Fisioterapia e professioni sanitarie - Appunti di radiologia

Radiologia e diagnostica per immagini

L'uso della parola radiologia risulta oggi improprio: è più corretto parlare di diagnostica per immagini. Con il termine diagnostica per immagini o imaging si intende l'insieme delle tecniche attraverso cui è possibile osservare un'area di un organismo non visibile dall'esterno. La diagnostica per immagini comprende:

• Radiologia (radiografia, radioscopia, tomografia computerizzata, angiografia digitale)
• Risonanza
• Ecografia
• Medicina nucleare (scintigrafia)

Classificazione delle tecniche di imaging

Queste tecniche possono essere classificate in base al tipo di energia utilizzata:

• La radiologia sfrutta i raggi X, ossia radiazioni elettromagnetiche ionizzanti, le quali possiedono un'alta energia.
• La risonanza utilizza le onde radio, ossia radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti.
• L'ecografia sfrutta gli ultrasuoni, onde elastiche che si basano sull'alternanza di compressione e rarefazione del mezzo attraversato.
• La medicina nucleare sfrutta i raggi gamma, radiazioni ionizzanti originate dai nuclei dei radioisotopi.

L'imaging sfrutta dunque per lo più radiazioni elettromagnetiche le quali possiedono proprietà ondulatorie e corpuscolari (sono onde ma anche insiemi di fotoni, pacchetti di energia). L'onda elettromagnetica è formata dai campi elettrico e magnetico, oscillanti e ortogonali tra loro. Le proprietà dell'onda sono la lunghezza d'onda e la frequenza:

• Onde radio: λ = 3 x 10² cm – 1 cm
• Raggi X: λ = 1 Å – 0.1 Å (Å = 10^-8 cm)

Al crescere della lunghezza d'onda la frequenza diminuisce e con essa anche l'energia. Dunque, le onde radio che hanno una lunghezza d'onda relativamente ampia possiedono una frequenza bassa e di conseguenza anche un'energia bassa (l'energia non è sufficiente a dare ionizzazione). I raggi X invece hanno una lunghezza d'onda molto piccola e dunque una frequenza e un'energia alte (sono ionizzanti).

Radiazioni ionizzanti e precauzioni

Dobbiamo ricordare che le radiazioni ionizzanti, ossia raggi X e gamma, sono potenzialmente pericolose per l'organismo, dunque tutti gli esami di radiologia e medicina nucleare sono da richiedere solo in caso strettamente necessario e da eseguire con le dovute precauzioni. Le radiazioni ionizzanti possono determinare danni di vari tipi:

• Graduati o deterministici: non interessano la radiodiagnostica, sono danni rilevabili per dosi molto alte (come nel caso della radio utilizzata per i tumori).
• Stocastici o probabilistici: interessano la diagnostica. Più una persona è esposta a radiazioni elettromagnetiche ionizzanti tanto maggiore è la probabilità per questa persona di avere danni (danni proporzionali alla dose). Questi danni si manifestano dopo anni o decenni dalla somministrazione.

Si dividono in due tipi:

• Somatici: sono danni che interessano le cellule somatiche, aumentano la probabilità di tumori (della cute, leucemie, ...)
• Genetici: sono danni delle cellule germinali (ovociti e spermatozoi), si manifestano sulle generazioni successive e non sul soggetto che è stato irradiato.

Dosimetria

Esistono delle unità di misura relative alla dose di raggi da somministrare, usate dai fisici sanitari per la radioprotezione in modo che operatori e pazienti ricevano la minor dose possibile di raggi. Le unità di misura delle dosi sono:

• Rad
• Gray (1 Gy = 100 rad)
• Rem (1 rad x Q)
• Sievert (1 Gray x Q)

dove Q è un fattore di qualità che dipende dal tipo di radiazione elettromagnetica ionizzante utilizzata. Tra raggi γ e i raggi X il fattore Q è sempre uguale a 1, mentre per altri tipi di radiazioni il Q varia. La dose dipende dal tipo di esame eseguito. La radiografia del torace ad esempio comporta una dose minima: rappresenta un esame fatto a tutti i pazienti che vengono ricoverati (si fa frequentemente in pronto soccorso).

• Radiografia ad una mano <0.1 mSv
• Radiografia al torace 0.1 - 0.2 mSv
• Radiografia lombare 0.5 - 1.5 mSv
• Coronarografia diagnostica 5 – 10 mSv
• TAC al cranio 1 – 2 mSv
• TAC al torace 5 – 7 mSv
• TAC addome-pelvi 8 - 14 mSv
• Angio TAC coronarica 5 – 15 mSv

Scelta della tecnica

Nel momento della scelta dell'esame strumentale da prescrivere al paziente per una diagnosi ottimale bisogna tenere assolutamente presente il rapporto vantaggio/svantaggio: se è vantaggioso per il paziente, allora va prescritto.

Radiografia

La radiografia è una tecnica grazie alla quale è possibile ottenere un'immagine proiettiva bidimensionale, ossia la rappresentazione su un piano di una struttura a tre dimensioni. L'immagine bidimensionale pone un limite non trascurabile, ossia la sovrapposizione proiettiva di tutte le strutture -> ad esempio dal davanti al di dietro nel torace: coste, polmone, mediastino che comprende cuore, ilo, sterno, grasso mediastinico e colonna. Per ovviare a tale problematica è utile fare una doppia radiografia che presenti due immagini: una perpendicolare all'altra. Una delle due immagini potrebbe mostrare qualcosa che l'altra non mostra. Ex: nell'apparato locomotore alcune fratture si vedono su una sola proiezione e non sull'altra.

La proiezione è la direzione del fascio radiogeno rispetto al paziente e l'immagine che ne deriva è ad esso perpendicolare:

• Proiezione in antero-posteriore: da davanti a dietro
• Proiezione in latero-laterale: dx-sx o sx-dx in base a dove incide e a dove emerge il fascio.

La radiografia si basa sulla differente attenuazione dei raggi X da parte dei diversi tessuti del corpo. Sulla base di tale attenuazione possiamo definire due tipi di tessuti o strutture:

• Radiopache: tali strutture nell'immagine radiografica risultano bianche. Queste strutture sono quelle più attenuanti (ex: mediastino o osso).
• Radiotrasparenti: strutture che nell'immagine risultano nere. Queste sono poco attenuanti (ex: polmone pieno d'aria).

Ovviamente l'immagine non risulta a due colori: non ci sono solo bianco e nero ma anche una scala di grigi (ex: arterie nel mediastino).

Apparecchiatura radiografica

L'apparecchiatura utilizzata è costituita da un tavolo radiografico su cui si sdraia il paziente, davanti al quale vi è un tubo radiogeno, cioè un tubo che produce raggi X. Il paziente quindi si pone tra il tubo e un sistema di rivelazione di raggi X che mette in evidenza quei raggi che attraversano il corpo del paziente.

Nel corpo del paziente avviene un'interazione tra raggi X e materia (paziente): effetti fotoelettrici e Compton.

Sistemi di rivelazione

Fino a non molti anni fa si utilizzava un sistema di rivelazione dei raggi X convenzionale, cioè il sistema schermo-pellicola. Tale sistema è oggi sostituito da uno digitale. Il sistema schermo-pellicola sfruttava un sottile film di cristalli di bromuro d'argento e richiedeva un lungo trattamento dell'immagine. Inoltre, tutte le pellicole dovevano essere raccolte e immagazzinate. Il nuovo sistema di rilevazione basato sui detettori risulta più efficiente: i detettori trasformano i raggi X in luce.

Tubo radiogeno

Il tubo radiogeno è costituito da un'ampolla di vetro a vuoto spinto, all'interno della quale si trovano un catodo e un anodo.

• Il catodo è un filamento di tungsteno
• L'anodo è una corona circolare piatta anch'essa di tungsteno.

Tra catodo e anodo vi è normalmente una differenza di potenziale che crea corrente nel filo di tungsteno. Con il surriscaldamento del tungsteno che raggiunge l'incandescenza un certo numero di elettroni si sposta dal catodo all'anodo e qui subisce un effetto di frenamento. Sull'anodo l'energia cinetica degli elettroni si trasforma in parte in raggi X. I raggi X dall'anodo si dirigono in tutte le direzioni. Tuttavia, l'obiettivo è quello di limitare i raggi alla superficie del paziente, dunque creare un fascio collimato: per questo l'ampolla di vetro si trova in una cuffia di piombo (il piombo trattiene i raggi X) con una sola finestrella che riduce o allarga il fascio in base alla superficie che ci interessa esaminare. Quanto più il fascio è collimato tanto più la qualità della radiografia ottenuta sarà migliore.

Solo l'1% dell'energia cinetica degli elettroni frenati produce raggi X, il restante 99% che arriva sull'anodo si trasforma in energia termica. Per questo motivo sono necessari dei meccanismi di raffreddamento. Uno di questi è l'anodo rotante: la corona circolare di tungsteno gira e fa in modo che il punto su cui arrivano gli elettroni non sia mai lo stesso.

In base alla porzione da esaminare posso:

• Variare la grandezza della finestrella nel piombo: questo mi darà un fascio più o meno collimato.
• Cambiare l'intensità dei raggi X: l'intensità è regolabile variando la differenza di potenziale e quindi la corrente. Tanto maggiore è la corrente creata, maggiore è il numero di fotoni X che si formano e quindi maggiore è l'intensità del fascio.
• Variare l'energia dei singoli fotoni: questa può essere aumentata variando la differenza di potenziale (tensione) tra anodo e catodo.

Le caratteristiche del fascio condizionano la sua penetrazione nel paziente. I raggi X che penetrano il corpo del paziente poi vengono attenuati in base alle strutture che attraversano. L'attenuazione dipende:

• dallo spessore delle strutture
• dal numero atomico (es. le componenti dell'osso hanno un alto numero atomico e attenuano molto)
• dalla densità delle strutture.

Queste sono tutte caratteristiche che dipendono dal paziente. Bisogna tenere conto anche della radiazione diffusa: infatti dopo che i raggi penetrano nel corpo del paziente, quest'ultimo diventa a sua volta sorgente di irradiazione. La radiazione diffusa è inevitabile e comporta due conseguenze negative:

• l'irradiazione degli operatori vicini al paziente nel momento in cui questo è irradiato
• confusione dell'immagine finale: la radiazione diffusa infatti, avendo direzioni totalmente casuali, interferisce con le radiazioni del fascio.

Esistono macchinari che riducono gli effetti negativi della radiazione diffusa anche se non in maniera definitiva. Dunque: Il tecnico di radiologia deve essere in grado di sfruttare le caratteristiche del fascio radiante nel modo migliore e deve tenere conto della radiazione diffusa. Inoltre, la parte da esaminare deve essere posta perpendicolarmente alla direzione del fascio altrimenti si creano immagini deformate e non diagnosticamente utili.

Leggi ottiche della proiezione delle ombre luminose

• Ingrandimento: distanze fuoco-oggetto, oggetto-pellicola
• Nettezza dei contorni: sfumatura geometrica
• Distorsione: oggetto e pellicola non paralleli e raggio non perpendicolare.

Risoluzione

Ho due tipologie di risoluzione:

1. Risoluzione spaziale: capacità di distinguere piccole strutture anatomiche ad alto contrasto (cioè strutture radiologicamente molto diverse). Un'immagine ad alta risoluzione spaziale è un'immagine che per esempio ci fa vedere bene le trabecole dell'osso rispetto al midollo.
2. Risoluzione di contrasto: capacità di distinguere grandi strutture a basso contrasto. Esempio: distinzione del sottocute da muscolo. Una tecnica ha un'alta risoluzione di contrasto se permette di distinguere grandi strutture a basso contrasto.

Contrasto

Può essere:

• Naturale - contrasto che esiste naturalmente tra le varie parti del corpo del paziente: è inteso come rapporto tra intensità dei raggi X che emergono da una parte del corpo e intensità dei raggi X che emergono da una parte adiacente. Per il torace: esiste un contrasto naturale tra costa e polmone.
• Artificiale - creato grazie ai mezzi di contrasto quando il contrasto naturale non basta. Ex: nell'immagine centrale del torace non vedo l'esofago perché ha un basso contrasto rispetto alle altre strutture.

I mezzi di contrasto sono utilizzati in tutte le tecniche di imaging ma maggiormente nella radiologia e in parte nella risonanza.

Mezzi di contrasto artificiali

Ci sono mezzi di contrasto per radiografia e TAC (raggi X):

• Radiotrasparenti: sostanze a basso numero atomico (fattore di attenuazione dei raggi X) -> sono aria, ossigeno e CO₂: questi riducono l'opacità.
• Radiopachi: sostanze ad alto numero atomico: aumentano l'opacità della struttura su cui vanno ad agire. Tra i mezzi di contrasto radiopachi abbiamo:
  • Sospensioni di solfato di bario: spesso utilizzate nell'apparato digerente. Sono sostanze che somministrate per via orale o per via rettale passano il tubo digerente senza essere assorbite.
  • Composti iodati: sono utilizzati nel torrente circolatorio e sono idrosolubili. Sono introdotti per via venosa o arteriosa e eliminati dai reni. Sono utilizzati in particolare in angiografia e urografia.

Urografia

L'urografia sfrutta il fatto che il mezzo di contrasto idrosolubile radiopaco venga eliminato per via renale per studiarne il percorso e rilevare contrasti. Oggi comunque si utilizzano maggiormente l'ecografia e la TAC per l'esame dell'apparato urinario.

Angiografia

Si distinguono arteriografia e venografia: la differenza consiste nell'introduzione dei mezzi di contrasto in arteria o in vena. Esempio: studio dell'aorta addominale e delle sue ramificazioni. Si entra dall'arteria femorale sx e utilizzando un catetere si risale fino all'aorta addominale dove si introducono dei mezzi di contrasto opachi, con alta pressione per affrontare la resistenza in aorta data dalla pressione del sangue. L'angiografia può essere a sottrazione digitale: in questo caso si sottraggono digitalmente tutte le strutture che non sono i vasi favorendo lo studio del distretto interessato.

Mezzi di contrasto misti

Per mezzi di contrasto misti si intendono in realtà i mezzi di contrasto radiopachi baritati e i mezzi di contrasto radiotrasparenti abbinati (aria, CO₂, metilcellulosa). Questi sono utilizzati per l'esame del tubo digerente: oggi, infatti, si usano poco i mezzi radiopachi.

Esame del tubo digerente

Il paziente viene a digiuno senza aver fumato (può aumentare le secrezioni gastriche) e deve aver precedentemente effettuato una pulizia intestinale: prende una bustina con polverina effervescente che a livello dello stomaco libera CO₂ (contrasto radiotrasparente) e successivamente beve della sospensione baritata. Introdotto questo mezzo di contrasto si segue il suo avanzamento in radioscopia: il medico vede su un monitor l'immagine radiografica dinamica. Il paziente si deve muovere sia per vedere le varie proiezioni sia per far sì che il mezzo di contrasto si diffonda correttamente in tutte le pareti dell'organo.

Esame del piccolo intestino

Il piccolo intestino si studia raramente più che altro per problemi di malassorbimento. A livello dell'angolo duodeno digiunale con un sondino naso-gastrico somministro il mezzo di contrasto opaco (sospensione baritata) e successivamente il mezzo di contrasto radiotrasparente, la metilcellulosa.

Tomografia computerizzata

La tomografia computerizzata (TC) è una tecnica con la quale è possibile riprodurre immagini in sezione (tomografia) e tridimensionali di parti anatomiche, create da un'analisi generata al computer. Essa si basa sull'attenuazione di un fascio di raggi X: la differenza con la radiografia sta nel fatto che la TC prende in considerazione il maggior parametro attenuante, ossia la densità. Parleremo dunque di struttura:

• Iperdensa (bianca)
• Isodensa: la struttura è uguale a una struttura di riferimento
• Ipodensa (nera)

Nella TAC il procedimento di ottenimento delle immagini è differente da quello utilizzato dalla radiografia tradizionale: mentre la classica immagine radiografica è il risultato della trasformazione analogica di una realtà tridimensionale in bidimensionale, nella TC l'immagine è oggetto di una trasformazione di tipo digitale che permette di mantenere la tridimensionalità del distretto osservato.

Apparecchiatura della TC

Nella TC di terza generazione si utilizza un macchinario composto da una struttura a forma di anello che ruota intorno al paziente. Il movimento continuo e la capacità di acquisire immagini in tempo reale rendono la TC uno strumento eccellente per la diagnosi di patologie complesse, garantendo una visualizzazione dettagliata e accurata delle strutture interne del corpo.