واحدهای هاونسفیلد و تضعیف سی‌تی اسکن

واحد هاونسفیلد (HU) مقیاس استاندارد شده‌ای است که توموگرافی کامپیوتری برای بیان میزان تضعیف اشعه ایکس توسط بافت از آن استفاده می‌کند. این مقیاس به گونه‌ای تنظیم شده است که آب 0 HU و هوا تقریباً 1000- HU را نشان می‌دهد و به هر وکسل یک عدد کالیبره شده می‌دهد که تصویر خاکستری را به یک ویژگی فیزیکی بافت مرتبط می‌کند.

Definition

واحد هاونسفیلد یک تبدیل خطی از ضریب تضعیف خطی اشعه ایکس اندازه‌گیری شده یک وکسل است که به گونه‌ای نرمال‌سازی شده است که آب 0 HU و هوا 1000- HU تعریف می‌شود و برای کمی‌سازی رادیودنسی بافت در توموگرافی کامپیوتری استفاده می‌شود.

Scope

این موضوع اساس فیزیکی کنتراست تصویر سی‌تی اسکن را توضیح می‌دهد: چگونه تضعیف اشعه ایکس اندازه‌گیری می‌شود، چگونه به مقیاس هاونسفیلد نرمال‌سازی می‌شود و چگونه اعداد سی‌تی اسکن حاصل به آناتومی نگاشت می‌شوند. همچنین به این نکته اشاره می‌کند که چگونه مواد حاجب یددار تضعیف اندازه‌گیری شده را افزایش می‌دهند. این یک گزارش مرجع در مورد چرایی روشن یا تیره به نظر رسیدن ساختارها در سی‌تی اسکن است، نه راهنمایی برای انتخاب اسکن یا تجویز ماده حاجب.

Core questions

• یک عدد سی‌تی اسکن چه کمیت فیزیکی را نشان می‌دهد؟
• چرا آب و هوا نقاط مرجع مقیاس هاونسفیلد هستند؟
• چربی، بافت نرم، خون و استخوان چگونه در این مقیاس قرار می‌گیرند؟
• ماده حاجب یددار چگونه تضعیف اندازه‌گیری شده را تغییر می‌دهد؟
• چرا تنظیمات پنجره‌بندی و سطح، ظاهر تصویر را بدون تغییر اعداد زیربنایی تغییر می‌دهند؟

Key concepts

• ضریب تضعیف خطی اشعه ایکس
• مقیاس هاونسفیلد (آب = 0، هوا = 1000-)
• رادیودنسی چربی، بافت نرم، خون و استخوان
• عرض پنجره و سطح پنجره
• تقویت کنتراست یددار
• میانگین‌گیری حجم جزئی

Mechanisms

هنگامی که پرتو اشعه ایکس از بافت عبور می‌کند، توسط جذب و پراکندگی تضعیف می‌شود که توسط ضریب تضعیف خطی کمی‌سازی می‌شود. این ضریب به چگالی بافت و عدد اتمی مؤثر بستگی دارد. بازسازی سی‌تی اسکن این ضریب را برای هر وکسل تخمین می‌زند و آن را نسبت به آب مقیاس‌بندی می‌کند تا یک مقدار هاونسفیلد تولید کند: بافت‌های متراکم‌تر یا جاذب‌تر اشعه ایکس نسبت به آب، مقادیر مثبت دارند و بافت‌های کمتر جاذب، مقادیر منفی دارند. ید، با عدد اتمی بالای خود، اشعه ایکس را به شدت تضعیف می‌کند، بنابراین مواد حاجب یددار مقدار هاونسفیلد خون و بافت‌های پرفیوژن شده را که در آن توزیع می‌شوند، افزایش می‌دهند. از آنجایی که چشم نمی‌تواند تمام محدوده عددی را به یکباره درک کند، عرض و سطح پنجره برای نگاشت یک باند از مقادیر HU به مقیاس خاکستری قابل مشاهده انتخاب می‌شوند.

Clinical relevance

مقادیر هاونسفیلد به سی‌تی اسکن اجازه می‌دهد تا چربی، مایع، بافت نرم، کلسیم و ساختارهای تقویت شده با ماده حاجب را تشخیص دهد، که اساس تفسیر آناتومی مقطعی در سی‌تی اسکن است. این مدخل توضیح می‌دهد که چگونه تضعیف کنتراست تصویر را ایجاد می‌کند و مبنایی برای آستانه‌های تشخیصی یا تصمیمات دوز ماده حاجب در بیماران منفرد نیست.

Evidence & guidelines

مقیاس و کالیبراسیون آن از توصیف اصلی هاونسفیلد در سال 1973 از توموگرافی کامپیوتری نشأت می‌گیرد و در متون فیزیک تصویربرداری پزشکی مانند بوشبرگ و همکاران کدگذاری شده است. بررسی‌های فناوری سی‌تی اسکن و عوامل کنتراست اشعه ایکس توضیح می‌دهند که چگونه اندازه‌گیری تضعیف و تقویت یددار تکامل یافته‌اند.

History

توصیف هاونسفیلد در سال 1973 از اسکن محوری عرضی کامپیوتری، هم سی‌تی اسکن بالینی و هم مقیاس تضعیف عددی را که اکنون نام او را یدک می‌کشد، معرفی کرد که بر اساس ریاضیات بازسازی مرتبط با آلن کورمک بنا شده بود. دهه‌های بعدی اسکنرهای سریع‌تر و با دوز کمتر و شیمی کنتراست اختصاصی با عدد اتمی بالا را به ارمغان آورد، اما مقیاس کالیبره شده با مرجع آب همچنان اساس کنتراست سی‌تی اسکن باقی مانده است.

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Allan Cormack

Seminal works

• hounsfield-1973

Frequently asked questions

چرا آب به عنوان 0 واحد هاونسفیلد تعریف می‌شود؟

این مقیاس به آب به عنوان یک مرجع پایدار و قابل تکرار نرمال‌سازی شده است؛ بافت‌هایی که اشعه ایکس را بیشتر از آب تضعیف می‌کنند، مقادیر مثبت می‌گیرند و آنهایی که کمتر تضعیف می‌کنند، مقادیر منفی می‌گیرند، با هوا نزدیک به 1000-.

چرا ماده حاجب یددار باعث می‌شود رگ‌ها در سی‌تی اسکن روشن به نظر برسند؟

ید دارای عدد اتمی بالایی است و اشعه ایکس را به شدت جذب می‌کند، بنابراین در جایی که ماده حاجب در خون و بافت پرفیوژن شده توزیع می‌شود، تضعیف اندازه‌گیری شده و در نتیجه مقدار هاونسفیلد افزایش می‌یابد.

آیا تغییر تنظیمات پنجره، اعداد هاونسفیلد را تغییر می‌دهد؟

خیر؛ پنجره‌بندی فقط نحوه نگاشت محدوده ثابت مقادیر هاونسفیلد را به مقیاس خاکستری نمایش داده شده تغییر می‌دهد، نه تضعیف اندازه‌گیری شده زیربنایی را.