Единицы Хаунсфилда и ослабление КТ-излучения

Единица Хаунсфилда (HU) — это стандартизированная шкала, используемая в компьютерной томографии для выражения степени ослабления рентгеновских лучей тканью. Она откалибрована таким образом, что вода соответствует 0 HU, а воздух — примерно -1000 HU, что позволяет присвоить каждому вокселю калиброванное число, связывающее изображение в оттенках серого с физическим свойством ткани.

Definition

Единица Хаунсфилда — это линейное преобразование измеренного линейного коэффициента ослабления рентгеновских лучей вокселя, нормализованное таким образом, что вода определяется как 0 HU, а воздух как -1000 HU, используемое для количественной оценки рентгеновской плотности тканей в компьютерной томографии.

Scope

Эта тема объясняет физические основы контрастности изображений КТ: как измеряется ослабление рентгеновских лучей, как оно нормализуется по шкале Хаунсфилда и как полученные КТ-числа соотносятся с анатомией. Также затрагивается вопрос о том, как йодсодержащие контрастные вещества повышают измеряемое ослабление. Это справочное описание того, почему структуры выглядят яркими или темными на КТ, а не руководство по выбору сканирования или введению контраста.

Core questions

• Какую физическую величину представляет КТ-число?
• Почему вода и воздух являются реперными точками шкалы Хаунсфилда?
• Как жир, мягкие ткани, кровь и кости располагаются на этой шкале?
• Как йодсодержащий контраст изменяет измеренное ослабление?
• Почему настройки окна и уровня изменяют внешний вид изображения, не меняя при этом базовых чисел?

Key concepts

• Линейный коэффициент ослабления рентгеновских лучей
• Шкала Хаунсфилда (вода = 0, воздух = -1000)
• Рентгеновская плотность жира, мягких тканей, крови и костей
• Ширина окна и уровень окна
• Усиление йодсодержащим контрастом
• Усреднение частичного объема

Mechanisms

По мере прохождения рентгеновского луча через ткань он ослабляется за счет поглощения и рассеяния, что количественно определяется линейным коэффициентом ослабления, зависящим от плотности ткани и эффективного атомного номера. Реконструкция КТ оценивает этот коэффициент для каждого вокселя и пересчитывает его относительно воды для получения значения Хаунсфилда: ткани, более плотные или сильнее поглощающие рентгеновские лучи, чем вода, имеют положительные значения, менее поглощающие ткани — отрицательные. Йод, с его высоким атомным номером, сильно ослабляет рентгеновские лучи, поэтому йодсодержащие контрастные вещества повышают значение Хаунсфилда крови и перфузированных тканей, где они распределяются. Поскольку глаз не может одновременно воспринимать весь числовой диапазон, ширина и уровень окна выбираются для отображения диапазона значений HU на видимой шкале серого.

Clinical relevance

Значения Хаунсфилда позволяют КТ различать жир, жидкость, мягкие ткани, кальций и контрастированные структуры, что лежит в основе интерпретации поперечной анатомии на КТ. Эта запись описывает, как ослабление создает контраст изображения, и не является основой для диагностических порогов или решений о дозировке контраста у отдельных пациентов.

Evidence & guidelines

Шкала и ее калибровка основаны на первоначальном описании компьютерной томографии Хаунсфилдом в 1973 году и кодифицированы в текстах по физике медицинской визуализации, таких как работы Бушберга и соавторов. Обзоры технологии КТ и рентгеноконтрастных веществ описывают, как развивались измерения ослабления и йодсодержащее усиление.

History

Описание Хаунсфилдом в 1973 году компьютерного поперечного аксиального сканирования представило как клиническую КТ, так и числовую шкалу ослабления, которая теперь носит его имя, основываясь на математике реконструкции, связанной с Алланом Кормаком. Последующие десятилетия принесли более быстрые сканеры с меньшей дозой облучения и специализированную контрастную химию с высоким атомным номером, но калиброванная шкала с эталоном воды остается основой КТ-контраста.

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Allan Cormack

Seminal works

• hounsfield-1973

Frequently asked questions

Почему вода определяется как 0 единиц Хаунсфилда?

Шкала нормализована по воде как стабильному, воспроизводимому эталону; ткани, которые ослабляют рентгеновские лучи сильнее воды, принимают положительные значения, а те, которые ослабляют меньше, — отрицательные, при этом воздух находится около -1000.

Почему йодсодержащий контраст делает сосуды яркими на КТ?

Йод имеет высокий атомный номер и сильно поглощает рентгеновские лучи, поэтому там, где контрастное вещество распределяется в крови и перфузированных тканях, измеренное ослабление, а следовательно, и значение Хаунсфилда, возрастает.

Изменяет ли изменение настройки окна числа Хаунсфилда?

Нет; оконное преобразование изменяет только то, как фиксированный диапазон значений Хаунсфилда отображается на шкале серого, а не базовое измеренное ослабление.