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Impatto della Tomografia Computerizzata sul welfare americano

L’innovazione tecnologica, a partire da un progetto iniziale, è tipicamente misurata attraverso l’osservazione di due fenomeni: la quantità di unità che vengono prodotte dall’ideatore o da terzi e i cambiamenti a cui essa va incontro nel suo percorso, che determinano la nascita di nuovi modelli più efficienti e performanti. Come visto in un altro nostro articolo, nel corso degli ultimi 50 anni si sono susseguite cinque generazioni di macchinari per la tomografia computerizzata, prodotte da numerosi brand, quali Hitachi Medical Corporation, Siemens Healthcare, Philips Healthcare o Shimadzu Corporation [1].

Già nella seconda metà degli anni ’70 il mercato era ampiamente diversificato e il numero sovrabbondante di macchinari in commercio richiese l’intervento del governo statunitense, che avviò una serie di controlli rigidi e terminò la produzione di numerose aziende; negli anni successivi il mercato si stabilizzò ed emersero nuovi nomi: General Electric divenne il leader del settore. Inizialmente si producevano solamente scanner per la testa ma dall’introduzione degli scanner per il corpo intero nel 1975 la vendita dei primi si è ridotta drasticamente ed è oggi quasi inesistente.

I parametri principali presi in analisi di uno scanner per la TC sono il tempo di scansione, la qualità dell’immagine e il suo tempo di ricostruzione. Il tempo di scansione, misurato in secondi, è cruciale a causa dei movimenti involontari degli organi interni: essi determinavano infatti distorsioni delle immagini nei primi apparecchi, che avevano tempi di scansione molto lenti. Per qualità dell’immagine si parla di risoluzione spaziale, rappresentato dalla quantità di dettagli che si è in grado di cogliere (grandezza massima del corpo più piccolo catturabile in condizioni ottimali). Il tempo di ricostruzione è l’intervallo di tempo che intercorre tra il termine della scansione e la sua visione e si misura in secondi.

Nella seguente tabella è illustrata la quantità di unità vendute, la loro velocità di scansione, il loro prezzo, il numero di aziende nel mercato e la spesa in R & D (ricerca e sviluppo) delle aziende, espressa in milioni di dollari.

Poiché l’esito delle scansioni non è certo al 100%, è difficile stimare il grado di utilità marginale o il guadagno netto da un punto di vista economico; ciò che è certo è l’aumento graduale della disponibilità di queste tecnologie e, di conseguenza, la possibilità di farvi ricorso in territori sempre più estesi in un lasso di tempo considerevolmente breve senza il bisogno di spostarsi da uno stato all’altro. Il cambiamento nel mercato a partire dal 1975 è stato accompagnato da un aumento degli investimenti nel campo, chiaro segno di fiducia e soddisfazione nei risultati conseguiti.

Qui sotto un confronto tra le innovazioni nei primi 10 anni della sua diffusione e i guadagni incrementali che ha generato. Le linee tratteggiate rappresentano la tendenza media in intervalli di 3 anni mentre la linea continua segue il suo percorso di anno in anno.

L’aumento della produzione nei primi anni è dovuto principalmente alla rivalità e competizione tra le varie aziende; se non ci fosse stato un interesse nella società e conseguenze positive in ambito medico, in seguito al calo dell’interesse generale verso l’ultima novità sarebbe seguito un calo nella produzione generale. Se il progresso tecnologico cessasse, anche la sua diffusione diminuirebbe in quanto i macchinari di cui già si dispone non sarebbero più considerati obsoleti.

Risorse:
– [1] https://www.hospitalmanagement.net/features/featuremedical-imaging-technology-diagnostic-device-manufacturers/
– Trajtenberg, Manuel. “The Welfare Analysis of Product Innovations, with an Application to Computed Tomography Scanners.” Journal of Political Economy, vol. 97, no. 2, 1989, pp. 444–479. JSTOR, www.jstor.org/stable/1831321

La TC e il pubblico

La storia della TC è stata accompagnata dalla nascita di numerose associazioni orientate attorno ad essa. L’obiettivo generale è il miglioramento delle condizioni di salute nei vari paesi in cui sono situate, sensibilizzare la popolazione in merito all’utilizzo e facilitare l’accesso a questi strumenti. Spesso sono inoltre affiancate da laboratori che operano nella ricerca scientifica verso l’innovazione delle tecniche di scansione e rilevazione in ambito medico.
Alcuni esempi sono:

– la SCCT, Society of Cardiovascular Computed Tomography, fondata nel 2005 e attualmente situata ad Arlington, Virginia;

– la SABI, Society for Advanced Body Imaging (precedentemente SCBT-MR, Society of Computed Body Tomography & Magnetic Resonance), fondata nel 1978 e oggi situata a Reston, Virginia;

– il ISCT, International Society for Computed Tomography, la cui sede è a Palo Alto, California e a cui è annesso un programma di studi accademico focalizzato.

Esistono inoltre libri e riviste che si occupano di questo argomento, come il Journal of Cardiovascular Computed Tomography [1] o il Journal of Computer Assisted Tomography [2].

Per quanto riguarda la cultura popolare, la TC non è il soggetto di produzioni audiovisive specifiche al di fuori dall’ambiente medico accademico e informativo; gli unici esempi in Europa che possiamo ritrovare sono Vergiss mein Ich (in tedesco “Dimentica il mio ego”), film diretto nel 2014 da Jan Schomburg [3] e De smaak van De Keyser (in olandese “Il gusto di De Keyser”), serie televisiva belga ideata da Marc Didden [4]; in entrambi i casi essa viene tuttavia solamente menzionata, non rappresenta un punto nodale per il procedere della narrazione.
Negli Stati Uniti è spesso citata, soprattutto in programmi ambientati negli ospedali, quali Scrubs, Grey’s Anatomy e Dr. House. È interessante osservare il cambiamento nell’approccio a tale tecnica in quest’ultima serie: nell’episodio “Role Model” – della prima stagione – essa viene definita inutile dal protagonista in quanto produce risultati ambigui e facilmente travisabili. Nella quinta stagione, quattro anni dopo, essa viene consigliata in due episodi differenti (“The Social Contract” e “The Black Hole”) per eseguire scansioni di organi interni. Chiunque fosse interessato ad informarsi sulla Tomografia Computerizzata può trovare ogni sorta di video sull’argomento, come animazioni grafiche tridimensionali sul suo funzionamento, schemi semplificativi e dimostrazioni pratiche della procedura. Vi proponiamo due esempi nei link sottostanti

Risorse:
– [1] https://www.journalofcardiovascularct.com/
– [2] https://journals.lww.com/jcat/pages/default.aspx
– [3] https://www.imdb.com/title/tt2518294/
– [4] https://www.imdb.com/title/tt1010360/
– https://en.wikipedia.org/wiki/Full-body_CT_scan

Diffusione della TC nella società

Dalla sua introduzione nel 1974, la presenza di macchinari adibiti alla TC in tutto il mondo è aumentata esponenzialmente; ad esse si può accedere in 3 diverse modalità, in base alla necessità:

Alcuni macchinari sono sedentari, sono assegnati a specifici ospedali e vi si può accedere richiedendolo all’ente stesso;
Altri sono mobili, spesso acquisiti da società di servizi sanitari. Il servizio viene offerto ad un prezzo variabile in base alla nazione e ad altri fattori e si spostano in determinate macroaree, permettendo di raggiungere territori più isolati e privi di adeguate strutture assistenziali;
Infine, altri sono posseduti da privati o destinati a ricerche, studi accademici e non aperti al pubblico se non eccezionalmente.

Nel seguente grafico è riportata la frequenza di utilizzo della tomografia computerizzata per eseguire scansioni nello stato americano della California tra il 1974 e il 1981 [1]:

Nel 1977, 200 milioni di dollari erano stati spesi dai cittadini americani per effettuare scansioni usando la TC [2]. Nonostante il costo elevato, la spesa media per trattare determinate patologie in cui questa innovazione veniva applicata rimase pressoché invariata in quanto l’anticipazione della diagnosi permetteva di intervenire prima sul problema e intraprendere un percorso maggiormente consapevole. In particolare, si dimostrò fondamentale nella rilevazione di tumori intracranici, con un’affidabilità del 96% rispetto all’84% dei radionuclidi (i quali erano molto più nocivi a causa dell’elevata radioattività).

La quantità di angiografie – l’osservazione di vasi sanguigni o linfatici – eseguite è diminuito a seguito dell’introduzione della TC. In uno studio condotto precedentemente vi si faceva ricorso nel 36% delle malattie circolatorie, mentre in altri due studi successivi solamente nel 20% e 16% dei casi [3].
Per lo studio delle emorragie gli angiogrammi sono superflui e non eseguendoli si abbassa considerevolmente il costo delle terapie e l’impatto sulla sanità pubblica.

Ciò nonostante, l’utilizzo della TC non sempre si dimostra essere efficiente: in casi di emicranie e mal di testa cronici vi si fa ricorso per ricercare la presenza di tumori encefalici. L’uso improprio che se ne fa non permette di risparmiare ma al contrario genera consumi superflui: mentre i mal di testa sono infatti frequenti, i tumori a cui spesso sono erroneamente attribuiti si manifestano sporadicamente. White stima nel 1976 che ogni anno almeno 16 milioni di visite dal medico negli Stati Uniti sono causate da tali sintomatologie, mentre solo 6300 pazienti sono ricoverati per tumori cerebrali [4].

Ricerche di tomografia computerizzata su google nel 2019

Risorse:
– [1] Peddecord, K. (1984). Utilization of Hospital-Based Computed Tomography Scanning in California. Medical Care,22(9), 863-870. Retrieved from www.jstor.org/stable/3764612
– [2] Larson, E., & Omenn, G. (1977). The Impact of Computed Tomography on the Care of Patients with Suspected Brain Tumor. Medical Care,15(7), 543-551. Retrieved from www.jstor.org/stable/3763623
– [3] Larson, E., Margolis, M., Loop, J. Impact of computed tomography on utilization of cerebral angiograms. 1977/08/01. 1, 3, 129. AJR. American Journal of Roentgenology. 10.2214/ajr.129.1.1
– [4] Sullivan LW. Testimony before the Subcommittee on Health, Committee on Labor and Public Welfare United States Senate. J Natl Med Assoc. 1976;68(3):250–245.

I raggi X

La TC utilizza i raggi X per effettuare le sue scansioni. Essi costituiscono una tipologia di onde elettromagnetiche con λ (lunghezza d’onda) compresa tra 0,01 e 10 nm, e dunque un’energia al di sopra dei raggi ultravioletti.
La loro scoperta risale al 1895 ed è attribuita a Wilhelm Röntgen, un fisico tedesco che ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1901. La prima applicazione in ambito medico fu la radiografia, realizzata attraverso l’emissione di raggi X provenienti da un generatore sopra uno schermo fluorescente, definito rilevatore.

Con il termine raggi X si fa riferimento a diverse tipologie di onde: la principale distinzione è tra raggi X duri (se la loro energia fotonica supera i 5 KeV) e molli. L’energia fotonica è l’energia contenuta in un singolo fotone; l’unità di misura è l’elettronvolt ed è calcolabile con la seguente formula:

Dove h è la costante di Planck (6.626×10^-34 J), c la velocità della luce nel vuoto (2,998×10^8 m/s) e λ la lunghezza d’onda. I fotoni possono attraversare la materia solida senza variazioni di moto e, per questo motivo, vengono utilizzati per la radiodiagnostica.

Il generatore, definito anche tubo a raggi X o tubo radiogeno, genera un flusso di corrente tra un catodo e un anodo. Il catodo è costituito da un filamento riscaldatore, generalmente in rame, collegato ad un circuito ad alta tensione. L’anodo è invece un disco di metallo pesante (leghe di molibdeno) e può essere statico o mobile, per accelerare la dispersione del calore. Oltre al generatore classico è possibile trovare un altro modello, composto da nanotubi di carbonio. Esso produce una quantità di calore nettamente inferiore, richiede molto meno tempo e grazie all’avanzamento delle nanotecnologie può raggiungere le dimensioni di un accendino tascabile.

Sul rilevatore, solitamente digitale (precedentemente di tipo fotografico), le zone che corrispondono a tessuti densi come le ossa, appaiono come delle ombre, perché i fotoni sono stati assorbiti maggiormente che nelle zone meno dense. Per migliorare la qualità delle immagini nello studio di vasi sanguigno o organi cavi si utilizzano elementi di contrasto. Alcuni di essi, come il Torio, si rivelarono tossici e sono stati sostituiti oggi da Solfato di Bario (BaSO₄) o composti a base di Iodio, quali l’acido diatrizoico (C₁₁H₉I₃N₂O₄).

Struttura molecolare dell'acido diatrizoico. — Acido Diatrizoico

A seconda del tipo di scansioni, la quantità di radiazioni a cui si è sottoposti è variabile. L’unità di misura standard è basata sul rapporto tra la massa (in chilogrammi) e l’energia depositata (in Joule). La dose effettiva si esprime in mGy (milliGray) mentre la dose assorbita in mSv (milliSievert). Un’osteodensitometria, o DEXA, volta a calcolare la densità minerale ossea comporta un’esposizione media a 0,001 mSv in un adulto.
Una TC sulla regione addominale e pelvica, con o senza contrasto, comporta un’esposizione a 20 mSv.
Le conseguenze dell’esposizione intensa alle radiazioni sono molteplici, quali comparsa di malattie cardiache, oncologiche o danni nel breve termine (ustioni chimiche, ipertiroidismo, squilibrio ormonale).
In particolare, uno studio condotto nel 2009 [1] ha dimostrato che il 40% dei pazienti sottoposti a TC nella regione encefalica aveva riportato perdita dei capelli più o meno intensa [2].

tabella di radiazione medica tradotta in italiano

Ciononostante, i benefici continuano ad essere superiori agli svantaggi e la TC rappresenta uno strumento valido e privo di alternative meno invasive.

Risorse:
– [1] Wintermark, M.H. LevAmerican. FDA Investigates the Safety of Brain Perfusion CTM. Journal of Neuroradiology Jan 2010, 31 (1) 2-3; https://doi.org/10.3174/ajnr.A1967
– [2] Furlow, BA. Radiaton dose in computed tomography. Radiol Technol. 2010 May-Jun;81(5):437-50.

Come funziona la TC?

La TC, Tomografia Computerizzata, è una tecnica di diagnostica per immagini: in seguito ad una scansione viene prodotta un’immagine di sezione, appunto la tomografia, nella quale i vari tessuti che costituiscono il nostro organismo vengono rappresentati diversamente in base alla loro densità.

Nelle macchine fotografiche antiche l’immagine era prodotta impressionando su una pellicola quanto veniva catturato da una camera oscura in cui la luce entrava da un obiettivo; nella TC, così come in tutte le moderne macchine fotografiche, l’immagine non è fisica bensì digitale, costituita da una lunga sequenza di bit convertita poi da programmi appositi. Questa tecnologia non è utilizzata unicamente per la diagnosi, ma è stata implementata anche in ambito industriale (ad esempio per l’esame di accoppiamenti meccanici o per lo studio della deformazione plastica dei corpi), geologico (per l’indagine microscopica di rocce e minerali, utile al loro studio e classificazione in base alla struttura molecolare) e archeologico (per verificare il contenuto di mummie e sarcofaghi senza rimuoverne il coperchio, che ne comprometterebbe la conservazione).

Macchinario per la tomografia computerizzata

Inizialmente tale procedura veniva definita TAC, Tomografia Assiale Computerizzata, in quanto la scansione avveniva solamente sul piano assiale, o trasversale, perpendicolare all’asse del paziente: oggi invece, il modello tridimensionale viene ricostruito confrontando proiezioni dello stesso oggetto da molte direzioni diverse. Tali proiezioni vengono realizzate attraverso l’irradiamento di raggi X, i quali grazie alla loro lunghezza d’onda molto piccola riescono ad attraversare i tessuti organici. In pratica, l’emettitore ruota attorno al paziente e il rivelatore ne cattura una serie di sezioni da diverse prospettive; contemporaneamente, il lettino su cui giace il paziente attraversa il tunnel di scansione. Per comodità spesso il medico stampa il risultato su pellicole fotografiche, in modo da poter consultare facilmente le analisi senza fare ricorso ad apparecchi informatici.

Scansione di un apparecchio di seconda generazione — La scansione

Uno dei vantaggi più evidenti della tomografia computerizzata è la capacità di penetrare la materia organica, permettendo di osservare ogni tipo di incongruenza in quanto ha una sensibilità tale da distinguere differenze dell’1% nella densità dei tessuti. Rispetto alla radiografia, essa non necessita l’inserimento di un catetere ed è più efficace nella scoperta di tumori negli stadi iniziali.

Tra gli svantaggi, troviamo il danneggiamento delle molecole di DNA dovuto all’esposizione ai raggi X, che potrebbe indurre il cancro sebbene non sia stata ancora dimostrata una consequenzialità diretta, poiché ciò si è verificato solamente nell’1% dei casi. Roxanne Nelson stima in un suo articolo [1] che solamente le scansioni avvenute nel 2007 saranno responsabili di 29 000 futuri casi di cancro. Un’ulteriore perplessità è dovuta agli agenti radio-contrastanti, somministrati ai pazienti prima della procedura, che spesso inducono nausea, vomito ed eruzioni cutanee. In casi estremi e molto rari, compare nefropatia di contrasto che può causare danni considerevoli ai reni (favorita da insufficienza renale preesistente).

Nonostante le perplessità, a partire dalla sua introduzione in ambito medico negli anni 70, si sono susseguite ben cinque generazioni di macchinari, contraddistinti da precisione e efficienza crescente. Nel 2008 l’azienda multinazionale Siemens ha lanciato una tipologia di scanner innovativa [2], in grado di catturare immagini in meno di un secondo. Essendo tali intervalli confrontabili alla durata del battito cardiaco ciò permette di catturare addirittura immagini delle arterie coronarie o del cuore stesso in fase di sistole o diastole.

Risorse:
– [1] Berrington de González A, Mahesh M, Kim KP, et al. Projected cancer risks from computed tomographic scans performed in the United States in 2007. Arch Intern Med. 2009;169(22):2071–2077. https://doi.org/10.1001/archinternmed.2009.440
– [2] http://www.stampa.siemens.biz/press/comunicati-stampa/la-tecnologia-dual-source-si-fa-largo-nella-tomografia.html
– https://www.gvmnet.it/specialita/tac.aspx