《Brain and Spine》：Clinicians’ confidence in synthetic neuroimaging: a survey from the EANS Emerging Technologies and Innovations in Neurosurgery (ETIN) Taskforce.
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神经外科决策高度依赖于影像学信息，用于诊断、手术规划和术中神经导航。近期机器学习（ML）的进展已能够通过图像模态转换生成合成医学图像，例如将磁共振成像（MRI）转换为合成计算机断层扫描（sCT），或从多张X射线投影生成sCT。这些方法目前正在开发和验证中，
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神经外科决策高度依赖于影像学信息，用于诊断、手术规划和术中神经导航。近期机器学习（ML）的进展已能够通过图像模态转换生成合成医学图像，例如将磁共振成像（MRI）转换为合成计算机断层扫描（sCT），或从多张X射线投影生成sCT。这些方法目前正在开发和验证中，具有辅助神经外科患者的明确潜力。然而，尽管技术发展迅速，临床采用仍面临标准化和验证方面的挑战。合成图像与常规图像在生成方式上存在根本差异：常规成像中，体素强度由X射线衰减的物理测量直接重建；而在合成成像中，部分体素由算法从低维输入构建，因此易受重建误差影响，例如模型过拟合、幻觉（即解剖结构的不准确表征）或超出输入数据所含信息的推断。本研究旨在通过两个与神经外科实践相关的预设临床场景，评估通过神经外科专业网络招募的受访者对合成神经影像学的当前态度。研究采用横断面国际调查设计，通过欧洲神经外科协会（EANS）及全球神经外科医生数据库分发问卷。共132人开始调查，72人（55%）完成全部问题。其中44人（61%）为委员会认证神经外科医生，14人（19%）为神经外科受训人员。结果显示，受访者在不同临床场景中的信心水平存在差异：脊柱场景中，基于sCT诊断峡部裂的信心为中等（中位数3），而颅脑场景中，基于sCT诊断或排除脑积水的信心较低（中位数2）。临床验证研究的存在（85%）和外部验证的存在（69%）是建立信心的最常报告因素，而外部验证不足或缺失（72%）、缺乏针对特定临床问题的临床测试（63%）以及生成算法产生的幻觉（58%）是最常报告的限制信心的因素。受访者认为合成影像学在低中收入或农村地区（65%）及减少需频繁影像学检查患者的辐射暴露（64%）方面具有潜在益处。该研究结论指出，技术验证本身不足以实现临床采用，需结合特定临床应用验证并清晰传达算法可靠性以建立信心并支持临床整合。
论文解读文章：
一、研究背景与问题
神经外科决策高度依赖影像学信息，用于诊断、手术规划和术中神经导航。这些决策不仅涉及技术层面，更依赖临床医师的解读经验以应对高风险干预。近年来，机器学习（ML）的进展使得通过图像模态转换生成合成医学图像成为可能，例如将磁共振成像（MRI）转换为合成计算机断层扫描（sCT），或从多张X射线投影生成sCT。这些方法正处于开发和验证阶段，具有辅助神经外科患者的明确潜力。研究表明，sCT能够提供骨性解剖结构的可视化，同时减少辐射暴露、简化手术流程。通过消除单独CT扫描的需求，sCT还可能降低成本并提高可及性，有利于CT设备有限的医疗环境。然而，尽管技术进展迅速，临床采用仍面临标准化和验证方面的挑战。
合成图像与常规图像的生成存在根本差异。常规成像中，体素强度由X射线衰减的物理测量直接重建；而合成成像中，部分体素由算法从低维输入构建。因此，合成成像模型易受重建误差影响，包括模型过拟合、幻觉（即解剖结构的不准确表征）或超出输入数据信息的推断，可能导致患者解剖结构在合成图像中的错误表征。这些潜在失败模式凸显了不仅需要通过技术图像质量指标评估合成成像，还需通过特定应用的临床验证进行评估。然而，即使计算机模拟性能稳健，技术性能本身并不能决定合成成像方法能否被特定任务接受。其临床适应最终取决于神经外科医生对合成成像的信心。将模型整合至临床实践的关键挑战在于建立临床医生和患者足够的信心。然而，关于临床医生在特定诊断和治疗决策中使用合成图像信心的证据仍然有限。
二、研究内容与意义
本研究旨在通过神经外科专业网络招募受访者，使用两个与神经外科实践相关的预设临床场景，评估当前对合成神经影像学的态度。研究评估了受访者对基于MRI的sCT脊柱应用和基于双平面X射线的sCT颅脑应用两个临床场景的反应。研究发现，受访者在不同临床场景中的信心水平存在差异，脊柱决策相关问题的信心总体高于颅脑应用问题。受访者认为合成成像在常规成像可及性有限的场景中具有潜在益处，如资源受限地区，以及减少需频繁影像学检查患者的辐射暴露。这些发现强调了合成成像可能产生最大影响的领域，前提是能够建立充分的验证。研究同时表明，技术可行性与临床决策中使用合成成像的信心之间存在差距，技术验证本身不足以实现临床采用。
三、关键技术方法
本研究采用横断面国际调查设计，于2025年7月至8月通过欧洲神经外科协会（EANS）通讯和官方网页分发问卷，同时使用包含8,971个电子邮件地址的全球神经外科医生数据库，其中7,173个确认有效。调查使用Qualtrics软件开发和分发，参与自愿、匿名、无激励措施。问卷共19个问题，其中6个收集基本人口统计学信息，其余问题分为三个领域：对合成成像用于诊断目的的态度、用于治疗目的的态度以及一般态度。研究呈现了两种特定算法：算法1为基于MRI的sCT生成方法（BoneMRI方法），使用额外的三维射频破坏T1加权多梯度回波（MGE）MRI序列，通过卷积神经网络（CNN）从MRI数据生成体素级CT样辐射密度估计；算法2为基于生成对抗网络（GAN）的双平面X射线sCT生成方法（TomoRay Cranial），基于X2CT-GAN框架，从颅脑前后位和侧位X射线生成断层样图像。数据分析采用描述性统计，序数数据以中位数和四分位距（IQR）表示。
四、研究结果
3.1 应答率与受访者特征
共132人开始调查，72人（55%）完成全部问题。其中44人（61%）为委员会认证神经外科医生，14人（19%）为神经外科受训人员，其余包括1名放射科医生、4名医学研究人员、3名研究人员和6名医学生。58名受访者（81%）为委员会认证神经外科医生或神经外科受训人员。多数受访者年龄在30-40岁（43%），在学术医院工作（76%），90%目前参与研究。受访者以男性为主（74%），来自多个国家，西班牙占比最高（26%）。
3.2 调查结果
3.2.1 案例1：基于合成CT的脊柱手术诊断和治疗决策
基于合成图像确定峡部裂存在的信心为中等（中位数3，IQR 3-4）。当sCT显示峡部裂迹象时，受访者认为额外常规成像的必要性为轻微必要（中位数2，IQR 2-4）。在无额外常规成像情况下进行手术的信心为中等（中位数3，IQR 2-4）。基于合成图像使用导航系统放置腰椎椎弓根螺钉的信心为中等（中位数3，IQR 3-4）。
3.2.2 案例2：基于sCT的脑积水诊断和治疗决策
基于合成图像诊断或排除脑积水的信心为轻微（中位数2，IQR 2-3）。当sCT未显示脑积水时，使用额外常规成像安全排除脑积水的必要性为高（中位数4，IQR 3-4）。仅基于合成图像让患者出院的信心为轻微（中位数2，IQR 2-3），而仅使用合成成像放置导航下脑室外引流的信心为中等（中位数3，IQR 2-4）。
3.2.3 对合成成像的一般态度
对于一般诊断决策，受访者报告的中位信任评分为3（IQR 2-4），反映5点量表上的中性信任。对合成图像用于指导干预的信任也为中性（中位数3，IQR 3-4）。支持信心的最常报告因素为针对特定临床查询的临床验证研究存在（85%）和外部验证存在（69%）。限制信心的最常报告因素为外部验证不足或不存在（72%）、缺乏特定临床查询的临床测试（63%）以及生成算法产生的幻觉（58%）。超过半数受访者（65%）认为合成成像在低中收入或农村地区具有益处，64%认为可减少需频繁影像学检查患者的辐射暴露。
五、讨论与结论
讨论部分指出，受访者在不同临床场景中的信心水平存在差异，技术可行性与临床决策信心之间存在差距。受访者认为针对特定临床查询的临床验证和外部验证对建立信心最重要，而验证不足和幻觉风险是限制信心的常见因素。信心可能受模型开发透明度、感知不确定性和风险评估等因素影响。两种算法在输入维度和重建复杂性上存在差异，算法1从高维MRI数据生成sCT，任务相对受限且可预测；算法2仅从两个平面X射线投影生成颅脑sCT，输入维度较低、重建问题更复杂，信心评分持续较低。然而，由于两种算法在解剖区域、临床适应、病理类型和验证表现等多方面存在差异，观察到的差异应谨慎解释。研究局限性包括自愿参与可能引入选择偏倚、无法确定精确应答率、研究人群异质性、图像未盲法标记可能引入评估偏倚、单一图像对可能无法代表算法性能变异等。
研究结论指出，在这项国际调查中，对合成神经影像学的信心在两个临床场景中有所不同。受访者经常将应用特定验证和外部验证性能指标确定为支持信心的的重要因素，而验证不足和潜在错误则被频繁选择为限制信心的因素。如果这些因素得以实现，合成成像具有支持临床决策的潜力，例如在常规成像方法可及性受限的地区发挥作用。进一步研究应旨在改进不同临床应用的验证，并清晰传达这些算法的可靠性，以建立信心并支持临床采用。
