Mezzo secolo fa, la prima immagine tramite tomografia computerizzata di un paziente, ha sollevato il velo di invisibilità che avvolge l’interno del corpo umano, fornendo agli scienziati una finestra sulle nostre interiora diversa da qualsiasi altra prima.
Oggi, solo negli Stati Uniti i medici ordinano più di 80 milioni di scansioni all’anno. La tomografia computerizzata a raggi X, o TC, è spesso il modo più rapido per capire cosa sta causando un misterioso guaio. Le scansioni della tomografia computerizzata possono scovare malattie cardiache, tumori, coaguli di sangue, fratture, emorragie interne e altro ancora. La tecnica può dare ai chirurghi un avvertimento su ciò che incontreranno all’interno di un paziente e guidare il trattamento per il cancro e altre malattie.
“Risponde a così tante domande rapidamente. Ecco perché viene utilizzato”, afferma il fisico medico Cynthia McCollough della Mayo Clinic di Rochester, Minnesota. Una scansione TC comporta migliaia di misurazioni a raggi X prese da più angolazioni. Ecco come funziona: una sorgente di raggi X ruota intorno al corpo, inviando un raggio di radiazioni attraverso ossa, sangue e tessuti, mentre i rilevatori rotanti misurano il raggio che lo attraversa.
Diversi materiali nel corpo assorbono i raggi X in modo diverso. Il calcio nelle ossa assorbe vigorosamente i raggi X, ad esempio, mentre i tessuti molli ne assorbono meno. Quindi, quando i dati raccolti dai rilevatori vengono uniti da un computer, può formare una vista in sezione trasversale di cosa c’è dentro in base a dove i raggi X vengono assorbiti più o meno. Spostare il lettino che sostiene il paziente in modo che il raggio di raggi X e i rilevatori scorrano lungo il corpo consente ricostruzioni 3D di organi e altre parti.
Nel corso degli anni, gli scienziati hanno continuamente migliorato la tecnologia, rendendola più veloce e con una risoluzione più elevata e tagliando la quantità di radiazioni che i pazienti ricevono. Queste scansioni a tomografia computerizzata migliorate, hanno dipinto paesaggi sempre più dettagliati del corpo umano. È difficile non meravigliarsi della bellezza del mondo interiore che le scansioni portano in superficie. Ecco uno sguardo indietro ad alcuni dei principali progressi nelle scansioni TC negli ultimi 50 anni.
Tomografia computerizzata: la genesi
Nel 1971, il radiologo James Ambrose dell’Atkinson Morley Hospital di Londra eseguì la prima scansione TC di un paziente in collaborazione con l’ingegnere Godfrey Hounsfield, l’inventore della tecnologia. Hounsfield ha lavorato per la società di elettronica britannica EMI, meglio conosciuta per il suo ruolo di casa discografica dei Beatles.
prima immagine TC di un paziente che mostra l’area del cervello:
La scansione, un’immagine di soli 80 pixel di larghezza e 80 pixel di larghezza, non ha fornito molti dettagli. Ma ha mostrato il potenziale della tecnologia, rivelando un tumore nel cervello di una donna. Si dice che un chirurgo che in seguito abbia operato il tumore si sia meravigliato del fatto che “sembra esattamente come l’immagine”.
In precedenza, se i medici volevano cercare un tumore al cervello, iniettavano aria nella colonna vertebrale. Quindi ruotavano il paziente per consentire all’aria di gorgogliare nell’area intorno al cervello per aumentare il contrasto nelle immagini a raggi X standard. La procedura “ha fatto male come un diavolo”, dice McCollough. “I pazienti vomitavano regolarmente; era come una tortura”. Con la TAC, quell’agonia divenne presto un ricordo del passato.
All’inizio, gli scanner a tomografia computerizzata erano progettati per visualizzare solo il cervello. Ma i ricercatori hanno adattato rapidamente la tecnologia per acquisire immagini in sezione trasversale, o sezioni, in vari punti lungo il corpo. Poi, all’inizio degli anni ’90, sono stati creati scanner in cui la sorgente di raggi X scansionava in una spirale continua attorno al corpo, invece di prendere singole sezioni trasversali.
Questo progresso ha permesso di riprendere un intero organo, come i polmoni, in una volta sola. Ma la risoluzione dell’immagine lungo la lunghezza del corpo era ancora bassa. Gli scanner TC con più file di rilevatori di raggi X hanno risolto questo problema, visualizzando diverse sezioni del corpo contemporaneamente lungo il percorso a spirale.
I produttori di scanner CT hanno continuato ad aumentare il numero di rilevatori, creando scanner in grado di acquisire più sezioni contemporaneamente. Quando i rilevatori hanno raggiunto 64 fette nei primi anni 2000, dice McCollough, “è successo il vero ‘Wow'”. Le scansioni potrebbero essere veloci, ad alta risoluzione e coprire una lunghezza significativa del corpo, tutto in una volta. Oggi gli scanner sono ancora più sofisticati e utilizzano fino a 320 sezioni.
Infine, la fragile complessità nascosta all’interno del corpo umano, dalle intricate reti dei vasi sanguigni ai passaggi d’aria graziosamente ramificati dei polmoni alla struttura delicata ma robusta dell’osso, era sotto gli occhi di tutti.
Quando il suocero di McCollough è atterrato al pronto soccorso con un polso dolorante, ha languito per ore mentre i medici cercavano di capire cosa non andava. Alla fine, ricorda McCollough, ha chiesto: “Non possiamo mandarlo a fare una TAC?”
Grazie a una tecnica chiamata TC a doppia energia, i medici sono stati in grado di individuare il problema. La TC a doppia energia, introdotta nel 2006, utilizza due fasci di raggi X a diverse energie, invece di un solo raggio. Scattare le immagini in questo modo consente agli scanner di capire esattamente quali sono i materiali all’interno. Materiali diversi assorbono i raggi X in quantità diverse, ma per concentrarti su un tipo specifico di materiale, devi sapere come cambia l’assorbimento al variare dell’energia dei raggi X.
Ad esempio, la TC a doppia energia può distinguere tra diversi tipi di cristalli che possono formarsi nelle articolazioni, causando l’artrite. I cristalli di urato indicano la gotta e i cristalli contenenti calcio indicano la pseudogotta. Per il suocero di McCollough, la scansione ha scoperto rapidamente la causa del suo dolore: la pseudogotta. In questo modo, le scansioni TC possono rivelare il corpo umano al suo livello più elementare, i materiali che lo compongono.
Ci puoi contare!
I rilevatori di raggi X negli scanner a tomografia computerizzata sono la “salsa segreta” della tecnologia, afferma McCollough, perché i rilevatori sono in primo luogo il modo in cui le macchine misurano i raggi X. La maggior parte degli scanner CT misura quella radiazione indirettamente, prima convertendo i raggi X in luce visibile e poi convertendo quella luce in un segnale elettrico. Una nuova era della tecnologia CT sta eliminando gli intermediari. A settembre, la Food and Drug Administration degli Stati Uniti ha approvato il primo scanner CT “conteggio dei fotoni”.
I raggi X sono un tipo di luce ad alta energia e, come tutta la luce, sono costituiti da particelle chiamate fotoni. Gli scanner TC per il conteggio dei fotoni misurano i singoli fotoni a raggi X. La tecnologia consente anche immagini più nitide e dettagliate e fornisce una misura delle energie dei fotoni, che, come la TC a doppia energia, identifica diversi materiali all’interno del corpo. Oltre il corpo (umano)
Le scansioni TC potrebbero essere state inventate per la medicina, ma ciò non ha impedito ad altri ricercatori di riconoscere l’utilità della tecnologia. Scienziati in campi come l’archeologia, la biologia e la fisica hanno sfruttato la tecnologia per comprendere meglio tutto, dai resti mummificati a come si formano le crepe nel cemento all’anatomia di animali come il varano senza orecchie (Lanthanotus borneensis).
Questa immagine di L. borneensis proviene dal Florida Museum of Natural History di Gainesville. I ricercatori stanno realizzando 20.000 set di dati CT di esemplari conservati che rappresentano ogni genere di vertebrati ospitato nelle collezioni di storia naturale degli Stati Uniti per rivelare l’anatomia interna degli animali. Chiunque nel mondo potrà accedere a queste scansioni online.
I prossimi 50 anni
Nonostante tutti questi progressi, alcuni ricercatori avvertono che la storia d’amore dei medici con la TC è andata troppo oltre, almeno negli Stati Uniti, dove le scansioni vengono utilizzate più spesso che in molti altri paesi. Le scansioni TC non necessarie possono avere degli svantaggi: possono scoprire risultati non correlati che sembrano preoccupanti ma sono probabilmente benigni, il che potrebbe portare a test aggiuntivi costosi e che inducono ansia.
Ma rinunciare alle scansioni TC può anche avere un impatto negativo, rallentando le diagnosi per disturbi che si risolvono meglio se trattati rapidamente. Non si può negare che, quando giustificate, le scansioni TC sono una parte cruciale e salvavita del kit di strumenti medici. Di recente, le scansioni sono state sotto i riflettori per aver rivelato danni ai polmoni causati dal COVID-19, e ha fatto si che si prendessero contromisure.
La tecnologia sembra destinata a rimanere un pilastro della medicina e della scienza nei decenni futuri, continuando a farsi strada nei nostri cuori, polmoni, cervello e ovunque.
