医学影像中的CT值：定义、计算及应用
医学影像中的CT值：定义、计算及应用
CT值是医学影像中一个重要的计量单位，用于表示人体组织或器官对X射线的吸收程度。它不仅能够帮助医生准确判断病变组织的性质，还能在不同组织之间形成对比，使影像更加清晰。本文将详细介绍CT值的定义、计算方法及其在医学影像中的应用。
1. CT值定义
CT值是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，通常称为亨氏单位（Hounsfield Unit，HU）。CT值反映了组织对X射线的吸收程度，以水的吸收程度作为参考，即水的HU值为0。衰减系数大于水的为正值，小于水的为负值。并以骨皮质和空气的HU值为上限和下限，空气的HU值为-1000，致密骨的HU值为+1000。
CT值的特点是能够分辨人体组织密度的轻微差别。所采用的标准是根据各种组织对X射线的线性吸收系数（μ值）来决定的。为了计算与论述方便，Hounsfield将线性衰减系数划分为2000个单位，称为CT值。目前绝大多数的CT扫描机均具有1000或2000以上的变化范围。
2. CT值计算
实际上CT值是CT图像中各组织与X射线衰减系数相当的对应值。无论是矩阵图像或矩阵数字都是CT值的代表，而CT值又是从人体组织、器官的μ值换算而来的。μ值可以通过I＝I0e-μd公式算出。则CT值＝(μ-μω/μω)*a 公式中μ和μω分别为受测物和水的衰减系数。a为各厂商所选定的标定因素。a为500时标出的CT值为EMI单位；a为1000时标出的CT值为Hounsfield单位（HU）。
2.1 CT值与线性衰减系数的关系
CT值代表X线穿过组织被吸收后的衰减值。每种物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的衰减系数之差再与水的衰减系数相比之后乘以1000。根据CT值与线性衰减系数的关系：
图1：CT值与线性衰减系数的关系
其中，μw为水线性衰减系数，μt为物质线性衰减系数，CTt为物质HU值。
2.2 线性衰减系数与质量衰减系数的关系
图2：线性衰减系数与质量衰减系数的关系
其中，μx为线性衰减系数（单位：cm(-1)），μ/p为质量衰减系数（单位：cm2/g），px为物质密度（单位：g/cm3）。质量衰减系数与能量有关，相关的参数可以从NIST中获取。
2.3 水的线性衰减系数μw
图3：水理论质量衰减系数
以上质量衰减系数为理论值。实际情况中，不同的放疗设备，kvp不同，水的线性衰减系数也不同。严格来说，实际设备不同KV曝光参数会对应不同水的线性衰减系数，各自成为hu=0的基准。
2.4 计算物质线性衰减系数
如果要计算某种物质线性衰减系数μ，则需要已知重建图像的该物质CT值，以及扫描能量（KV）下水衰减系数值μw。水衰减系数值μw则由上面的公式获得，再根据水线性衰减系数，反推其他材质的线性衰减系数。
图4：计算物质线性衰减系数
3. 正常不同组织、器官的CT值
CT值不是绝对不变的数值，它不仅与人体内在因素如呼吸、血流等有关，而且与X射线管电压、CT装置、室内温度等外界因素有关，应经常校正，否则将导致误诊。
图5：不同组织、器官的CT值
4. CT图像
CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X射线的吸收程度。因此，与X射线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。
但是CT与X射线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（density resolutiln）。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。
X射线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对X射线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的概念。实际工作中，不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度。单位为Hu（Hounsfield unit）。
人体软组织的CT值多与水相近，但由于CT有高的密度分辨力，所以密度差别虽小，也可形成对比而显影。CT值的使用，使在描述某一组织影像的密度时，不仅可用高密度或低密度形容，且可用它们的CT值平说明密度高低的程度。
CT图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像。通过CT设备上图像的重建程序的使用，还可重建冠状面和矢状面的层面图像。