The number of international benchmarking competitions is steadily increasing in various fields of machine learning (ML) research and practice. So far, however, little is known about the common practice as well as bottlenecks faced by the community in tackling the research questions posed. To shed light on the status quo of algorithm development in the specific field of biomedical imaging analysis, we designed an international survey that was issued to all participants of challenges conducted in conjunction with the IEEE ISBI 2021 and MICCAI 2021 conferences (80 competitions in total). The survey covered participants' expertise and working environments, their chosen strategies, as well as algorithm characteristics. A median of 72% challenge participants took part in the survey. According to our results, knowledge exchange was the primary incentive (70%) for participation, while the reception of prize money played only a minor role (16%). While a median of 80 working hours was spent on method development, a large portion of participants stated that they did not have enough time for method development (32%). 25% perceived the infrastructure to be a bottleneck. Overall, 94% of all solutions were deep learning-based. Of these, 84% were based on standard architectures. 43% of the respondents reported that the data samples (e.g., images) were too large to be processed at once. This was most commonly addressed by patch-based training (69%), downsampling (37%), and solving 3D analysis tasks as a series of 2D tasks. K-fold cross-validation on the training set was performed by only 37% of the participants and only 50% of the participants performed ensembling based on multiple identical models (61%) or heterogeneous models (39%). 48% of the respondents applied postprocessing steps.

Approximately 1.25 million people in the United States are treated each year for burn injuries. Precise burn injury classification is an important aspect of the medical AI field. In this work, we propose an explainable human-in-the-loop framework for improving burn ultrasound classification models. Our framework leverages an explanation system based on the LIME classification explainer to corroborate and integrate a burn expert's knowledge -- suggesting new features and ensuring the validity of the model. Using this framework, we discover that B-mode ultrasound classifiers can be enhanced by supplying textural features. More specifically, we confirm that texture features based on the Gray Level Co-occurance Matrix (GLCM) of ultrasound frames can increase the accuracy of transfer learned burn depth classifiers. We test our hypothesis on real data from porcine subjects. We show improvements in the accuracy of burn depth classification -- from ~88% to ~94% -- once modified according to our framework.

扩散MRI拖拉术是一种先进的成像技术，可实现大脑白质连接的体内映射。白质拟层将拖拉机分类为簇或解剖学上有意义的区域。它可以量化和可视化全脑拖拉学。当前，大多数拟层方法都集中在深白质（DWM）上，而由于其复杂性，更少的方法解决了浅表白质（SWM）。我们提出了一种新型的两阶段深度学习的框架，即浅表白质分析（SUPWMA​​），该框架对全脑拖拉机的198个SWM簇进行了有效且一致的分析。一个基于点云的网络适应了我们的SWM分析任务，并且监督的对比度学习可以在SWM的合理流线和离群值之间进行更多的歧视性表示。我们在大规模拖拉机数据集上训练模型，包括来自标签的SWM簇和解剖学上难以置信的流线样本的简化样品，我们对六个不同年龄和健康状况的独立获取的数据集进行测试（包括新生儿和具有空间型脑肿瘤的患者） ）。与几种最先进的方法相比，SupWMA在所有数据集上获得了高度一致，准确的SWM分析结果，在整个健康和疾病的寿命中都良好的概括。另外，SUPWMA​​的计算速度比其他方法快得多。

白质图微观结构已显示出影响认知表现的神经心理学评分。但是，尚未尝试从白质图数据中预测这些分数。在本文中，我们提出了一个基于深度学习的框架，用于使用从扩散磁共振成像（DMRI）片段估计的微观结构测量结果进行神经心理学评分的预测，该框架的重点是基于接受语言的关键纤维纤维小道的接受性词汇评估任务的性能弓形筋膜（AF）。我们直接利用来自纤维道中所有点的信息，而无需按照传统上沿着光纤的平均数据进行扩散MRI Tractometry方法所要求的。具体而言，我们将AF表示为点云，每个点都有微观结构测量，从而可以采用基于点的神经网络。我们通过拟议的配对 - 塞亚姆损失来改善预测性能，该损失利用了有关连续神经心理学评分之间差异的信息。最后，我们提出了一种关键区域定位（CRL）算法来定位包含对预测结果有很大贡献的点的信息解剖区域。我们的方法对来自人类Connectome项目数据集的806名受试者的数据进行了评估。结果表明，与基线方法相比，神经心理评分的预测表现优异。我们发现，AF中的关键区域在受试者之间非常一致，额叶皮质区域的强大贡献最多（即，尾部中间额叶，pars opercularis和pars triangularis）与关键区域有着强烈的影响用于语言过程。

扩散MRI拖拉术是一种用于定量映射大脑结构连接性的高级成像技术。全脑拖拉机（WBT）数据包含数十万个单独的纤维流线（估计的大脑连接），并且通常会对这些数据进行分类，以创建用于数据分析应用（例如疾病分类）的紧凑表示形式。在本文中，我们提出了一种新颖的无拟合WBT分析框架Tractoformer，该框架在单个纤维流线的水平上利用拖拉术信息，并提供了使用变压器注意机制来解释结果的自然机制。 Tractoformer包括两个主要贡献。首先，我们提出了一个新颖而简单的2D图像表示WBT，Tractobedding，以编码3D纤维空间关系以及可以从单个纤维（例如FA或MD）计算的任何感兴趣的特征。其次，我们设计了一个基于视觉变压器（VIT）的网络，其中包括：1）数据增强以克服小数据集上过度适应模型的数据，2）识别判别纤维以解释结果，3）合奏学习以从不同大脑区域。在合成数据实验中，TractoFormer成功地识别了具有模拟组差异的判别纤维。在比较几种方法的疾病分类实验中，tractoformer在分类精神分裂症与对照方面达到了最高的精度。在左半球额叶和顶浅的白质区域中鉴定出判别性纤维，这些区域以前已被证明在精神分裂症患者中受到影响。

白质纤维聚类（WMFC）是白质细胞的重要策略，可以对健康和疾病中的白质连接进行定量分析。 WMFC通常以无监督的方式进行，而无需标记地面真相数据。尽管广泛使用的WMFC方法使用经典的机器学习技术显示出良好的性能，但深度学习的最新进展揭示了朝着快速有效的WMFC方向发展。在这项工作中，我们为WMFC，深纤维聚类（DFC）提出了一个新颖的深度学习框架，该框架解决了无监督的聚类问题，作为具有特定领域的借口任务，以预测成对的光纤距离。这使纤维表示能够在WMFC中学习已知的挑战，即聚类的敏感性对沿纤维的点排序的敏感性。我们设计了一种新颖的网络体系结构，该网络体系结构代表输入纤维作为点云，并允许从灰质拟合中纳入其他输入信息来源。因此，DFC利用有关白质纤维几何形状和灰质解剖结构的组合信息来改善纤维簇的解剖相干性。此外，DFC通过拒绝簇分配概率低的纤维来以自然方式进行异常去除。我们评估了三个独立获取的队列的DFC，包括来自220名性别，年龄（年轻和老年人）的220名个人的数据，以及不同的健康状况（健康对照和多种神经精神疾病）。我们将DFC与几种最先进的WMFC算法进行比较。实验结果表明，DFC在集群紧凑，泛化能力，解剖相干性和计算效率方面的表现出色。

深度学习（DL）模型为各种医学成像基准挑战提供了最先进的性能，包括脑肿瘤细分（BRATS）挑战。然而，局灶性病理多隔室分割（例如，肿瘤和病变子区）的任务特别具有挑战性，并且潜在的错误阻碍DL模型转化为临床工作流程。量化不确定形式的DL模型预测的可靠性，可以实现最不确定的地区的临床审查，从而建立信任并铺平临床翻译。最近，已经引入了许多不确定性估计方法，用于DL医学图像分割任务。开发指标评估和比较不确定性措施的表现将有助于最终用户制定更明智的决策。在本研究中，我们探索并评估在Brats 2019-2020任务期间开发的公制，以对不确定量化量化（Qu-Brats），并旨在评估和排列脑肿瘤多隔室分割的不确定性估计。该公制（1）奖励不确定性估计，对正确断言产生高置信度，以及在不正确的断言处分配低置信水平的估计数，（2）惩罚导致更高百分比的无关正确断言百分比的不确定性措施。我们进一步基准测试由14个独立参与的Qu-Brats 2020的分割不确定性，所有这些都参与了主要的Brats细分任务。总体而言，我们的研究结果证实了不确定性估计提供了分割算法的重要性和互补价值，因此突出了医学图像分析中不确定性量化的需求。我们的评估代码在HTTPS://github.com/ragmeh11/qu-brats公开提供。

为了实现与频分双工（FDD）模式的大规模多输入多输出（MIMO）系统的高数据速率的可靠通信，接收器处的估计信道状态信息（CSI）需要送回发射机。然而，通过越来越多的天线，反馈开销变得过高。在本文中，提出了一种用于毫米波（MMWAVE）大规模MIMO系统的两个阶段低级（TSLR）CSI反馈方案，以减少基于模型驱动的深度学习的反馈开销。此外，我们通过展开快速迭代收缩阈值算法（Fista）来设计一个名为Fista-Net的深度迭代神经网络，以实现更高效的CSI反馈。此外，基于注意机构，在Fista-Net中设计了收缩阈值网络（ST-Net），其可以自适应地选择阈值。仿真结果表明，所提出的TSLR CSI反馈方案和Fista-Net在各种场景中优于现有的算法。

在神经形态计算中，人工突触提供了一种基于来自神经元的输入来设置的多重导电状态，类似于大脑。可能需要超出多重权重的突触的附加属性，并且可以取决于应用程序，需要需要从相同材料生成不同的突触行为。这里，我们基于使用磁隧道结和磁畴壁的磁性材料测量人造突触。通过在单个磁隧道结下面的畴壁轨道中制造光刻槽口，我们实现了4-5个稳定的电阻状态，可以使用自旋轨道扭矩电气可重复控制。我们分析几何形状对突触行为的影响，表明梯形装置具有高可控性的不对称性重量，而直线装置具有较高的随机性，但具有稳定的电阻水平。设备数据被输入到神经形态计算模拟器中以显示特定于应用程序突触函数的有用性。实施应用于流式的时尚 - MNIST数据的人工神经网络，我们表明梯形磁突出可以用作高效在线学习的元塑功能。为CiFar-100图像识别实施卷积神经网络，我们表明直流突触由于其电阻水平的稳定性而达到近乎理想的推理精度。这项工作显示多重磁突触是神经形态计算的可行技术，并为新兴人工突触技术提供设计指南。

Covid-19的反复暴发对全球社会产生了持久的影响，该社会呼吁使用具有早期可用性的各种数据来预测大流行波。现有的预测模型可以预测使用移动性数据的第一次爆发浪潮可能不适用于多波预测，因为美国和日本的证据表明，不同波浪之间的流动性模式在感染情况下与波动表现出不同的关系。因此，为了预测多波大流行，我们提出了一个基于社会意识的图形神经网络（SAB-GNN），它考虑了与症状相关的Web搜索频率的衰减，以捕获多个波浪中公共意识的变化。我们的模型结合了GNN和LSTM，以建模城市地区之间的复杂关系，跨区域的移动性模式，Web搜索历史记录和未来的Covid-19感染。我们训练我们的模型，从2020年4月至2021年5月，在雅虎日本公司根据严格的隐私保护规则中收集的四个大流行浪潮中，使用其移动性和Web搜索数据来预测东京地区的未来大流行爆发。结果证明了我们的模型优于最先进的基线，例如ST-GNN，MPNN和GraphLSTM。尽管我们的模型在计算上并不昂贵（只有3层和10个隐藏的神经元），但提出的模型使公共机构能够预料并为将来的大流行爆发做准备。