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。

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。

脑转移性疾病的治疗决策依赖于主要器官位点的知识，目前用活组织检查和组织学进行。在这里，我们开发了一种具有全脑MRI数据的准确非侵入性数字组织学的新型深度学习方法。我们的IRB批准的单网回顾性研究由患者（n = 1,399）组成，提及MRI治疗规划和伽马刀放射牢房超过19年。对比增强的T1加权和T2加权流体减毒的反转恢复脑MRI考试（n = 1,582）被预处理，并输入肿瘤细分，模态转移和主要部位分类的建议深度学习工作流程为五个课程之一（肺，乳腺，黑色素瘤，肾等）。十倍的交叉验证产生的总体AUC为0.947（95％CI：0.938,0.955），肺类AUC，0.899（95％CI：0.884,0.915），乳房类AUC为0.990（95％CI：0.983,0.997） ，黑色素瘤ACAC为0.882（95％CI：0.858,0.906），肾类AUC为0.870（95％CI：0.823,0.918），以及0.885的其他AUC（95％CI：0.843,0.949）。这些数据确定全脑成像特征是判别的，以便准确诊断恶性肿瘤的主要器官位点。我们的端到端深度射出方法具有巨大的分类来自全脑MRI图像的转移性肿瘤类型。进一步的细化可以提供一种无价的临床工具，以加快对精密治疗和改进的结果的原发性癌症现场鉴定。

目的;这项研究的目的是通过将机器学习应用于多模式MRI特征，将神经胶质肿瘤分为II，III和IV类别，与体积分析相比。方法;我们回顾性地研究了57例在3T MRI上获取的T2加权，T2加权，Flair图像和ADC MAP的胶质瘤患者。使用ITK-SNAP开源工具的半小局分割，将肿瘤分割为增强和非增强部分，肿瘤坏死，囊肿和水肿。我们测量了总肿瘤量，增强的非肿瘤，水肿，坏死体积以及与总肿瘤量的比率。对培训载体机（SVM）分类器和人工神经网络（ANN）进行了标记的数据，旨在回答感兴趣的问题。通过ROC分析计算预测的特异性，灵敏度和AUC。使用Kruskall Wallis评估了组之间连续度量的差异，并进行了事后DUNN校正以进行多次比较。结果;当我们比较组之间的体积比时，IV级和II-III级神经胶质肿瘤之间的统计学显着差异。 IV级神经胶质肿瘤的水肿和肿瘤坏死比率高于II和III级。体积比分析无法成功区分II和III级肿瘤。但是，SVM和ANN以高达98％和96％的精度正确分类了每个组。结论;在临床环境中，可以将机器学习方法应用于MRI特征，以无创，更容易地对脑肿瘤进行分类。

最早的早期结肠直肠癌（CRC）患者可以单独通过手术治愈，只有某些高风险的早期CRC患者受益于佐剂化学疗法。然而，很少有验证的生物标志物可用于准确预测术后化疗的生存效果。我们开发了一种新的深度学习算法（CRCNET），使用来自分子和细胞肿瘤（MCO）的全滑动图像来预测II / III CRC中辅助化疗的存活效益。我们通过交叉验证和外部使用来自癌症基因组Atlas（TCGA）的独立队列的外部验证了CRCNet。我们表明，CRCNet不仅可以准确地预测生存预后，还可以进行佐剂化疗的治疗效果。 CRCNET鉴定了来自佐剂化疗的高危亚组益处，在化疗治疗的患者中，观察到辅助化疗最大而显着的存活率。相反，在CRCNET低和中风险亚组中观察到最小化疗益处。因此，CRCNET可能在阶段II / III CRC的指导治疗方面具有很大的用途。

目的：基于深度学习的放射素学（DLR）在医学图像分析中取得了巨大的成功，并被认为是依赖手工特征的常规放射线学的替代。在这项研究中，我们旨在探索DLR使用预处理PET/CT预测鼻咽癌（NPC）中5年无进展生存期（PFS）的能力。方法：总共招募了257名患者（内部/外部队列中的170/87），具有晚期NPC（TNM III期或IVA）。我们开发了一个端到端的多模式DLR模型，其中优化了3D卷积神经网络以从预处理PET/CT图像中提取深度特征，并预测了5年PFS的概率。作为高级临床特征，TNM阶段可以集成到我们的DLR模型中，以进一步提高预后性能。为了比较常规放射素学和DLR，提取了1456个手工制作的特征，并从54种特征选择方法和9种分类方法的54个交叉组合中选择了最佳常规放射线方法。此外，使用临床特征，常规放射线学签名和DLR签名进行风险组分层。结果：我们使用PET和CT的多模式DLR模型比最佳常规放射线方法获得了更高的预后性能。此外，多模式DLR模型仅使用PET或仅CT优于单模式DLR模型。对于风险组分层，常规的放射线学签名和DLR签名使内部和外部队列中的高风险患者群体之间有显着差异，而外部队列中的临床特征则失败。结论：我们的研究确定了高级NPC中生存预测的潜在预后工具，表明DLR可以为当前TNM分期提供互补值。

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。

计算机辅助方法为诊断和预测脑疾病显示了附加的价值，因此可以支持临床护理和治疗计划中的决策。本章将洞悉方法的类型，其工作，输入数据（例如认知测试，成像和遗传数据）及其提供的输出类型。我们将专注于诊断的特定用例，即估计患者的当前“状况”，例如痴呆症的早期检测和诊断，对脑肿瘤的鉴别诊断以及中风的决策。关于预测，即对患者的未来“状况”的估计，我们将缩小用例，例如预测多发性硬化症中的疾病病程，并预测脑癌治疗后患者的结局。此外，根据这些用例，我们将评估当前的最新方法，并强调当前对这些方法进行基准测试的努力以及其中的开放科学的重要性。最后，我们评估了计算机辅助方法的当前临床影响，并讨论了增加临床影响所需的下一步。

数据分析方法的组合，提高计算能力和改进的传感器可以实现定量颗粒状，基于细胞的分析。我们描述了与组织解释和调查AI方法有关的丰富应用挑战集，目前用于应对这些挑战。我们专注于一类针对性的人体组织分析 - 组织病理学 - 旨在定量表征疾病状态，患者结果预测和治疗转向。

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。

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。

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.

肺癌是全球癌症死亡的主要原因，肺腺癌是最普遍的肺癌形式。 EGFR阳性肺腺癌已被证明对TKI治疗的反应率很高，这是肺癌分子测试的基本性质。尽管目前的指南考虑必要测试，但很大一部分患者并未常规化，导致数百万的人未接受最佳治疗肺癌。测序是EGFR突变分子测试的黄金标准，但是结果可能需要数周的时间才能回来，这在时间限制的情况下并不理想。能够快速，便宜地检测EGFR突变的替代筛查工具的开发，同时保存组织以进行测序可以帮助减少受比较治疗的患者的数量。我们提出了一种多模式方法，该方法将病理图像和临床变量整合在一起，以预测EGFR突变状态，迄今为止最大的临床队列中的AUC为84％。这样的计算模型可以以很少的额外成本进行大部分部署。它的临床应用可以减少中国接受亚最佳治疗的患者数量53.1％，在美国将高达96.6％的患者减少96.6％。

目的：利用高分辨率定量CT（QCT）成像特征来预测间质肺疾病（ILD）的纤维纤维诊断和预后。方法：40名ILD患者（20例常规间质性肺炎（UIP），20个非UIP模式ILD）由2位放射科医生的专家共识分类，随后持续了7年。记录临床变量。分割肺场后，使用基于晶格的方法（TM模型）提取了总共26个纹理特征。将TM模型与先前基于直方图的模型（HM）进行了比较，以便将UIP与非UIP分类。为了进行预后评估，进行了生存分析，将专家诊断标签与TM指标进行比较。结果：在分类分析中，TM模型的表现优于HM方法，AUC为0.70。虽然在COX回归分析中，UIP与非UIP专家标签的生存曲线在统计学上并没有差异，但TM QCT特征允许该队列的统计学意义分区。结论：TM模型在区分非UIP模式方面优于HM模型。最重要的是，TM允许将队列分配为不同的生存群体，而专家UIP与非UIP标签则不得。 QCT TM模型可以改善ILD的诊断，并提供更准确的预后，更好地指导患者管理。

已经提出了几十年来捕获胶质瘤的生长，最常见的原发性脑肿瘤的反应扩散模型。然而，关于估计这些模型的初始条件和参数值的严重局限性将其临床用作作为个性化工具。在这项工作中，我们调查了深度卷积神经网络（DCNN）来解决现场遇到的缺陷的能力。基于从磁共振（MR）数据的磁共振（MR）数据产生的1,200种合成肿瘤，我们证明了DCNN在单个时间点仅从两个成像轮廓重建整个肿瘤细胞密度分布的能力。通过在先前时间点提取额外的成像轮廓，我们还证明了DCNN准确估计模型的各个扩散性和增殖参数的能力。从这些知识来看，最终可以使用该模型精确地捕获稍后时间点处的肿瘤细胞密度分布的时空演变。我们终于展示了我们对真正的胶质母细胞瘤患者的先生数据的适用性。这种方法可以打开反应扩散生长模型的临床应用的视角，用于肿瘤预后和治疗计划。

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。

骨肉瘤是最常见的原发性骨癌，其标准治疗包括术前化疗，然后切除。化学疗法反应用于预测患者的预后和进一步治疗。坏死在切除标本上的组织学幻灯片通常评估了坏死比定义为坏死肿瘤与总体肿瘤之比。已知坏死比> = 90％的患者的预后更好。多个载玻片对坏死比的手动微观综述是半定量性的，并且可能具有观察者间和观察者间的变异性。我们提出了一种基于目标和可再现的深度学习方法，以估计坏死比，并从扫描的苏木精和曙红全幻灯片图像预测结果。我们以3134个WSI的速度收集了103例骨肉瘤病例，以训练我们的深度学习模型，验证坏死比评估并评估结果预测。我们训练了深层多磁化网络，以分割多个组织亚型，包括生存的肿瘤和像素级中的坏死肿瘤，并计算来自多个WSI的病例级坏死比。我们显示了通过分割模型估算的坏死比，高度与由专家手动评估的病理报告中的坏死比高度相关，其中IV级的平均绝对差异（100％），III（> = 90％）和II（> = 50％和<50％和< 90％）坏死反应分别为4.4％，4.5％和17.8％。我们成功地对患者进行了分层，以预测P = 10^-6的总生存率，而P = 0.012的无进展生存率。我们没有可变性的可重现方法使我们能够调整截止阈值，特别是用于模型和数据集的截止阈值，为OS的80％，PFS为60％。我们的研究表明，深度学习可以支持病理学家作为一种客观的工具，可以分析组织学中骨肉瘤，以评估治疗反应并预测患者结果。

人工智能（AI）技术具有重要潜力，可以实现有效，鲁棒和自动的图像表型，包括识别细微图案。基于AI的检测搜索图像空间基于模式和特征来找到兴趣区域。存在一种良性的肿瘤组织学，可以通过使用图像特征的基于AI的分类方法来识别。图像从图像中提取可用于的可覆盖方式，可以通过显式（手工/工程化）和深度辐射谱系框架来探索途径。辐射瘤分析有可能用作非侵入性技术，以准确表征肿瘤，以改善诊断和治疗监测。这项工作介绍基于AI的技术，专注于肿瘤宠物和PET / CT成像，用于不同的检测，分类和预测/预测任务。我们还讨论了所需的努力，使AI技术转换为常规临床工作流程，以及潜在的改进和互补技术，例如在电子健康记录和神经象征性AI技术上使用自然语言处理。

目的：开发和验证基于临床阴性ALN的早期乳腺癌（EBC）术后预测腋窝淋巴结（ALN）转移的深度学习（DL）的主要肿瘤活检签名。方法：从2010年5月到2020年5月，共注册了1,058名具有病理证实ALN状态的eBC患者。基于关注的多实例学习（AMIL）框架，建立了一种DL核心针活检（DL-CNB）模型利用DL特征预测ALN状态，该DL特征从两位病理学家注释的乳腺CNB样本的数字化全幻灯片（WSIS）的癌症区域提取。分析了准确性，灵敏度，特异性，接收器操作特征（ROC）曲线和ROC曲线（AUC）下的区域进行评估，评估我们的模型。结果：具有VGG16_BN的最佳性DL-CNB模型作为特征提取器实现了0.816的AUC（95％置信区间（CI）：0.758,0.865），以预测独立测试队列的阳性Aln转移。此外，我们的模型包含称为DL-CNB + C的临床数据，得到了0.831的最佳精度（95％CI：0.775,0.878），特别是对于50岁以下的患者（AUC：0.918,95％CI： 0.825,0.971）。 DL-CNB模型的解释表明，最高度预测ALN转移的顶部签名的特征在于包括密度（$ P $ 0.015），周长（$ P $ 0.009），循环（$ P $ = 0.010）和方向（$ p $ = 0.012）。结论：我们的研究提供了一种基于DL的基于DL的生物标志物在原发性肿瘤CNB上，以预先验证EBC患者的术前预测ALN的转移状态。

State-of-the-art brain tumor segmentation is based on deep learning models applied to multi-modal MRIs. Currently, these models are trained on images after a preprocessing stage that involves registration, interpolation, brain extraction (BE, also known as skull-stripping) and manual correction by an expert. However, for clinical practice, this last step is tedious and time-consuming and, therefore, not always feasible, resulting in skull-stripping faults that can negatively impact the tumor segmentation quality. Still, the extent of this impact has never been measured for any of the many different BE methods available. In this work, we propose an automatic brain tumor segmentation pipeline and evaluate its performance with multiple BE methods. Our experiments show that the choice of a BE method can compromise up to 15.7% of the tumor segmentation performance. Moreover, we propose training and testing tumor segmentation models on non-skull-stripped images, effectively discarding the BE step from the pipeline. Our results show that this approach leads to a competitive performance at a fraction of the time. We conclude that, in contrast to the current paradigm, training tumor segmentation models on non-skull-stripped images can be the best option when high performance in clinical practice is desired.