Bioingegneria copia PDF.pdf

# Introduzione alle tecniche di diagnostica per immagini La diagnostica per immagini comprende un insieme di metodiche volte all'analisi dell'organismo, focalizzandosi in particolare sulla radiodiagnostica e sulla medicina nucleare, basate sui principi delle radiazioni e sulla loro interazione con la materia [1](#page=1). ### 1.1 Panoramica delle modalità di analisi dell'organismo Le tecniche di diagnostica per immagini permettono di analizzare la struttura e la funzionalità dell'organismo, fornendo informazioni essenziali per la diagnosi e il monitoraggio di condizioni patologiche. Si dividono principalmente in due grandi categorie: radiodiagnostica e medicina nucleare [1](#page=1). #### 1.1.1 Radiodiagnostica La radiodiagnostica utilizza principalmente i raggi X per ottenere informazioni di tipo morfologico sull'organismo. Si basa sul principio dell'attenuazione delle radiazioni ionizzanti da parte dei diversi tessuti. Le strutture più dense, come le ossa, assorbono maggiormente i raggi X e appaiono quindi "radioopache" (bianche nelle immagini), mentre i tessuti meno densi, come i polmoni, assorbono meno e appaiono "radiotrasparenti" (nere) [1](#page=1). * **Radiologia (RX)**: Fornisce una rappresentazione bidimensionale di strutture tridimensionali. Le immagini mostrano la distribuzione delle radiazioni attenuate [2](#page=2). * **Tomografia Computerizzata (TC o TAC)**: Tecnica tomografica che permette di visualizzare sezioni trasversali del corpo. A differenza della radiologia convenzionale, la TC può rivelare strutture altrimenti nascoste da altre, come nel caso di un addensamento polmonare occultato dallo sterno [2](#page=2). Altre tecniche che rientrano nella diagnostica per immagini ma non utilizzano radiazioni ionizzanti includono: * **Risonanza Magnetica (RM)**: Si basa sul fenomeno della risonanza degli atomi, caratteristica degli "ibridi di risonanza". Offre un'elevata risoluzione di contrasto, permettendo di distinguere anche dettagli fini come la separazione tra sostanza grigia e bianca encefalica, che nella TAC non è visibile. Non impiega radiazioni ionizzanti [2](#page=2). * **Ecografia**: Utilizza ultrasuoni per ottenere immagini tomografiche. Funziona registrando gli echi riflessi dalle interfacce tissutali [2](#page=2). #### 1.1.2 Medicina nucleare La medicina nucleare fornisce informazioni funzionali e metaboliche sull'organismo. Utilizza sostanze marcate radioattivamente, dette radiotraccianti, che vengono somministrate al paziente (solitamente per via endovenosa) e che si accumulano in specifiche regioni del corpo. L'emissione di radiazioni da parte degli isotopi radioattivi viene poi rilevata per visualizzare la distribuzione del tracciante. La sorgente di radiazione è interna al paziente [1](#page=1). * **Scintigrafia**: Produce immagini funzionali che mostrano aree di maggiore accumulo del tracciante, indicando un processo funzionale aumentato. Queste aree possono suggerire la presenza di condizioni come fratture o metastasi. È spesso necessario acquisire immagini da proiezioni multiple (anteriore e posteriore) per compensare l'attenuazione della radiazione da parte dei tessuti [2](#page=2). * **Tomoscintigrafia**: Studi tomografici che migliorano la localizzazione spaziale delle informazioni funzionali. Include tecniche come: * **SPECT (Single-Photon Emission Computed Tomography)**: Possiede un potere risolutivo minore [2](#page=2). * **PET (Positron Emission Tomography)**: Ha un potere risolutivo significativamente maggiore [2](#page=2). ### 1.2 Principi fondamentali delle radiazioni Le radiazioni sono forme di propagazione di energia. In base alla loro natura e interazione con la materia, si distinguono [2](#page=2): #### 1.2.1 Tipologie di radiazioni * **Radiazioni ionizzanti**: Sono in grado di produrre ionizzazione e eccitazione nell'interazione con la materia. Esempi includono raggi X, raggi gamma, particelle alfa e beta [3](#page=3). * **Corpuscolari**: Trasportano energia e materia (es. radiazione alfa, nucleo di elio; radiazione associata a elettroni). La loro unità di misura dell'energia è l'elettrovolt [2](#page=2). * **Elettromagnetiche**: Raggi X e gamma. Sono onde di energia pura, non associate a massa. Il fotone rappresenta la più piccola quantità di energia liberata [2](#page=2). * **Radiazioni non ionizzanti**: Non hanno la capacità di ionizzare la materia. Esempi includono luce visibile, ultrasuoni, infrarossi e onde radio [3](#page=3). #### 1.2.2 Interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia Le radiazioni ionizzanti interagiscono con la materia, provocando due tipi principali di fenomeni [3](#page=3): * **Ionizzazione**: L'energia del fotone è sufficiente a espellere un elettrone dall'atomo, creando uno ione positivo e un elettrone libero. Questo processo può portare a effetti biologici dannosi nei tessuti viventi [3](#page=3). * **Eccitazione**: L'elettrone acquista energia dal fotone ma non abbastanza per essere espulso dall'atomo. Questo fenomeno genera effetti come la luminescenza, ed è generalmente considerato meno dannoso della ionizzazione [3](#page=3). #### 1.2.3 Effetti delle radiazioni ionizzanti Gli effetti delle radiazioni ionizzanti sulla materia dipendono dalla loro natura: * **Effetto diretto**: Le radiazioni corpuscolate interagiscono direttamente con la materia [3](#page=3). * **Particelle alfa ($\alpha$)**: Hanno un'elevata probabilità di interagire con la materia e un corto raggio d'azione (circa 100 micron), fermandosi sulla superficie cutanea [3](#page=3). * **Particelle beta ($\beta^+$ e $\beta^-$)**: Possono attraversare da 1 a 2 cm di tessuto, a seconda del tipo [3](#page=3). * **Effetto indiretto**: Le radiazioni elettromagnetiche (raggi X e gamma) agiscono indirettamente, principalmente sull'acqua presente nei tessuti. L'interazione con le molecole d'acqua porta alla formazione di radicali liberi (come ioni ossidrile e idrogeno), che a loro volta possono danneggiare biomolecole come proteine, lipidi e acidi nucleici (DNA, RNA) [3](#page=3). I fotoni dei raggi X e gamma interagiscono con gli atomi tissutali attraverso diversi meccanismi: * **Effetto fotoelettrico**: Un fotone primario viene completamente assorbito dall'interazione con un elettrone orbitale, che viene espulso. L'energia del fotone si esaurisce nel processo [3](#page=3). * **Effetto Compton**: Un fotone interagisce con un elettrone, espellendolo, ma una parte dell'energia del fotone continua a propagarsi, sebbene con una traiettoria deviata [3](#page=3). ### 1.3 La scoperta dei raggi X I raggi X furono scoperti nel 1895 da Wilhelm Conrad Roentgen mentre conduceva esperimenti sulla luminescenza. Osservò che questi raggi, invisibili all'occhio umano, potevano indurre luminescenza in alcune sostanze [3](#page=3). --- # Radiologia convenzionale e digitale con raggi X Questa sezione esplora i principi fondamentali della radiologia convenzionale e digitale, focalizzandosi sulla generazione e l'interazione dei raggi X, sulla formazione delle immagini bidimensionali come la fluoroscopia e l'angiografia, e sull'evoluzione verso le tecniche digitali. ### 2.1 Principi fisici dei raggi X e generazione dell'immagine I raggi X sono radiazioni che si propagano nel vuoto e in linea retta, non vengono deviate da campi elettromagnetici e attraversano i corpi eccitando o ionizzando i loro atomi. Possono inoltre produrre luminescenza ed esercitare azioni chimiche e biologiche [4](#page=4). #### 2.1.1 Il tubo a raggi X Il tubo a raggi X è il dispositivo fondamentale per la produzione di queste radiazioni. È composto da due elementi principali [4](#page=4): * **Catodo:** è un filamento riscaldato che emette elettroni, formando una "nube di elettroni". Quando il tubo è collegato a un generatore di potenziale, questa nube di elettroni migra dal catodo all'anodo. L'energia cinetica degli elettroni viene trasformata principalmente in calore (circa 99%) e in minima parte in raggi X (circa 1%). Il generatore di potenziale è solitamente circolare per variare continuamente il punto di incidenza del fascio sull'anodo, evitando così la sua fusione [4](#page=4). * **Anodo:** deve avere un elevato punto di fusione e un'alta conducibilità termica. Presenta una "macchia focale"; una macchia focale più piccola è utile per ottenere una maggiore risoluzione, ad esempio in mammografia per evidenziare le calcificazioni mammarie [4](#page=4). #### 2.1.2 Attenuazione delle radiazioni e formazione dell'immagine L'attenuazione delle radiazioni a raggi X attraverso un materiale dipende dal suo coefficiente di attenuazione, che varia in base alla densità e alla composizione del materiale stesso. Materiali con basso coefficiente di attenuazione, come l'aria (struttura radiotrasparente), permettono alla radiazione di passare quasi indisturbata. Materiali con coefficiente di attenuazione medio, come il sangue, assorbono una parte della radiazione. Materiali con alto coefficiente di attenuazione, come l'osso (struttura radiopaca), assorbono significativamente la radiazione [4](#page=4). I fotoni che interagiscono con il corpo possono: * Essere trasmessi alla pellicola senza interagire, contribuendo alla formazione delle aree radiotrasparenti (es. polmoni) [4](#page=4). * Essere assorbiti tramite l'effetto fotoelettrico, non raggiungendo la pellicola e permettendo di evidenziare le strutture radiopache [4](#page=4). * Subire una diffusione attraverso l'interazione di Compton [4](#page=4). L'immagine radiografica è il risultato della differenza di assorbimento della radiazione da parte delle diverse strutture del corpo. La parte della radiazione che passa attraverso il corpo colpisce il rivelatore (pellicola o sensore digitale), creando un'immagine [5](#page=5). #### 2.1.3 Tecniche bidimensionali convenzionali * **Radiografia:** produce immagini fisse e statiche utilizzando pellicole o piastre per raggi X. In passato, si utilizzavano pellicole radiografiche con uno strato di bromuro d'argento che formavano un'immagine latente, poi visibile dopo sviluppo, fissaggio ed essiccamento. Tuttavia, queste pellicole erano poco sensibili, richiedendo dosi elevate di radiazioni. Per ridurre la dose, sono stati introdotti schermi di rinforzo costituiti da materiali (come le terre rare) capaci di emettere luce per fluorescenza sotto l'effetto dei raggi X. Questo amplifica la quantità di radiazione luminosa che impressiona la pellicola, riducendo il tempo di esposizione e la dose al paziente [5](#page=5) [6](#page=6). * **Fluoroscopia:** consente l'osservazione in tempo reale di immagini dinamiche tramite schermi fluorescenti [5](#page=5). * **Caratteristiche di un buono schermo fluorescente:** buona luminosità, capacità di distinguere differenze e anomalie, bassa persistenza delle immagini [6](#page=6). * **Svantaggi storici:** scarsa luminosità (visione scotopica con scarso potere risolutivo) e elevata dose a paziente e operatore [6](#page=6). * **Fluoroscopia moderna:** utilizza un **intensificatore di immagine** che trasforma i raggi X in energia luminosa, poi in elettroni tramite un fotocatodo. Questi elettroni vengono proiettati su uno schermo di osservazione, generando un'immagine più piccola, luminosa, con maggiore definizione ma rovesciata. L'intensificatore di immagine fa parte di un complesso detto **intensificatore di brillanza**, che offre maggiore visibilità, visione fotopica (alla luce), radiazioni meno intense e la possibilità di collegare monitor tramite circuiti TV [6](#page=6) [7](#page=7). #### 2.1.4 Angiografia L'angiografia è una tecnica bidimensionale utilizzata per studiare le strutture vascolari dell'organismo, evidenziando stenosi (afflusso sanguigno ridotto), occlusioni o malformazioni. Poiché i vasi sono intrinsecamente difficili da visualizzare, si utilizza un mezzo di contrasto per aumentarne il coefficiente di attenuazione e renderli più visibili [7](#page=7). * **Coronarografia:** è una tecnica specifica di angiografia per lo studio del miocardio e delle patologie ischemiche. Un catetere viene inserito, solitamente attraverso la femorale, fino all'ostio coronarico. Dopo aver iniettato il mezzo di contrasto, si valuta la parete coronarica per individuare ostruzioni o anomalie. In caso di stenosi, è possibile eseguire procedure di **radiologia interventistica** come l'angioplastica: attraverso lo stesso catetere vengono inseriti degli stent cilindrici che, una volta posizionati a livello della stenosi, vengono gonfiati per ristabilire il corretto flusso sanguigno [8](#page=8). ### 2.2 Radiologia digitale La radiologia digitale rappresenta l'evoluzione delle tecniche radiografiche, passando da immagini analogiche a immagini digitali [8](#page=8). #### 2.2.1 Principi della digitalizzazione Nell'imaging digitale, l'immagine analogica viene campionata spazialmente, suddividendola in una griglia di piccoli quadrati chiamati **pixel**. A ciascun pixel viene assegnato un valore numerico che rappresenta, ad esempio, le tonalità di grigio corrispondenti ai coefficienti di attenuazione dei raggi X [8](#page=8). Esistono due approcci principali alla radiologia digitale: * **Digitale diretta:** l'immagine viene acquisita direttamente in formato digitale, senza passare attraverso una pellicola [8](#page=8). * **Digitale indiretta:** le immagini radiografiche tradizionali vengono convertite in formato digitale attraverso un processo di digitalizzazione [8](#page=8). #### 2.2.2 Rivelatori digitali Nella radiologia digitale, le pellicole sono sostituite da sensori digitali: * **Piastre di fosfori a memoria (CR - Computed Radiography):** immagazzinano e registrano l'interazione dei raggi X con il supporto. L'immagine viene poi estratta da una schedina tramite uno scanner che utilizza un fascio laser per leggere e riemettere le informazioni memorizzate con l'ampiezza e la luminosità originali. Queste piastre sono considerate più comode [8](#page=8) [9](#page=9). * **Sensori collegati direttamente ai sistemi di elaborazione (DR - Direct Radiography):** l'immagine viene trasmessa direttamente dal sensore al monitor attraverso un cavo, senza necessità di memorizzazione intermedia su piastre [9](#page=9). #### 2.2.3 Angiografia digitale L'angiografia digitale sfrutta i vantaggi della digitalizzazione per migliorare lo studio vascolare [9](#page=9). * **Funzionamento:** la sorgente di raggi X attraversa il corpo e l'immagine viene catturata dall'intensificatore di brillanza, che genera un segnale elettrico convertito in immagine visibile. Il computer dell'angiografo digitale controlla sia la produzione dei raggi X sia la pompa di infusione per la somministrazione del mezzo di contrasto (mdc) [9](#page=9). * **Vantaggi:** la digitalizzazione è particolarmente utile in distretti anatomici complessi per una migliore visualizzazione dei vasi [9](#page=9). * **Angiografia digitale a sottrazione:** questa tecnica prevede l'acquisizione di un'immagine iniziale senza mezzo di contrasto (immagine maschera). Successivamente, si acquisiscono immagini dopo la somministrazione del mdc. Le immagini digitali permettono di sottrarre l'immagine maschera dalle immagini acquisite con il contrasto, eliminando tutti gli elementi non modificati e evidenziando solo il percorso del mdc e, di conseguenza, le strutture vascolari, anche quelle più fini. Vengono effettuate diverse acquisizioni dinamiche per valutare la progressione del contrasto nel tempo [9](#page=9). --- # Tomografia Computerizzata (TC) La tomografia computerizzata (TC) rappresenta un'evoluzione della radiologia convenzionale, permettendo la visualizzazione di sezioni trasversali del corpo e superando i limiti della sovrapposizione di immagini [10](#page=10). ### 3.1 Principi teorici della tomografia computerizzata La TC si basa sull'acquisizione di dati attraverso l'emissione di un fascio di raggi X che attraversa il paziente, i quali vengono attenuati in modo diverso dai vari tessuti. L'obiettivo è ottenere immagini delle strutture trans-assiali del corpo, superando la sovrapposizione di organi presente nella radiologia convenzionale e migliorando la visualizzazione dei tessuti molli [10](#page=10). #### 3.1.1 Acquisizione dei dati Il processo di acquisizione dei dati per generare immagini tomografiche trans-assiali si articola in diverse fasi: 1. **Campionamento lineare**: Un fascio di raggi X viene fatto incidere su una specifica zona del volume corporeo. Questo fascio attraversa strutture con differenti coefficienti di attenuazione, fornendo informazioni relative a un singolo punto del volume [10](#page=10). 2. **Campionamento angolare**: Il tubo radiogeno e il tubo di rilevazione ruotano attorno al paziente, colpendo tutti i punti dello strato in esame da diverse angolazioni. Al termine di questa fase, si ottiene un grafico che descrive l'attenuazione della radiazione X all'interno dello strato considerato [10](#page=10). 3. **Ricostruzione delle immagini**: I dati acquisiti attraverso il campionamento vengono elaborati da algoritmi matematici. Questi algoritmi utilizzano le numerose proiezioni ottenute da tutte le angolazioni attorno al volume per ricostruire un'immagine tomografica finale [10](#page=10). #### 3.1.2 L'unità Hounsfield (HU) Per quantificare l'attenuazione dei raggi X nei diversi tessuti e creare una scala standardizzata, la TC utilizza l'Unità Hounsfield (HU). L'HU di un punto nell'immagine viene calcolato come segue [11](#page=11): $$ \text{HU} = \frac{\text{coefficiente di attenuazione nel punto dell'immagine} - \text{coefficiente di attenuazione dell'acqua}}{\text{coefficiente di attenuazione dell'acqua}} \times 1000 $$ Questa scala varia da -1000 HU, corrispondente all'aria (colore nero), a +1000 HU, rappresentante l'osso (colore bianco). L'aria presenta il coefficiente di attenuazione più basso, mentre l'osso (o più precisamente lo smalto dentale) ha il più alto. La scala HU permette di spostare il "finestramento" (windowing) per evidenziare strutture specifiche; ad esempio, per distinguere ossa compatte da quelle spugnose, si utilizza la parte alta della scala [11](#page=11). #### 3.1.3 Evoluzione della TC La TC convenzionale presentava alcune limitazioni, tra cui la suscettibilità agli artefatti dovuti al movimento del paziente (come il respiro), che spesso richiedeva al paziente di trattenere il respiro durante l'acquisizione. Inoltre, i tempi di acquisizione erano lunghi e le fette di immagine ottenute erano discontinue [11](#page=11). L'evoluzione ha portato a due sviluppi principali: * **TC spirale (o elicoidale)**: Introdotta nel 2001 questa tecnologia prevede una rotazione continua del tubo radiogeno attorno al paziente e una traslazione contemporanea del lettino portapaziente. Questo consente un'acquisizione elicoidale dell'intero volume corporeo in modo continuo, eliminando la discontinuità tra le fette. L'acquisizione volumetrica permette la ricostruzione delle immagini a posteriori, consentendo la scelta dello spessore della fetta e la creazione di ricostruzioni 2D e 3D delle strutture, utili per la pianificazione chirurgica [11](#page=11). * **TC multistrato**: Introdotta nel 2004 questa tecnologia utilizza più anelli rivelatori contemporaneamente, migliorando significativamente la risoluzione del sistema. La scansione volumetrica completa consente di ottenere immagini in piani sia coronali che sagittali, oltre a quelli assiali [12](#page=12). > **Tip:** L'acquisizione volumetrica della TC spirale e multistrato è un vantaggio enorme perché permette una maggiore flessibilità nella visualizzazione delle strutture anatomiche da diverse prospettive dopo l'esame iniziale. > **Example:** Per un chirurgo ortopedico, la capacità di visualizzare una frattura in 3D, con la possibilità di ruotare virtualmente l'immagine e di selezionare lo spessore della fetta per analizzare il dettaglio osseo, è fondamentale per la pianificazione pre-operatoria. ### 3.2 Mezzi di contrasto I mezzi di contrasto sono sostanze utilizzate per modificare l'assorbimento dei raggi X in specifici distretti corporei, inducendo così un maggiore contrasto tra la regione modificata e quelle circostanti. Essi rendono la struttura indagata più opaca e quindi più visibile. Possono essere somministrati in diversi distretti anatomici [12](#page=12). --- # Medicina Nucleare: tecniche tomografiche e radiotraccianti La medicina nucleare impiega radiazioni gamma per ottenere informazioni funzionali sulla distribuzione di traccianti radioattivi nell'organismo, superando i limiti dell'imaging anatomico [13](#page=13). ### 4.1 Principi fondamentali della medicina nucleare Gli isotopi sono atomi con lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa. Possono essere stabili (non radioattivi) o instabili (radioattivi), emettendo radiazioni gamma. In medicina nucleare, si utilizzano isotopi caratterizzati da un tempo di dimezzamento, una modalità di decadimento e un'energia delle radiazioni [13](#page=13) [14](#page=14). #### 4.1.1 Radiotraccianti Un radiotracciante è un composto marcato con un isotopo radioattivo, progettato per comportarsi in modo identico al composto naturale non marcato e con una massa trascurabile rispetto ad esso. Deve inoltre possedere un'attività specifica sufficiente per essere rivelato. I radiotraccianti non causano effetti collaterali significativi [14](#page=14). #### 4.1.2 Produzione di isotopi radioattivi Gli isotopi radioattivi vengono prodotti in reattori nucleari, che convertono nuclei stabili in instabili, o mediante ciclotroni, che accelerano particelle per modificare il numero atomico e di massa degli elementi. Un metodo comune per ottenere il tecnezio 99 metastabile ($\text{^{99m}Tc}$) è l'utilizzo di un generatore, dove il molibdeno decade in tecnezio, che viene poi estratto e fatto reagire con un radiotracciante. Il $\text{^{99m}Tc}$ è ampiamente utilizzato grazie al suo tempo di dimezzamento di 6 ore, al decadimento gamma puro e a un'energia di 140 keV [14](#page=14). #### 4.1.3 Rilevazione delle radiazioni gamma e la gammacamera La rilevazione delle radiazioni gamma si basa su un cristallo scintillatore, tipicamente di ioduro di sodio, che emette luce ogni volta che un raggio gamma lo attraversa. Questa luce viene poi catturata da un fotomoltiplicatore, che amplifica il segnale per generare un'immagine [14](#page=14). La gammacamera è lo strumento principale per la rilevazione delle radiazioni gamma. È dotata di un collimatore, posizionato tra il paziente e il cristallo, che funge da filtro, permettendo il passaggio solo delle radiazioni gamma che incidono perpendicolarmente al cristallo. Le radiazioni che arrivano con angolazioni diverse vengono assorbite dai setti del collimatore. Il tipo di collimatore utilizzato viene scelto in base all'isotopo impiegato [14](#page=14) [15](#page=15). ### 4.2 Imaging nella medicina nucleare L'imaging in medicina nucleare inizia con un'immagine digitale composta da pixel, ciascuno contenente un valore numerico che rappresenta la quantità di radiazione rilevata in quella specifica area. Una maggiore densità di pixel migliora la risoluzione e la definizione dell'immagine. Le immagini possono essere total body o segmentarie, e studiano la distribuzione del radiofarmaco nell'organismo [15](#page=15) [16](#page=16). #### 4.2.1 Apparati studiati La medicina nucleare trova applicazione in diversi campi, tra cui: oncologico, urinario, digerente, endocrino e cardiovascolare [16](#page=16). #### 4.2.2 Esempi di applicazione * **Scintigrafia miocardica:** Valuta la perfusione del miocardio e la capacità del circolo coronarico di vasodilatarsi per aumentare l'apporto di ossigeno durante lo sforzo. La tecnica prevede un test da sforzo monitorato con ECG, somministrando il radiofarmaco al raggiungimento dell'85% della frequenza massimale, in presenza di segni di ischemia o sintomatologia. L'immagine ottenuta confronta la perfusione in condizioni di sforzo con quella basale [16](#page=16). * **Scintigrafia polmonare:** Utilizzata per diagnosticare l'embolia polmonare, un'ostruzione di un ramo vascolare. Vengono impiegati radiofarmaci (macroaggregati di albumina marcati con tecnezio) che vanno a microembolizzare i capillari polmonari. La presenza di difetti di perfusione indica zone in cui il radiofarmaco non si distribuisce a causa dell'ostruzione, con conseguente assenza di apporto ematico a valle [16](#page=16). ### 4.3 Studi tomografici: SPECT e PET Le tecniche tomografiche acquisiscono immagini in sezioni trasversali del corpo, dove il paziente stesso è la sorgente radioattiva. Questo avviene tramite campionamento lineare e angolare, seguito da ricostruzione dell'immagine, spesso utilizzando gammacamere rotanti [17](#page=17). #### 4.3.1 SPECT (Single-Photon Emission Computed Tomography) La SPECT utilizza gammacamere, talvolta dotate di più testate (due o tre), per ridurre i tempi di acquisizione tomografica. Un esempio è lo studio della perfusione cerebrale, che evidenzia le aree di maggiore concentrazione del radiofarmaco (spesso rappresentate in rosso). Nella SPECT miocardica di perfusione, aree di infarto non saranno irrorate nemmeno a riposo a causa della morte cellulare [17](#page=17). #### 4.3.2 PET (Positron Emission Tomography) La PET impiega isotopi che emettono positroni. Questi isotopi sono tipicamente elementi naturali come carbonio, azoto, ossigeno e fluoro, e sono prodotti in ciclotroni compatti. La produzione avviene bombardando un elemento stabile con protoni, causando l'espulsione di un neutrone e l'emissione di radiazioni beta+. L'interazione del positrone con un elettrone nella materia innesca il fenomeno di annichilazione, producendo due raggi gamma emessi in direzioni opposte. La PET offre una risoluzione molto elevata e permette di marcare radiofarmaci come acidi grassi, amminoacidi e carboidrati, consentendo lo studio di processi funzionali senza alterarne la fisiologia [17](#page=17). ##### 4.3.2.1 Imaging PET e integrazione con TC L'imaging PET è caratterizzato da un'eccellente risoluzione fisiologica ma una definizione anatomica limitata. Per superare questo limite, si utilizzano tecniche di "image fusion" che integrano dati PET e TC. La TC fornisce una mappa anatomica alla quale viene sovrapposta l'immagine PET, permettendo una localizzazione precisa dell'accumulo del radiofarmaco [18](#page=18). ##### 4.3.2.2 PET in oncologia La PET è ampiamente utilizzata in oncologia, dato che i tumori utilizzano prevalentemente il glucosio come fonte di energia. Le sue applicazioni includono [18](#page=18): * Diagnosi della malattia [18](#page=18). * Stadiazione tumorale, valutando linfonodi e metastasi, con potenziali benefici nella cura [18](#page=18). * Monitoraggio della terapia chemioterapica, integrando i criteri morfologici della TC [18](#page=18). * Ricerca di malattia in pazienti con metastasi da tumore primitivo ignoto, aumento di marcatori tumorali, o reperti TC/RM dubbi di recidiva [18](#page=18). ###### 4.3.2.2.1 Procedura in PET oncologica La preparazione del paziente include la raccolta dell'anamnesi, un digiuno di almeno 6 ore, la misurazione della glicemia e la valutazione della funzionalità epatica. Il radiofarmaco (un derivato dello zucchero) viene somministrato per via endovenosa. Il paziente attende circa un'ora per permettere al tracciante di circolare e metabolizzarsi, idratandosi e urinando per espellere il radiofarmaco non assorbito. L'acquisizione delle immagini dura dai 5 ai 7 minuti, durante i quali il paziente può respirare ma non deve muoversi [18](#page=18). ###### 4.3.2.2.2 Procedura combinata PET/TC oncologica con mezzo di contrasto In questa procedura, la preparazione include anamnesi (in particolare per allergie), digiuno di almeno 6 ore, valutazione della creatinina (essenziale per la funzionalità renale), EF (frazione d'eiezione) e proteine. Viene posizionato un accesso venoso per la somministrazione del mezzo di contrasto per la TC, seguita dall'assunzione del radiofarmaco per la PET, dopo un periodo di attesa e acquisizione [18](#page=18). --- # Tecniche di imaging senza radiazioni ionizzanti Le tecniche di imaging senza l'uso di radiazioni ionizzanti, in particolare la Risonanza Magnetica (RM) e l'Ecografia, rappresentano strumenti diagnostici fondamentali per la visualizzazione di strutture anatomiche e funzionali del corpo umano. ### 5.1 Risonanza Magnetica Nucleare (RM) La Risonanza Magnetica Nucleare (RM) è una tecnica diagnostica che sfrutta campi magnetici e onde radio per produrre immagini dettagliate e sezioni delle parti del corpo. Si distingue per un'elevata risoluzione di contrasto, capace di cogliere le più sottili differenze tra i tessuti, ed è ampiamente impiegata in ginecologia per lo studio delle patologie uterine [19](#page=19). #### 5.1.1 Tipologie di informazioni ottenibili La RM consente di ottenere diversi tipi di informazioni: * **Informazioni morfologiche:** Forniscono dettagli sull'anatomia del corpo [19](#page=19). * **Informazioni funzionali:** * Rileva il contenuto di desossiemoglobina, un derivato dell'emoglobina che ha ceduto ossigeno ai tessuti, permettendo di identificare quali aree cerebrali si attivano durante specifiche azioni [19](#page=19). * Può essere utilizzata con un mezzo di contrasto paramagnetico, come il gadolinio [19](#page=19). * Tecniche di diffusione e perfusione studiano il flusso delle molecole d'acqua [19](#page=19). * **Studio del flusso:** Può essere misurato tramite angio-RM, anche senza l'uso di mezzi di contrasto [19](#page=19). * **Valutazione del contenuto chimico:** Tramite spettroscopia in vivo o in vitro, è possibile misurare il contenuto di specifici composti, come la colina, la cui concentrazione è generalmente elevata nei tumori, in particolare quelli cerebrali [19](#page=19). #### 5.1.2 Principi di funzionamento La RM si basa sull'assorbimento e la remissione di onde elettromagnetiche. Il processo sfrutta la proprietà di alcuni nuclei atomici, come idrogeno, fosforo 31, carbonio 13 e sodio 23, di possedere uno spin e quindi un momento magnetico quando il loro numero di protoni o neutroni è dispari. In assenza di un campo magnetico esterno, questi momenti magnetici sono orientati casualmente e si annullano reciprocamente [19](#page=19). Le unità di misura per il campo magnetico sono Tesla e Gauss. I campi magnetici utilizzati in RM possono raggiungere valori elevati, fino a tre Tesla per i sistemi di ultima generazione, che sono circa diecimila volte più potenti del campo terrestre [19](#page=19) [20](#page=20). Il funzionamento si articola in tre fasi principali: 1. **Precessione e formazione del vettore magnetizzazione globale:** Quando si applica un campo magnetico esterno, i momenti magnetici dei nuclei atomici tendono ad orientarsi parallelamente o antiparallelamente rispetto ad esso, iniziando a ruotare come trottole. Questo porta alla formazione di un vettore magnetizzazione globale la cui somma non è più zero [20](#page=20). 2. **Eccitazione:** Un impulso di radiofrequenza fa deviare il vettore di magnetizzazione globale di un determinato angolo [20](#page=20). 3. **Rilascio di energia:** Al termine dell'impulso di radiofrequenza, il sistema ritorna al suo stato di equilibrio rilasciando energia sotto forma di onde elettromagnetiche. Questa energia viene captata da bobine a radiofrequenza, che fungono da antenne, le quali trasmettono l'impulso iniziale e rilevano l'energia emessa. Queste bobine vengono posizionate sulla zona da indagare [20](#page=20). #### 5.1.3 Tipologie di magneti e sistemi Esistono diverse tipologie di magneti impiegati nella RM: * **Permanenti** [20](#page=20). * **Resistivi** [20](#page=20). * **Superconduttivi:** Consentono di ottenere campi magnetici stabili e un'elevata definizione dei dettagli [20](#page=20). * **Sistemi chiusi:** Sono più performanti, offrono un ambiente con un campo intenso e permettono una rilevazione fine e dettagliata [20](#page=20). * **Sistemi aperti:** Generalmente utilizzati per pazienti claustrofobici [21](#page=21). * **Sistemi dedicati:** Progettati per applicazioni specifiche [21](#page=21). #### 5.1.4 Mezzi di contrasto In alcuni casi, per migliorare la visualizzazione di determinate strutture, si può utilizzare un mezzo di contrasto a base di gadolinio, una sostanza paramagnetica, somministrato per via endovenosa [21](#page=21). ### 5.2 Ecografia L'ecografia è una tecnica diagnostica estremamente versatile, utilizzabile anche al letto del paziente. Essa si basa sulla rilevazione di immagini di strutture anatomiche tramite fasci di ultrasuoni e l'analisi degli echi riflessi da questi [21](#page=21). #### 5.2.1 Ultrasuoni Gli ultrasuoni sono onde meccaniche elastiche, non ionizzanti, con andamenti sinusoidali e una frequenza superiore a 20.000 Hz. Non si propagano nel vuoto, ma esclusivamente attraverso mezzi materiali. Per garantire un contatto ottimale tra la sonda ecografica e la zona da indagare, viene utilizzato un gel che elimina la presenza di aria. Queste onde generano fenomeni di propagazione e rarefazione nei mezzi in cui si muovono. Le onde ultrasonore sono caratterizzate da lunghezza d'onda, frequenza e velocità di propagazione [21](#page=21). #### 5.2.2 Produzione di ultrasuoni La produzione di ultrasuoni si basa sull'effetto piezoelettrico. Gli elementi piezoelettrici, come il quarzo o specifiche ceramiche sintetiche, quando sottoposti a una differenza di potenziale, sono in grado di generare onde meccaniche, ovvero gli ultrasuoni. L'applicazione di una differenza di potenziale a un cristallo piezoelettrico ne causa la deformazione e, di conseguenza, la produzione di ultrasuoni [21](#page=21). #### 5.2.3 La sonda ecografica La sonda ecografica funge da trasduttore, convertendo un tipo di energia in un altro. Al suo interno, un cristallo piezoelettrico è responsabile della produzione del segnale elettrico necessario alla formazione dell'immagine, mentre gli elettrodi fanno vibrare e deformare il cristallo [21](#page=21). #### 5.2.4 Caratteristiche dei tessuti in ecografia La modalità di riflessione degli ultrasuoni da parte dei tessuti permette di classificarli: * **Strutture anecogene:** Sono organi cavi con contenuto liquido, come la vescica, che non producono echi riflessi e appaiono anecogene (nere) all'immagine ecografica [21](#page=21). * **Strutture iperecogene:** Riflettono completamente il fascio ultrasonoro. Queste strutture possono formare un'ombra acustica, poiché gli ultrasuoni non riescono a propagarsi oltre di esse, impedendo la visualizzazione di ciò che si trova posteriormente (es. osso) [22](#page=22). > **Tip:** La corretta applicazione del gel è cruciale per una buona trasmissione degli ultrasuoni e per ottenere immagini diagnostiche di qualità. > **Tip:** Le diverse tipologie di sonde ecografiche (es. lineari, convex, settoriali) sono ottimizzate per indagare specifiche regioni anatomiche e profondità [22](#page=22). --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Radiodiagnostica | Branche della diagnostica per immagini che utilizza i raggi X per analizzare le strutture interne dell'organismo e identificare condizioni patologiche o parafisiologiche, fornendo informazioni di tipo morfologico. | | Medicina Nucleare | Disciplina che utilizza sostanze radioattive (radiotraccianti) per ottenere informazioni sul metabolismo e sulle modifiche funzionali dell'organismo, evidenziando la distribuzione di tali sostanze. | | Raggi X | Radiazioni elettromagnetiche ionizzanti, scoperte da Roentgen, che si propagano in linea retta, attraversano i corpi eccitando o ionizzando i loro atomi e possono produrre luminescenza ed esplicare azioni chimiche e biologiche. | | Radiazioni Ionizzanti | Radiazioni (raggi X, alfa, beta, gamma) capaci di produrre ionizzazione ed eccitazione nell'interazione con la materia, modificando l'integrità degli atomi e potendo causare effetti biologici dannosi. | | Radiazioni Non Ionizzanti | Radiazioni (luce, ultrasuoni, infrarossi, onde radio) che non hanno sufficiente energia per ionizzare gli atomi ma possono comunque interagire con la materia generando altri tipi di effetti. | | Ionizzazione | Processo in cui un elettrone viene colpito da un fotone e si allontana dal suo atomo, lasciando l'atomo con una carica positiva (ione positivo) che può interagire con altri elementi. | | Eccitazione | Fenomeno per cui un elettrone acquista energia da un fotone ma non sufficiente per abbandonare l'atomo, potendo generare effetti come la luminescenza. | | Effetto Fotoelettrico | Interazione in cui un fotone primario cede tutta la sua energia a un elettrone orbitale, che viene espulso dall'atomo; l'orbita vuota viene riempita da elettroni da livelli più esterni, emettendo radiazioni secondarie. | | Effetto Compton | Interazione in cui un fotone primario cede parte della sua energia a un elettrone orbitale, espellendolo, ma il fotone rimanente prosegue il suo cammino con energia ridotta e una traiettoria modificata. | | Attenuazione | Riduzione dell'intensità di un fascio di radiazione elettromagnetica o corpuscolare quando attraversa un materiale, dovuta all'assorbimento e alla diffusione dei fotoni o particelle. | | Radiopaco | Termine che descrive una struttura che assorbe una maggiore quantità di radiazione (principalmente raggi X), apparendo chiara o bianca nelle immagini radiografiche (es. ossa). | | Radiotrasparente | Termine che descrive una struttura che assorbe una minore quantità di radiazione, apparendo scura o nera nelle immagini radiografiche (es. polmoni). | | TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) | Tecnica di imaging che utilizza i raggi X per creare immagini trasversali (a fette) del corpo, consentendo di visualizzare dettagli anatomici interni con maggiore risoluzione rispetto alla radiografia convenzionale. | | Risonanza Magnetica (RM) | Tecnica diagnostica che sfrutta campi magnetici e onde radio per produrre immagini dettagliate delle strutture corporee, basandosi sulla risonanza degli atomi (principalmente idrogeno) in presenza di un campo magnetico. Non utilizza radiazioni ionizzanti. | | Ecografia | Tecnica diagnostica che utilizza ultrasuoni per generare immagini delle strutture anatomiche, registrando gli echi riflessi dalle diverse interfacce tissutali. | | Scintigrafia | Tecnica di medicina nucleare che produce immagini funzionali mostrando la distribuzione di un radiotracciante nel corpo, utile per identificare aree di aumentato o diminuito metabolismo. | | SPECT (Tomografia a Emissione di Fotone Singolo) | Tecnica tomografica di medicina nucleare che acquisisce immagini in modo simile alla TC ma utilizzando una gammacamera rotante per ricostruire sezioni del corpo basate sull'emissione di raggi gamma da radiotraccianti. | | PET (Tomografia a Emissione di Positroni) | Tecnica tomografica di medicina nucleare che utilizza isotopi che emettono positroni. L'annichilazione positrone-elettrone produce due raggi gamma in direzioni opposte, fornendo immagini ad alta risoluzione funzionale. | | Radiotracciante | Sostanza marcata con un isotopo radioattivo che viene somministrata al paziente e si distribuisce nell'organismo seguendo specifici processi fisiologici o patologici, permettendone la visualizzazione tramite tecniche di imaging nucleare. | | Isotopi | Atomi dello stesso elemento chimico (stesso numero atomico) ma con un diverso numero di neutroni nel nucleo (diverso numero di massa), che possono essere stabili o radioattivi. | | Tempo di Dimezzamento (emivita) | Il tempo necessario affinché la radioattività di una sostanza diminuisca della metà. È una caratteristica fondamentale degli isotopi radioattivi. | | Gammacamera | Dispositivo utilizzato in medicina nucleare per rilevare i raggi gamma emessi dai radiotraccianti nel corpo del paziente e trasformarli in immagini digitali. | | Unità Hounsfield (HU) | Scala di valori utilizzata nella TC per quantificare il coefficiente di attenuazione dei raggi X in un determinato punto dell'immagine, permettendo la differenziazione tra tessuti con diversa densità. | | Angiografia | Tecnica di imaging che visualizza i vasi sanguigni (arterie e vene) dopo l'iniezione di un mezzo di contrasto radiopaco, utile per diagnosticare stenosi, occlusioni o malformazioni vascolari. | | Angioplastica | Procedura medica interventistica utilizzata per riaprire vasi sanguigni ristretti o ostruiti (stenosi), spesso mediante l'uso di un palloncino o l'inserimento di uno stent. | | Mezzo di Contrasto | Sostanza somministrata al paziente per migliorare la visibilità di specifiche strutture anatomiche o di processi patologici nelle immagini diagnostiche (es. radiologia, TC, RM). | | Gadolinio | Mezzo di contrasto paramagnetico utilizzato nella Risonanza Magnetica per migliorare la visibilità di alcune strutture, in particolare quelle con alterata vascolarizzazione o barriera emato-encefalica. | | Ultrasuoni | Onde sonore con frequenza superiore ai 20.000 Hz, non udibili dall'orecchio umano, utilizzate in ecografia per generare immagini del corpo basandosi sulla riflessione di tali onde. | | Effetto Piezoelettrico | Fenomeno per cui alcuni materiali (cristalli piezoelettrici) generano una differenza di potenziale se sottoposti a pressione meccanica, o viceversa, deformano e producono onde meccaniche se viene applicata una tensione elettrica. Utilizzato nelle sonde ecografiche. | | Annullamento (Annichilazione) | Fenomeno che si verifica nella PET quando un positrone incontra un elettrone. La massa di entrambe le particelle si converte in energia sotto forma di due fotoni gamma emessi in direzioni opposte. |