Rumore

Scritto da Alessandro Tombolesi il 1 Luglio 2016

Con il termine “rumore” si identifica in genere una fluttuazione statistica dei campioni numerici di una qualsiasi misurazione che ha come risultato quello di “disturbare” il segnale, rendendolo meno interpretabile. La quantità di rumore presente nella misurazione può essere, a seconda della sua intensità e delle sue caratteristiche spettrometriche, impercettibile ai nostri strumenti come in grado di falsare la lettura.

Una cosa è certa: che si tratti di fotografia, elettronica, acustica o qualsiasi altro ambito in cui si ha un campionamento di un segnale qualsiasi, il rumore è imprescindibile dal segnale e viceversa. Non c’è segnale senza rumore.

La qualità di ciò che viene misurato infatti si basa sul rapporto tra queste due grandezze, ed in radiologia lo si può apprezzare quotidianamente.

Nel nostro ambito in particolare distinguiamo due tipi di rumore : il rumore elettronico ed il rumore quantico. Il secondo dei due ci interessa particolarmente, perché sul primo non possiamo intervenire, il rumore elettronico infatti rappresenta l’approssimazione dei procedimenti di calcolo che presiedono alla ricostruzione delle immagini e sono caratteristici di un determinato sistema.

Il rumore quantico invece, dipendendo sostanzialmente dal numero dei fotoni rilevati, in TC ha una relazione diretta con l’intensità del fascio radiante, con l’energia dello stesso fascio, con lo spessore del corpo da attraversare e la sua composizione (cioè il coefficiente di attenuazione lineare m), ma anche e soprattutto con lo spessore della slice e col suo filtro di ricostruzione, nonché con il tipo di ricostruzione che il sistema permette delle immagini.

In termini “visivi” lo apprezziamo per la presenza di alterazioni locali e casuali dell’intensità dei livelli di grigio, per cui regioni dell’immagine che dovrebbero apparire uniformi mostrano al contrario un’apparente granulosità. Su alcuni libri di testo viene descritto come aspetto “sale e pepe”, e lo potete notare nell’immagine sottostante, dove peraltro è già comprensibile come sia più facile leggere la scritta in un’immagine meno rumorosa.

Il rapporto tra il segnale ed il rumore è fondamentale per definire la qualità diagnostica di un’immagine, ed è facilmente calcolabile valutando (in una regione omogenea) il rapporto tra l’intensità media dei pixel e la deviazione standard degli stessi:

SNR = Intensità media / Deviazione Standard

Una valutazione corretta del rumore è possibile solo considerando anche lo spettro delle frequenze spaziali con cui esso si manifesta, possibile graficamente con un’analisi di Fourier che ne valuti il manifestarsi in funzione della frequenza.

In campo radiologico, in cui differenti strutture per dimensioni e densità si manifestano vicine e confinanti, è necessario che il concetto di rumore sia associato a quello di contrasto dell’immagine, nel modo in cui si possa valutare il rapporto tra contrasto e rumore :

CNR = (C1 – C2) / Deviazione Standard

ed apprezzarne la visibilità come la differenza di intensità tra strutture rapportate alla deviazione standard 

Dall’immagine soprastante è facilmente comprensibile come sia necessario avere immagini a bassa rumorosità per meglio apprezzare parenchimi e strutture a simile coefficiente di attenuazione lineare.

Come detto in precedenza nelle immagini TC sono molteplici i fattori che determinano la rumorosità di un’immagine, tra questi ce ne sono alcuni con cui ci confrontiamo nel quotidiano.

Lo spessore di strato: a parità di parametri espositivi e modalità di ricostruzione, a spessori sottili corrispondono livelli di rumorosità più elevata: 

Algoritmo di ricostruzione: al variare del kernel con cui si ricostruiscono le immagini cambia inevitabilmente il rumore nelle stesse, dato che deve essere privilegiata, in ciascuno dei casi, la visione di alcune strutture specifiche:

Algoritmi iterativi: ricostruzioni iterative come Asir, che permettono di selezionare il grado di intervento sulla riduzione del rumore, possono determinare notevoli cambiamenti nella qualità d’immagine, o nelle riduzioni della dose per ottenere slice della stessa qualità diagnostica: 

In TC il parametro con cui ci si confronta maggiormente al fine di ridurre il rumore di un esame e migliorarne la leggibilità diagnostica è la dose: ad aumento di dose, che sia essa dovuta ad incremento del KV come dei mA, corrisponde sempre una riduzione del rumore. Per questo motivo, in questa metodica più che in qualsiasi altra dell’ambito diagnostico per immagini, è fondamentale che l’operatore conosca bene tutte le possibilità che l’apparecchiatura è in grado di fornire, e che l’occhio del refertatore sia abituato ed allenato ad un certo livello di rumorosità, onde evitare l’irradiazione ingiustificata di organi radiosensibili e conseguente induzione di patologie radioindotte.