Scopri i Segreti della Diagnostica Radiologica ed Ecografica: Principi Fondamentali e Applicazioni Incredibili!

La diagnostica per immagini, o imaging, è un termine moderno che indica tutte le modalità di formazione delle immagini biomediche utilizzate a scopo diagnostico e, in alcuni casi, terapeutico.

Essa comprende la radiologia, sia convenzionale sia digitale, la tomografia computerizzata, l'ecografia, la risonanza magnetica, le procedure di tipo terapeutico-radiologico guidate dalle stesse modalità che vanno sotto il nome di radiologia interventistica, nonché, pur nella sua peculiarità, la medicina nucleare. Le varie tecniche di diagnostica per immagini utilizzano l'energia fornita da una sorgente e misurano, in linea di principio, l'interazione fra questa energia e l'organo di cui si vuole ottenere un'immagine, definito organo bersaglio.

Quando l'energia prodotta dalla sorgente, propagandosi nello spazio (fenomeno della radiazione), incontra l'organo bersaglio, una parte viene riflessa all'indietro, una parte viene rifratta, cioè si propaga attraverso (ed eventualmente oltre) il bersaglio modificando in generale le sue caratteristiche, e una parte viene in qualche modo assorbita dall'organo bersaglio stesso.

Lo studio quantitativo delle caratteristiche dei suddetti fenomeni fisici (riflessione, rifrazione e assorbimento), che variano al variare dei mezzi (e quindi dei tessuti) e del tipo di energia (e quindi della tecnica di diagnosi), permette, dopo opportune rivelazioni e trasduzioni, la formazione dell'immagine su un idoneo supporto.

Ogni particolare tecnica di diagnosi è fondata sui principi generali appena enunciati. Si è detto in precedenza che ogni tecnica fa uso di una diversa forma di energia e che, per tutte, si fa riferimento al fenomeno della radiazione: più specificamente, esso consiste nella emissione e propagazione di energia secondo raggi che costituiscono il percorso di corpuscoli (radiazione corpuscolare o particellare) o la direzione di propagazione di onde elastiche o elettromagnetiche (radiazione ondulatoria).

Tuttavia, l'andamento qualitativo e quantitativo dei fenomeni fisici che intervengono nelle singole tecniche è fortemente caratterizzato, oltre che dal tipo di energia impiegata, dalla tipologia del tessuto che si sta analizzando. Conseguentemente, l'immagine prodotta dallo strumento presenta caratteristiche e valori dei parametri che fanno riscontro sia alle peculiarità della tecnica diagnostica sia alla realtà anatomica e fisiologica oggetto della diagnosi.

Risoluzione e Contrasto nelle Tecniche di Imaging

Le tecniche di imaging sono fortemente caratterizzabili sulla base della risoluzione dei dettagli e del contrasto con il quale rivelano differenti tipologie di tessuti. La risoluzione, genericamente ma con riferimento a un determinato sistema fisico, è il parametro (detto anche potere risolutivo o risolutore o risolvente o separatore) che precisa la capacità del sistema di rilevare il più fine dettaglio possibile ai fini per i quali esso è stato costruito.

Il termine contrasto, inizialmente introdotto nell'ottica per indicare la differenza della sensazione visiva tra zone più brillanti e zone meno brillanti di una superficie luminosa o illuminata (contrasto di luminanza), fu esteso in seguito a indicare l'escursione dei valori di una qualche grandezza legata all'intensità dell'immagine, rapportata al valor medio.

Radiologia: La Scoperta dei Raggi X e le Sue Applicazioni

La prima tecnica di diagnostica per immagini a essere scoperta e utilizzata è stata la radiologia, la cui nascita è legata alla scoperta, dovuta a W.C. Röntgen (1895), della proprietà dei raggi X ‒ che furono così chiamati perché all'inizio ne erano sconosciute l'origine e, in parte, la natura ‒ di attraversare il corpo umano e di impressionare l'emulsione di una pellicola fotografica.

L'evidenza radiologica delle strutture del corpo umano e di eventuali loro condizioni patologiche si basa sull'esistenza di differenze di contrasto tra tessuti diversi, cioè sul fatto che i vari tessuti hanno caratteristiche di trasparenze diverse al passaggio dei raggi X. Per es., la bassissima opacità radiologica del parenchima polmonare, contenente aria, fa risaltare per contrasto la maggiore opacità del cuore e dei vasi mediastinici, e quella ancora maggiore delle coste e delle vertebre, che sono ricche di calcio; in base a questo stesso principio, sulla bassa opacità del polmone risalta, per contrasto, un tumore, che è più opaco del parenchima polmonare normale.

Molto spesso, tuttavia, il contrasto 'naturale' degli organi del corpo umano e delle loro possibili lesioni non è sufficiente per consentirne l'evidenziazione. Per tale motivo, fin dall'inizio della radiologia e nel corso degli anni successivi, è stata sviluppata una serie di mezzi di contrasto artificiali, cioè di sostanze relativamente opache ai raggi X, opportunamente immesse negli organi corporei, che permettono di incrementare la visibilità radiologica naturale dei vari organi.

Nei più di cento anni trascorsi dalla nascita della radiologia, i progressi tecnologici e metodologici sono stati notevolissimi. Ricordiamo, tra i primi, i miglioramenti apportati alle pellicole radiografiche e agli schermi di rinforzo, che consentono oggi di produrre immagini radiologiche di eccezionale dettaglio con dosi di radiazioni notevolmente ridotte, e il grande progresso delle apparecchiature che sono alla base della radioscopia televisiva e della radiocinematografia, cioè gli intensificatori di immagine.

Uno dei progressi tecnologici maggiori si è avuto, inoltre, con l'applicazione dell'informatica alla radiologia, grazie alla quale è possibile sia ottenere immagini radiologiche su una superficie sensibile che riproduce l'immagine stessa su uno schermo televisivo, anziché su una pellicola convenzionale, sia disporre di sistemi di trattamento automatico di pellicole e immagini.

Da un punto di vista metodologico si devono ricordare, negli anni Trenta, le prime aortografie e arteriografie cerebrali, a opera di E. Moniz e M. Dos Santos, e, negli anni Sessanta, la messa a punto, da parte di S.I. Seldinger, della tecnica di cateterismo percutaneo, che ha aperto le porte alla diffusione delle indagini angiografiche a tutti i distretti vascolari del corpo umano, comprese le arterie coronarie, e, successivamente, a numerosissime procedure di radiologia interventistica o terapeutica.

Questa si è oggi sviluppata in campo sia vascolare (dilatazioni di stenosi vasali o ricanalizzazione di occlusioni, embolizzazioni, infusioni selettive di farmaci, obliterazione di vasi patologici ecc.) sia extravascolare (drenaggio percutaneo di ascessi, cisti e pseudocisti, drenaggio delle vie biliari dilatate nell'ittero, eventuale posizionamento di protesi, dilatazione di stenosi digestive ecc.).

Sempre a proposito di evoluzione della radiologia, un cenno particolare merita la stratigrafia o tomografia, che, nata negli anni Trenta, grazie anche all'apporto del radiologo italiano A. Vallebona, costituisce ancora oggi un indispensabile ausilio diagnostico. Contrariamente alla radiografia, che rappresenta su un piano tutte le strutture anatomiche che si trovano nel volume del corpo in studio, la tomografia, grazie a una opportuna pendolazione del tubo radiogeno e della cassetta che contiene la pellicola radiografica, consente di rappresentare solo uno strato preselezionato del volume corporeo in esame.

Va ricordato che tutte le successive tecniche di imaging, quali, per es., l'ecografia o ecotomografia, la tomografia computerizzata e la risonanza magnetica, sono tecniche stratigrafiche il cui sviluppo si è giovato delle cognizioni acquisite con la stratigrafia convenzionale.

Ecografia: Principi e Applicazioni

A partire dagli anni Settanta, si è assistito a uno straordinario progresso della diagnostica per immagini, dapprima con l'avvento della ecografia e della tomografia computerizzata, poi con quello della risonanza magnetica. L'ecografia sfrutta il principio della riflessione delle onde ultrasonore, che è alla base dell'ecoscandaglio.

I primi apparecchi, seppure ingombranti e poco maneggevoli, consentivano tuttavia di differenziare facilmente formazioni prive di echi, perché a contenuto liquido, quali le cisti, da formazioni ricche di echi, perché solide, come i tumori. Il progresso tecnologico ha poi messo a disposizione apparecchi sempre più perfezionati, capaci di fornire immagini ricche di dettaglio. Alla informazione ecografica è stata associata quella velocimetrica e flussimetrica vascolare (eco-color-doppler), così da ottenere informazioni di determinante interesse diagnostico di tipo non solo morfologico, ma anche funzionale, riguardante il flusso vascolare e la perfusione di organi o lesioni.

Per la diffusione delle apparecchiature e la notevole potenzialità diagnostica, l'ecografia, sotto forma sia di ecotomografia convenzionale sia di eco-color-doppler, trova largo impiego in numerosi settori della medicina, quali la cardiologia, l'ostetricia e la ginecologia, l'urologia, la gastroenterologia, la pediatria, le affezioni muscolo-tendinee.

Cosa si vede con l'Ecografia?

È possibile indagare praticamente tutto il corpo umano, ad eccezione dello scheletro e con dei limiti per il polmone e l’intestino.

L’esame è particolarmente utile per la valutazione degli organi dell’addome come fegato, pancreas, milza, apparato urinario, utero ed ovaie e prostata nell’uomo, ma anche nella valutazione dei tessuti molli come la tiroide, la mammella o nello studio di muscoli e articolazioni. L’ecografia di tiroide e paratiroidi è un accertamento diagnostico che permette di valutare le dimensioni della tiroide e lo stato dei vasi sanguigni che la circondano, degli organi contigui e dei linfonodi. L’ecografia della mammella, o ecografia mammaria, è un esame diagnostico non invasivo effettuato attraverso una sonda a ultrasuoni.

Tomografia Computerizzata (TC)

La tomografia computerizzata (TC), detta anche tomografia assiale computerizzata (TAC), si fonda sulla ricostruzione, operata dal calcolatore, delle densità degli strati del corpo umano che viene attraversato da un fascio collimato di raggi X (con riferimento a radiazioni, l'operazione di collimazione consiste nel confinare queste ultime in un fascio parallelo, di sezione costante, oppure in un angolo solido di ben definita ampiezza; il vantaggio derivante dall'impiego di un fascio collimato migliora, in generale, la capacità di risoluzione dello strumento).

Nel suo percorso, l'energia di tale fascio, nota in partenza, diminuisce in proporzione alla densità dei diversi tessuti, e l'attenuazione viene misurata da rivelatori situati dal lato opposto del tubo radiogeno, rispetto al paziente; il calcolatore, poi, converte i valori di attenuazione in una scala di grigi che fornisce l'immagine visibile.

Anche in questo settore il progresso tecnologico è stato notevolissimo, e dai primi apparecchi che eseguivano una rotazione intorno al paziente in diversi minuti si è passati a quelli attuali, che hanno un tempo di rotazione dell'ordine delle frazioni di secondo. La tomografia computerizzata è stato il primo esame non invasivo con cui si sono potute eseguire indagini all'interno della scatola cranica; dopo le prime esperienze e indicazioni d'impiego, la metodica si è ampiamente diffusa, e per la sua elevatissima risoluzione e il notevole contrasto costituisce oggi l'indagine principe in numerose condizioni patologiche, non soltanto del cranio e del torace, nelle quali l'ecografia non dà indicazioni, a causa degli artefatti provocati rispettivamente dall'aria nei polmoni e dall'osso nel cranio, ma anche dell'addome e degli arti.

Risonanza Magnetica (RM)

Ultima nata delle tecniche di diagnostica per immagini è la risonanza magnetica (RM). L'indagine si fonda su un fenomeno fisico complesso, chiamato appunto 'risonanza del protone dell'idrogeno', che si verifica quando questo sia sottoposto all'azione di un intenso campo magnetico e, nel contempo, a esso venga ceduta energia tramite l'irradiazione con un'onda di radiofrequenza.

L'energia ceduta viene riemessa dal protone e opportunamente localizzata da una particolare antenna; poiché il corpo umano è, come noto, composto in gran parte da acqua, il segnale di tutti i protoni risonanti determina una magnetizzazione macroscopica, che ha caratteristiche diverse a seconda della modalità di emissione degli impulsi di radiofrequenza. L'indagine ha una risoluzione di dettaglio per lo più inferiore a quella della tomografia computerizzata, ma ha un contrasto notevolmente superiore; essa permette inoltre una visione del corpo in tutti i piani dello spazio, e non solo in quello trasversale, come nel caso della tomografia computerizzata.

Vantaggi Comparativi

Un vantaggio non indifferente della ecografia e della risonanza magnetica, rispetto alla radiologia e alla tomografia computerizzata, che fanno uso di raggi X, è che le prime non usano radiazioni ionizzanti e sono pertanto del tutto prive di effetti biologici; non comportando quindi alcun rischio per il paziente, possono essere utilizzate anche in pazienti molto giovani e in gravidanza.

Mezzi di Contrasto

Se un organo assorbe poco le radiazioni e comunque le assorbe allo stesso modo degli organi che lo circondano, esso non risulterà visibile in modo utile sull’immagine radiografica.

I mezzi di contrasto per radiologia si dividono in due grandi categorie a secondo della loro costituzione chimica, che ne determina i possibili impieghi:

mezzi di contrasto baritati
mezzi di contrasto iodati

I mezzi di contrasto baritati sono delle sospensioni di un sale, il solfato di bario (BaSO4), dotato di intensa radiopacità: si tratta di un materiale inerte, che non viene assorbito né metabolizzato dall’ organismo. Il solfato di bario si può usare solo per gli esami del canale alimentare, dal quale viene eliminato per svuotamento naturale: apparato digerente (“pasto baritato”) e clisma opaco. I mezzi di contrasto baritati non devono venire impiegati quando vi sia sospetto di occlusioni o di perforazioni del lume viscerale, poiché il mezzo di contrasto baritato non viene riassorbito dall’organismo e dovrebbe quindi essere eliminato per via chirurgica.

I mezzi di contrasto iodati sono una categoria di numerose sostanze formate da molecole anche complesse contenenti uno o più atomi di iodio. La loro struttura molecolare ne determina le diverse proprietà biologiche e i progressi della farmacologia hanno reso possibile la formulazione di mezzi di contrasto iodati compatibili con il corpo umano, sterilizzabili e iniettabili. I mezzi di contrasto iodati sono delle vere e proprie sostanze farmaceutiche, in genere ben tollerate e quasi del tutto sprovviste di effetti collaterali: questi sono stati riportati in alcuni casi, soprattutto in passato, per l’intervento di meccanismi immuno-allergici tipo shock anafilattico.

Gli organi così evidenziati assumono aspetti caratteristici, che in molti casi sono di grande aiuto a raggiungere una diagnosi precoce di malattie anche gravi.

Fra gli esami radiografici più importanti che impiegano mezzi di contrasto ricordiamo:

esami baritati e clisma opaco
urografia
arteriografia e flebografia, ecc.

Si è visto inoltre che i tumori maligni si accompagnano in molti casi ad un aumento della loro vascolarizzazione, con formazione di una rete arteriosa anomala e accumulo del mezzo di contrasto nel loro interno. Questa neoangiogenesi neoplastica è la base dell’ impiego dei mezzi di contrasto per la diagnosi della natura delle alterazioni strutturali degli organi, utilizzandone l’iniezione arteriosa (arteriografia) ma soprattutto mediante somministrazione endovenosa durante tomografia computerizzata (TC con mezzo di contrasto).

Mezzi di contrasto per Risonanza Magnetica (RM) ed Ecografia

Negli esami di RM si utilizzano mezzi di contrasto che contengono atomi di un elemento raro, il gadolinio. Queste sostanze, somministrate per via endovenosa in occasione dell’ esame, si fissano agli organi e si distribuiscono nei vasi in maniera simile ai mezzi di contrasto iodati per radiologia. La differenza consiste nel fatto che gli atomi di gadolinio non emettono direttamente segnali magnetici ma modificano temporaneamente le proprietà paramagnetiche delle zone del corpo in cui vanno a fissarsi. Ne risulta una modificazione del segnale raccolto dall’apparecchio e quindi dell’immagine RM.

Esistono anche dei mezzi di contrasto per ecografia, di introduzione piuttosto recente. Questi vengono iniettati per via endovenosa e servono, allo stato attuale, unicamente ad accentuare e migliorare il segnale fornito dalle strutture cardiovascolari. Essi vengono quindi utilizzati quasi esclusivamente in cardiologia (ecocardiografia) e in diagnostica vascolare (eco-doppler e color-doppler).

Evoluzione e Importanza Attuale

In conclusione si può affermare che la diagnostica per immagini rappresenta oggi un settore insostituibile della moderna diagnostica medica. Le origini della diagnostica per immagini sono riconducibili a una data di nascita ben precisa, il 22 dicembre 1895, quando W.C. Röntgen eseguì la prima radiografia, per dimostrare che tra le proprietà fisiche delle nuove radiazioni da lui chiamate 'X' vi era anche quella di attraversare i corpi solidi, consentendo in tal modo di vedere l'interno del corpo umano senza bisogno di sezionarlo.

La scoperta dei raggi X fu solo la prima delle molte tappe dell'evoluzione tecnologica della diagnostica per immagini. A essa sono seguite, per ricordarne solo alcune, quelle della tomografia computerizzata, resa possibile dall'applicazione dell'informatica alle tecniche di elaborazione delle immagini, dell'ecografia e della risonanza magnetica.

Le varie tecniche di imaging hanno peculiarità e prestazioni distinte fra loro. Bisogna per altro ricordare che ciascuna di esse presenta dei limiti di 'potenzialità informativa', per cui, almeno al momento, si può escludere che una metodica sia in grado di soppiantare tutte le altre.