3D描绘解剖结构是医学成像分析中的主要目标。在深度学习之前，统计形状模型施加解剖结构并产生高质量的表面是核心技术。在深度学习之前，统计形状模型施加解剖结构并产生高质量的表面是核心技术。今天完全卷积的网络（FCN），而主导，不提供这些功能。我们呈现深度隐式统计形状模型（幻像），一种划分的新方法，将卷积神经网络（CNNS）的表示力与SSM的稳健性结合。幻像使用深隐性表面表示来产生紧凑且描述性的形状潜空间，允许解剖学方差的统计模型。为了可靠地适应图像到图像，我们介绍了一种新颖的刚性和非刚性姿势估计管道，其被建模为Markov决策过程（MDP）。我们概述了一个培训制度，包括倒置的焦点培训和深度领域学习（MSL）的深刻实现。数据集关于病理肝脏分割任务的实验表明，幻灯片可以比三个领先的FCN模型更加强大，包括NNU-Net：将平均豪索轿车距离（HD）减少7.7-14.3毫米并改善最坏情况骰子索兰系数（DSC）达1.2-2.3％。更富豪地，直接反映临床部署方案的数据集上的交叉数据集实验表明，分别将平均DSC和HD分别改善平均DSC和HD，以及最坏情况的DSC 5.4-7.3％。这些改进超过了具有高质量表面的划分的任何益处。
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在两个非辅助变形形状之间建立对应关系是视觉计算中最根本的问题之一。当对现实世界中的挑战（例如噪声，异常值，自我结合等）挑战时，现有方法通常会显示出弱的弹性。另一方面，自动描述器在学习几何学上有意义的潜在嵌入方面表现出强大的表现力。但是，它们在\ emph {形状分析}中的使用受到限制。在本文中，我们介绍了一种基于自动码头框架的方法，该方法在固定模板上学习了一个连续形状的变形字段。通过监督点在表面上的变形场，并通过小说\ emph {签名距离正则化}（SDR）正规化点偏面的正规化，我们学习了模板和Shape \ Emph {卷}之间的对齐。经过干净的水密网眼培训，\ emph {没有}任何数据启发，我们证明了在受损的数据和现实世界扫描上表现出令人信服的性能。
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长期以来，众所周知，在从嘈杂或不完整数据中重建3D形状时，形状先验是有效的。当使用基于深度学习的形状表示时，这通常涉及学习潜在表示，可以以单个全局向量的形式或多个局部媒介。后者可以更灵活，但容易过度拟合。在本文中，我们主张一种与三个网眼相结合的混合方法，该方法在每个顶点处与单独的潜在向量。在训练过程中，潜在向量被限制为具有相同的值，从而避免过度拟合。为了推断，潜在向量是独立更新的，同时施加空间正规化约束。我们表明，这赋予了我们灵活性和概括功能，我们在几个医学图像处理任务上证明了这一点。
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Figure 1: DeepSDF represents signed distance functions (SDFs) of shapes via latent code-conditioned feed-forward decoder networks. Above images are raycast renderings of DeepSDF interpolating between two shapes in the learned shape latent space. Best viewed digitally.
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CT图像中的椎骨定位，分割和识别是众多临床应用的关键。尽管近年来，深度学习策略已为该领域带来了重大改进，但由于其在培训数据集中的代表性不佳，过渡性和病理椎骨仍在困扰大多数现有方法。另外，提出的基于非学习的方法可以利用先验知识来处理这种特定情况。在这项工作中，我们建议将这两种策略结合起来。为此，我们引入了一个迭代循环，在该循环中，单个椎骨被递归地定位，分割和使用深网鉴定，而使用统计先验则实施解剖一致性。在此策略中，通过在图形模型中编码其配置来处理过渡性椎骨识别，该模型将局部深网预测汇总为解剖上一致的最终结果。我们的方法在Verse20挑战基准上取得了最新的结果，并且优于过渡性椎骨的所有方法以及对Verse19挑战基准的概括。此外，我们的方法可以检测和报告不满足解剖学一致性先验的不一致的脊柱区域。我们的代码和模型公开用于研究目的。
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新兴的元应用需要人类手的可靠，准确和逼真的复制品，以便在物理世界中进行复杂的操作。虽然真实的人手代表了骨骼，肌肉，肌腱和皮肤之间最复杂的协调之一，但最先进的技术一致专注于仅建模手的骨架。在本文中，我们提出了Nimble，这是一种新型的参数手模型，其中包括缺少的密钥组件，将3D手模型带入了新的现实主义水平。我们首先在最近的磁共振成像手（MRI手）数据集上注释肌肉，骨骼和皮肤，然后在数据集中的单个姿势和受试者上注册一个体积模板手。敏捷由20个骨头组成，作为三角形网格，7个肌肉群作为四面体网眼和一个皮肤网。通过迭代形状的注册和参数学习，它进一步产生形状的混合形状，姿势混合形状和关节回归器。我们证明将敏捷性应用于建模，渲染和视觉推理任务。通过强制执行内部骨骼和肌肉以符合解剖学和运动学规则，Nimble可以使3D手动画为前所未有的现实主义。为了建模皮肤的外观，我们进一步构建了一个光度法，以获取高质量的纹理和正常地图，以模型皱纹和棕榈印刷。最后，敏捷还通过合成丰富的数据或直接作为推理网络中的可区分层来使基于学习的手姿势和形状估计受益。
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在基于模型的医学图像分析中，感兴趣的三个特征是感兴趣的结构，其相对姿势和代表一些物理性质的图像强度谱的形状。通常，这些通过统计模型分别通过统计模型来通过主要测地分析或主成分分析将对象的特征分解成一组基函数。本研究提出了一种统计建模方法，用于在医学图像中自动学习形状，姿势和强度特征，我们称之为动态多特征类高斯过程模型（DMFC-GPM）。 DMFC-GPM是基于高斯过程（GP）的模型，具有编码线性和非线性变化的共享潜在空间。我们的方法在连续域中定义，其具有基于变形字段的线性空间中的形状，姿势和强度特征类。在用于建模形状和强度特征变化的方法以及比较刚性变换（姿势）的方法中，适于变形现场度量。此外，DMFC-GPMS继承了GPS内在的属性，包括边缘化和回归。此外，它们允许在从图像采集过程获得的那些之上增加额外的姿势特征可变性;我们是什么术语作为排列建模。对于使用DMFC-GPMS的图像分析任务，我们适应了Metropolis-Hastings算法，使得具有完全概率的特征预测。我们验证了使用受控合成数据的方法，并且我们在肩部的CT图像上对骨结构进行实验，以说明模型姿势和形状特征预测的功效。模型性能结果表明，这种新的造型范例是强大，准确，可访问的，并且具有潜在的应用，包括肌肉骨骼障碍和临床决策
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最近的工作取得了令人印象深刻的进展，从单眼颜色图像中联合重建手和操纵物体。现有的方法着重于两个替代表示，以参数网格或签名的距离字段（SDF）。一方面，参数模型可以以有限的形状变形和网格分辨率的成本从先验知识中受益。因此，网格模型可能无法精确地重建细节，例如手和物体的接触表面。另一方面，基于SDF的方法可以代表任意细节，但缺乏明确的先验。在这项工作中，我们旨在使用参数表示提供的PRIOR来改善SDF模型。特别是，我们提出了一个联合学习框架，该框架可以解散姿势和形状。我们从参数模型中获取手和对象摆姿势，并使用它们在3D空间中对齐SDF。我们表明，这种对齐的SDF可以更好地专注于重建形状细节，并提高手和物体的重建精度。我们评估了我们的方法，并在挑战性的OBMAN和DEXYCB基准方面证明了对最新技术的显着改善。
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个性化的3D血管模型对于心血管疾病患者的诊断，预后和治疗计划很有价值。传统上，这样的模型是用明确表示（例如网格和体素掩码）构建的，或隐式表示，例如径向基函数或原子（管状）形状。在这里，我们建议在可区分的隐式神经表示（INR）中以其签名距离函数（SDF）的零级集表示表面。这使我们能够用隐性，连续，轻巧且易于与深度学习算法集成的表示复杂的血管结构对复杂的血管结构进行建模。我们在这里通过三个实际示例证明了这种方法的潜力。首先，我们从CT图像中获得了腹主动脉瘤（AAA）的精确和水密表面，并显示出从表面上的200点出现的可靠拟合。其次，我们同时将嵌套的容器壁贴在一个没有交叉点的单个INR中。第三，我们展示了如何将3D模型的单个动脉模型平滑地混合到单个水密表面。我们的结果表明，INR是一种灵活的表示，具有微小互动注释和操纵复杂血管结构的潜力。
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这项工作调查了鲁棒优化运输（OT）的形状匹配。具体而言，我们表明最近的OT溶解器改善了基于优化和深度学习方法的点云登记，以实惠的计算成本提高了准确性。此手稿从现代OT理论的实际概述开始。然后，我们为使用此框架进行形状匹配的主要困难提供解决方案。最后，我们展示了在广泛的具有挑战性任务上的运输增强的注册模型的性能：部分形状的刚性注册;基蒂数据集的场景流程估计;肺血管树的非参数和肺部血管树。我们基于OT的方法在准确性和可扩展性方面实现了基蒂的最先进的结果，并为挑战性的肺登记任务。我们还释放了PVT1010，这是一个新的公共数据集，1,010对肺血管树，具有密集的采样点。此数据集提供了具有高度复杂形状和变形的点云登记算法的具有挑战性用例。我们的工作表明，强大的OT可以为各种注册模型进行快速预订和微调，从而为计算机视觉工具箱提供新的键方法。我们的代码和数据集可在线提供：https：//github.com/uncbiag/robot。
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从单视图重建3D形状是一个长期的研究问题。在本文中，我们展示了深度隐式地面网络，其可以通过预测底层符号距离场来从2D图像产生高质量的细节的3D网格。除了利用全局图像特征之外，禁止2D图像上的每个3D点的投影位置，并从图像特征映射中提取本地特征。结合全球和局部特征显着提高了符合距离场预测的准确性，特别是对于富含细节的区域。据我们所知，伪装是一种不断捕获从单视图图像中存在于3D形状中存在的孔和薄结构等细节的方法。 Disn在从合成和真实图像重建的各种形状类别上实现最先进的单视性重建性能。代码可在https://github.com/xharlie/disn提供补充可以在https://xharlie.github.io/images/neUrips_2019_Supp.pdf中找到补充
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机器学习的最近进步已经创造了利用一类基于坐标的神经网络来解决视觉计算问题的兴趣，该基于坐标的神经网络在空间和时间跨空间和时间的场景或对象的物理属性。我们称之为神经领域的这些方法已经看到在3D形状和图像的合成中成功应用，人体的动画，3D重建和姿势估计。然而，由于在短时间内的快速进展，许多论文存在，但尚未出现全面的审查和制定问题。在本报告中，我们通过提供上下文，数学接地和对神经领域的文学进行广泛综述来解决这一限制。本报告涉及两种维度的研究。在第一部分中，我们通过识别神经字段方法的公共组件，包括不同的表示，架构，前向映射和泛化方法来专注于神经字段的技术。在第二部分中，我们专注于神经领域的应用在视觉计算中的不同问题，超越（例如，机器人，音频）。我们的评论显示了历史上和当前化身的视觉计算中已覆盖的主题的广度，展示了神经字段方法所带来的提高的质量，灵活性和能力。最后，我们展示了一个伴随着贡献本综述的生活版本，可以由社区不断更新。
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统计形状建模旨在捕获给定种群中发生的解剖结构的形状变化。形状模型用于许多任务，例如形状重建和图像分割，但也可以塑造生成和分类。现有的形状先验需要训练示例之间的密集对应，或者缺乏鲁棒性和拓扑保证。我们提出了FlowSM，这是一种新型的形状建模方法，它可以学习形状变异性，而无需在训练实例之间密集的对应关系。它依赖于连续变形流的层次结构，该层次由神经网络参数化。我们的模型优于远端股骨和肝脏在提供表现力和稳健形状方面的最先进方法。我们表明，新兴的潜在表示通过将健康与病理形状分开来歧视。最终，我们从部分数据中证明了其对两个形状重建任务的有效性。我们的源代码公开可用（https://github.com/davecasp/flowssm）。
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儿科肌肉骨骼系统的形态学和诊断评价在临床实践中至关重要。但是，大多数分段模型在稀缺的儿科成像数据上都不好。我们提出了一种新的预训练的正则化卷积编码器 - 解码器，用于分割异质儿科磁共振（MR）图像的具有挑战性的任务。在这方面，我们采用转移学习方法以及正规化策略来改善分段模型的概括。为此，我们已经构思了用于分割网络的新颖优化方案，其包括丢失函数的额外正则化术语。为了获得全局一致的预测，我们纳入了基于形状的正则化，从自动编码器学习的非线性形状表示来源。另外，通过鉴别器计算的对抗正规化是集成的，以鼓励合理的描绘。评估来自脚踝和肩部关节的两个稀缺的小儿摄像数据集的多骨分割任务的方法，包括病理和健康检查。所提出的方法与先前提出的骰子，灵敏度，特异性，最大对称表面距离，平均对称表面距离和相对绝对体积差异度量的方法更好或以前的方法进行更好或以前的方法进行比例。我们说明所提出的方法可以很容易地集成到各种骨骼分割策略中，并且可以提高在大型非医学图像数据库上预先培训的模型的预测准确性。获得的结果为小儿肌肉骨骼障碍的管理带来了新的视角。
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晚期钆增强磁共振成像（LGE MRI）通常用于可视化和量化左心房（LA）疤痕。疤痕的位置和程度提供了心理生理学和心房颤动进展的重要信息（AF）。因此，LGE MRI的La Scar分段和量化可用于AF患者的计算机辅助诊断和治疗分层。由于手动描绘可能是耗时的，并且经过专家内和专家间变异性，因此非常需要自动化这种计算，这然而仍然仍然具有挑战性和研究。本文旨在为La腔，墙壁，瘢痕和消融差距分割和LGE MRI的定量提供系统审查，以及AF研究的相关文献。具体而言，我们首先总结AF相关的成像技术，特别是LGE MRI。然后，我们详细介绍了四个计算任务的方法，并总结了每个任务中应用的验证策略。最后，概述了未来可能的未来发展，简要调查了上述方法的潜在临床应用。审查表明，该主题的研究仍处于早期阶段。虽然已经提出了几种方法，但特别是对于LA分割，由于与图像采集的高度变化相关的性能问题和图像采集差异有关的性能问题，仍有很大的算法发展。
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小儿肌肉骨骼系统的临床诊断依赖于医学成像检查的分析。在医学图像处理管道中，使用深度学习算法的语义分割使人可以自动生成患者特定的三维解剖模型，这对于形态学评估至关重要。但是，小儿成像资源的稀缺性可能导致单个深层分割模型的准确性和泛化性能降低。在这项研究中，我们建议设计一个新型的多任务多任务多域学习框架，在该框架中，单个分割网络对由解剖学的不同部分产生的多个数据集进行了优化。与以前的方法不同，我们同时考虑多个强度域和分割任务来克服小儿数据的固有稀缺性，同时利用成像数据集之间的共享特征。为了进一步提高概括能力，我们从自然图像分类中采用了转移学习方案，以及旨在在共享表示中促进域特异性群集的多尺度对比正则化，以及多连接解剖学先验来执行解剖学上一致的预测。我们评估了使用脚踝，膝盖和肩关节的三个稀缺和小儿成像数据集进行骨分割的贡献。我们的结果表明，所提出的方法在骰子指标中的表现优于个人，转移和共享分割方案，并具有统计学上足够的利润。拟议的模型为智能使用成像资源和更好地管理小儿肌肉骨骼疾病提供了新的观点。
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本文提出了一种类别级别的6D对象姿势和形状估计方法IDAPS，其允许在类别中跟踪6D姿势并估计其3D形状。我们使用深度图像作为输入开发类别级别自动编码器网络，其中来自自动编码器编码的特征嵌入在类别中对象的姿势。自动编码器可用于粒子过滤器框架，以估计和跟踪类别中的对象的姿势。通过利用基于符号距离函数的隐式形状表示，我们构建延迟网络以估计给定对象的估计姿势的3D形状的潜在表示。然后，估计的姿势和形状可用于以迭代方式互相更新。我们的类别级别6D对象姿势和形状估计流水线仅需要2D检测和分段进行初始化。我们在公开的数据集中评估我们的方法，并展示其有效性。特别是，我们的方法在形状估计上实现了相对高的准确性。
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统计形状建模是解剖学群体定量分析的重要工具。点分布模型（PDMS）通过密集的相应关系，直观且易于使用的形状表示来表示解剖表面，用于后续应用。这些对应关系在两个坐标空间中展出：局部坐标，其描述每个单独解剖表面的几何特征和代表在给定队列中的样本的全局对准差异之后表示人口级统计形状信息的世界坐标。我们提出了一种基于深度学习的框架，它同时从容积图像中直接学习这两个坐标空间。建议的联合模型用于双重目的;世界界据可以直接用于形状分析应用，避免了传统PDM模型中涉及的重预处理和分段。另外，本地对应关系可用于解剖分段。我们展示了这种联合模型在推断解剖表面时形成了两个数据集的形状建模应用的效果。
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运动估计是用于评估目标器官解剖学和功能的动态医学图像处理的基本步骤。然而，通过评估局部图像相似性通过评估局部图像相似性优化运动场的基于图像的运动估计方法，易于产生令人难以置信的估计，尤其是在大运动的情况下。在这项研究中，我们提供了一种新颖的稀疏密度（DSD）的运动估计框架，其包括两个阶段。在第一阶段，我们处理原始密集图像以提取稀疏地标以表示目标器官解剖拓扑，并丢弃对运动估计不必要的冗余信息。为此目的，我们介绍一个无监督的3D地标检测网络，以提取用于目标器官运动估计的空间稀疏但代表性的地标。在第二阶段，我们从两个不同时间点的两个图像的提取稀疏地标的稀疏运动位移得出。然后，我们通过将稀疏地标位移突出回致密图像域，呈现运动重建网络来构造运动场。此外，我们从我们的两级DSD框架中使用估计的运动场作为初始化，并提高轻量级且有效的迭代优化中的运动估计质量。我们分别评估了两种动态医学成像任务的方法，分别为模型心脏运动和肺呼吸运动。与现有的比较方法相比，我们的方法产生了出色的运动估计精度。此外，广泛的实验结果表明，我们的解决方案可以提取良好代表性解剖标志，而无需手动注释。我们的代码在线公开提供。
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