In biomedical image analysis, the applicability of deep learning methods is directly impacted by the quantity of image data available. This is due to deep learning models requiring large image datasets to provide high-level performance. Generative Adversarial Networks (GANs) have been widely utilized to address data limitations through the generation of synthetic biomedical images. GANs consist of two models. The generator, a model that learns how to produce synthetic images based on the feedback it receives. The discriminator, a model that classifies an image as synthetic or real and provides feedback to the generator. Throughout the training process, a GAN can experience several technical challenges that impede the generation of suitable synthetic imagery. First, the mode collapse problem whereby the generator either produces an identical image or produces a uniform image from distinct input features. Second, the non-convergence problem whereby the gradient descent optimizer fails to reach a Nash equilibrium. Thirdly, the vanishing gradient problem whereby unstable training behavior occurs due to the discriminator achieving optimal classification performance resulting in no meaningful feedback being provided to the generator. These problems result in the production of synthetic imagery that is blurry, unrealistic, and less diverse. To date, there has been no survey article outlining the impact of these technical challenges in the context of the biomedical imagery domain. This work presents a review and taxonomy based on solutions to the training problems of GANs in the biomedical imaging domain. This survey highlights important challenges and outlines future research directions about the training of GANs in the domain of biomedical imagery.

生成的对抗网络（GAN）是在众多领域成功使用的一种强大的深度学习模型。它们属于一个称为生成方法的更广泛的家族，该家族通过从真实示例中学习样本分布来生成新数据。在临床背景下，与传统的生成方法相比，GAN在捕获空间复杂，非线性和潜在微妙的疾病作用方面表现出增强的能力。这篇综述评估了有关gan在各种神经系统疾病的成像研究中的应用的现有文献，包括阿尔茨海默氏病，脑肿瘤，脑老化和多发性硬化症。我们为每个应用程序提供了各种GAN方法的直观解释，并进一步讨论了在神经影像学中利用gans的主要挑战，开放问题以及有希望的未来方向。我们旨在通过强调如何利用gan来支持临床决策，并有助于更好地理解脑部疾病的结构和功能模式，从而弥合先进的深度学习方法和神经病学研究之间的差距。

数据已成为当今世界上最有价值的资源。随着数据驱动算法的大量扩散，例如基于深度学习的方法，数据的可用性引起了极大的兴趣。在这种情况下，特别需要高质量的培训，验证和测试数据集。体积数据是医学中非常重要的资源，因为它范围从疾病诊断到治疗监测。如果数据集足够，则可以培训模型来帮助医生完成这些任务。不幸的是，在某些情况和应用程序中，大量数据不可用。例如，在医疗领域，罕见疾病和隐私问题可能导致数据可用性受到限制。在非医学领域，获得足够数量的高质量数据的高成本也可能引起人们的关注。解决这些问题的方法可能是生成合成数据，以结合其他更传统的数据增强方法来执行数据增强。因此，关于3D生成对抗网络（GAN）的大多数出版物都在医疗领域内。生成现实合成数据的机制的存在是克服这一挑战的好资产，尤其是在医疗保健中，因为数据必须具有良好的质量并且接近现实，即现实，并且没有隐私问题。在这篇综述中，我们提供了使用GAN生成现实的3D合成数据的作品的摘要。因此，我们概述了具有共同体系结构，优势和缺点的这些领域中基于GAN的方法。我们提出了一种新颖的分类学，评估，挑战和研究机会，以提供医学和其他领域甘恩当前状态的整体概述。

与CNN的分类，分割或对象检测相比，生成网络的目标和方法根本不同。最初，它们不是作为图像分析工具，而是生成自然看起来的图像。已经提出了对抗性训练范式来稳定生成方法，并已被证明是非常成功的 - 尽管绝不是第一次尝试。本章对生成对抗网络（GAN）的动机进行了基本介绍，并通​​过抽象基本任务和工作机制并得出了早期实用方法的困难来追溯其成功的道路。将显示进行更稳定的训练方法，也将显示出不良收敛及其原因的典型迹象。尽管本章侧重于用于图像生成和图像分析的gan，但对抗性训练范式本身并非特定于图像，并且在图像分析中也概括了任务。在将GAN与最近进入场景的进一步生成建模方法进行对比之前，将闻名图像语义分割和异常检测的架构示例。这将允许对限制的上下文化观点，但也可以对gans有好处。

基于深度学习的计算机辅助诊断（CAD）已成为医疗行业的重要诊断技术，有效提高诊断精度。然而，脑肿瘤磁共振（MR）图像数据集的稀缺性导致深度学习算法的低性能。传统数据增强（DA）生成的转换图像的分布本质上类似于原始的图像，从而在泛化能力方面产生有限的性能。这项工作提高了具有结构相似性损失功能（PGGAN-SSIM）的GAN的逐步生长，以解决图像模糊问题和模型崩溃。我们还探讨了其他基于GAN的数据增强，以证明所提出的模型的有效性。我们的结果表明，PGGAN-SSIM成功地生成了256x256的现实脑肿瘤MR图像，填充了原始数据集未发现的真实图像分布。此外，PGGAN-SSSIM超过了其他基于GAN的方法，实现了FRECHET成立距离（FID）和多尺度结构相似性（MS-SSIM）的有希望的性能提升。

Generative adversarial networks (GANs) provide a way to learn deep representations without extensively annotated training data. They achieve this through deriving backpropagation signals through a competitive process involving a pair of networks. The representations that can be learned by GANs may be used in a variety of applications, including image synthesis, semantic image editing, style transfer, image super-resolution and classification. The aim of this review paper is to provide an overview of GANs for the signal processing community, drawing on familiar analogies and concepts where possible. In addition to identifying different methods for training and constructing GANs, we also point to remaining challenges in their theory and application.

由于能够产生与实际数据的显着统计相似性的高质量数据，生成的对抗性网络（GANS）最近在AI社区中引起了相当大的关注。从根本上，GaN是在训练中以越野方式训练的两个神经网络之间的游戏，以达到零和纳什均衡轮廓。尽管在过去几年中在GAN完成了改进，但仍有几个问题仍有待解决。本文评论了GANS游戏理论方面的文献，并解决了游戏理论模型如何应对生成模型的特殊挑战，提高GAN的表现。我们首先提出一些预备，包括基本GaN模型和一些博弈论背景。然后，我们将分类系统将最先进的解决方案分为三个主要类别：修改的游戏模型，修改的架构和修改的学习方法。分类基于通过文献中提出的游戏理论方法对基本GaN模型进行的修改。然后，我们探讨每个类别的目标，并讨论每个类别的最新作品。最后，我们讨论了这一领域的剩余挑战，并提出了未来的研究方向。

The existence of completely aligned and paired multi-modal neuroimaging data has proved its effectiveness in diagnosis of brain diseases. However, collecting the full set of well-aligned and paired data is expensive or even impractical, since the practical difficulties may include high cost, long time acquisition, image corruption, and privacy issues. A realistic solution is to explore either an unsupervised learning or a semi-supervised learning to synthesize the absent neuroimaging data. In this paper, we are the first one to comprehensively approach cross-modality neuroimage synthesis task from different perspectives, which include the level of the supervision (especially for weakly-supervised and unsupervised), loss function, evaluation metrics, the range of modality synthesis, datasets (aligned, private and public) and the synthesis-based downstream tasks. To begin with, we highlight several opening challenges for cross-modality neuroimage sysnthesis. Then we summarize the architecture of cross-modality synthesis under various of supervision level. In addition, we provide in-depth analysis of how cross-modality neuroimage synthesis can improve the performance of different downstream tasks. Finally, we re-evaluate the open challenges and point out the future directions for the remaining challenges. All resources are available at https://github.com/M-3LAB/awesome-multimodal-brain-image-systhesis

现实的高光谱图像（HSI）超分辨率（SR）技术旨在从其低分辨率（LR）对应物中产生具有更高光谱和空间忠诚的高分辨率（HR）HSI。生成的对抗网络（GAN）已被证明是图像超分辨率的有效深入学习框架。然而，现有GaN的模型的优化过程经常存在模式崩溃问题，导致光谱间不变重建容量有限。这可能导致所生成的HSI上的光谱空间失真，尤其是具有大的升级因子。为了缓解模式崩溃的问题，这项工作提出了一种与潜在编码器（Le-GaN）耦合的新型GaN模型，其可以将产生的光谱空间特征从图像空间映射到潜在空间并产生耦合组件正规化生成的样本。基本上，我们将HSI视为嵌入在潜在空间中的高维歧管。因此，GaN模型的优化被转换为学习潜在空间中的高分辨率HSI样本的分布的问题，使得产生的超分辨率HSI的分布更接近其原始高分辨率对应物的那些。我们对超级分辨率的模型性能进行了实验评估及其在缓解模式崩溃中的能力。基于具有不同传感器（即Aviris和UHD-185）的两种实际HSI数据集进行了测试和验证，用于各种升高因素并增加噪声水平，并与最先进的超分辨率模型相比（即Hyconet，LTTR，Bagan，SR-GaN，Wgan）。

生成对抗网络（GAN）具有许多潜在的医学成像应用，包括数据扩展，域适应和模型解释。由于图形处理单元（GPU）的记忆力有限，因此在低分辨率的医学图像上对当前的3D GAN模型进行了训练，因此这些模型要么无法扩展到高分辨率，要么容易出现斑驳的人工制品。在这项工作中，我们提出了一种新颖的端到端GAN体系结构，可以生成高分辨率3D图像。我们通过使用训练和推理之间的不同配置来实现这一目标。在训练过程中，我们采用了层次结构，该结构同时生成图像的低分辨率版本和高分辨率图像的随机选择子量。层次设计具有两个优点：首先，对高分辨率图像训练的记忆需求在子量之间摊销。此外，将高分辨率子体积固定在单个低分辨率图像上可确保子量化之间的解剖一致性。在推断期间，我们的模型可以直接生成完整的高分辨率图像。我们还将具有类似层次结构的编码器纳入模型中，以从图像中提取特征。 3D胸CT和脑MRI的实验表明，我们的方法在图像生成中的表现优于最新技术。我们还证明了所提出的模型在数据增强和临床相关特征提取中的临床应用。

随着深度学习方法的进步，如深度卷积神经网络，残余神经网络，对抗网络的进步。 U-Net架构最广泛利用生物医学图像分割，以解决目标区域或子区域的识别和检测的自动化。在最近的研究中，基于U-Net的方法在不同应用中显示了最先进的性能，以便在脑肿瘤，肺癌，阿尔茨海默，乳腺癌等疾病的早期诊断和治疗中发育计算机辅助诊断系统等，使用各种方式。本文通过描述U-Net框架来提出这些方法的成功，然后通过执行1）型号的U-Net变体进行综合分析，2）模特内分类，建立更好的见解相关的挑战和解决方案。此外，本文还强调了基于U-Net框架在持续的大流行病，严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-COV-2）中的贡献也称为Covid-19。最后，分析了这些U-Net变体的优点和相似性以及生物医学图像分割所涉及的挑战，以发现该领域的未来未来的研究方向。

从文本描述中综合现实图像是计算机视觉中的主要挑战。当前对图像合成方法的文本缺乏产生代表文本描述符的高分辨率图像。大多数现有的研究都依赖于生成的对抗网络（GAN）或变异自动编码器（VAE）。甘斯具有产生更清晰的图像的能力，但缺乏输出的多样性，而VAE擅长生产各种输出，但是产生的图像通常是模糊的。考虑到gan和vaes的相对优势，我们提出了一个新的有条件VAE（CVAE）和条件gan（CGAN）网络架构，用于合成以文本描述为条件的图像。这项研究使用条件VAE作为初始发电机来生成文本描述符的高级草图。这款来自第一阶段的高级草图输出和文本描述符被用作条件GAN网络的输入。第二阶段GAN产生256x256高分辨率图像。所提出的体系结构受益于条件加强和有条件的GAN网络的残留块，以实现结果。使用CUB和Oxford-102数据集进行了多个实验，并将所提出方法的结果与Stackgan等最新技术进行了比较。实验表明，所提出的方法生成了以文本描述为条件的高分辨率图像，并使用两个数据集基于Inception和Frechet Inception评分产生竞争结果

组织病理学分析是对癌前病变诊断的本金标准。从数字图像自动组织病理学分类的目标需要监督培训，这需要大量的专家注释，这可能是昂贵且耗时的收集。同时，精确分类从全幻灯片裁剪的图像斑块对于基于标准滑动窗口的组织病理学幻灯片分类方法是必不可少的。为了减轻这些问题，我们提出了一个精心设计的条件GaN模型，即hostogan，用于在类标签上合成现实组织病理学图像补丁。我们还研究了一种新颖的合成增强框架，可选择地添加由我们提出的HADOGAN生成的新的合成图像补丁，而不是直接扩展与合成图像的训练集。通过基于其指定标签的置信度和实际标记图像的特征相似性选择合成图像，我们的框架为合成增强提供了质量保证。我们的模型在两个数据集上进行评估：具有有限注释的宫颈组织病理学图像数据集，以及具有转移性癌症的淋巴结组织病理学图像的另一个数据集。在这里，我们表明利用具有选择性增强的组织产生的图像导致对宫颈组织病理学和转移性癌症数据集分别的分类性能（分别为6.7％和2.8％）的显着和一致性。

生成对抗网络（GAN）是最受欢迎的图像生成模型，在各种计算机视觉任务上取得了显着进度。但是，训练不稳定仍然是所有基于GAN的算法的开放问题之一。已经提出了许多方法来稳定gan的训练，其重点分别放在损失功能，正则化和归一化技术，训练算法和模型体系结构上。与上述方法不同，在本文中，提出了有关稳定gan训练的新观点。发现有时发电机产生的图像在训练过程中像歧视者的对抗示例一样，这可能是导致gan不稳定训练的原因的一部分。有了这一发现，我们提出了直接的对抗训练（DAT）方法来稳定gan的训练过程。此外，我们证明DAT方法能够适应歧视器的Lipschitz常数。 DAT的高级性能在多个损失功能，网络体系结构，超参数和数据集上进行了验证。具体而言，基于SSGAN的CIFAR-100无条件生成，DAT在CIFAR-100的无条件生成上实现了11.5％的FID，基于SSGAN的STL-10无条件生成的FID和基于SSGAN的LSUN卧室无条件生成的13.2％FID。代码将在https://github.com/iceli1007/dat-gan上找到

生成的对抗网络（GANS）最近引入了执行图像到图像翻译的有效方法。这些模型可以应用于图像到图像到图像转换中的各种域而不改变任何参数。在本文中，我们调查并分析了八个图像到图像生成的对策网络：PIX2PX，Cyclegan，Cogan，Stargan，Munit，Stargan2，Da-Gan，以及自我关注GaN。这些模型中的每一个都呈现了最先进的结果，并引入了构建图像到图像的新技术。除了对模型的调查外，我们还调查了他们接受培训的18个数据集，并在其上进行了评估的9个指标。最后，我们在常见的一组指标和数据集中呈现6种这些模型的受控实验的结果。结果混合并显示，在某些数据集，任务和指标上，某些型号优于其他型号。本文的最后一部分讨论了这些结果并建立了未来研究领域。由于研究人员继续创新新的图像到图像GAN，因此他们非常重要地了解现有方法，数据集和指标。本文提供了全面的概述和讨论，以帮助构建此基础。

由于简单但有效的训练机制和出色的图像产生质量，生成的对抗网络（GAN）引起了极大的关注。具有生成照片现实的高分辨率（例如$ 1024 \ times1024 $）的能力，最近的GAN模型已大大缩小了生成的图像与真实图像之间的差距。因此，许多最近的作品表明，通过利用良好的潜在空间和博学的gan先验来利用预先训练的GAN模型的新兴兴趣。在本文中，我们简要回顾了从三个方面利用预先培训的大规模GAN模型的最新进展，即1）大规模生成对抗网络的培训，2）探索和理解预训练的GAN模型，以及预先培训的GAN模型，以及3）利用这些模型进行后续任务，例如图像恢复和编辑。有关相关方法和存储库的更多信息，请访问https://github.com/csmliu/pretretaining-gans。

这是关于生成对抗性网络（GaN），对抗性自身额外的教程和调查纸张及其变体。我们开始解释对抗性学习和香草甘。然后，我们解释了条件GaN和DCGAN。介绍了模式崩溃问题，介绍了各种方法，包括小纤维GaN，展开GaN，Bourgan，混合GaN，D2Gan和Wasserstein GaN，用于解决这个问题。然后，GaN中的最大似然估计与F-GaN，对抗性变分贝叶斯和贝叶斯甘甘相同。然后，我们涵盖了GaN，Infogan，Gran，Lsgan，Enfogan，Gran，Lsgan，Catgan，MMD Gan，Lapgan，Progressive Gan，Triple Gan，Lag，Gman，Adagan，Cogan，逆甘，Bigan，Ali，Sagan，Sagan，Sagan，Sagan，甘肃，甘肃，甘河的插值和评估。然后，我们介绍了GaN的一些应用，例如图像到图像转换（包括Pacchgan，Cyclegan，Deepfacedrawing，模拟GaN，Interactive GaN），文本到图像转换（包括Stackgan）和混合图像特征（包括罚球和mixnmatch）。最后，我们解释了基于对冲学习的AutoEncoders，包括对手AutoEncoder，Pixelgan和隐式AutoEncoder。

深度学习属于人工智能领域，机器执行通常需要某种人类智能的任务。类似于大脑的基本结构，深度学习算法包括一种人工神经网络，其类似于生物脑结构。利用他们的感官模仿人类的学习过程，深入学习网络被送入（感官）数据，如文本，图像，视频或声音。这些网络在不同的任务中优于最先进的方法，因此，整个领域在过去几年中看到了指数增长。这种增长在过去几年中每年超过10,000多种出版物。例如，只有在医疗领域中的所有出版物中覆盖的搜索引擎只能在Q3 2020中覆盖所有出版物的子集，用于搜索术语“深度学习”，其中大约90％来自过去三年。因此，对深度学习领域的完全概述已经不可能在不久的将来获得，并且在不久的将来可能会难以获得难以获得子场的概要。但是，有几个关于深度学习的综述文章，这些文章专注于特定的科学领域或应用程序，例如计算机愿景的深度学习进步或在物体检测等特定任务中进行。随着这些调查作为基础，这一贡献的目的是提供对不同科学学科的深度学习的第一个高级，分类的元调查。根据底层数据来源（图像，语言，医疗，混合）选择了类别（计算机愿景，语言处理，医疗信息和其他工程）。此外，我们还审查了每个子类别的常见架构，方法，专业，利弊，评估，挑战和未来方向。

类别不平衡发生在许多实际应用程序中，包括图像分类，其中每个类中的图像数量显着不同。通过不平衡数据，生成的对抗网络（GANS）倾向于多数类样本。最近的两个方法，平衡GaN（Bagan）和改进的Bagan（Bagan-GP）被提出为增强工具来处理此问题并将余额恢复到数据。前者以无人监督的方式预先训练自动化器权重。但是，当来自不同类别的图像具有类似的特征时，它是不稳定的。后者通过促进监督的自动化培训培训，基于蒲甘进行改善，但预先培训偏向于多数阶级。在这项工作中，我们提出了一种新颖的条件变形式自动化器，具有用于生成的对抗性网络（CAPAN）的平衡训练，作为生成现实合成图像的增强工具。特别是，我们利用条件卷积改变自动化器，为GaN初始化和梯度惩罚培训提供了监督和平衡的预培训。我们所提出的方法在高度不平衡版本的MNIST，时尚 - MNIST，CIFAR-10和两个医学成像数据集中呈现出卓越的性能。我们的方法可以在FR \'回路截止距离，结构相似性指数测量和感知质量方面综合高质量的少数民族样本。

本文提出了有条件生成对抗性网络（CGANS）的两个重要贡献，以改善利用此架构的各种应用。第一个主要贡献是对CGANS的分析表明它们没有明确条件。特别地，将显示鉴别者和随后的Cgan不会自动学习输入之间的条件。第二种贡献是一种新方法，称为逆时针，该方法通过新颖的逆损失明确地模拟了对抗架构的两部分的条件，涉及培训鉴别者学习无条件（不利）示例。这导致了用于GANS（逆学习）的新型数据增强方法，其允许使用不利示例将发电机的搜索空间限制为条件输出。通过提出概率分布分析，进行广泛的实验以评估判别符的条件。与不同应用的CGAN架构的比较显示了众所周知的数据集的性能的显着改进，包括使用不同度量的不同度量的语义图像合成，图像分割，单眼深度预测和“单个标签” - 图像（FID） ），平均联盟（Miou）交叉口，根均线误差日志（RMSE日志）和统计上不同的箱数（NDB）。