基于模型的经颅超声疗法的治疗计划通常涉及从头部的X射线计算机断层扫描（CT）图像中映射头骨的声学特性。在这里，将三种用于从磁共振（MR）图像中生成伪CT图像的方法作为CT的替代方法。在配对的MR-CT图像上训练了卷积神经网络（U-NET），以从T1加权或零回波时间（ZTE）MR图像（分别表示TCT和ZCT）生成伪CT图像。还实施了从中兴通讯到伪CT的直接映射（表示为CCT）。在比较测试集的伪CT和地面真相CT图像时，整个头部的平均绝对误差为133、83和145 Hounsfield单位（HU），以及398、222和336 HU的头骨内的颅骨内部的平均误差为133、83和145个。 TCT，ZCT和CCT图像。还使用生成的伪CT图像进行了超声模拟，并将其与基于CT的模拟进行了比较。使用环形阵列传感器针对视觉或运动皮层。基于TCT图像的模拟，模拟局灶性局灶性，焦点位置和焦距的平均差异为9.9％，1.5 mm和15.1％，ZCT的平均差异为5.7％，0.6 mm和5.7％，为6.7％，和5.7％ CCT为0.9毫米，为12.1％。映射的图像的改进结果突出了使用成像序列的优势，从而改善了颅骨的对比度。总体而言，这些结果表明，基于MR图像的声学仿真可以与基于CT的声学相比精度。

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。

从磁共振成像（MRI）数据（称为颅骨条状）中去除非脑信号是许多神经图像分析流的组成部分。尽管它们很丰富，但通常是针对具有特定采集特性的图像量身定制的，即近乎各向异性的分辨率和T1加权（T1W）MRI对比度，这些分辨率在研究环境中很普遍。结果，现有的工具倾向于适应其他图像类型，例如在诊所常见的快速旋转回声（FSE）MRI中获得的厚切片。尽管近年来基于学习的大脑提取方法已获得吸引力，但这些方法面临着类似的负担，因为它们仅对训练过程中看到的图像类型有效。为了在成像协议的景观中实现强大的颅骨缠身，我们引入了Synthstrip，这是一种快速，基于学习的脑萃取工具。通过利用解剖学分割来生成具有解剖学，强度分布和远远超过现实医学图像范围的完全合成训练数据集，Synthstrip学会了成功推广到各种真实获得的大脑图像，从而消除了使用训练数据的需求目标对比。我们证明了合成条的功效对受试者人群的各种图像采集和决议的功效，从新生儿到成人。我们显示出与流行的颅骨基线的准确性的实质性提高 - 所有这些基线都采用单个训练有素的模型。我们的方法和标记的评估数据可在https://w3id.org/synthstrip上获得。

最近关于Covid-19的研究表明，CT成像提供了评估疾病进展和协助诊断的有用信息，以及帮助理解疾病。有越来越多的研究，建议使用深度学习来使用胸部CT扫描提供快速准确地定量Covid-19。兴趣的主要任务是胸部CT扫描的肺和肺病变的自动分割，确认或疑似Covid-19患者。在这项研究中，我们使用多中心数据集比较12个深度学习算法，包括开源和内部开发的算法。结果表明，合并不同的方法可以提高肺部分割，二元病变分割和多种子病变分割的总体测试集性能，从而分别为0.982,0.724和0.469的平均骰子分别。将得到的二元病变分段为91.3ml的平均绝对体积误差。通常，区分不同病变类型的任务更加困难，分别具有152mL的平均绝对体积差，分别为整合和磨碎玻璃不透明度为0.369和0.523的平均骰子分数。所有方法都以平均体积误差进行二元病变分割，该分段优于人类评估者的视觉评估，表明这些方法足以用于临床实践中使用的大规模评估。

扩散加权图像（DWIS）中的噪声降低了扩散张量磁共振成像（DTI）导出的微结构参数的准确性和精度，并导致延长的采集时间来实现改进的信噪比（SNR）。基于深度学习的图像去噪使用卷积神经网络（CNNS）具有卓越的性能，但通常需要额外的高SNR数据来监督CNN的培训，这降低了实际可行性。我们开发了一个自我监督的深度学习的方法，标题为“SDNDTI”，用于去噪DTI数据，这不需要额外的高SNR数据进行培训。具体地，SDNDTI将多向DTI数据划分为许多子集，每个子​​集中沿着沿着最佳选择的扩散编码方向组成的六个DWI卷，该编码方向是对张力配件的稳健，然后沿着拟合的扩散张量沿所有获取的方向合成DWI体积使用数据的每个子集作为CNN的输入数据。另一方面，SDNDTI沿着使用所有获取的数据作为训练目标的扩散张量，沿着获取的扩散编码方向合成DWI卷。 SDNDTI使用深3维CNN从合成的DWI卷中的每个子集中消除噪声，以匹配清洁器目标DWI卷的质量，通过平均所有去噪数据的所有子集实现更高的SNR。 SDNDTI的去噪功效在于人类连接项目（HCP）提供的两种数据集和衰老中的寿命HCP。 SDNDTI结果保留了图像清晰度和纹理细节，并大大改善了原始数据的影响。 SDNDTI的结果与来自最先进的传统去噪算法包括BM4D，AONLM和MPPCA的常规去噪算法的结果相当。

估计X射线图像上的肺深度可以在临床常规期间提供精确的机会肺部体积估计，并提高现代结构胸部成像技术中的图像对比，如X射线暗场成像。我们提出了一种基于卷积神经网络的方法，允许每像素肺厚度估计和随后的总肺容量估计。使用从5250个真实CT扫描生成的5250个模拟Xco.NoRh，网络培训并验证了网络。此外，我们能够在真正的X线片上推断使用仿真数据训练的模型。对于45名患者，对标准临床射线照相进行定量和定性评估。基于患者对应的CT扫描来定义每个患者总肺体积的地面真理。 45个真实射线照片上的估计肺体积与地基体积之间的平均值误差为0.83升。核算患者直径时，误差会降至0.66升。辅助，我们预测了131 X射线照片的合成数据集上的肺部厚度，其中平均值误差为0.21升。结果表明，可以将在仿真模型中获得的知识转移到真正的X射线图像。

从历史上看，患者数据集已用于开发和验证PET/MRI和PET/CT的各种重建算法。为了使这种算法开发，无需获得数百个患者检查，在本文中，我们展示了一种深度学习技术，可以从丰富的全身MRI中产生合成但逼真的全身宠物纹状体。具体来说，我们使用56 $^{18} $ F-FDG-PET/MRI考试的数据集训练3D残差UNET来预测全身T1加权MRI的生理PET摄取。在训练中，我们实施了平衡的损失函数，以在较大的动态范围内产生逼真的吸收，并沿着层析成像线的响应线对模仿宠物的获取产生计算的损失。预测的PET图像预计会产生合成宠物飞行时间（TOF）正式图，可与供应商提供的PET重建算法一起使用，包括使用基于CT的衰减校正（CTAC）和基于MR的衰减校正（MRAC（MRAC） ）。由此产生的合成数据概括了生理学$^{18} $ f-fdg摄取，例如高摄取量位于大脑和膀胱，以及肝脏，肾脏，心脏和肌肉的吸收。为了模拟高摄取的异常，我们还插入合成病变。我们证明，该合成PET数据可以与实际PET数据互换使用，用于比较CT和基于MR的衰减校正方法的PET量化任务，与使用真实数据相比，在平均值中实现了$ \ leq 7.6 \％$误差。这些结果共同表明，所提出的合成PET数据管道可以合理地用于开发，评估和验证PET/MRI重建方法。

在核成像中，有限的分辨率会导致影响图像清晰度和定量准确性的部分体积效应（PVE）。已证明来自CT或MRI的高分辨率解剖信息的部分体积校正（PVC）已被证明是有效的。但是，这种解剖学引导的方法通常需要乏味的图像注册和分割步骤。由于缺乏具有高端CT和相关运动伪像的混合体SPECT/CT扫描仪，因此很难获得准确的分段器官模板，尤其是在心脏SPECT成像中。轻微的错误注册/错误分段将导致PVC后的图像质量严重降解。在这项工作中，我们开发了一种基于深度学习的方法，用于快速心脏SPECT PVC，而无需解剖信息和相关的器官分割。所提出的网络涉及密集连接的多维动态机制，即使网络经过充分训练，也可以根据输入图像对卷积内核进行调整。引入了心脏内血容量（IMBV）作为网络优化的附加临床损失函数。提出的网络表明，使用Technetium-99M标记的红细胞在GE发现NM/CT 570C专用心脏SPECT扫描仪上获得的28个犬类研究表现有希望的表现。这项工作表明，与没有这种机制的同一网络相比，具有密集连接的动态机制的提议网络产生了较高的结果。结果还表明，没有解剖信息的提出的网络可以与解剖学引导的PVC方法产生的图像产生具有统计上可比的IMBV测量的图像，这可能有助于临床翻译。

光声（OA）成像基于对生物组织的激发，该组织具有纳米持续激光脉冲，然后随后检测通过光吸收介导的热弹性扩张产生的超声波。 OA成像具有丰富的光学对比度和深层组织高分辨率之间的强大组合。这使得在临床和实验室环境中都可以探索许多有吸引力的新应用程序。但是，没有使用不同类型的实验设置和相关处理方法生成的标准化数据集，可以促进OA在临床环境中的更广泛应用中的进步。这使新的和已建立的数据处理方法之间的客观比较变得复杂，通常会导致定性结果和对数据的任意解释。在本文中，我们提供实验性和合成OA原始信号以及带有不同实验参数和层析成像采集几何形状的重建图像结构域数据集。我们进一步提供了训练有素的神经网络，以应对与OA图像处理相关的三个重要挑战，即在有限的视图层析成像条件下准确重建，去除空间不足的采样伪像以及解剖学细分，以改善图像重建。具体而言，我们将与上述挑战相对应的18个实验定义为用于开发更先进处理方法的参考的基准。

在过去的十年中，卷积神经网络（Convnets）主导了医学图像分析领域。然而，发现脉搏的性能仍然可以受到它们无法模拟图像中体素之间的远程空间关系的限制。最近提出了众多视力变压器来解决哀悼缺点，在许多医学成像应用中展示最先进的表演。变压器可以是用于图像配准的强烈候选者，因为它们的自我注意机制能够更精确地理解移动和固定图像之间的空间对应。在本文中，我们呈现透射帧，一个用于体积医学图像配准的混合变压器-Cromnet模型。我们还介绍了三种变速器的变形，具有两个散晶变体，确保了拓扑保存的变形和产生良好校准的登记不确定性估计的贝叶斯变体。使用来自两个应用的体积医学图像的各种现有的登记方法和变压器架构进行广泛验证所提出的模型：患者间脑MRI注册和幻影到CT注册。定性和定量结果表明，传输和其变体导致基线方法的实质性改进，展示了用于医学图像配准的变压器的有效性。

基于深度学习的疾病检测和分割算法承诺提高许多临床过程。然而，由于数据隐私，法律障碍和非统一数据采集协议，此类算法需要大量的注释训练数据，通常在医学环境中不可用。具有注释病理学的合成数据库可以提供所需的培训数据量。我们展示了缺血性卒中的例子，即利用基于深度学习的增强的病变分割的改善是可行的。为此，我们训练不同的图像到图像转换模型，以合成大脑体积的磁共振图像，并且没有来自语义分割图的中风病变。此外，我们培养一种生成的对抗性网络来产生合成病变面具。随后，我们组合这两个组件来构建大型合成描边图像数据库。使用U-NET评估各种模型的性能，该U-NET在临床测试集上培训以进行段中风病变。我们向最佳性能报告$ \ mathbf {72.8} $％[$ \ mathbf {70.8 \ pm1.0} $％]的骰子分数，这胜过了单独临床图像培训的模型培训$ \ mathbf { 67.3} $％[$ \ mathbf {63.2 \ pm1.9} $％]，并且接近人类互相互联网骰子评分$ \ mathbf {76.9} $％。此外，我们表明，对于仅为10或50个临床案例的小型数据库，与使用不使用合成数据的设置相比，合成数据增强产生了显着的改进。据我们所知，这提出了基于图像到图像翻译的合成数据增强的第一个比较分析，并将第一应用于缺血性卒中。

从出生到死亡，由于老化，我们都经历了令人惊讶的无处不在的变化。如果我们可以预测数字领域的衰老，即人体的数字双胞胎，我们将能够在很早的阶段检测病变，从而提高生活质量并延长寿命。我们观察到，没有一个先前开发的成年人体数字双胞胎在具有深层生成模型的体积医学图像之间明确训练的纵向转换规则，可能导致例如心室体积的预测性能不佳。在这里，我们建立了一个新的成人人体的数字双胞胎，该数字双胞胎采用纵向获得的头部计算机断层扫描（CT）图像进行训练，从而从一个当前的体积头CT图像中预测了未来的体积头CT图像。我们首次采用了三维基于流动的深层生成模型之一，以实现这种顺序的三维数字双胞胎。我们表明，我们的数字双胞胎在相对较短的程度上优于预测心室体积的最新方法。

肿瘤分割是放疗治疗计划的基本步骤。为了确定口咽癌患者（OPC）原发性肿瘤（GTVP）的准确分割，需要同时评估不同图像模态，并从不同方向探索每个图像体积。此外，分割的手动固定边界忽略了肿瘤描述中已知的空间不确定性。这项研究提出了一种新型的自动深度学习（DL）模型，以在注册的FDG PET/CT图像上进行逐片自适应GTVP分割的辐射肿瘤学家。我们包括138名在我们研究所接受过（化学）辐射治疗的OPC患者。我们的DL框架利用了间和板板的上下文。连续3片的串联FDG PET/CT图像和GTVP轮廓的序列用作输入。进行了3倍的交叉验证，进行了3​​次，对从113例患者的轴向（a），矢状（s）和冠状（c）平面提取的序列进行了训练。由于体积中的连续序列包含重叠的切片，因此每个切片产生了平均的三个结果预测。在A，S和C平面中，输出显示具有预测肿瘤的概率不同的区域。使用平均骰子得分系数（DSC）评估了25名患者的模型性能。预测是最接近地面真理的概率阈值（在A中为0.70，s为0.70，在s中为0.77，在C平面中为0.80）。提出的DL模型的有希望的结果表明，注册的FDG PET/CT图像上的概率图可以指导逐片自适应GTVP分割中的辐射肿瘤学家。

CT和MRI是两种广泛使用的临床成像方式，用于非侵入性诊断。然而，这两种方式都有一定的问题。 CT使用有害电离辐射，MRI患有缓慢的采集速度。欠采样可以解决这两个问题，例如稀疏抽样。然而，这种向下采样的数据导致降低分辨率并引入人工制品。已经提出了几种技术，包括基于深度的学习方法，以重建此类数据。然而，这两个方式的欠采样重建问题总是被认为是两个不同的问题，并通过不同的研究工作分开解决。本文通过在径向MRI上应用傅立叶变换的预处理来实现稀疏CT和缺口MRI重建的统一解决方案，然后使用SCOMAGE ups采样与滤波后投影结合使用SCOMAGE Cups采样来实现的基于傅里叶变换的预处理。原始网络是一种基于深度学习的方法，用于重建稀疏采样的CT数据。本文介绍了原始 - 双工UNET，从精度和重建速度方面提高了原始双网络。所提出的方法导致平均SSSIM为0.932，同时对风扇束几何进行稀疏CT重建，其稀疏水平为16，实现了对先前模型的统计上显着的改进，这导致0.919。此外，所提出的模型导致0.903和0.957平均SSIM，同时重建具有16-统计上显着改善的加速因子，在原始模型上重建了缺乏采样的脑和腹部MRI数据，这导致0.867和0.949。最后，本文表明，所提出的网络不仅提高了整体图像质量，而且还提高了兴趣区域的图像质量;以及在针的存在下更好地推广。

本文提出了第二版的头部和颈部肿瘤（Hecktor）挑战的概述，作为第24届医学图像计算和计算机辅助干预（Miccai）2021的卫星活动。挑战由三个任务组成与患有头颈癌（H＆N）的患者的PET / CT图像的自动分析有关，专注于oropharynx地区。任务1是FDG-PET / CT图像中H＆N主肿瘤肿瘤体积（GTVT）的自动分割。任务2是来自同一FDG-PET / CT的进展自由生存（PFS）的自动预测。最后，任务3与任务2的任务2与参与者提供的地面真理GTVT注释相同。这些数据从六个中心收集，总共325个图像，分为224个培训和101个测试用例。通过103个注册团队和448个结果提交的重要参与，突出了对挑战的兴趣。在第一任务中获得0.7591的骰子相似度系数（DSC），分别在任务2和3中的0.7196和0.6978的一致性指数（C-Index）。在所有任务中，发现这种方法的简单性是确保泛化性能的关键。 PFS预测性能在任务2和3中的比较表明，提供GTVT轮廓对于实现最佳结果，这表明可以使用完全自动方法。这可能避免了对GTVT轮廓的需求，用于可重复和大规模的辐射瘤研究的开头途径，包括千元潜在的受试者。

Deformable registration of two-dimensional/three-dimensional (2D/3D) images of abdominal organs is a complicated task because the abdominal organs deform significantly and their contours are not detected in two-dimensional X-ray images. We propose a supervised deep learning framework that achieves 2D/3D deformable image registration between 3D volumes and single-viewpoint 2D projected images. The proposed method learns the translation from the target 2D projection images and the initial 3D volume to 3D displacement fields. In experiments, we registered 3D-computed tomography (CT) volumes to digitally reconstructed radiographs generated from abdominal 4D-CT volumes. For validation, we used 4D-CT volumes of 35 cases and confirmed that the 3D-CT volumes reflecting the nonlinear and local respiratory organ displacement were reconstructed. The proposed method demonstrate the compatible performance to the conventional methods with a dice similarity coefficient of 91.6 \% for the liver region and 85.9 \% for the stomach region, while estimating a significantly more accurate CT values.

We propose a deep learning method for three-dimensional reconstruction in low-dose helical cone-beam computed tomography. We reconstruct the volume directly, i.e., not from 2D slices, guaranteeing consistency along all axes. In a crucial step beyond prior work, we train our model in a self-supervised manner in the projection domain using noisy 2D projection data, without relying on 3D reference data or the output of a reference reconstruction method. This means the fidelity of our results is not limited by the quality and availability of such data. We evaluate our method on real helical cone-beam projections and simulated phantoms. Our reconstructions are sharper and less noisy than those of previous methods, and several decibels better in quantitative PSNR measurements. When applied to full-dose data, our method produces high-quality results orders of magnitude faster than iterative techniques.

We present VoxelMorph, a fast learning-based framework for deformable, pairwise medical image registration. Traditional registration methods optimize an objective function for each pair of images, which can be time-consuming for large datasets or rich deformation models. In contrast to this approach, and building on recent learning-based methods, we formulate registration as a function that maps an input image pair to a deformation field that aligns these images. We parameterize the function via a convolutional neural network (CNN), and optimize the parameters of the neural network on a set of images. Given a new pair of scans, VoxelMorph rapidly computes a deformation field by directly evaluating the function. In this work, we explore two different training strategies. In the first (unsupervised) setting, we train the model to maximize standard image matching objective functions that are based on the image intensities. In the second setting, we leverage auxiliary segmentations available in the training data. We demonstrate that the unsupervised model's accuracy is comparable to state-of-the-art methods, while operating orders of magnitude faster. We also show that VoxelMorph trained with auxiliary data improves registration accuracy at test time, and evaluate the effect of training set size on registration. Our method promises to speed up medical image analysis and processing pipelines, while facilitating novel directions in learning-based registration and its applications. Our code is freely available at http://voxelmorph.csail.mit.edu.

主要的神经影像学研究推动了1.0 mm以下的3T MRI采集分辨率，以改善结构定义和形态学。然而，只有很少的时间 - 密集的自动化图像分析管道已被验证为高分辨率（雇用）设置。另一方面，有效的深度学习方法很少支持多个固定分辨率（通常1.0 mm）。此外，缺乏标准的杂交数据分辨率以及具有足够覆盖的扫描仪，年龄，疾病或遗传方差的多样化数据的有限可用性会带来额外的，未解决的挑战培训网络。将分辨率独立于基于深度学习的分割，即在一系列不同的体素大小上以其本地分辨率进行分辨率的能力，承诺克服这些挑战，但目前没有这种方法。我们现在通过向决议独立的分割任务（VINN）引入VINOSEIZED独立的神经网络（VINN）来填补这个差距，并呈现FastSurfervinn，（i）建立并实施决议独立，以获得深度学习作为同时支持0.7-1.0 mm的第一种方法分割，（ii）显着优于跨决议的最先进方法，（iii）减轻雇用数据集中存在的数据不平衡问题。总体而言，内部分辨率 - 独立性相互益处雇用和1.0 mm MRI分割。通过我们严格验证的FastSurfervinn，我们将为不同的神经视线镜分析分发一个快速工具。此外，VINN架构表示更广泛应用的有效分辨率的分段方法

Segmentation of lung tissue in computed tomography (CT) images is a precursor to most pulmonary image analysis applications. Semantic segmentation methods using deep learning have exhibited top-tier performance in recent years. This paper presents a fully automatic method for identifying the lungs in three-dimensional (3D) pulmonary CT images, which we call it Lung-Net. We conjectured that a significant deeper network with inceptionV3 units can achieve a better feature representation of lung CT images without increasing the model complexity in terms of the number of trainable parameters. The method has three main advantages. First, a U-Net architecture with InceptionV3 blocks is developed to resolve the problem of performance degradation and parameter overload. Then, using information from consecutive slices, a new data structure is created to increase generalization potential, allowing more discriminating features to be extracted by making data representation as efficient as possible. Finally, the robustness of the proposed segmentation framework was quantitatively assessed using one public database to train and test the model (LUNA16) and two public databases (ISBI VESSEL12 challenge and CRPF dataset) only for testing the model; each database consists of 700, 23, and 40 CT images, respectively, that were acquired with a different scanner and protocol. Based on the experimental results, the proposed method achieved competitive results over the existing techniques with Dice coefficient of 99.7, 99.1, and 98.8 for LUNA16, VESSEL12, and CRPF datasets, respectively. For segmenting lung tissue in CT images, the proposed model is efficient in terms of time and parameters and outperforms other state-of-the-art methods. Additionally, this model is publicly accessible via a graphical user interface.