成像表明临床前和人类肿瘤是异质性的，即单个肿瘤可以表现出多个区域，在正常发育过程中均表现出不同的行为，也可以反应治疗。在对照组肿瘤中观察到的大变化可能会掩盖由于归因于变化原因的歧义而导致的显着治疗作用的检测。由于实验设计的局限性，而不是由于治疗衰竭，这可能会阻碍有效疗法的发展。描述了对成像信号中生物变异和异质性进行建模的改进方法。具体而言，线性泊松建模（LPM）在放疗前和72小时之前评估了两种结直肠癌的异种移植模型，在放疗前和72小时后评估了明显的扩散效率（ADC）的变化。使用基本ADC分布参数的常规t检验分析将测量变化的统计显着性与可实现的变化的统计显着性进行了比较。当LPM应用于治疗的肿瘤时，LPM检测到了高度显着的变化。与常规方法相比，所有肿瘤的分析对于所有肿瘤都很重要，相当于4倍的增益（即等同于样本量大16倍）。相比之下，只有使用t检验在队列水平上检测到极大的变化，从而限制了其在个性化医学中的潜在用途，并增加了测试过程中所需的动物数量。此外，LPM使每个异种移植模型估计响应和非反应组织的相对体积。对处理过的异种移植物的剩余分析提供了质量控制并确定了潜在的异常值，从而提高了对临床相关样本量的LPM数据的信心。

公民科学已成为初步数据处理任务的流行工具，例如识别和计算现代高分辨率图像中的月球影响陨石坑。但是，使用此类数据要求公民科学产品是可以理解和可靠的。污染和缺失的数据可以降低数据集的实用性，因此必须量化此类效果很重要。本文介绍了一种基于新开发的定量模式识别系统（线性泊松模型），用于估计Moonzoo Citizen Science Crater数据中的污染水平。证据将表明，有可能取消污染的效果，参考一些商定的地面真理，从而导致估计的火山口计数高度可重复。但是，还将表明，目前难以实现丢失数据的纠正。这些技术在Apollo 17站点的Moonzoo公民科学火山口注释中进行了测试，并从同一地区的本科和专家成果进行了测试。

在过去二十年中，识别具有不同纵向数据趋势的群体的方法已经成为跨越许多研究领域的兴趣。为了支持研究人员，我们总结了文献关于纵向聚类的指导。此外，我们提供了一种纵向聚类方法，包括基于基团的轨迹建模（GBTM），生长混合模拟（GMM）和纵向K平均值（KML）。该方法在基本级别引入，并列出了强度，限制和模型扩展。在最近数据收集的发展之后，将注意这些方法的适用性赋予密集的纵向数据（ILD）。我们展示了使用R.中可用的包在合成数据集上的应用程序的应用。

在2015年和2019年之间，地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”，研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用，并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人，仍然在测试阶段，承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中，在研究和开发的那些中，最相关的新工具以及对其性能的评估。

在恶性原发性脑肿瘤中，癌细胞浸润到周围的脑结构中，导致不可避免的复发。对周围区域的浸润性异质性（活检或切除可能是危险的区域）的定量评估对于临床决策很重要。以前关于表征周围区域浸润性异质性的工作使用了各种成像方式，但是已经探索了细胞外无水运动限制的信息。在这里，我们通过使用基于扩散的张量成像（DTI）的自由水量分数图来表征一组独特的人工智能（AI）标记，从而捕获肿瘤浸润的异质性，从而捕获肿瘤的异质性。首先通过利用胶质母细胞瘤和脑转移的广泛不同的水扩散性能作为在周围肿瘤组织中有和没有浸润的区域的区域，首先提取了一种新型的基于体素的深度学习周围微环境指数（PMI）。均匀高PMI值的局部枢纽的描述性特征被提取为基于AI的标记，以捕获渗透性异质性的不同方面。提出的标记物应用于两个临床用例，对275个成人型弥漫性神经胶质瘤的独立人群（4级）分析，分析异氯酸盐 - 脱水酶1（IDH1） - wildtypes之间的生存持续时间以及带有IDH1-杀剂的差异。我们的发现提供了一系列标记物作为浸润的替代物，可捕获有关周围微观结构异质性生物学潜在生物学的独特见解，使其成为与生存和分子分层有关的预后生物标志物，并具有潜在的适用性在临床决策中。

农场动物成像的各种应用基于某些身体部位的重量和从动物的CT图像切割的估计。在许多情况下，由于扫描非镇静的活动物，通过CT图像中的姿势的巨大变化来增加问题的复杂性。在本文中，我们提出了一种估计来自（可能）活体动物的CT图像的切割和身体部位的重量的一般和鲁棒方法。我们通过弹性登记和联合功能和用于斗篷的回归分量的模型选择，适应基于多标准的分段以及具有大量特征和较少量的样本。通过兔育种程序中的真实应用来评估和说明所提出的技术，显示R ^ 2比以前的技术和方法高于以前的技术和方法。所提出的技术很容易适应类似的问题，因此，它在开源软件包中共享，以便为社区的利益。

通过磁共振成像（MRI）评估肿瘤负担对于评估胶质母细胞瘤的治疗反应至关重要。由于疾病的高异质性和复杂性，该评估的性能很复杂，并且与高变异性相关。在这项工作中，我们解决了这个问题，并提出了一条深度学习管道，用于对胶质母细胞瘤患者进行全自动的端到端分析。我们的方法同时确定了肿瘤的子区域，包括第一步的肿瘤，周围肿瘤和手术腔，然后计算出遵循神经符号学（RANO）标准的当前响应评估的体积和双相测量。此外，我们引入了严格的手动注释过程，其随后是人类专家描绘肿瘤子区域的，并捕获其分割的信心，后来在训练深度学习模型时被使用。我们广泛的实验研究的结果超过了760次术前和504例从公共数据库获得的神经胶质瘤后患者（2021 - 2020年在19个地点获得）和临床治疗试验（47和69个地点，可用于公共数据库（在19个地点获得）（47和69个地点）术前/术后患者，2009-2011）并以彻底的定量，定性和统计分析进行了备份，表明我们的管道在手动描述时间的一部分中对术前和术后MRI进行了准确的分割（最高20比人更快。二维和体积测量与专家放射科医生非常吻合，我们表明RANO测量并不总是足以量化肿瘤负担。

$ \ Texit {Fermi} $数据中的银河系中多余（GCE）的两个领先假设是一个未解决的微弱毫秒脉冲条件（MSP）和暗物质（DM）湮灭。这些解释之间的二分法通常通过将它们建模为两个单独的发射组分来反映。然而，诸如MSP的点源（PSS）在超微弱的极限中具有统计变质的泊松发射（正式的位置，预期每个来源平均贡献远低于一个光子），导致可能提出问题的歧义如排放是否是PS样或性质中的泊松人。我们提出了一种概念上的新方法，以统一的方式描述PS和泊松发射，并且刚刚从此获得的结果中获得了对泊松组件的约束。为了实现这种方法，我们利用深度学习技术，围绕基于神经网络的方法，用于直方图回归，其表达量数量的不确定性。我们证明我们的方法对许多困扰先前接近的系统，特别是DM / PS误操作来稳健。在$ \ texit {fermi} $数据中，我们发现由$ \ sim4 \ times 10 ^ {-11} \ \ text {counts} \ {counts} \ text {counts} \ text {counts} \ \ text {cm} ^ { - 2} \ \ text {s} ^ { - 1} $（对应于$ \ sim3 - 4 $每pL期望计数），这需要$ n \ sim \ mathcal {o}（ 10 ^ 4）$源来解释整个过剩（中位数价值$ n = \文本{29,300} $横跨天空）。虽然微弱，但这种SCD允许我们获得95％信心的Poissonian比赛的约束$ \ eta_p \ leq 66 \％$。这表明大量的GCE通量是由于PSS 。

组合多站点数据可以加强和揭示趋势，但是是由可以偏向数据的特定特定协变量的影响，因此任何下游分析都会受到任何可能的任务。 HOC后期多站点校正方法存在但具有强烈的假设，通常不会在现实世界中持有。算法应该以可以解释特定于站点的效果的方式设计，例如从序列参数选择中出现的那些，并且在泛型失败的情况下，应该能够通过明确的不确定性建模来识别这种失败。该工作正文展示了这种算法，这可以在分割任务的背景下对收购物理学变得强大，同时建模不确定性。我们展示我们的方法不仅概括为完全熔断数据集，保留了分割质量，但同时也会考虑特定于站点的序列选择，这也允许它作为统一工具执行。

Clinical diagnostic and treatment decisions rely upon the integration of patient-specific data with clinical reasoning. Cancer presents a unique context that influence treatment decisions, given its diverse forms of disease evolution. Biomedical imaging allows noninvasive assessment of disease based on visual evaluations leading to better clinical outcome prediction and therapeutic planning. Early methods of brain cancer characterization predominantly relied upon statistical modeling of neuroimaging data. Driven by the breakthroughs in computer vision, deep learning became the de facto standard in the domain of medical imaging. Integrated statistical and deep learning methods have recently emerged as a new direction in the automation of the medical practice unifying multi-disciplinary knowledge in medicine, statistics, and artificial intelligence. In this study, we critically review major statistical and deep learning models and their applications in brain imaging research with a focus on MRI-based brain tumor segmentation. The results do highlight that model-driven classical statistics and data-driven deep learning is a potent combination for developing automated systems in clinical oncology.

Non-invasive prostate cancer detection from MRI has the potential to revolutionize patient care by providing early detection of clinically-significant disease (ISUP grade group >= 2), but has thus far shown limited positive predictive value. To address this, we present an MRI-based deep learning method for predicting clinically significant prostate cancer applicable to a patient population with subsequent ground truth biopsy results ranging from benign pathology to ISUP grade group~5. Specifically, we demonstrate that mixed supervision via diverse histopathological ground truth improves classification performance despite the cost of reduced concordance with image-based segmentation. That is, where prior approaches have utilized pathology results as ground truth derived from targeted biopsies and whole-mount prostatectomy to strongly supervise the localization of clinically significant cancer, our approach also utilizes weak supervision signals extracted from nontargeted systematic biopsies with regional localization to improve overall performance. Our key innovation is performing regression by distribution rather than simply by value, enabling use of additional pathology findings traditionally ignored by deep learning strategies. We evaluated our model on a dataset of 973 (testing n=160) multi-parametric prostate MRI exams collected at UCSF from 2015-2018 followed by MRI/ultrasound fusion (targeted) biopsy and systematic (nontargeted) biopsy of the prostate gland, demonstrating that deep networks trained with mixed supervision of histopathology can significantly exceed the performance of the Prostate Imaging-Reporting and Data System (PI-RADS) clinical standard for prostate MRI interpretation.

在这项研究中，将放射学方法扩展到用于组织分类的光学荧光分子成像数据，称为“验光”。荧光分子成像正在出现在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）切除期间的精确手术引导。然而，肿瘤到正常的组织对比与靶分子表皮生长因子受体（EGFR）的异质表达的内在生理局限性混淆。验光学试图通过探测荧光传达的EGFR表达中的质地模式差异来改善肿瘤识别。从荧光图像样品中提取了总共1,472个标准化的验光特征。涉及支持矢量机分类器的监督机器学习管道接受了25个顶级功能的培训，这些功能由最小冗余最大相关标准选择。通过将切除组织的图像贴片分类为组织学确认的恶性肿瘤状态，将模型预测性能与荧光强度阈值方法进行了比较。与荧光强度阈值方法相比，验光方法在所有测试集样品中提供了一致的预测准确性（无剂量）（平均精度为89％vs. 81％； P = 0.0072）。改进的性能表明，将放射线学方法扩展到荧光分子成像数据为荧光引导手术中的癌症检测提供了有希望的图像分析技术。

大脑中的功能连接通常由加权网络表示，其中节点表示大脑中的位置，并且边缘表示这些位置之间的连接强度。分析这些数据的一个挑战是各个边缘水平的推断并不是特别生物学上的意义;解释在所谓的功能区域或节点组和它们之间的连接级别更有用;这通常被称为神经影像学文献中的“图表感知”推断。然而，汇集功能区域导致信息损失和更低的准确性。另一个挑战是主题内的边缘权重之间的相关性，这使得基于独立假设不可靠的推断。我们通过线性混合效果模型来解决这两种挑战，该挑战涉及功能区域和边缘依赖性，同时仍然建模各个边缘权重，以避免丢失信息。该模型允许将两种群体（例如患者和健康对照）进行比较，无论是在功能区水平和各个边缘水平，都导致生物学上有意义的解释。我们将该模型符合精神分裂症和健康控制的休息状态FMRI数据，获得与精神分裂症文献一致的可解释结果。

成像生物标志物提供了一种无创的方法来预测治疗前免疫疗法的反应。在这项工作中，我们提出了一种从卷积神经网络（CNN）计算出的新型深度放射素特征（DRF），该特征捕获了与免疫细胞标记和整体生存有关的肿瘤特征。我们的研究使用四个MRI序列（T1加权，T1加权后对比，T2加权和FLAIR），并具有151例脑肿瘤患者的相应免疫细胞标记。该方法通过在MRI扫描的标记肿瘤区域内聚集了预训练的3D-CNN的激活图，从而提取了180个DRF。这些功能提供了编码组织异质性的区域纹理的紧凑而有力的表示。进行了一组全面的实验，以评估所提出的DRF和免疫细胞标记之间的关系，并衡量它们与整体生存的关联。结果表明，DRF和各种标记之间存在很高的相关性，以及根据这些标记分组的患者之间的显着差异。此外，将DRF，临床特征和免疫细胞标记组合为随机森林分类器的输入有助于区分短期和长期生存结果，AUC为72 \％，P = 2.36 $ \ times $ 10 $^{ - 5} $。这些结果证明了拟议的DRF作为非侵入性生物标志物在预测脑肿瘤患者的治疗反应中的有用性。

背景：虽然卷积神经网络（CNN）实现了检测基于磁共振成像（MRI）扫描的阿尔茨海默病（AD）痴呆的高诊断准确性，但它们尚未应用于临床常规。这是一个重要原因是缺乏模型可理解性。最近开发的用于导出CNN相关性图的可视化方法可能有助于填补这种差距。我们调查了具有更高准确性的模型还依赖于先前知识预定义的判别脑区域。方法：我们培训了CNN，用于检测痴呆症和Amnestic认知障碍（MCI）患者的N = 663 T1加权MRI扫描的AD，并通过交叉验证和三个独立样本验证模型的准确性= 1655例。我们评估了相关评分和海马体积的关联，以验证这种方法的临床效用。为了提高模型可理解性，我们实现了3D CNN相关性图的交互式可视化。结果：跨三个独立数据集，组分离表现出广告痴呆症与控制的高精度（AUC $ \ GEQUQ $ 0.92）和MCI与控制的中等精度（AUC $ \约0.75美元）。相关性图表明海马萎缩被认为是广告检测的最具信息性因素，其其他皮质和皮质区域中的萎缩额外贡献。海马内的相关评分与海马体积高度相关（Pearson的r $ \大约$ -0.86，p <0.001）。结论：相关性地图突出了我们假设先验的地区的萎缩。这加强了CNN模型的可理解性，这些模型基于扫描和诊断标签以纯粹的数据驱动方式培训。

非线性动态系统的识别仍然是整个工程的重大挑战。这项工作提出了一种基于贝叶斯过滤的方法，以提取和确定系统中未知的非线性项的贡献，可以将其视为恢复力表面类型方法的替代观点。为了实现这种识别，最初将非线性恢复力的贡献作为高斯过程建模。该高斯过程将转换为状态空间模型，并与系统的线性动态组件结合使用。然后，通过推断过滤和平滑分布，可以提取系统的内部状态和非线性恢复力。在这些状态下，可以构建非线性模型。在模拟案例研究和实验基准数据集中，该方法被证明是有效的。

Rapid advancements in collection and dissemination of multi-platform molecular and genomics data has resulted in enormous opportunities to aggregate such data in order to understand, prevent, and treat human diseases. While significant improvements have been made in multi-omic data integration methods to discover biological markers and mechanisms underlying both prognosis and treatment, the precise cellular functions governing these complex mechanisms still need detailed and data-driven de-novo evaluations. We propose a framework called Functional Integrative Bayesian Analysis of High-dimensional Multiplatform Genomic Data (fiBAG), that allows simultaneous identification of upstream functional evidence of proteogenomic biomarkers and the incorporation of such knowledge in Bayesian variable selection models to improve signal detection. fiBAG employs a conflation of Gaussian process models to quantify (possibly non-linear) functional evidence via Bayes factors, which are then mapped to a novel calibrated spike-and-slab prior, thus guiding selection and providing functional relevance to the associations with patient outcomes. Using simulations, we illustrate how integrative methods with functional calibration have higher power to detect disease related markers than non-integrative approaches. We demonstrate the profitability of fiBAG via a pan-cancer analysis of 14 cancer types to identify and assess the cellular mechanisms of proteogenomic markers associated with cancer stemness and patient survival.

神经胶质瘤是由不同高度异质组织学子区域组成的脑肿瘤。鉴定相关肿瘤子结构的图像分析技术具有改善患者诊断，治疗和预后的高潜力。但是，由于神经胶质瘤的异质性高，分割任务目前是医学图像分析领域的主要挑战。在目前的工作中，研究了由神经胶质瘤的多模式MRI扫描组成的2018年脑肿瘤分割（BRAT）挑战的数据库。提出了基于卷积神经网络（CNN）的设计和应用的分割方法，并结合了原始的后处理技术，其计算需求较低。后处理技术是分割中获得的结果的主要负责。分段区域是整个肿瘤，肿瘤核和增强的肿瘤核，分别获得等于0.8934、0.8376和0.8113的平均骰子系数。这些结果达到了由挑战的获胜者确定的神经胶质瘤分割的最新现状。

非常希望知道模型的预测是多么不确定，特别是对于复杂的模型和难以理解的模型，如深度学习。虽然在扩散加权MRI中使用深度学习方法，但事先作品没有解决模型不确定性的问题。在这里，我们提出了一种深入的学习方法来估计扩散张量并计算估计不确定性。数据相关的不确定性由网络直接计算，并通过损耗衰减学习。使用Monte Carlo辍学来计算模型不确定性。我们还提出了一种评估预测不确定性的质量的新方法。我们将新方法与标准最小二乘张量估计和基于引导的不确定性计算技术进行比较。我们的实验表明，当测量数量小时，深度学习方法更准确，并且其不确定性预测比标准方法更好地校准。我们表明，新方法计算的估计不确定性可以突出显示模型的偏置，检测域移位，并反映测量中的噪声强度。我们的研究表明了基于深度学习的扩散MRI分析中建模预测不确定性的重要性和实际价值。

This article focuses on the control center of each human body: the brain. We will point out the pivotal role of the cerebral vasculature and how its complex mechanisms may vary between subjects. We then emphasize a specific acute pathological state, i.e., acute ischemic stroke, and show how medical imaging and its analysis can be used to define the treatment. We show how the core-penumbra concept is used in practice using mismatch criteria and how machine learning can be used to make predictions of the final infarct, either via deconvolution or convolutional neural networks.