Hounsfield-Einheiten und CT-Schwächung

Die Hounsfield-Einheit (HU) ist die standardisierte Skala, die in der Computertomographie verwendet wird, um auszudrücken, wie stark ein Gewebe Röntgenstrahlen abschwächt. Sie ist so verankert, dass Wasser 0 HU und Luft etwa -1000 HU misst, wodurch jedem Voxel eine kalibrierte Zahl zugewiesen wird, die das Graustufenbild mit einer physikalischen Eigenschaft des Gewebes verknüpft.

Definition

Die Hounsfield-Einheit ist eine lineare Transformation des gemessenen linearen Röntgen-Schwächungskoeffizienten eines Voxels, normiert so, dass Wasser als 0 HU und Luft als -1000 HU definiert ist, und wird zur Quantifizierung der Geweberadiodichte in der Computertomographie verwendet.

Scope

Dieses Thema erläutert die physikalische Grundlage des CT-Bildkontrasts: wie die Röntgenstrahlenabsorption gemessen, wie sie auf die Hounsfield-Skala normiert wird und wie die resultierenden CT-Werte der Anatomie zugeordnet werden. Es wird auch darauf eingegangen, wie iodhaltige Kontrastmittel die gemessene Schwächung erhöhen. Es handelt sich um eine Referenzdarstellung, warum Strukturen im CT hell oder dunkel erscheinen, und nicht um eine Anleitung zur Scan-Auswahl oder Kontrastmittelgabe.

Core questions

• Welche physikalische Größe stellt eine CT-Zahl dar?
• Warum sind Wasser und Luft die Referenzpunkte der Hounsfield-Skala?
• Wie ordnen sich Fett, Weichgewebe, Blut und Knochen auf der Skala ein?
• Wie verändert iodhaltiges Kontrastmittel die gemessene Schwächung?
• Warum ändern Fenster- und Ebeneneinstellungen das Bildaussehen, ohne die zugrunde liegenden Zahlen zu ändern?

Key concepts

• Linearer Röntgen-Schwächungskoeffizient
• Hounsfield-Skala (Wasser = 0, Luft = -1000)
• Radiodichte von Fett, Weichgewebe, Blut und Knochen
• Fensterbreite und Fensterniveau
• Iodhaltige Kontrastmittelverstärkung
• Partialvolumen-Effekt

Mechanisms

Wenn ein Röntgenstrahl Gewebe durchdringt, wird er durch Absorption und Streuung abgeschwächt, quantifiziert durch den linearen Schwächungskoeffizienten, der von der Gewebedichte und der effektiven Ordnungszahl abhängt. Die CT-Rekonstruktion schätzt diesen Koeffizienten für jedes Voxel und skaliert ihn relativ zu Wasser neu, um einen Hounsfield-Wert zu erzeugen: Gewebe, die dichter oder Röntgenstrahlen stärker absorbieren als Wasser, erhalten positive Werte, weniger absorbierende Gewebe negative Werte. Jod, mit seiner hohen Ordnungszahl, schwächt Röntgenstrahlen stark ab, so dass iodhaltige Kontrastmittel den Hounsfield-Wert von Blut und perfundiertem Gewebe, in dem sie sich verteilen, erhöhen. Da das Auge nicht den gesamten Zahlenbereich auf einmal wahrnehmen kann, werden Fensterbreite und -ebene so gewählt, dass ein Bereich von HU-Werten auf die sichtbare Graustufe abgebildet wird.

Clinical relevance

Hounsfield-Werte ermöglichen es dem CT, Fett, Flüssigkeit, Weichgewebe, Kalzium und kontrastverstärkte Strukturen zu unterscheiden, was die Grundlage für die Interpretation der Querschnittsanatomie im CT bildet. Dieser Eintrag beschreibt, wie die Schwächung den Bildkontrast erzeugt, und ist keine Grundlage für diagnostische Schwellenwerte oder Entscheidungen zur Kontrastmitteldosierung bei einzelnen Patienten.

Evidence & guidelines

Die Skala und ihre Kalibrierung leiten sich aus Hounsfields ursprünglicher Beschreibung der Computertomographie von 1973 ab und sind in medizinischen Bildgebungsphysik-Texten wie denen von Bushberg und Kollegen kodifiziert. Übersichten über die CT-Technologie und über Röntgenkontrastmittel beschreiben, wie sich die Schwächungsmessung und die iodhaltige Verstärkung entwickelt haben.

History

Hounsfields Beschreibung des computergestützten transversalen axialen Scannings von 1973 führte sowohl die klinische CT als auch die numerische Schwächungsskala ein, die heute seinen Namen trägt, aufbauend auf der Rekonstruktionsmathematik, die mit Allan Cormack verbunden ist. Die folgenden Jahrzehnte brachten schnellere Scanner mit geringerer Dosis und spezielle Kontrastmittelchemie mit hoher Ordnungszahl, aber die kalibrierte, wasserreferenzierte Skala bleibt die Grundlage des CT-Kontrasts.

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Allan Cormack

Seminal works

• hounsfield-1973

Frequently asked questions

Warum ist Wasser als 0 Hounsfield-Einheiten definiert?

Die Skala ist auf Wasser als stabile, reproduzierbare Referenz normiert; Gewebe, die Röntgenstrahlen stärker als Wasser abschwächen, erhalten positive Werte, und solche, die weniger abschwächen, erhalten negative Werte, wobei Luft nahe -1000 liegt.

Warum lassen iodhaltige Kontrastmittel Gefäße im CT hell erscheinen?

Jod hat eine hohe Ordnungszahl und absorbiert Röntgenstrahlen stark, so dass dort, wo sich das Mittel in Blut und perfundiertem Gewebe verteilt, die gemessene Schwächung und damit der Hounsfield-Wert ansteigt.

Ändert das Ändern der Fenstereinstellung die Hounsfield-Zahlen?

Nein; die Fensterung ändert nur, wie der feste Bereich der Hounsfield-Werte auf die angezeigte Graustufe abgebildet wird, nicht die zugrunde liegende gemessene Schwächung.