Un tomografo TC consiste di un tubo a raggi x e di un sistema di rivelatori che ruotano con moto sincrono intorno al paziente. Il tubo a raggi x produce un fascio collimato di raggi x che attraversa una sezione del corpo del paziente e ne viene attenuato. Il sistema di rivelatori misura l’attenuazione dei raggi x nei tessuti, in differenti posizioni angolari. L’attenuazione nei tessuti viene espressa attraverso un coefficiente, il coefficiente di attenuazione, che rappresenta la probabilità che i raggi x vengano assorbiti ed è quindi tanto maggiore quanto maggiore è la densità dei tessuti. Per esempio, il coefficiente di attenuazione del tessuto osseo è maggiore di quello del tessuto muscolare che a sua volta è maggiore di quello polmonare.

Una volta completata la fase di acquisizione dei dati (rilevamento del fascio di raggi x attenuato e archiviazione delle informazioni rilevate), attraverso un algoritmo di ricostruzione dell’immagine, si ottiene la mappa bidimensionale della distribuzione dei coefficienti di attenuazione delle radiazioni x nella sezione tomografica studiata.

La metodica TC ha avuto una rapida evoluzione e dal 1968, anno di costruzione del primo tomografo TC, si sono susseguite generazioni di tomografi con rapidità esecutive e potere di risoluzione in costante crescita.

Nella I generazione di tomografi il sistema di rivelazione era costituito da un singolo rivelatore con moto rotatorio e traslatorio intorno al paziente, si utilizzava un pennello sottile di raggi x, e i tempi di acquisizione erano dell’ordine dei minuti. Nella II generazione di tomografi, il sistema di rivelazione consisteva in un gruppo di rivelatori (fino a 30), era ancora impiegato un moto rotatorio e traslatorio del sistema di rivelazione, si utilizzavano ancora pennelli di raggi x, e i tempi di scansione erano scesi nell’ordine di circa 30 secondi. I tomografi di III generazione erano caratterizzati da un sistema di rivelatori ancor più numerosi (qualche centinaio) rotanti intorno al paziente, si impiegava un fascio a ventaglio di raggi x, e i tempi di scansione erano ridotti a pochi secondi. I tomografi di IV generazione consistevano di un anello completo di rivelatori con il tubo a raggi x rotante su orbita concentrica all’anello, con tempi di scansione di pochi secondi.

I tomografi di III e IV generazione producono immagini di buona qualità, ma presentano la limitazione di produrre una sola sezione tomografica alla volta: quando la registrazione dei dati relativi ad una data sezione è terminata, il lettino scorre in avanti e si procede alla registrazione dei dati della sezione successiva.

I	II
III	IV

Figura 1

Un avanzamento tecnologico molto importante, che risale agli anni ’90, si è avuto con l’introduzione della TC spirale. Nei sistemi TC spirale, a un movimento rotatorio continuo del tubo a raggi x e del sistema di rivelatori durante l’esame, si aggiunge il movimento continuo del lettino su cui è adagiato il paziente. In questo modo il fascio a raggi x assume una traiettoria a spirale (o elicoidale) rispetto al corpo del paziente, misurando l’attenuazione dei raggi x in più sezioni tomografiche e quindi in una porzione di corpo estesa, in pochi secondi (Figura 2). Data la brevità dei tempi di scansione è possibile studiare un grande volume corporeo durante l'esecuzione di un solo atto respiratorio e riducendo di conseguenza i movimenti dei vari organi durante la scansione. L’acquisizione volumetrica così ottenuta necessita di tecniche di ricostruzione più complesse per riorganizzare in sezioni assiali (perpendicolari all’asse del tomografo) i dati acquisiti elicoidalmente .

Disponendo di immagini di sezioni sottili e contigue, con semplici tecniche di interpolazione, le immagini assiali possono essere elaborate per formare immagini di sezioni coronali, sagittali o secondo l’orientamento desiderato dall’operatore per una migliore visualizzazione delle strutture anatomiche di interesse, come si evince dalla Figura 3.

La TC consente dunque lo studio di volumi e non più di singole sezioni tomografiche assiali e per sottolineare questo aspetto si parla oggi di Tomografia Computerizzata (TC) e non più di Tomografia Assiale Computerizzata (TAC).

Un avanzamento tecnologico più recente, mirato alla possibilità di studiare volumi sempre più estesi in tempi sempre più brevi, è rappresentato dai sistemi TC multi-strato. Nei sistemi TC convenzionali il sistema di rivelazione è costituito da una singola fila di rivelatori che misura la attenuazione dei raggi x in una singola sezione tomografica. Nei sistemi TC multi-strato il sistema di rivelazione consiste di più file di rivelatori (nei sistemi di ultima generazione fino a 32 file) che misurano simultaneamente la attenuazione dei raggi x in più sezioni corporee ed eseguono velocemente scansioni di tutto il corpo (total body) ad elevata risoluzione assiale. In questi sistemi non si ha un’acquisizione a spirale singola, ma la scansione avviene mediante più spirali affiancate tra loro, permettendo quindi di aumentare la quantità di dati acquisiti (Figura 4).

Le dimensioni dei rivelatori, la collimazione del fascio di raggi x, l’uso di algoritmi di ricostruzione delle immagini sempre più sofisticati permettono di ottenere immagini TC di elevata qualità con una risoluzione spaziale inferiore al mm che consente di riconoscere strutture di dimensioni molto piccole.

Le immagini TC sono immagini digitali rappresentate su matrici di grandi dimensioni (es. 512x512). Il contenuto delle immagini TC rappresenta le caratteristiche di attenuazione dei raggi x in relazione al coefficiente di attenuazione. Il contenuto delle immagini viene espresso in unità Hounsfield (HU). L’unità Hounsfield rappresenta il coefficiente di attenuazione in un tessuto rispetto a quello dell’acqua. Per l’acqua il numero Hounsfield vale 0, per tessuti con coefficiente di attenuazione maggiore di quello dell’acqua le unità Hounsfield assumono valori positivi (il valore HU per l’osso è convenzionalmente normalizzato a + 1000), per tessuti con coefficiente di attenuazione minore di quello dell’acqua le unità Hounsfield assumono valori negativi (il valore HU per l’aria è convenzionalmente normalizzato a -1000).

Le immagini TC vengono visualizzate sul monitor di un computer mediante una scala di grigi, assegnando le tonalità scure ai pixel corrispondenti a tessuti a basso valore HU (bassa densità) e tonalità più chiare all’aumentare dei valori HU (alta densità). Il polmone appare dunque nero, le ossa appaiono bianche e i tessuti molli di diversa tonalità di grigio dipendentemente dal valore di HU. La visualizzazione delle immagini può essere ottimizzata in funzione della specifica situazione clinica (distretto anatomico, patologia) con un uso opportuno della scala dei grigi.

Figura 5
Scala Hounsfield relativa ai principali organi del corpo umano

Le componenti principali di un sistema TC sono sinteticamnete descritti come segue:

Il GANTRY è la struttura meccanica a cui sono fissati i detettori e il tubo radiogeno. Permette la rotazione del sistema tubo-detettori per l'acquisizione delle immagini e comprende la cavità tubolare dentro la quale viene fatto scorrere il paziente sul lettino.

Il TAVOLO PORTA-PAZIENTE è il lettino su cui si sdraia il paziente durante l'esame, è adibito al corretto posizionamento del soggetto all'interno del gantry.

Il COMPLESSO RADIOGENO è rappresentato dal tubo a raggi x rotante all'interno del gantry.

Il GENERATORE fornisce l'alta tensione con elevata stabilità per l'alimentazione del tubo radiogeno.

I DETETTORI ricevono, amplificano e misurano i raggi x che, prodotti dal tubo radiogeno, hanno attraversato il paziente sotto esame.

La WORKSTATION , composta principalmente dai seguenti elementi:

• il COMPUTER, che ha funzioni di comando, è interfacciato ad uno o più microprocessori dedicati all'acquisizione e visualizzazione dell'immagine;
• la MEMORIA DI MASSA che permette la conservazione delle immagini digitali TC;
• la CONSOLLE DI COMANDO, che è costituita di solito da due tastiere e due monitor (uno per controllare i comandi e l'altro per la visualizzazione dell'immagine), ha lo scopo di controllare la corretta esecuzione dell'esame e il trasferimento delle immagini ad appositi sistemi di archivio.