare macchine in grado di rielaborare automaticamente le immagini
ottenute dall’interazione tra i raggi X e il corpo umano.
Nel 1971 Hounsfield e il fisico sudafricano Allan Cormack inventano il primo
tomografo computerizzato, l’EMI CT 1000, in grado di analizzare solo il tessuto
cerebrale: questo modello iniziale, detto sequenziale, crea l’immagine finale
alternando continuamente traslazione e rotazione del tubo radiogeno finché non
viene raggiunta una rotazione complessiva di 180°, l’esecuzione si rivela dunque
molto lenta. Il macchinario è destinato negli anni successivi ad essere oggetto di
migliorie ed aggiornamenti con l’obiettivo, inoltre, di aumentare il potere
diagnostico e diminuire la dose di radiazione impartita.
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Il tubo resta fermo mentre ruotano
sui rispettivi assi verticali il paziente
e la pellicola. La scelta del piano
stratigrafico avviene alzando o
abbassando lo sgabello del paziente.

4. 1972-1998
Gli sforzi fatti per la creazione di questo sistema di prevenzione e diagnostica
iniziano a dare i loro frutti: gli ospedali di tutto il mondo ora desiderano dotarsi
di questa tecnologia (in Italia il primo modello arriva a Bologna presso
l’Ospedale Bellaria, nel 1974).
Le successive due generazioni di tomografo permettono al tubo radiogeno di
effettuare movimenti a ventaglio e consentono al macchinario di studiare parti
del corpo in movimento, pur sempre acquisendo un unico strato per volta.
Nel 1998 la TC (Tomografia Computerizzata) da “sequenziale” diventa “a
spirale”, multistrato: l’eliminazione dei cavi di alimentazione permette al
macchinario, composto adesso da un unico sistema tubo-detettori, di ruotare
liberamente intorno al paziente (mentre il lettino esegue la traslazione) così da
creare immagini 3D, elaborate combinando i vari risultati bidimensionali. Il
tempo necessario per la scansione è ormai di pochi secondi. Un risultato
straordinario.
Funzionamento
La densità dei tessuti è la variabile che determina la costruzione dell’immagine e
viene misurata in unità di Hounsfield (HU), un’unità di misura ad hoc che
prende come valori di riferimento la densità dell’aria, dell’acqua e delle ossa,
rispettivamente -1000 HU, 0 HU e 1000 HU.
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5. Calcolare l’attenuazione del fascio di raggi X (μ), dipendente dalle densità
incidenti ad esso, attraverso una formula fisica che relaziona l’intensità iniziale
emessa dal tubo e quella finale, misurata dai rilevatori dopo il passaggio delle
radiazioni, permette al tomografo di elaborare l’immagine seguendo complicati
algoritmi.
Il mezzo di contrasto
I mezzi di contrasto sono sostanze opache ai raggi X che servono ad accentuare
il contrasto dell’immagine finale. Le ossa vengono naturalmente messe in risalto
dall’esame poiché costituite da calcio, un elemento con un alto numero atomico,
caratteristica che tende a far assorbire ad esse molte più radiazioni. Nel
momento in cui è necessario
radiografare un organo del
paziente, come ad esempio lo
stomaco, lo specialista può
chiedere di utilizzare un mezzo di
contrasto artificiale (con un
elevato numero atomico), che lo
renderà appunto molto più
visibile alla tomografia.
I radiofarmaci
Differente è il caso dei radiofarmaci (radionuclidi) il cui effetto è quello di far
emettere al corpo dello stesso paziente la radiazione X, per effettuare diverse
metodologie diagnostiche.
Il radiofarmaco è sviluppato in modo tale che “interessi” particolarmente
all’elemento d’indagine e in modo che vi sia attaccato un nuclide, destinato a
decadere nell’arco di poche ore.
Esempi: Zucchero—>Tumori - Sostanze poco metabolizzate—>Reni - ecc…
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