Dalla mammografia analogica alla mammografia digitale (dbm) alla tomosintesi (dbt)

Dalla mammografia analogica alla mammografia digitale (dbm) alla tomosintesi (dbt)

03/10/2018
 

A cura del Professor Luigi Pescarini, medico radiologo esperto in diagnostica senologica; studioso Senior dell’Università degli Studi di Padova

 

Introduzione

La mammografia è la riproduzione in immagini della mammella ottenuta mediante l’impiego dei raggi X.

La definizione racchiude molti aspetti fisico-tecnici, che sono alla base dell’applicazione clinica che necessita d’immagini di elevate qualità ai fini diagnostici.

Analogamente alla radiografia tradizionale (ad esempio delle ossa o del torace), la mammografia è un’immagine di trasmissione, formatasi per assorbimento dei tessuti attraversati di parte dell’energia del fascio X incidente su un substrato anatomico di difficile discriminazione delle componenti, fascio che in uscita dalla ghiandola risulta attenuato.

I tessuti molli possiedono valori di densità e quindi di assorbimento delle radiazioni molto vicini. Ecco perché il fascio deve possedere caratteristiche energetiche in grado di realizzare un assorbimento ottimale, cui consegua un contrasto tale da rendere percepibili le diverse densità e, insieme, la risoluzione di piccoli dettagli come i contorni dei nodi, le piccole distorsioni e le microcalcificazioni. Tali aspetti di rilevamento sono cruciali perché propri delle patologie più importanti come i tumori.

Per le difficoltà tecniche evidenziate, la mammografia, come applicazione clinica, compare con discreto ritardo nel panorama radiologico solo negli anni ‘60 del XX° secolo, dopo circa 70 anni dalla scoperta dei raggi X ad opera di Roentgen avvenuta nel 1895.

 

Storia ed evoluzione della mammografia

Dalle prime immagini della mammella ottenute su pezzi operatori da Salomon nel 1913, vi sono stati solo sporadici studi dell’organo sulla donna. Immagini significative con contrasto introdotto nei galattofori (galattografia), compaiono nell’ambito clinico della mammella secernente, in cui si distinse l’italiano Romagnoli già prima del 2° conflitto mondiale. Forse le immagini dirette con maggior dettaglio diagnostico di lesioni benigne e maligne sono del 1950 dell’uruguaiano Leborgne, che opera con dispositivi di compressione artigianali e proiezioni a paziente seduta o distesa, ottimizzando l’approccio clinico-tecnico  con apparecchiature d’impiego routinario .

La mammografia, come accennato, nasce in tutta la sua dignità negli anni ’60 secondo due filoni, uno di Egan in America con l’impiego di anodi in tungsteno, l’altro di Gros in Europa con l’ utilizzo dell’anodo in molibdeno. Sarà il modello di Gros quello più seguito nelle successive evoluzioni non solo per le caratteristiche tecniche, ma anche per i criteri di ergonomia che lo rendono di più facile impiego. All’anodo con energia idonea ai tessuti molli è associato un fuoco discretamente più piccolo di quelli in uso; un sistema di rotazione del "tubo e rivelatore" tra loro connessi permette di operare in modo confortevole a paziente seduta, ottenendo le tre proiezioni fondamentali cranio-caudale, medio-laterale obliqua e latero-laterale. Le dotazioni dell’apparecchiatura è completata da un dispositivo di compressione dell’organo, che riduce lo spessore, diminuendo le radiazioni diffuse, e dissocia le strutture.

Rimane da considerare l’ultimo fondamentale aspetto della catena di produzione, il rivelatore. Fu obbligatorio all’epoca (negli anni ’60) ricorrere alla pellicola con maggiore definizione, vale a dire la pellicola “industriale” mono-emulsione senza schermi di rinforzo, che poteva garantire la percezione dei piccoli dettagli, ma che imponeva lunghi tempi di esposizione, con possibile sfumatura delle immagini per movimento della donna e cospicua erogazione di radiazioni con dose elevata alla ghiandola.

Già alla nascita del mammografo sono riconoscibili le problematiche oggetto di studio nei successivi sviluppi:

  • potenza dell’apparecchio, caratteristiche dell’anodo con bassa energia e piccole dimensioni dei fuochi;
  • dispositivi di compressione idonei ed ergonomia dell’attrezzatura;
  • sistemi rivelatori adatti alla dimostrazione di piccoli dettagli e al contenimento della dose erogata.

Con il tempo si delinea chiaramente la necessità d’impiego di accessori collegati al mammografo che consentano di raggiungere con aghi le lesioni non palpabili, mediante un metodo di centramento corretto ai fini di prelievi biologici.

Tutto lo sviluppo tecnologico è mirato a migliorare un settore di diagnosi volto non solo ai casi che si presentano con sintomatologiaclinica (ad esempio nodi, alterazione della cute, del capezzolo etc.), ma a tutta la popolazione femminile che, a partire da un’età suggerita dall’epidemiologia, può ricorrere alla prevenzione secondaria sia usufruendo dei programmi di screening organizzato sia per scelta personale. Al miglioramento delle apparecchiature largamente usate nell’attività sanitaria si deve accompagnare una riduzione della dose, riconoscendo che la protezione della popolazione rappresenta una priorità dell’impiego medico delle radiazioni ionizzanti.

I principali miglioramenti sono sinteticamenti riconducibili ai settori già elencati a:

  • potenza dell’apparecchio, caratteristiche dell’anodo con bassa energia e piccole dimensioni dei fuochi

Gli apparecchi hanno una maggior potenza verso la fine degli anni ‘70 riducendo i tempi di esposizione; compare anche il micro-fuoco con dimensioni fino a 0,1 mm ( 100 micrometri) assieme al fuoco standard. Esso permette l’ingrandimento radiografico diretto, che si sviluppa nell’ottica della differenziazione delle calcificazioni, dei nodi e delle distorsioni dubbi. Gli accessori radio-stereotassici, che calcolano la coordinata della profondità delle lesioni (coordinata z) sulla base di due immagini di dettaglio ottenute con incidenza angolare diversa (coordinate x,y), consentono anche di raggiungerle con ago per il prelievo biologico: è un passo in avanti per la definizione incruenta (non chirurgica) della natura delle lesioni infracliniche.

La manovra di prelievo con il tempo diventa sempre più efficacie mediante tavoli mammografici operativi in posizione prona. Già dagli anni ’90 la metodologia si afferma come procedura indispensabile nel panorama diagnostico. Su questo punto peraltro è da ricordare quale corollario che l’ecografia già dagli anni ‘80 è impiegata sempre più, non solo come tecnica complementare nello studio delle mammelle a elevata densità, ma anche come guida efficacie e di più semplice applicazione per i prelievi su lesioni dimostrate con gli ultrasuoni come quelle sostenute dai nodi.

Proseguono con continuità i miglioramenti dei fasci energetici, che si possono adattare alla diversa composizione dei tessuti molli: gli anodi funzionano seguendo, dopo un’analisi preliminare dell’espositore  automatico, piste diverse; per le mammelle “meno dense” entra in funzione il molibdeno, per le mammelle “più dense” entra in funzione il Rodio.

  • dispositivi di compressione idonei ed ergonomia dell’attrezzatura

L’ergonomia dell’esame migliora per i materiali e il “design” degli accessori. La comparsa di sostanze plastiche trasparenti con modelli che si adattano alla morfologia della mammella, del torace, dell’ascella si accompagna a dispositivi di compressione dosata. Il temuto “schiacciamento”, termine utilizzato impropriamente nelle “narrazioni  sull’esame”, si trasforma in un’applicazione con pressione graduale e misurabile. La prestazione si effettua preferibilmente con la donna in posizione eretta. Si affinano i limitatori specifici per le aree d’interesse e s’introducono i distanziatori per gli ingrandimenti diretti.

  • sistemi rivelatori adatti alla dimostrazione di piccoli dettagli e al contenimento della dose erogata.

Agli inizi, se la mammografia su pellicola senza schermi di rinforzo garantiva un elevato dettaglio, aveva come corrispondenze negative la necessità di lunghi tempi d’esposizione, con possibili sfumature da movimento, e soprattutto una dose di radiazioni molto elevata.

Per quest’ultimo motivo comparvero opinioni contrarie all’impiego della mammografia specialmente nelle donne asintomatiche. Alcuni studi mettevano in discussione il vantaggio di una diagnosi precoce rispetto alla possibilità, pur teorica, di provocare tumori radio-indotti. Ben presto, agli inizi degli anni ’70, il problema della dose si ridusse drasticamente. I sistemi d’accoppiamento schermi di rinforzo a terre rare a elevata efficienza e di pellicole idonee (sistemi screen/film) diminuivano la dose di oltre 100 volte, mantenendo la qualità dell’immagine.

Il sistema schermo pellicola (screen/film), diventato il rivelatore ottimale anche per l’alta definizione dei dettagli, è utilizzato di routine fino all’avvento dei rivelatori digitali, adattandosi perfettamente negli anni ‘80 anche all’introduzione delle griglie mobili in mammografia. L’eliminazione di gran parte delle radiazioni diffuse mediante le griglie rappresenta un evento “storico” per la qualità dell’immagine.

 

La mammografia digitale (DBM)

La comparsa della radiografia con rivelatori digitali, a cavallo del 2° e 3° millennio, rappresente una svolta epocale in tutta la diagnostica per immagini.

Lo è anche per la mammografia, che peraltro ha una certificazione d’impiego più cauta negli Stati Uniti da parte dell’agenzia sanitaria nazionale FDA. È, infatti, posta la questione se i rivelatori digitali, producendo immagini costituite da singole unità di superficie, siano in grado di trasferire fedelmente i piccoli dettagli, non essendo un “continuum” come l’emulsione della pellicola.

Il riconoscimento che le immagini digitali devono essere valutate con criteri più completi di quelli utilizzati per i film, ovvero i soli contrasto e dettaglio, apre la strada al concetto di riferimento di efficienza del sistema di produzione, che tiene conto di altri parametri, ad esempio il rumore. In sintesi, le immagini digitali forniscono dettagli un po’ meno definiti, ma con un contrasto molto più elevato, quindi con possibilità di percezione maggiore da parte dello specialista con una più sicura “resa clinica”. Complessivamente l’efficienza del sistema digitale, misurata secondo parametri fisici quantitativi, risulta quasi doppia rispetto al sistema schermo/film (screen/film).

Gli effetti globali della mammografia digitale sono fin da subito evidenti, in primo luogo per il miglioramento della qualità dell’immagine in tutte le strutture, in precedenza soggetta ad inconvenienti in tutte le fasi di produzione dall’inserimento della pellicola, all’esecuzione e in modo particolare allo sviluppo fino alla lettura su diafanoscopio. In una catena la rottura di “un anello” debole a qualsiasi livello influiva in tutti i casi sullo scadente risultato finale.

Con la digitalizzazione le fasi di acquisizione, elaborazione, visualizzazione e archiviazione sono separate. L’analisi specialistica avviene su un monitor ad alta risoluzione. Nel giro di un decennio, dopo un breve periodo di utilizzo in contemporanea della mammografia analogica, d'imaging-plate con digitalizzazione indiretta (Computed Radiography), i sistemi digitali con conversione diretta dell’immagine si impongono quale dotazione di eccellenza.

Il cuore della nuova tecnologia è il “flat panel”, mosaico dotato di singoli piccoli elementi con transistor in grado di trasferire il segnale X in uscita della mammella, trasformato in luce visibile o cariche elettriche da schermi adeguati, in un segnale elettrico tale da essere elaborato in una matrice numerica con pixel di piccole dimensioni intorno ai 100 micrometri. È immediatamente disponibile un’immagine mammografica su monitor ad alta definizione su cui il radiologo può individuare le lesioni con l’aiuto di dispositivi applicabili con facilità come l’ingrandimento, le misurazioni, le inversioni di contrasto etc.

La tecnologia “flat panel” ha in sé caratteristiche tali da aprire la strada alla “tomosintesi”, tecnica innovativa perché in grado di superare uno dei problemi insiti nella radiografia standard ovvero la sovrapposizione dei tessuti.

 

La Tomosintesi mammaria (DBT)

Nella storia della Radiologia tradizionale la tomografia, detta anche stratigrafia, costituisce una tappa fondamentale per lo studio di alcuni organi o apparati già negli anni ‘30. La riproduzione del singolo piano focale avviene con un movimento sincrono opposto tra la sorgente radiante e il rivelatore: tutte le strutture fuori dal piano focale risultano sfumate, rimanendo evidenti solo quelle d’interesse. Procedendo per piani con focalità contigue si possono ottenere ricostruzioni anatomiche su tutto il volume considerato.

Anche nella tomosintesi della mammella è necessario il movimento della sola sorgente in modo da ottenere secondo un angolo di scansione predefinito, variabile da 15° a 50°, un campionamento angolare con un certo numero di proiezioni, variabile a seconda della “filosofia” delle apparecchiature.

La ricostruzione è quindi affidata agli algoritmi: quello indicato con “shift and add” ad esempio si fonda sulla laminografia planare, agendo con piccole traslazioni sulle immagini,  mettendo così a fuoco i dettagli posti a una determinata profondità.

La tomografia digitale permette così di valutare la mammella in una successione di piani contigui dello spessore predefinito a seconda della proiezione eseguita. Una mammella con spessore di 60 mm è rappresentata in 60 immagini con sezioni contigue di 1 mm; se lo spessore di ricostruzione della sezione è maggiore, ad esempio 3 mm, le immagini sono 20.

Di fatto le immagini di tomosintesi possono considerarsi come una rappresentazione della mammella in 3 dimensioni (3 D).

L’approccio clinico diventa quindi più affidabile, riducendo il margine d’incertezza interpretativa secondo un’analisi più accurata soprattutto nelle mammelle con ghiandola e spessori cospicui, laddove si riesce a isolare la lesione dal contesto dei tessuti adiacenti.

Il miglioramento è accolto con grande favore da chi si cimenta con le difficoltà di analisi dei tessuti mammari: è presto riconosciuta nello screening la possibilità di aumentare il numero di cancri trovati (detection-rate) insieme alla riduzione dei casi dubbi, eliminando una quota importante di tassi di richiamo.

Va peraltro osservato che la tomosintesi nasce come tecnica associata alla mammografia digitale alla quale non è possibile rinunciare: ciò comporta un sensibile aumento della pur bassa dose impiegata, circa il doppio, e pertanto “non dovrebbe” essere utilizzata di routine, ma solo in casi selezionati.

Sull’argomento, dopo la comparsa della tecnica verso la fine del primo decennio del secolo, sono effettuati molti studi con varianti d’impiego nel numero di proiezioni e/o acquisizioni per ridurre la dose, ma la risoluzione del problema viene ancora dal mondo tecnologico: dalle acquisizioni di tomosintesi (DBT) è possibile, compattandole, ricostruire un'immagine mammografica “sintetica” del tutto analoga alla mammografia standard digitale conosciuta (DBM), allontanando qualsiasi remora di carattere dosimetrico anche perché le scansioni angolari sono ottenute con bassissime dosi.

Quest' aspetto riveste un ‘importanza strategica sul piano applicativo in quanto la tomosintesi può essere ora utilizzata come indagine di prima istanza, mettendo a disposizione del medico-radiologo sia immagini in 3D (DBT) che in 2D (DBM), mantenendo ai minimi livelli la dose alla popolazione.

 

Il mammografo con tomosintesi (DBT) negli aspetti applicativi

Il mammografo dotato di tomosintesi è un’evoluzione del mammografo digitale. Il sistema richiede che la sorgente di radiazioni sia mobile su un arco di circonferenza che consente di ottenere campionamenti angolari come sopra esposto.

La donna è posta in stazione eretta: con compressione dosata della mammella si eseguono le proiezioni angolari multiple per un tempo variabile a seconda del tipo di apparecchio fino a 15 secondi.

L’ergonomia dell’apparecchiatura favorisce l’immobilità. L’acquisizione delle scansioni è immediata e l’elaborazione avviene nel giro di qualche minuto.

La visione delle immagini al monitor è disponibile fin da subito. Lo scorrimento delle stesse avviene con dispositivi di semplice utilizzo che facilitano i tempi di lettura, ora inevitabilmente più lunghi. Le immagini in sezione sono confrontabili con la mammografia di sintesi.

Eventuali dubbi dell’una o dell’altra modalità di rappresentazione sono  allontanati per comparazione a vantaggio della corretta interpretazione. Solo eccezionalmente si ricorre ad immagini di dettaglio con studio di limitate aree d’interesse, metodologia questa spesso necessaria con la sola mammografia digitale (DBM).

 

Approccio attuale alla diagnosi delle patologie mammarie

La tomosintesi (DBT) si colloca nel panorama diagnostico quale importante evoluzione della mammografia digitale (DBM), della quale conserva tutti gli aspetti di semiotica normale (struttura mammaria) e patologica (lesioni mammarie), ripresentandoli nei dettagli delle immagini 3D. Alla sua diffusione non vi è dubbio contribuisca la contemporanea produzione d'immagini sintetiche, senza aumento della dose alla ghiandola, nel completo rispetto della radioprotezione.

Per tali motivi a pieno titolo la tomosintesi è da considerarsi al momento la tecnica di eccellenza, riferimento per la diagnosi delle patologie mammarie tanto nello secreening quanto nella senologia clinica.

Nello screening sono già dimostrati sia un lieve aumento percentuale dei tumori trovati sia una discreta riduzione dei tassi di richiamo, insieme a un non trascurabile “effetto tranquillità” sui lettori/interpreti.

Nella Senologia clinica la tomosintesi si configura ancora con apporti di comparazione immediati con l’ecografia, che, com'è noto, è pure tecnica tomografica. L’analisi complessiva diventa quindi supportata da riscontri che s'integrano reciprocamente con precisione nei piani considerati.

Va infine messo in evidenza che la tomosintesi non sostituisce la Risonanza Magnetica Mammaria (MRI), che è pure tecnica tomografica, ma non di prima istanza, alla quale è richiesto nei casi selezionati soprattutto l’apporto di semiotica “funzionale” propria delle sequenze ottenute con l’impiego del mezzo di contrasto paramagnetico.