Il ruolo della tomoscintigrafia nella diagnostica per immagini

In inglese è chiamata Single Photon Emission Computed Tomography, o più semplicemente SPECT.In Italia viene definita “tomoscintigrafia“. Questo tipo di tomografia viene usata in medicina nucleare e funziona grazie alla somministrazione di un radiofarmaco e alla rilevazione di fotoni gamma, risultando utile per applicazioni diagnostiche in ambito cardiologico, polmonare, oncologico, renale, neurologico e cerebrale.

I principi della medicina nucleare

La medicina nucleare è una specialità che si basa su tre categorie di tecniche:

• Tecniche terapeutiche;
• Tecniche di diagnostica in vitro;
• Tecniche di diagnostica per immagine.

Quando si parla di medicina nucleare in campo diagnostico, si parla di radiofarmaci e la reazione degli stessi ai fotoni gamma.

In questo articolo ci concentreremo sul dispositivo principale della diagnostica per immagini in medicina nucleare, la SPECT e sulle sue applicazioni specifiche, soprattutto in ambito cardiologico.

I radiofarmaci

I radiofarmaci sono composti chimici che contengono radionuclidi. I radiofarmaci in medicina hanno una doppia funzione, poichè vengono utilizzati per la diagnosi e per la cura – prevalentemente in ambito oncologico.

Un radionuclide è un nucleo atomico instabile che si disintegra, trasformandosi in nuclei più leggeri a seguito di radiazioni particolarmente intense.

Esistono radionuclidi naturali e artificiali. Quelli naturali sono ad esempio l’uranio o il radio. Quelli artificiali, invece, sono costruiti dall’uomo e per questo sono più controllabili e quindi utilizzabili in medicina nucleare.

I fotoni gamma

Un fotone gamma è una radiazione. In fisica si parla di radiazione quando si è in presenza di energia che viene trasportata attraverso lo spazio. Ci sono due tipologie di radiazioni:

• Radiazioni ionizzanti (e.g., raggi X e raggi gamma);
• Radiazioni non ionizzanti (e.g., onde elettromagnetiche e ultrasuoni).

Un fotone gamma è quindi una radiazione ionizzante che permette di irradiare un corpo umano dall’esterno senza provocare danni sistemici allo stesso (Figura 1).

Come funziona la SPECT

Il potenziale della medicina nucleare è tanto complesso quanto affascinante, frutto di decenni di progresso. In questo contesto, la diagnostica per immagini nella medicina moderna è uno degli strumenti più importanti per avere percorsi di cura attenti e mirati. La SPECT ne è uno degli esempi più rappresentativi. L’ingegneria biomedica ha infatti permesso lo sviluppo e il potenziamento di una tecnologia avanzata come la SPECT, di cui di seguito vediamo il funzionamento tecnico e pratico.

L’esame diagnostico

Un paziente che si sottopone a SPECT riceve una iniezione endovena di un radiofarmaco, pochi minuti prima dell’inizio dell’esame – circa 15 minuti. Successivamente il soggetto viene fatto stendere sul lettino del macchinario, che rileverà i fotoni gamma rilasciati dai tessuti, nei quali il radiofarmaco si diffonde.

La SPECT inizia quindi a ruotare intorno al paziente, scansionando e riproducendo immagini tomografiche assiali (i.e., delle sezioni del corpo interessate), utili a fornire informazioni estremamente dettagliate sui tessuti scansionati in modo non invasivo.²

La scansione avviene con scatti ogni 3°-6° gradi, producendo immagini 2D processate poi da un algoritmo di ricostruzione tomografica, dando luogo ad una ricostruzione 3D di alta qualità.³

L’esame ha una durata media di 20-30 minuti ed è necessario che il paziente rimanga immobile per non incorrere in artefatti.

Ci sono però due casi in cui i tempi si allungano notevolmente. Il primo è il caso della SPECT miocardica, che prevede una prima somministrazione di radiofarmaco e una prima scansione diagnostica con il paziente a digiuno da almeno 6 ore. Successivamente avviene una nuova iniezione e  scansione (dopo la consumazione di un pasto grasso) per permettere il confronto delle immagini “a riposo” e “sotto sforzo” del muscolo cardiaco (Figura 2).

Il secondo caso riguarda la SPECT ossea, che prevede la consueta iniezione del radiofarmaco e la successiva scansione dopo 4 ore, per permettere ai radionuclidi di fissarsi alle porzioni ossee in proporzione all’attività metabolica.

Aspetti tecnici

In sostanza la SPECT è simile all’imaging planare (scintigrafia), in quanto utilizza una gammacamera e prevede l’utilizzo di radiofarmaci. La differenza sostanziale è proprio nella tipologia di immagini che riesce a produrre.

Grazie alla rotazione della gammacamera le sezioni prodotte sono anatomicamente esaustive e quindi decisamente rilevanti al fine di una diagnosi completa (Figura 3).

I componenti principali della SPECT sono i seguenti:

• Collimatore – un dispositivo che ha la primaria funzione di schermare le radiazioni emesse dal paziente verso il cristallo. È composto da una struttura in metallo con alto potere schermante. La struttura è costituita da formazioni “a nido d’ape” per permettere il passaggio delle radiazioni;
• Cristallo – superficie tonda o rettangolare che permette di irradiare le radiazioni attraverso il collimatore, trasformarle in fotoni luminosi (scintille) e inviarli ai fotomoltiplicatori. È composto da ioduro di sodio (NaI) e tallio (Tl) ed è inserito all’interno di uno strato di alluminio rivestito da materiale riflettente in quanto è estremamente delicato e per questo deve essere attentamente protetto dall’umidità;
• Fotomoltiplicatore – dispositivo che riceve le radiazioni dal cristallo attraverso una connessione ottica, ne rileva i fotoni luminosi trasformandoli in segnale elettrico. Successivamente amplifica il segnale e lo conduce ai circuiti di elaborazione;
• Circuiti di elaborazione – step finale del circuito; sono gli analizzatori di ampiezza che permettono, ai segnali elettrici trasformati dal fotomoltiplicatore, di diventare immagini visibili dal computer e quindi replicabili per la futura diagnosi. Le immagini finali possono essere elaborate a colori o in b/n e replicate in 2D o in 3D a seconda delle necessità cliniche.

La SPECT del futuro

La SPECT è una delle scoperte più importanti in ambito diagnostico della seconda metà del 1900. La prima tomografia di questa tipologia venne utilizzata nel 1953 e da allora la tecnologia è stata implementata e migliorata fino a fornire, ad oggi, immagini 3D con una precisione e una nitidezza tali da permettere la diagnosi di patologie non rilevabili con le normali TAC in uso attualmente.

Chiaramente in quasi 70 anni di storia, la SPECT ha avuto numerosi upgrade. Basti pensare all’introduzione del 3D o alla diffusione dei rilevatori di messa a fuoco che permettono di circondare il paziente senza sensazioni di claustrofobia. Ma non solo: i nuovi dispositivi messi in commercio nel 2021 vedono l’introduzione dell’intelligenza artificiale nel software di analisi della SPECT, in grado di fornire un’esperienza personalizzata basata sulla singola conformazione fisica di ogni paziente.

Inoltre, i nuovi dispositivi in commercio permettono di visualizzare più isotopi contemporaneamente. Questo consente di combinare le specifiche della SPECT alle applicazioni di una classica tomografia computerizzata, così da avere immagini “ad anello” del paziente e quindi una evidenza clinica letteralmente a 360°, con una sola risultante: diagnosi incredibilmente precise.

Cosa possiamo aspettarci quindi da qui in poi? Abbiamo già il 3D, abbiamo già immagini a 360°, abbiamo già la visualizzazione a colori. I principali produttori ci stanno già lavorando e la risposta arriverà sul mercato quanto prima: imaging molecolare con SPECT dinamica in 3D. In parole più semplici: video in 3D della parte trattata, come se l’organo scansionato fosse davanti a noi.⁵