Die Hounsfield-Skala im CT

kszeifert 9 Mar, 2012 10:00

Mit der Hounsfield-Skala wird in der Computertomographie (CT) die Abschwächung von Röntgenstrahlung in Gewebe beschrieben und für die Darstellung in einem Graustufenbild benutzt. Die Werte können Gewebearten zugeordnet und pathologische Abweichungen erkannt werden. Die zugrundeliegende Gewebeeigenschaft wird oft auch physikalisch ungenau als (Röntgen)dichte bezeichnet.

Die CT-Zahl oder der CT-Wert wird in Hounsfield-Einheiten (HE) oder Hounsfield units (HU) auf der Hounsfield Skala gemessen, die der englische Elektrotechniker Godfrey Hounsfield vorgeschlagen hat. Die CT-Zahl lehnt sich an den linearen Schwächungskoeffizienten μ an, der beschreibt, wie monochromatische Röntgenstrahlung beim Durchdringen von Materie entlang des durchstrahlten Wegs abgeschwächt wird. Röntgenröhren erzeugen Bremsstrahlung. Durch das unterschiedlich starke und in unterschiedlicher Tiefe stattfindende Abbremsen der Elektronen auf dem Teller der Drehanode entsteht keine monochromatische Röntgenstrahlung, sondern ein elektromagnetisches Spektrum und die gemessenen µ-Werte beziehen sich auf dieses Spektrum. In Computertomographie wird mit Röhrenspannungen zwischen 80 und 140 kV gearbeitet. Röntgenröhren haben bauartbedingt unterschiedliche Strahlenqualitäten. Diese wird durch geräte- und herstellerspezifisch unterschiedliche Vorfilterungen weiter stark verändert, indem niederenergetische Anteile des Spektrums, die in erster Linie die Strahlenbelastung des Patienten erhöhen, aber wenig bis gar nicht zur Bildgebung beitragen, entfernt werden.



Durch die Normierung auf die Schwächungskoeffizienten von Wasser und Luft wird die CT-Zahl näherungsweise unabhängig vom Spektrum der eingesetzten Röntgenstrahlung. So bleiben die Bildergebnisse trotz variierender Strahlenqualitäten vergleichbar. Da die Hounsfield-Skala jedoch über eine Zwei-Punkt-Kalibration definiert ist, ist sie nicht vollkommen frei vom Einfluss wechselnder Strahlenqualitäten. Wird mit niedrigen Röhrenspannungen gearbeitet, werden für Knochen und Kontrastmittel höhere CT-Zahlen ermittelt.

Mit dem Schwächungskoeffizienten des betrachteten Gewebes μGewebe und von Wasser μWasser wird die CT-Zahl definiert als:

Die Skala ist theoretisch nach oben offen. In der Praxis hat sich der Bereich von −1024 HU bis 3071 HU durchgesetzt; diese 4096 Graustufen können mit einer 12-Stelligen Binärzahl dargestellt werden (212=4096). Metalle können jedoch noch stärkere Absorption, bis hin zur Totalabsorption (die sich dann nicht darstellen lässt) bewirken. Da auf der Skala messtechnisch deutlich mehr Schwächungswerte klar getrennt werden, als das menschliche Auge auf einer Graustufenskala unterscheiden kann, wird im Bild durch Fensterung immer nur der Teil der Hounsfieldskala eingeblendet, der zu untersuchende Bildinhalte darstellt.



CT-Aufnahme eines Kopfes. Die Graustufen repräsentieren CT-Zahlen zwischen −5 und 75 HU. Kleinere CT-Zahlen werden schwarz dargestellt, größere weiß. Quelle: Wikipedia



Aus der Definition ergibt sich die CT-Zahl verschiedener Stoffe und Gewebe:


  • Luft absorbiert Röntgenstrahlung nahezu gar nicht und hat definitionsgemäß eine CT-Zahl von −1000 HU. Bei der Kalibration eines CT wird die Schwächung von Luft vereinfachend auf µ=0 gesetzt. Dies ist zwar nicht korrekt, jedoch wäre es in der Praxis nur mit hohem Aufwand möglich, für die Detektorkalibration ein Vakuum herzustellen. Der Fehler, der daraus entsteht, dass mit µLuft = 0 gearbeitet wird, ist zwar immer vorhanden, jedoch sehr klein und für die Bildqualität vollkommen ohne Relevanz.

  • Fettgewebe absorbiert Röntgenstrahlung etwas weniger als Wasser und hat ca. −100 HU.

  • Wasser' hat gemäß der Definition 0 HU.

  • Knochen haben, je nach Dichte, Werte von 500 bis 1500 HU.

  • Kontrastmittel hat, je nach Art und Konzentration, Werte zwischen 100 und 300

Durch die Messung einer Schicht mit zwei verschiedenen Röntgenspektren, der sogenannten "Zwei-Spektren-CT", die auch "Dual Energy-CT" genannt wird, lassen sich die CT-Zahlen der Hounsfield-Skala in Werte umrechnen, die man bei Einsatz monochromatischer Röntgenstrahlung erhalten würde. Die Bilder sind frei von Bildartefakten, wie sie durch Strahlaufhärtung beim Durchgang durch den Patienten entstehen. Mit Hilfe der Zwei-Spektren-CT kann die Materialdichte, in der klinischen Anwendung insbesondere die Kalk- und Weichteilgewebsdichte, sowie die effektive Ordnungszahl des Gewebes ermittelt werden.

Klinisch relevant ist insbesondere die Möglichkeit, mit Hilfe der Zwei-Spektren CT frische Blutungen von alten Kalk-Einlagerungen zu unterscheiden sowie das verwendete Kontrastmittel aus dem Bild herauszurechnen oder gesondert darzustellen.

Einige CT-Werte  in   HE  (Hounsfield-Einheiten)


  • Luft                          - 1000   (definiert)

  • Wasser                     0      (definiert)

  • Weichteile              um 50

  • Fettgewebe            um - 65

  • Knochen                 über 130

  • Blut                           um 55

  • Blut, geronnen     um 80

Quelle: Wikipedia


Kommentieren