Hounsfield-Skala
nach dem britischen Elektrotechniker Sir Godfrey Hounsfield (1919-2004)
Synonyme: CT-Zahl, CT-Wert
Englisch: Hounsfield scale, Hounsfield unit (HU)
Definition
Die Hounsfield-Skala beschreibt die Abschwächung der Röntgenstrahlung (Röntgenopazität) in verschiedenen Gewebetypen in der Computertomographie (CT), in Relation zu Wasser und Luft als Referenzwerte. Die CT-Zahl wird dabei in Hounsfield-Einheiten (HU) angegeben, wobei Wasser definitionsgemäß 0 HU und Luft etwa -1.000 HU besitzt. Die Skalenwerte können in Graustufen dargestellt werden.
Hintergrund
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:
- = linearer Schwächungskoeffizient des untersuchten Gewebes
- = linearer Schwächungskoeffizient von Wasser
- = 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:
Interpretation
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.
Bilddarstellung
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.
Typische Werte
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.*
| Gewebe bzw. Organ | Hounsfield-Einheiten (HU) |
|---|---|
| Luft | -1.000 |
| Lungenparenchym | -700 bis -600 |
| Fettgewebe | -120 bis -90 |
| Lymphe, fettreiche Flüssigkeit | -30 bis 10 |
| Wasser | 0 |
| Urin, Galle | -5 bis 15 |
| Liquor | 0 bis 15 |
| Transsudat | 0 bis 15 |
| Exsudat | 5 bis 35 |
| Lymphknoten | 10 bis 20 |
| Eiter | 0 bis 40 |
| Blut (unkoaguliert) | 20 bis 40 |
| Weiße Substanz (Gehirn) | 20 bis 30 |
| Graue Substanz (Gehirn) | 35 bis 45 |
| Muskel | 35 bis 55 |
| Nierenparenchym | 20 bis 45 |
| Milz | 35 bis 55 |
| Leberparenchym | 40 bis 65 |
| Weichteile (unspezifisch) | 30 bis 80 |
| Vollblut | 50 bis 60 |
| Koagel | 60 bis 80 |
| Verkalkungen | 100 bis 400 |
| Knochen (Spongiosa) | 300 bis 400 |
| Knochen (Kortikalis) | 500 bis 2.000 |
| Metall | meist >3.000 |
Klinische Bedeutung
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.
Dual-Energy-CT
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.