ค่าฮาวน์สฟิลด์และการลดทอนรังสีเอกซ์ในการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์

ค่าฮาวน์สฟิลด์ (Hounsfield unit, HU) คือมาตราส่วนมาตรฐานที่ใช้ในการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT) เพื่อแสดงความสามารถในการลดทอนรังสีเอกซ์ของเนื้อเยื่อ โดยกำหนดให้ค่าน้ำเท่ากับ 0 HU และอากาศประมาณ -1000 HU ทำให้แต่ละวอกเซล (voxel) มีค่าที่ปรับเทียบแล้ว ซึ่งเชื่อมโยงภาพระดับสีเทาเข้ากับคุณสมบัติทางกายภาพของเนื้อเยื่อ

Definition

ค่าฮาวน์สฟิลด์คือการแปลงเชิงเส้นของค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงเส้นของรังสีเอกซ์ที่วัดได้ของวอกเซล ซึ่งถูกปรับให้เป็นมาตรฐานโดยกำหนดให้น้ำมีค่า 0 HU และอากาศมีค่า -1000 HU ใช้เพื่อหาปริมาณความหนาแน่นรังสีของเนื้อเยื่อในการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์

Scope

หัวข้อนี้อธิบายพื้นฐานทางกายภาพของความคมชัดของภาพ CT: การวัดการลดทอนรังสีเอกซ์ การปรับให้เป็นมาตรฐานตามมาตราส่วนฮาวน์สฟิลด์ และการเชื่อมโยงค่า CT ที่ได้เข้ากับกายวิภาคศาสตร์ นอกจากนี้ยังกล่าวถึงวิธีการที่สารทึบรังสีไอโอดีนเพิ่มค่าการลดทอนที่วัดได้ บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงว่าทำไมโครงสร้างต่างๆ จึงปรากฏสว่างหรือมืดในภาพ CT ไม่ใช่คำแนะนำในการเลือกการสแกนหรือการให้สารทึบรังสี

Core questions

• ค่า CT แสดงถึงปริมาณทางกายภาพใด?
• ทำไมน้ําและอากาศจึงเป็นจุดอ้างอิงของมาตราส่วนฮาวน์สฟิลด์?
• ไขมัน เนื้อเยื่ออ่อน เลือด และกระดูก มีค่าอยู่ในมาตราส่วนอย่างไร?
• สารทึบรังสีไอโอดีนเปลี่ยนแปลงค่าการลดทอนที่วัดได้อย่างไร?
• ทำไมการตั้งค่า Windowing และ Level จึงเปลี่ยนลักษณะของภาพโดยไม่เปลี่ยนค่าตัวเลขพื้นฐาน?

Key concepts

• ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนรังสีเอกซ์เชิงเส้น
• มาตราส่วนฮาวน์สฟิลด์ (น้ำ = 0, อากาศ = -1000)
• ความหนาแน่นรังสีของไขมัน เนื้อเยื่ออ่อน เลือด และกระดูก
• ความกว้างของหน้าต่าง (Window width) และระดับหน้าต่าง (Window level)
• การเสริมภาพด้วยสารทึบรังสีไอโอดีน
• การเฉลี่ยปริมาตรบางส่วน (Partial-volume averaging)

Mechanisms

เมื่อลำแสงเอกซเรย์ผ่านเนื้อเยื่อ จะถูกลดทอนโดยการดูดซับและการกระเจิง ซึ่งวัดได้ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงเส้น ซึ่งขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของเนื้อเยื่อและเลขอะตอมที่มีผล การสร้างภาพ CT จะประมาณค่าสัมประสิทธิ์นี้สำหรับแต่ละวอกเซลและปรับขนาดสัมพัทธ์กับน้ำเพื่อสร้างค่าฮาวน์สฟิลด์: เนื้อเยื่อที่หนาแน่นกว่าหรือดูดซับรังสีเอกซ์ได้มากกว่าน้ำจะมีค่าเป็นบวก เนื้อเยื่อที่ดูดซับน้อยกว่าจะมีค่าเป็นลบ ไอโอดีนซึ่งมีเลขอะตอมสูง จะลดทอนรังสีเอกซ์ได้ดี ดังนั้นสารทึบรังสีไอโอดีนจึงเพิ่มค่าฮาวน์สฟิลด์ของเลือดและเนื้อเยื่อที่มีการไหลเวียนของเลือดซึ่งมีการกระจายตัวของสารทึบ เนื่องจากดวงตาไม่สามารถรับรู้ช่วงตัวเลขทั้งหมดได้ในคราวเดียว จึงมีการเลือกความกว้างและระดับของหน้าต่าง (window width and level) เพื่อจับคู่ช่วงค่า HU กับมาตราส่วนสีเทาที่มองเห็นได้

Clinical relevance

ค่าฮาวน์สฟิลด์ช่วยให้ CT สามารถแยกแยะไขมัน ของเหลว เนื้อเยื่ออ่อน แคลเซียม และโครงสร้างที่เสริมด้วยสารทึบรังสี ซึ่งเป็นพื้นฐานในการตีความกายวิภาคศาสตร์ภาคตัดขวางในภาพ CT บทความนี้อธิบายว่าการลดทอนสร้างความคมชัดของภาพได้อย่างไร และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจปริมาณสารทึบรังสีในผู้ป่วยแต่ละราย

Evidence & guidelines

มาตราส่วนและการปรับเทียบมาจากคำอธิบายดั้งเดิมของฮาวน์สฟิลด์ในปี 1973 เกี่ยวกับการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ และถูกกำหนดไว้ในตำราฟิสิกส์การถ่ายภาพทางการแพทย์ เช่น ของบุชเบิร์กและคณะ การทบทวนเทคโนโลยี CT และสารทึบรังสีเอกซเรย์อธิบายว่าการวัดการลดทอนและการเสริมภาพด้วยไอโอดีนมีการพัฒนาอย่างไร

History

คำอธิบายของฮาวน์สฟิลด์ในปี 1973 เกี่ยวกับการสแกนตามแนวขวางด้วยคอมพิวเตอร์ได้นำเสนอทั้ง CT ทางคลินิกและมาตราส่วนการลดทอนเชิงตัวเลขที่ปัจจุบันใช้ชื่อของเขา โดยอาศัยคณิตศาสตร์การสร้างภาพที่เกี่ยวข้องกับอัลลัน คอร์แมค ทศวรรษต่อมาได้นำมาซึ่งเครื่องสแกนที่เร็วขึ้น ใช้รังสีน้อยลง และเคมีสารทึบรังสีที่มีเลขอะตอมสูงโดยเฉพาะ แต่มาตราส่วนที่ปรับเทียบโดยอ้างอิงกับน้ำยังคงเป็นรากฐานของความคมชัดของภาพ CT

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Allan Cormack

Seminal works

• hounsfield-1973

Frequently asked questions

ทำไมน้ําจึงถูกกำหนดให้มีค่า 0 ฮาวน์สฟิลด์ยูนิต?

มาตราส่วนนี้ถูกปรับให้เป็นมาตรฐานโดยใช้น้ำเป็นจุดอ้างอิงที่เสถียรและทำซ้ำได้ เนื้อเยื่อที่ลดทอนรังสีเอกซ์ได้มากกว่าน้ำจะมีค่าเป็นบวก และเนื้อเยื่อที่ลดทอนได้น้อยกว่าจะมีค่าเป็นลบ โดยอากาศมีค่าใกล้เคียง -1000

ทำไมสารทึบรังสีไอโอดีนจึงทำให้หลอดเลือดปรากฏสว่างในภาพ CT?

ไอโอดีนมีเลขอะตอมสูงและดูดซับรังสีเอกซ์ได้ดี ดังนั้นเมื่อสารทึบกระจายตัวในเลือดและเนื้อเยื่อที่มีการไหลเวียนของเลือด ค่าการลดทอนที่วัดได้และค่าฮาวน์สฟิลด์จึงเพิ่มขึ้น

การเปลี่ยนการตั้งค่า Window มีผลต่อค่าฮาวน์สฟิลด์หรือไม่?

ไม่ การปรับ Windowing เพียงแค่เปลี่ยนวิธีการจับคู่ช่วงค่าฮาวน์สฟิลด์ที่กำหนดไว้กับมาตราส่วนสีเทาที่แสดงผล ไม่ได้เปลี่ยนค่าการลดทอนที่วัดได้พื้นฐาน