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Ruído

Quando um filme ou outro detector é exposto a um feixe uniforme de raio-X, se esperaria que o escurecimento fosse perfeitamente uniforme sobre todo o filme. Mas de fato, a densidade varia um pouco de uma pequena região para a próxima, como manchado. Primeiro lembramos que somente os fótons absorvido pelo filme produzem informação. Suponhamos que, durante uma certa exposição uma média de M fótons seja absorvida por cada milímetro quadrado do filme. Devido a natureza estocástica (estatística) dos processos de atenuação (absorção e espalhamento), o número real de fótons absorvidos varia de um milímetro quadrado da imagem (ou pixel - picture element) para outro.

A figura acima mostra graficamente o número relativo de pixeis que absorvem cada um número N de fótons. Cerca de dois-terços (68%) de todos os pixeis absorvem entre ( $M-\sqrt{M}$) e $(M+\sqrt{M})$ fótons. Dezesseis porcento absorvem mais de $(M+\sqrt{M})$, e dezesseis porcento absorvem menos de $(M-\sqrt{M})$. A flutuação no número de fótons absorvidos é definida pelo desvio médio padrão, $\sigma = \sqrt{M}$.

Este padrão aleatório de fótons, chamado de ruído quântico, ou randômico, é superpôsto ao sinal, que é o padrão de estruturas do paciente. Se o ruído é muito grande, ele obscurece os detalhes da imagem. Portanto, o ruído reduz a visibilidade de sobras de baixo contraste, principalmente se elas ocupam uma área pequena.

Por ruído de uma imagem, normalmente tomamos o ruído médio relativo, isto é, a razão da flutuação $\sqrt{M}$ de fótons absorvidos pela média M:

Ruído relativo$$= \sqrt{M}/M = 1/\sqrt{M}.$$

Quanto maior é o número de fótons absorvidos, menor é o ruído relativo. Expresso de outra forma, a Razão Sinal Ruído (SNR) é a razão entre o sinal M, e o ruído $\sqrt{M}$:

$$SNR = M/\sqrt{M} = \sqrt{M}.$$

Quanto maior for o número de fótons absorvidos, maior será o razão sinal/ruído:

Número de Eventos	Ruído	SNR
100	10%	10:1
1000	3%	30:1
10 000	1%	100:1
100 000	0,3%	300:1

Em uma imagem radiográfica normal, a exposição é de M=100 000 fótons ${\rm mm}^{-2}$, e SNR = 300:1. A razão sinal/ruído (SNR) deve ser alta para maximizar a informação. Se esta razão for baixa, a imagem é ruidosa. Entretanto, as medidas para diminuir o ruído aumentam a dose, e precisamos balançar a imagem aceitável para diagnóstico, com a menor exposição possível.

Outras fontes de ruído são o ruído eletrônico, devido ao movimento aleatório dos elétrons nos circuitos resistivos e fotoelétricos e, em caso de filmes, o ruído devido a granulação do filme. Na tomografia, o ruído principal é o ruído quântico, devido a distribuição de fótons no feixe incidente.

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