La Rivoluzione della Radiografia: Scopri la Storia e le Tecniche Che Hanno Cambiato la Medicina

La storia dell'imaging diagnostico ha avuto inizio nel 1895 con la scoperta dei raggi X da parte dello scienziato tedesco Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). La radiografia, la tecnica di imaging diagnostico che utilizza i raggi X, ha rappresentato l'inizio di una serie di scoperte e invenzioni che negli anni Settanta del XX secolo ha raggiunto il culmine con l'introduzione della prima tecnica di ricostruzione di immagini diagnostiche realizzata con l'ausilio del computer. Questa tecnica, inventata da Godfrey N. Hounsfield, è stata definita tomografia assiale computerizzata (TAC, in seguito TC, tomografia computerizzata).

L'Invenzione di Röntgen e i Primi Anni della Radiografia

Si racconta che, dopo diversi giorni in cui Wilhelm Röntgen rimase rinchiuso nel proprio laboratorio, fu la moglie Berta Röntgen, preoccupata, a recarsi da lui, interrompendo gli esperimenti che il fisico tedesco stava conducendo senza sosta da diversi giorni e affermando che non se ne sarebbe andata finché non le avesse spiegato cosa stava succedendo. Per farglielo capire, Röntgen, invece di usare le parole, le diede direttamente una dimostrazione pratica. Le chiese di tenere la mano su una lastra fotografica e ottenne la prima radiografia della storia: è sua la famosa foto delle ossa di una mano con un anello al dito, eseguita ai raggi X.

Tutto era iniziato la sera dell’8 novembre del 1895, quando Röntgen stava conducendo alcuni esperimenti con i cosiddetti raggi catodici, presso il suo laboratorio di Würzburg. Si trattava di raggi che venivano emessi quando una scarica elettrica attraversava il tubo di Crookes (inventato da William Crookes), un tubo di vetro all’interno del quale veniva fatto il vuoto, con due elettrodi all’estremità a cui vengono applicate correnti ad alta tensione. Röntgen definì questa radiazione 'sconosciuta' raggi X (in quanto in matematica 'X' indica una quantità sconosciuta). Per questa scoperta lo scienziato ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1901.

Diffusione e Prime Applicazioni

La scoperta dei raggi X fece rapidamente il giro del mondo, trovando applicazioni in vari campi, dalla medicina all'intrattenimento. Inizialmente, i raggi X furono utilizzati principalmente per scopi diagnostici, in particolare per rilevare fratture e corpi estranei. Tuttavia, ben presto si scoprirono anche gli effetti biologici dei raggi X, portando al loro utilizzo in oncologia e dermatologia.

Un''immagine a raggi X' (detta anche 'radiogramma' o 'radiografia') è una rappresentazione bidimensionale, 'planare', di una struttura che è stata attraversata da tali raggi. Mentre attraversa il corpo, una parte del fascio viene fermata o deviata ('attenuata'). La parte rimanente ('non attenuata') del fascio attraversa il corpo e colpisce un bersaglio sensibile ai raggi X. In una radiografia 'analogica' convenzionale il bersaglio è uno speciale tipo di pellicola, collocata all'interno di una cassetta, che la protegge dall'esposizione a sorgenti di luce esterne e che contiene anche i cosiddetti 'schermi di rinforzo', vale a dire lastre di materiali fluorescenti in grado di potenziare l'effetto di esposizione ai raggi X. Quando la pellicola viene sviluppata dopo l'esposizione ai raggi X, le strutture dense, quali le ossa, vengono visualizzate in bianco, mentre le strutture meno dense, come i polmoni, corrispondono alle zone scure.

L'Evoluzione della Radiografia: Dalla Pellicola al Digitale

Negli ultimi anni si sono registrati notevoli progressi nella tecnologia digitale applicata all'imaging con i raggi X. Nelle moderne tecniche di radiografia digitale vengono impiegati diversi tipi di rilevatori di raggi X, come alternativa alla registrazione su pellicola (radiologia senza pellicola o filmless).

Con la prima guerra mondiale si smorzano gli entusiasmi in tutti i campi. I raggi X però in quel periodo sono particolarmente importanti per rilevare fratture e frammenti di proiettile rimasti nel corpo. Vengono anche fatti esperimenti di radiologia tridimensionale, come spiega Borghi, con una serie di strumenti un po’ complicati, perché il problema era capire dove si trovasse, esattamente, il frammento nel corpo.

La Stratigrafia Radiologica di Vallebona

Per un radiologo infatti era complesso interpretare un’immagine tridimensionale in bidimensione. Un primo passo in questo senso viene compiuto dal medico italiano Alessandro Vallebona, che nel 1930 inventa la cosiddetta stratigrafia radiologica, una metodica che riusciva a rappresentare un solo strato del corpo sulla pellicola radiografica, mentre tutti i piani al di sopra ed al di sotto dello strato d’interesse venivano eliminati. Come la definì lo storico della medicina Giorgio Cosmacini: “Paragonando il nostro corpo ad un libro, la radiografia dà un’immagine completa di esso, unitaria, data dalla sovrapposizione delle parti che invece, la stratigrafia, permette di sfogliare, pagina dopo pagina e leggerne le parti più interessanti”.

La Tomografia Assiale Computerizzata (TAC)

La storia che portò alla nascita della Tomografia assiale computerizzata (Tac) si intreccia con quella del gruppo musicale probabilmente più famoso al mondo, i Beatles, e con un altro premio Nobel, l’ingegnere Godfrey Hounsfield. Nei primi anni il futuro Nobel lavora ai computer e visti gli importanti traguardi ottenuti, la Emi negli anni ’60 gli lascia carta bianca, a patto che le sue ricerche abbiano ricadute anche pratiche. Siamo negli anni ’64-65, il progetto di ricerca è lungo, costoso e rischioso, ma la Emi, forte dei grossi incassi ottenuti in quel periodo grazie ai successi dei Beatles decide di finanziare il progetto. Così nel 1971 viene effettuata la prima Tac, che diventerà la tecnologia di punta per ottenere immagini radiografiche tridimensionali.

Imaging Diagnostico Moderno

Gli anni ’70 sono un vero e proprio spartiacque per la diagnostica. Se fino a quel momento infatti si era basata principalmente sui raggi X ed era in pratica sinonimo di radiologia, nei decenni a seguire cambia completamente aspetto. Entrano in uso clinico infatti altre tre diverse energie fisiche, tanto che non si parlerà più solo di radiologia in senso stretto, ma di immagini diagnostiche. A seguire, sempre tra gli anni ’70 e i primissimi anni ’80 arriva anche la risonanza magnetica, che a sua volta usa un’altra energia completamente diversa, basata sui campi magnetici. Infine negli anni ‘90 è la volta della medicina nucleare, che sfrutta invece le sostanze radioattive, i radionuclidi, e si divide nei due grossi campi della scintigrafia e della Pet (Tomografia a emissione di positroni). Due principi un po’ diversi, ma che sfruttano entrambi le sostanze radioattive”.

Il Ruolo del Computer

I computer hanno assunto in questo campo un ruolo fondamentale, al punto che la disciplina dipende ormai quasi completamente dalla tecnologia informatica per l'acquisizione e l'elaborazione dei dati, nonché per la gestione, l'archiviazione, il recupero e la trasmissione dei dati relativi ai pazienti. Il ruolo dei computer nell'imaging diagnostico inizia con l'uso delle funzioni dei dispositivi di imaging: attualmente anche i generatori di raggi X per la radiografia convenzionale vengono controllati da microprocessori, così pure l'acquisizione dei dati di medicina nucleare e la produzione e il rilevamento degli ultrasuoni.

Standard DICOM

Per rendere possibile la telecomunicazione e l'utilizzazione di immagini diagnostiche in postazioni remote, tutti i file con i dati delle immagini devono condividere una struttura di file e un protocollo di scambio comuni. Lo standard DICOM definisce il formato di file nel quale vengono codificate le immagini, consentendo la visualizzazione e la postelaborazione dei dati senza perdita di qualità. Un file DICOM si compone di due parti: (a) un'intestazione contenente una serie di elementi di dati (per es., il nome del paziente, il protocollo di acquisizione, la matrice dell'immagine, le dimensioni dei pixel) e quindi (b) i dati originali relativi ai pixel o ai voxel.

Conclusioni

In pratica, non esiste un settore della medicina clinica in cui l'imaging diagnostico non fornisca informazioni utili. Le immagini diagnostiche sono utilizzate con due diversi scopi principali, ossia la diagnosi delle malattie e il monitoraggio della risposta al trattamento. L'evoluzione dalle immagini 'analogiche' convenzionali alle moderne immagini 'digitali' computerizzate costituisce il fondamento per una nuova serie di applicazioni basate sulla 'elaborazione delle immagini'. Le informazioni fornite dalle immagini diagnostiche possono essere potenziate tramite l'applicazione di procedure quali il miglioramento del contrasto, la ricostruzione tridimensionale, la navigazione virtuale, la segmentazione, la coregistrazione e la fusione.