ハウンズフィールド単位とCT減弱

ハウンズフィールド単位（HU）は、コンピュータ断層撮影（CT）がX線の組織減弱の程度を表すために用いる標準化された尺度である。この尺度は、水が0 HU、空気が約-1000 HUとなるように設定されており、各ボクセルに、グレースケール画像と組織の物理的特性を結びつける校正された数値を与える。

Definition

ハウンズフィールド単位は、ボクセルの測定されたX線線減弱係数を線形変換し、水が0 HU、空気が-1000 HUと定義されるように正規化されたものであり、コンピュータ断層撮影における組織のX線吸収度を定量化するために用いられる。

Scope

このトピックでは、CT画像コントラストの物理的基礎について説明する。具体的には、X線減弱がどのように測定されるか、それがハウンズフィールド尺度にどのように正規化されるか、そして結果として得られるCT値が解剖学的構造にどのように対応するかである。また、ヨード造影剤が測定される減弱をどのように上昇させるかについても触れる。これは、CT上で構造が明るくまたは暗く見える理由に関する参照情報であり、スキャン選択や造影剤投与に関するガイダンスではない。

Core questions

• CT値は何の物理量を表していますか？
• なぜ水と空気がハウンズフィールド尺度の基準点なのですか？
• 脂肪、軟部組織、血液、骨は尺度上でどのように位置づけられますか？
• ヨード造影剤は測定される減弱をどのように変化させますか？
• ウィンドウ設定とレベル設定を変更しても、基礎となる数値が変わらないのに、なぜ画像の見た目が変わるのですか？

Key concepts

• X線線減弱係数
• ハウンズフィールド尺度（水 = 0、空気 = -1000）
• 脂肪、軟部組織、血液、骨のX線吸収度
• ウィンドウ幅とウィンドウレベル
• ヨード造影増強
• 部分体積効果

Mechanisms

X線ビームが組織を通過する際、吸収と散乱によって減弱する。これは線減弱係数によって定量化され、組織密度と実効原子番号に依存する。CT再構成は、各ボクセルについてこの係数を推定し、水に対する相対値として再スケーリングしてハウンズフィールド値を生成する。水よりも密度が高く、X線吸収が大きい組織は正の値を取り、吸収が少ない組織は負の値を取る。ヨウ素は原子番号が高いため、X線を強く減弱させる。したがって、ヨード造影剤は、それが分布する血液や灌流組織のハウンズフィールド値を上昇させる。人間の目は一度に全数値範囲を認識できないため、ハウンズフィールド値の帯域を表示可能なグレースケールにマッピングするために、ウィンドウ幅とウィンドウレベルが選択される。

Clinical relevance

ハウンズフィールド値により、CTは脂肪、体液、軟部組織、カルシウム、および造影増強された構造を区別することができ、これがCTにおける断層解剖学的構造の解釈の基礎となる。この項目は、減弱がどのように画像コントラストを生成するかを説明するものであり、個々の患者における診断閾値や造影剤投与量決定の根拠となるものではない。

Evidence & guidelines

この尺度とその校正は、ハウンズフィールドによるコンピュータ断層撮影の1973年の原著論文に由来し、Bushbergらによる医用画像物理学の教科書などで体系化されている。CT技術やX線造影剤に関するレビューでは、減弱測定とヨード造影増強がどのように進化してきたかが記述されている。

History

ハウンズフィールドによる1973年のコンピュータ横断軸スキャン（computerized transverse axial scanning）の記述は、臨床CTと、現在彼の名が冠されている数値減弱尺度を導入したものであり、アラン・コーマックに関連する再構成数学に基づいている。その後の数十年で、より高速で低線量のスキャナーや、原子番号の高い専用造影剤化学が開発されたが、校正された水基準の尺度はCTコントラストの基礎として残っている。

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Allan Cormack

Seminal works

• hounsfield-1973

Frequently asked questions

なぜ水は0ハウンズフィールド単位と定義されているのですか？

この尺度は、安定した再現性のある基準として水に正規化されています。水よりもX線を強く減弱させる組織は正の値を取り、減弱が少ない組織は負の値を取り、空気は約-1000となります。

なぜヨード造影剤はCTで血管を明るく見せるのですか？

ヨウ素は原子番号が高く、X線を強く吸収するため、造影剤が血液や灌流組織に分布する場所では、測定される減弱、ひいてはハウンズフィールド値が上昇します。

ウィンドウ設定を変更するとハウンズフィールド値は変わりますか？

いいえ、ウィンドウ設定は、固定されたハウンズフィールド値の範囲が、表示されるグレースケールにどのようにマッピングされるかを変更するだけであり、基礎となる測定された減弱値は変更しません。