Hounsfield-Skala

Während einer CT-Untersuchung wird gemessen, wie stark Röntgenphotonen beim Durchgang durch Gewebe abgeschwächt werden. Aus den Projektionsdaten wird durch Bildrekonstruktion die räumliche Verteilung des linearen Schwächungskoeffizienten μ berechnet. Die Hounsfield-Skala stellt diesen Schwächungskoeffizienten normiert dar.

Die ursprüngliche Definition bezieht sich auf die Referenzmaterialien Wasser und Luft: $${\displaystyle HU=1000\cdot \frac{{\mu }_{Gewebe}-{\mu }_{Wasser}}{{\mu }_{Wasser}-{\mu }_{Luft}}}$$ mit:

• ${\displaystyle {\mu }_{Gewebe}}$ = linearer Schwächungskoeffizient des untersuchten Gewebes
• ${\displaystyle {\mu }_{Wasser}}$ = linearer Schwächungskoeffizient von Wasser
• ${\displaystyle {\mu }_{Luft}}$ = linearer Schwächungskoeffizient von Luft

Da der lineare Schwächungskoeffizient von Luft im Vergleich zu Wasser sehr klein ist, wird in der Praxis häufig die vereinfachte Form verwendet: $${\displaystyle HU\approx 1000\cdot \frac{{\mu }_{Gewebe}-{\mu }_{Wasser}}{{\mu }_{Wasser}}}$$ Dadurch ergibt sich für Wasser definitionsgemäß 0 HU und für Luft näherungsweise -1.000 HU.

Die Hounsfield-Zahl beschreibt physikalisch die Strahlenschwächung und nicht direkt die materielle Dichte eines Gewebes. Im klinischen Sprachgebrauch wird dennoch oft vereinfachend von „Dichte“ gesprochen. Es gilt:

• höhere HU-Werte = stärkere Strahlenschwächung = hellere Darstellung
• niedrigere HU-Werte = geringere Strahlenschwächung = dunklere Darstellung

Strukturen mit geringerer CT-Zahl als ihre Umgebung werden als hypodens, solche mit höherer CT-Zahl als hyperdens bezeichnet. Der Begriff isodens beschreibt eine vergleichbare CT-Zahl.

CT-Daten werden digital gespeichert und umfassen einen großen Wertebereich. In der Praxis werden häufig 12-16 Bit verwendet, entsprechend 4.096 möglichen Grauwertstufen. Da das menschliche Auge bei gleichzeitiger Wahrnehmung nur ungefähr 30 bis 60 Graustufen unterscheiden kann, wird zur Bilddarstellung eine Fensterung verwendet. Dabei wird nur ein definierter Abschnitt der Hounsfield-Skala auf die Graustufen des Monitors abgebildet. Beispielsweise werden im Lungenfenster niedrige CT-Werte dargestellt, während im Knochenfenster hohe CT-Werte differenziert werden.

Die Angaben zu den typischen HU-Werten von unterschiedlichen Geweben variieren in der Literatur und sind u.a. abhängig von Röhrenspannung, Rekonstruktionsalgorithmus, Rekonstruktionskernel und Gerätetyp. Die HE-Werte verschiedener Körpergewebe bzw. Organe sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.^*

Die Hounsfield-Skala ermöglicht eine quantitative Beurteilung von Geweben und Läsionen in der CT. Sie dient unter anderem zur:

• Differenzierung von Fett, Weichteil und Knochen
• Beurteilung von Blutungen, Zysten oder Ödemen
• Charakterisierung von Nierensteinen
• quantitativen Analyse des Lungenemphysems
• Abschätzung der Knochendichte

Sehr frische Blutungen sind oft isodens bis leicht hyperdens zum intravasalen Blut. Durch Koagelbildung und Anstieg des lokalen Hämatokrits kann die CT-Zahl auf etwa 60 bis 80 HU ansteigen. Im weiteren Verlauf nimmt die CT-Zahl älterer Blutungen meist wieder ab.

Jodhaltige Röntgenkontrastmittel erhöhen die Strahlenschwächung und damit die CT-Zahl. Die tatsächlich gemessene Kontrastmittelanreicherung hängt unter anderem von der Jodkonzentration und der Röhrenspannung ab.

Flüssigkeitskollektionen weisen unterschiedliche CT-Werte auf. Das Spektrum reicht von 0 HU (infizierte Zyste, Serom, Biliom) bis 80 HE (infiziertes Hämatom). Reiner Eiter hat einen CT-Wert von ca. 30 HU. Abszesse können dabei ältere Hämatome vortäuschen, da beide ähnliche Dichtewerte aufweisen und eine Kontrastmittel-aufnehmende Membran besitzen (Abszessmembran bzw. resorptives Granulationsgewebe). Lufteinschlüsse sprechen für gasbildende Bakterien oder residuale Luft nach chirurgischen Eingriffen.

In der Dual-Energy-CT (DECT) werden Datensätze mit zwei unterschiedlichen Röntgenspektren erfasst. Dadurch können materialabhängige Unterschiede der Strahlenschwächung besser analysiert und unter anderem virtuell monochromatische Bilder berechnet werden. Dies ermöglicht beispielsweise:

• bessere Materialdifferenzierung
• Unterscheidung von Kalzifikation und Blutung
• quantitative Joddarstellung
• Bestimmung des Eisengehalts der Leber
• virtuelle Kontrastmittel- oder Metallunterdrückung in bestimmten Anwendungen

Bei Applikation von jodhaltigem Kontrastmittel gilt als Faustregel, dass der CT-Wert pro mg Jod/cm³ um ca. 23 HU (bei 120 kV) ansteigt. Bei niedrigerer Röhrenspannung wird die Dichte kontrastmittelaufnahmender Strukturen erhöht, das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und Strahlendosis gespart. So steigt der CT-Wert beispielsweise bei 80 kV um 40 HU.