Leonardo Meomartino » 16.Tomografia Computerizzata: apparecchiature, tecniche di studio, indicazioni cliniche

Apparecchio TC

Gli apparecchi TC hanno subito incessanti processi di evoluzione dalla loro iniziale commercializzazione negli anni ‘70 del secolo scorso.
Tuttavia, la configurazione generale è rimasta invariata. Infatti, tutti gli apparecchi TC sono costituiti da tre parti principali:

1. il gantry;
2. il lettino portapaziente;
3. la consolle con il computer.

Apparecchio TC (segue)

Nel gantry sono contenuti:

• tubo radiogeno, con elevate capacità caloriche;
• collimatori, in grado di limitare il fascio a sottili fette;
• detettori, di tipo solido o, più comunemente, gassoso;
• alimentatore;
• sistema di raffreddamento.

Nei sistemi di terza generazione (vedi più avanti) la rotazione del tubo e dei detettori avviene consensualmente.

TC convenzionale

Negli apparecchi TC convenzionali gli studi vengono effettuati mediante scansioni assiali (sequenziali): le fette vengono portate una dopo l’altra; il lettino portapaziente è fermo durante la scansione della fetta, quindi, effettua dei piccoli movimenti di avanzamento dopo ogni scansione.
Come abbiamo detto, gli apparecchi TC convenzionali hanno subito un’evoluzione tecnologica tale che si parla di prima, seconda, terza e quarta generazione.

1a Generazione

In questo primo tipo di apparecchi TC, il fascio era costituito da un sottile pennello di raggi X solidale con un singolo rivelatore. Essi si muovevano perpendicolarmente allo strato in esame (traslazione), quindi, ruotavano di 1° ed effettuavano di nuovo la traslazione. Questo processo veniva ripetuto un grado alla volta fino a 180°.
I tempi di scansione erano di 5-10 minuti per strato, pertanto, non erano possibili studi di parti in movimento (torace, addome).

2a Generazione

Gli apparecchi di seconda generazione erano concettualmente simili a quelli di prima generazione. Quello che cambiava era il fascio di raggi X, che assumeva la forma di un ventaglio di ampiezza variabile da 3° a 20°, perché aumentava il numero dei detettori, che da uno passavano a 3-30. Ciò permetteva di diminuire il numero delle rotazioni, da una per ogni grado a una ogni 3°-20°, e, quindi, di ridurre il tempo necessario a completare ogni singola scansione a 15-30 secondi.

3a Generazione

Gli apparecchi di terza generazione, ancora presenti in molti laboratori di Radiologia, presentano un fascio radiogeno a forma di ampio ventaglio (35°-50°) mentre i detettori sono 300-800 e sono disposti ad arco, opposti e solidali al tubo radiogeno. Negli apparecchi di terza generazione il tubo ed i detettori effettuano solo movimenti di rotazione (di 180°-360°) non ci sono perciò movimenti di traslazione. I movimenti di rotazione sono limitati dalla presenza dei cavi di alimentazione elettrica, per cui vengono effettuati una volta in senso orario e, la successiva, in senso antiorario.
Il tempo di scansione può essere ridotto ad 1-2 secondi.

4a Generazione

Gli apparecchi di quarta generazione sono, per certi versi, l’estrema conseguenza del processo d’incremento del numero dei detettori che, in effetti, aveva fino ad allora caratterizzato i cambiamenti rispetto alle prime generazioni. Negli apparecchi di 4a generazione, un grande numero di detettori (600-1200) è disposto a formare una corona circolare completa intorno al paziente. Il tubo radiogeno ruota mentre i detettori rimangono fissi. I tempi di scansione possono essere ridotti a meno di un secondo.
Gli apparecchi di 4a generazione, sebbene ve ne siano tuttora in circolazione, non hanno avuto molto successo principalmente per due motivi: il costo più elevato (a causa del numero di detettori) e la quasi contemporanea introduzione degli apparecchi di tipo spirale.

TC spirale

La TC spirale (o elicoidale) è un’evoluzione delle apparecchiature di terza generazione: il sistema tubo-detettori ruota continuamente intorno al paziente mentre, contemporaneamente, il lettino si muove. Ne risulta che le scansioni avranno una traiettoria elicoidale sul paziente.
Questa evoluzione tecnologica è stata resa possibile dall’introduzione della tecnologia “a contatti striscianti” (slip-ring) per l’alimentazione elettrica del tubo e dei detettori (negli apparecchi di terza generazione, come abbiamo detto, la rotazione è limitata dalla presenza dei cavi per cui deve essere effettuata in senso alternato).
Oltre a ciò, negli apparecchi TC spirale sono state implementate le capacità caloriche dei tubi, l’efficienza dei detettori e, naturalmente, la potenza di calcolo del computer.
I tempi di scansione si riducono fino a 0,5″.

Vantaggi della TC spirale

La modalità di acquisizione spirale presenta diversi vantaggi rispetto a quella sequenziale. I principali sono:

• acquisizione di un volume e non solo di uno strato, con miglioramento della qualità delle ricostruzioni planari e 3D (eliminazione dell’anisotropismo dei voxel);
• riduzione degli artefatti da movimento, grazie alla maggiore velocità di acquisizione;
• eliminazione del tempo di attesa tra scansioni successive, con aumento dell’efficienza del tubo e dei detettori.

Evoluzione TC spirale

Gli apparecchi TC spirale hanno conosciuto un’evoluzione caratterizzata dall’aggiunta di più file di detettori: ad ogni rotazione, invece che un singolo strato, ne viene acquisito un numero multiplo. Agli inizi erano 4 strati, poi 8, quindi 16, 32 e, infine, per ora, 64.
L’aumento degli strati acquisiti ha, perciò, reso possibile studi di ampi volumi corporei, riducendo ulteriormente gli artefatti da movimento (studi sul cuore e sull’apparato gastro-intestinale). La maggiore velocità di rotazione permette, inoltre, di ridurre la quantità di contrasto necessario, mentre la maggiore efficienza dei detettori permette di ridurre la quantità dei raggi X.
Tuttavia, la possibilità di studiare volumi corporei velocemente e con fette più sottili ha, contemporaneamente, determinato un aumento della radioesposizione media della popolazione sottoposta ad indagini di Diagnostica per Immagini. Questo aspetto rappresenta una problematica emergente (vedi articolo nei materiali di studio).

Esecuzione degli studi TC

Solitamente, negli apparecchi TC, convenzionali e spirali, oltre al distretto anatomico, è necessario stabilire i seguenti parametri di scansione:

• spessore della fetta;
• avanzamento del lettino;
• intensità ed energia del fascio (mAs, kV);
• filtro di convoluzione;
• FOV;
• pitch.

Spessore della fetta e avanzamento lettino

Lo spessore della fetta può andare da 10 mm fino a 0,5 mm. Più è sottile la fetta, maggiore è il dettaglio (la risoluzione spaziale) dell’esame. Più è spessa la fetta, maggiore è il volume studiato.
L’avanzamento del lettino può essere pari, inferiore o maggiore allo spessore delle fette. Negli studi di tipo sequenziale/assiale, se l’avanzamento è pari allo spessore della fetta, si dice che le scansioni sono contigue e la risoluzione spaziale sarà massima con le fette più sottili. Se l’avanzamento è inferiore allo spessore della fetta, si avrà un certo grado di sovrapposizione (overlapping), utile nel caso si voglia migliorare la qualità delle ricostruzioni planari quando si adottino fette non molto sottili. Se l’avanzamento è superiore, sarà possibile indagare più velocemente volumi maggiori ma una certa quantità di informazioni saranno omesse (gli spazi tra una fetta e la successiva).

Intensità ed energia del fascio

I kV in molti apparecchi TC sono fissi mentre è, in genere, possibile variare i mA ed il tempo di scansione oppure quest’ultimo viene calcolato dalla macchina sulla base del volume da studiare.

Filtri di convoluzione

Sono gli algoritmi matematici impiegati nella ricostruzione delle immagini a partire dai profili di attenuazione.
Possono privilegiare la risoluzione spaziale o quella di contrasto esaltando rispettivamente le alte o le basse frequenze contenute nella trasformata di Fourier dell’immagine originale.
I filtri di convoluzione vengono scelti sulla base del distretto anatomico da studiare: profili molto contrastati saranno utilizzati, ad esempio per lo studio delle ossa; filtri più smooth saranno invece utilizzati per lo studio di strutture costituite da tessuti molli. Esistono molti gradi intermedi e questo in dipendenza del modello di apparecchio utilizzato.

FOV

Il FOV (Field Of View) è il campo di vista, cioè, l’area rappresentata nell’immagine ricostruita.
La grandezza del FOV condiziona le dimensioni del pixel, a parità di matrice: tanto minore è il FOV tanto più piccoli saranno le dimensioni dei pixel e tanto più risoluta è l’immagine risultante.

Pitch

Il pitch (passo) è un parametro peculiare dell’acquisizione in modalità spirale. Il pitch è definito come il rapporto tra gli incrementi del lettino portapaziente, moltiplicati per le rotazioni del tubo, e la collimazione.

Tecniche di studio TC

Esistono diverse tecniche e modalità di studio TC:

• Normali (scansione sequenziale): paziente sul lettino che avanza ad intervalli prestabiliti, ottenendo degli strati in sequenza.

• Dinamici: il lettino non avanza e le scansioni vengono ripetute ad intervalli (di secondi) per analizzare il dinamismo del tessuto (ad es. arrivo di mdc e valutazione della vascolarizzazione di un determinato distretto).

• Volumetrici/spirali: il gantry gira continuamente mentre il lettino si muove: si ottengono spirali e, quindi, dati relativi ad interi volumi non a singoli strati.

Esecuzione di uno studio TC in Veterinaria

In Radiologia Veterinaria, la principale peculiarità degli studi TC risiede nella necessità di ottenere una sedazione profonda o la narcosi.
I decubiti adottabili sono in genere quello dorsale o quello sternale. Per alcuni studi o per esigenze particolari (ad es. esecuzione di una biopsia TC-guidata), si può adottare anche un decubito laterale.
Nei soggetti di piccolissima taglia, è possibile ottenere delle scansioni sagittali piuttosto che assiali disponendo il paziente parallelamente al fascio.

TC interventistica

Grazie agli esami TC è possibile eseguire delle manovre interventistiche quali biopsie, ago-aspirati o trattamenti miniinvasivi (termoablazione, alcolizzazione, ecc.).
Ciò è reso possibile dalla perfetta corrispondenza tra la posizione del lettino e la scansione ottenuta.
Si può così controllare in maniera precisa il posizionamento degli strumenti utilizzati.

Nella prossima lezione

Ci occuperemo di Risonanza Magnetica.