Il Rapporto Segnale/Rumore (Signal-to-Noise Ratio, SNR) è una misura fondamentale in risonanza magnetica (RM), utilizzata per valutare la qualità dell’immagine. Indica la proporzione tra l’intensità del segnale utile e il livello del rumore presente nell’immagine. Un SNR elevato si traduce in immagini più nitide e dettagliate, facilitando l’identificazione delle strutture anatomiche o patologiche. Il rumore in RM è di natura gaussiana e ha origine da diverse fonti, tra cui: resistenza delle bobine di ricezione, rumore termico, rumore elettronico e interferenze ambientali. Nelle immagini di RM ricostruite in modulo (modulus), il rumore segue una distribuzione Rician, ma in zone a basso segnale si comporta quasi come rumore gaussiano.
Matematicamente, si definisce: SNR= Intensitaˋ del Segnale / Deviazione standard del Rumore
Come si calcola il SNR su un Fantoccio
Un fantoccio è un oggetto con proprietà fisiche conosciute (spesso una soluzione acquosa omogenea) usato per calibrazioni e test di qualità. Il vantaggio è la ripetibilità e l’omogeneità della distribuzione del segnale.
Metodo Classico con due ROI:
Acquisizione: eseguire una scansione standard del fantoccio con parametri classici.
ROI segnale: selezionare una regione di interesse (ROI) circolare in una zona interna omogenea del fantoccio.
ROI rumore: selezionare una ROI all’esterno del fantoccio, dove ci si aspetta assenza di segnale (solo rumore).
Quindi poi si considerano come valori:
Segnale = media dei voxel nella ROI interna.
Rumore = deviazione standard dei voxel nella ROI esterna.
Quindi si applica la formula descritta sopra
E’ poi consigliabile anche utilizzare la correzione di Rician (opzionale ma consigliata, se si lavora con immagini di modulo): il valore di rumore misurato fuori dall’oggetto è distorto. Una correzione approssimativa consiste nel dividere per 1.53 (o moltiplicare per ≈0.655)
Poi é anche disponibile il Metodo NEMA (standardizzato):
Lo standard NEMA MS 1-2008 propone una formula basata sull’acquisizione di due immagini identiche, e permette una stima più accurata del rumore:
Sˉ = media del segnale in una ROI nel fantoccio (sulla media delle due immagini)
σ = deviazione standard della differenza pixel a pixel tra le due immagini (divisa per radice di 2)
Calcolo del SNR In Vivo
Il calcolo dell’SNR in vivo è più complesso, perché:
il segnale non è omogeneo (diverse intensità per muscoli, grasso, liquidi…)
il rumore non è uniforme (dipende anche dalla bobina usata e dalla posizione del paziente)
ci sono artefatti (movimento, aliasing, ecc.)
Metodo pratico:
ROI segnale: selezionare una ROI in un tessuto omogeneo (es. muscolo o midollo spinale).
ROI rumore: selezionare una ROI in una zona priva di segnale fuori dal corpo.
E poi si procede con le formule descritte per il calcolo su fantoccio
Altre considerazioni
Alcuni riferimenti importantisul SNR in Risonanza Magnetica
NEMA MS 1-2008 – Determination of Signal-to-Noise Ratio (SNR) in Diagnostic Magnetic Resonance Imaging. – Documento ufficiale del National Electrical Manufacturers Association. Descrive i metodi standardizzati per misurare l’SNR con fantocci, inclusa la correzione Rician e l’uso di immagini doppie.
IEC 62464-1:2007 – Magnetic resonance equipment for medical imaging – Part 1: Determination of essential image quality parameters. Linee guida internazionali su come valutare la qualità delle immagini, incluso l’SNR.
Haacke E.M., Brown R.W., Thompson M.R., Venkatesan R. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. Wiley-Liss, 1999.Capitoli approfonditi sul rumore, SNR, tecniche di imaging e ottimizzazione del segnale.
Westbrook C., Roth C.K., Talbot J. MRI in Practice. Wiley-Blackwell, 5ª edizione, 2018.
Bernstein M.A., King K.F., Zhou X.J.
Handbook of MRI Pulse Sequences. Elsevier Academic Press, 2004. Manuale avanzato, con dettagli tecnici sui metodi quantitativi per la valutazione dell’SNR, anche in presenza di parallel imaging.
Constantinides C.D., Atalar E., McVeigh E.R. Signal-to-noise measurements in magnitude images from NMR phased arrays.
Magn Reson Med. 1997 Feb;38(5):852–857. Articolo chiave per comprendere come il rumore si comporta nelle immagini in modulo e in presenza di phased-array.
Kellman P., McVeigh E.R. Image reconstruction in SNR units: a general method for SNR measurement. Magn Reson Med. 2005;54(6):1439–1447. Propone un metodo per generare mappe di SNR direttamente in unità assolute a partire da acquisizioni multiple.
Reeder S.B. et al. Practical approaches to the evaluation of signal-to-noise ratio performance with parallel imaging: application with cardiac imaging. Magn Reson Med. 2005;54(3):748–754. Approfondisce il tema dell’SNR in condizioni complesse (es. imaging cardiaco con tecniche SENSE e GRAPPA).
