Tadeusz Jedynak 2009.XI.22

Jednostki Hounsfielda

(HU - Hounsfield Units)

Tomografia komputerowa polega na pomiarach osłabienia wiązki promieniowania Rtg.

Wyniki pomiarów podstawiane są do równań matematycznych i wyliczana jest matryca obrazowa. Ten proces nazywany jest rekonstrukcją obrazu.

Powstałe w wyniku rekonstrukcji macierze wartości osłabienia promieniowania Rtg

są następnie normalizowane do skali Hounsfielda. Normalizacja ta dana jest wzorem

gdzie:

m_x - osłabienie promieniowania Rtg dla tkanek

m_w - osłabienie dla wody

Powstałe w wyniku normalizacji wartości cyfrowe mieszczą się dla tkanek ludzkich w zakresie (-1000 do 4000) (0 dla wody, ujemne dla tkanek miękkich jak, np. wypełnione powietrzem płuca, wartości duże dla tkanek gęstych jak, np. kości). Umieszczone po normalizacji wartości w elementach tabel o danej rozdzielczości (przeważnie 512x512) są dla potrzeb prezentacji na ekranie zamieniane na odcienie szarości.

Jednostki Hounsfielda w radioterapii

Dla potrzeb planowania leczenia w radioterapii informacja o współczynnikach pochłaniania jest o podstawowym znaczeniu. Obliczenia rozkładu dawki w tkankach pacjenta to bardzo podobny proces. Jest promieniowanie i są różne współczynniki osłabienia. Konieczne jest rozważenie jak zastosować HU w obliczeniach rozkładu dawki ?

Znany jest wzór opisujący osłabienie promieniowania:

Krzywe opisujące spadek dawki z głębokością mają cechy jakie opisuje ten wzór. Ilustracją może być Rys.1, który przedstawia krzywe TPR dla różnych energi. Na krzywych wypisany jest stosunek współczynników TPR na głębokości 20 cm i 10 cm.

Krzywa dla Rtg o WZP=1.5mmCu odpowiada energii promieniowania Rtg jakie stosuje się w tomografach komputerowych gdzie lampa Rtg zasilana jest napięciem od 100 do 130kV

Obliczenie współczynnika osłabienia z liczb Hounsfielda opisuje wzór:

ale współczynnik pochłaniania m zależy od energii promieniowania i jest inny dla Rtg inny dla Co-60 i inny dla promieniowania X 10MV.

Wniosek:

W celu prawidłowego uwzględniania gęstości w czasie planowania leczenia wiązkami promieniowania konieczne jest zastosowanie tabeli przejścia z liczb HU na gęstości. Nie precyzuję czy chodzi o gęstości masowe czy elektronowe, bo to zależy jak algorytm TPS realizuje korekcje gęstości.

Analiza tabela konwersji HU na gęstości z systemu PPlan

System Precise Plan wymaga aby na dysku w folderze /usr/rad/ctcvdir/ był plik o nazwie: np.: Siemens_120 lub Nucletron_100 i następującej treści:

--- 8< ---

4 110

-0.237930 0.184322E-02 -0.751840E-06 0.139389E-09

326. 0.292 437. 0.438 936. 0.895 951. 0.945 986. 0.980

1030. 1.000 1034. 1.020 1055. 1.039 1138. 1.116 1154. 1.147

1184. 1.142 1502. 1.282 1849. 1.473 2270. 1.707

Date of Calibration= 18-APR-2005 15:03:07

File format:

First line:

The number of terms in the polynominal fit, and the KVP the

conversion file was done at.

The polynominal fitting terms.

The data used to fit CT number to density.

--- 8< ---

Pierwsze linia zawiera dwie liczby:

Pierwsza to ilość współczynników wielomianu dopasowującego dane a druga to napięcie w [KV].

Druga linia to współczynniki a_n wielomianu

Trzecia linia zawiera liczbę, która mówi ile jest par danych (pomiarowych?). Pary zawierają HU i gęstość. Kolejne linie zawierają te dane.

Uwaga:

Woda tutaj ma HU=1000 a nie zero jak wynika z definicji licz HU.

Prezentacja graficzna cytowanego pliku

Porównanie danych Symulator Nucletron i CT Siemens Opole

Przykładowe literaturowe dane dla tomografu Somatom Siemens:

HU	Gęstość	Opis
-2000	0.000	min
-1000	0.000	air
0	1.000	water
174	1.200	CB4-10%
751	1.460	CB4-60%
4000	2.000	max

Wyznaczenie gęstości na podstawie współczynników pochłaniania nie jest trywialne i wymaga uwzględnienia faktu, że rentgenowskie tomografy komputerowe wykorzystują promieniowanie X generowane w lampach o napięciu ok. 130KV co powoduje, że wyniki pomiaru zależą od gęstości elektronowej. Niezbędne jest korygowanie gęstości fizycznej przez współczynnik związany z gęstością elektronową.

Z definicji jednostek Hounsfielda wynika, że są dwa pewne punkty takiej tabelarycznej funkcji przejścia z HU -> Density.

Mianowicie minimalna gęstość to zero i jest dla HU= -1000 i mniejszych

Dla gęstości wody HU jest równe zero

Porównanie pomiarów wykonanych tym samym fantomem na:

Symulator Nucletron 100kV w Opolu
CT Siemens SOMATOM Sensation Open 120KV w Częstochowie

Dane:

nazwa	Sym.Opole	CT Cz-wa	Gęstość ele
Air	-726	-924	0.000
PMP	-156	-227	0.853
LDPE	-87	-122	0.944
Polistyren	-34	-112	1.017
Acrylic	70	-66	1.146
woda	0	0	1.000
Delrin	220	31.5	1.353
teflon	593	562	1.867

Uwaga:

Zanim zastosujemy obrazy CT w planowaniu radioterapii należy sprawdzić (wykalibrować) tomograf za pomocą specjalnych fantomów diagnostycznych.