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为解决 MRI 设备昂贵、检查成本高及部分患者不适宜 MRI 等问题，研究人员开展基于 CycleGAN 的腰椎 CT 至 T2 加权 MR 图像转换研究。结果显示模型生成图像视觉相似性超 80%，该方法或可降低医疗成本，具临床应用潜力。
在医学影像领域，腰椎疾病的诊断高度依赖影像学技术。计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）是常用手段，但 MRI 设备昂贵，小型医疗机构难以配备，且检查费用高、耗时长，部分患者如幽闭恐惧症患者或体内有心脏起搏器者无法接受 MRI 检查。因此，如何将 CT 图像转换为类似 MRI 的图像，成为解决这些临床困境的关键方向。
为应对上述挑战，韩国仁济大学一山白医院（Inje University Ilsan Paik Hospital）等机构的研究人员开展了相关研究。他们开发了一种基于生成对抗网络（GANs）的图像转换模型，旨在将腰椎 CT 图像合成磁共振（MR）图像，重点聚焦于矢状面图像，并对模型性能进行评估。研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：使用循环一致生成对抗网络（CycleGAN）进行腰椎 CT 矢状面切片到合成 T2 加权 MR 图像的转换；采用包含 100 例退行性疾病患者配准 CT 和 MR 图像的数据集进行训练；运用线性插值、B 样条插值和高斯插值等方法对合成 MR 矢状面图像进行处理，以获取更清晰的轴向图像，并通过 2-D 熵和处理时间比较选定线性插值法；通过定性分析（神经外科医生基于相似性评分评估解剖特征）和定量评估（计算平均绝对误差（MAE）、峰值信噪比（PSNR）和结构相似性指数（SSIM））对模型性能进行验证。
患者人口统计学和临床特征
建模数据集包含 100 例患者，平均年龄 64.10 岁，44% 为男性，56% 为女性，37% 诊断为椎间盘突出（HNP），63% 为椎管狭窄。外部验证数据集有 30 例患者，平均年龄 50.17 岁，40% 为男性，60% 为女性，HNP 和椎管狭窄各占 50%。
图像转换的线性插值和模型选择
对比三种插值方法，线性插值在保留相似 2-D 熵的同时处理速度显著更快，故被选为首选。矢状面图像转换选用第 50 个 epoch 的权重，此时测试集与原始 MR 图像的体素差异最小；轴向图像转换则基于训练损失和测试图像定量评估，选择第 100 个 epoch 的模型。训练集内通过第一次训练、线性插值和第二次训练，合成 MR 轴向图像逐步改善。
验证结果
30 例矢状面图像定量评估结果为：MAE=43.32±10.29，PSNR=12.80±1.55，SSIM=0.28±0.07。轴向图像定性评估显示，除硬膜囊内神经根、脊髓和脂肪层外，其余结构平均相似性超 80%，椎间盘信号相似性最高达 88.11%±4.47%。轴向图像中，各结构从 L1-2 到 L5-S1 水平相似性呈下降趋势，关节突关节相似性最低，均低于 70%。
研究表明，CycleGAN 模型成功生成了视觉上与真实 MR 图像相似的合成 T2 加权 MR 图像。定性评估中，解剖特征相似性评分平均超 80%，椎间盘信号相似性尤为突出。尽管定量评估中矢状面和轴向图像的相似性因使用非配对图像等因素存在一定局限，但定性评估显示出较高的临床可接受性。该研究首次尝试利用非配对 CT 和 MR 数据进行矢状面图像转换并重建合成轴向图像，为解决临床 MRI 资源不足问题提供了新途径，有望降低医疗成本，提升腰椎疾病诊断的可及性和效率。不过，研究也存在一些局限性，如采用基于补丁的方法导致融合线可见、部分肌肉组织转换存在伪影、对急性椎间盘突出和严重骨髓变化的表征不足等。未来需纳入更大、更多样的数据集，以进一步提升模型的鲁棒性和泛化能力。
