亨斯菲尔德单位与CT衰减

亨斯菲尔德单位（HU）是计算机断层扫描（CT）用于表示组织对X射线衰减强度的标准化刻度。它以水为0 HU、空气约为-1000 HU为基准，为每个体素提供一个校准数值，将灰度图像与组织的物理特性联系起来。

Definition

亨斯菲尔德单位是对体素测得的X射线线性衰减系数进行线性变换，并进行标准化，使水定义为0 HU，空气定义为-1000 HU，用于量化计算机断层扫描中的组织放射密度。

Scope

本主题解释了CT图像对比度的物理基础：如何测量X射线衰减，如何将其标准化为亨斯菲尔德刻度，以及由此产生的CT值如何映射到解剖结构。它还涉及碘造影剂如何提高测量的衰减。本文旨在解释CT上结构为何呈现亮或暗，而非提供扫描选择或造影剂给药的指导。

Core questions

• CT值代表什么物理量？
• 为什么水和空气是亨斯菲尔德刻度的参考点？
• 脂肪、软组织、血液和骨骼在刻度上如何分布？
• 碘造影剂如何改变测量的衰减？
• 为什么窗宽和窗位设置会改变图像外观而不改变底层数值？

Key concepts

• X射线线性衰减系数
• 亨斯菲尔德刻度（水=0，空气=-1000）
• 脂肪、软组织、血液和骨骼的放射密度
• 窗宽和窗位
• 碘造影增强
• 部分容积效应

Mechanisms

当X射线束穿过组织时，会因吸收和散射而衰减，其程度由线性衰减系数量化，该系数取决于组织密度和有效原子序数。CT重建估计每个体素的该系数，并将其相对于水进行重新缩放以产生亨斯菲尔德值：比水密度更大或X射线吸收更强的组织为正值，吸收较弱的组织为负值。碘因其高原子序数而强烈衰减X射线，因此碘造影剂会提高其分布的血液和灌注组织的亨斯菲尔德值。由于人眼无法一次感知全部数值范围，因此选择窗宽和窗位以将一定范围的HU值映射到可见的灰度刻度上。

Clinical relevance

亨斯菲尔德值使CT能够区分脂肪、液体、软组织、钙和造影增强结构，这是CT横断面解剖结构解释的基础。本条目描述了衰减如何产生图像对比度，并非用于个体患者的诊断阈值或造影剂剂量决策的依据。

Evidence & guidelines

该刻度及其校准源于亨斯菲尔德1973年对计算机断层扫描的原始描述，并被Bushberg及其同事等医学影像物理学教科书所编纂。CT技术和X射线造影剂的综述描述了衰减测量和碘增强是如何演变的。

History

亨斯菲尔德1973年对计算机横向轴向扫描的描述引入了临床CT和以他名字命名的数值衰减刻度，其建立在与Allan Cormack相关的重建数学基础上。随后的几十年带来了更快、剂量更低的扫描仪和专用的高原子序数造影剂化学，但校准的水参考刻度仍然是CT对比度的基础。

Key figures

• Godfrey Hounsfield
• Allan Cormack

Seminal works

• hounsfield-1973

Frequently asked questions

为什么水被定义为0亨斯菲尔德单位？

该刻度以水作为稳定、可重复的参考进行标准化；比水衰减X射线更多的组织取正值，衰减更少的组织取负值，空气接近-1000。

为什么碘造影剂使血管在CT上显示为亮白色？

碘具有高原子序数并强烈吸收X射线，因此在造影剂分布于血液和灌注组织的地方，测得的衰减（以及亨斯菲尔德值）会升高。

改变窗位设置会改变亨斯菲尔德数值吗？

不会；窗位仅改变亨斯菲尔德值的固定范围如何映射到显示的灰度刻度，而不是改变底层的测量衰减。