人类评分是分割质量的抽象表示。为了近似于稀缺专家数据的人类质量评级，我们训练替代质量估计模型。我们根据Brats注释方案评估复杂的多级分割问题，特别是神经胶质瘤分割。培训数据以15位专家神经放射科学家的质量评级为特征，范围从1到6星，用于各种计算机生成和手动3D注释。即使网络在2D图像上运行并使用稀缺的训练数据，我们也可以在与人类内部内可靠性相当的错误范围内近似分段质量。细分质量预测具有广泛的应用。虽然对分割质量的理解对于成功分割质量算法的成功临床翻译至关重要，但它可以在培训新的分割模型中发挥至关重要的作用。由于推断时间分裂，可以直接在损失函数中或在联合学习设置中作为完全自动的数据集策划机制。

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.

Quantifying the perceptual similarity of two images is a long-standing problem in low-level computer vision. The natural image domain commonly relies on supervised learning, e.g., a pre-trained VGG, to obtain a latent representation. However, due to domain shift, pre-trained models from the natural image domain might not apply to other image domains, such as medical imaging. Notably, in medical imaging, evaluating the perceptual similarity is exclusively performed by specialists trained extensively in diverse medical fields. Thus, medical imaging remains devoid of task-specific, objective perceptual measures. This work answers the question: Is it necessary to rely on supervised learning to obtain an effective representation that could measure perceptual similarity, or is self-supervision sufficient? To understand whether recent contrastive self-supervised representation (CSR) may come to the rescue, we start with natural images and systematically evaluate CSR as a metric across numerous contemporary architectures and tasks and compare them with existing methods. We find that in the natural image domain, CSR behaves on par with the supervised one on several perceptual tests as a metric, and in the medical domain, CSR better quantifies perceptual similarity concerning the experts' ratings. We also demonstrate that CSR can significantly improve image quality in two image synthesis tasks. Finally, our extensive results suggest that perceptuality is an emergent property of CSR, which can be adapted to many image domains without requiring annotations.

Glioblastomas是最具侵略性的快速生长的主要脑癌，起源于大脑的胶质细胞。准确鉴定恶性脑肿瘤及其子区域仍然是医学图像分割中最具挑战性问题之一。脑肿瘤分割挑战（Brats）是自动脑胶质细胞瘤分割算法的流行基准，自于其启动。在今年的挑战中，Brats 2021提供了2,000名术前患者的最大多参数（MPMRI）数据集。在本文中，我们提出了两个深度学习框架的新聚合，即在术前MPMRI中的自动胶质母细胞瘤识别的Deepseg和NNU-Net。我们的集合方法获得了92.00,87.33和84.10和Hausdorff距离为3.81,8.91和16.02的骰子相似度分数，用于增强肿瘤，肿瘤核心和全肿瘤区域，单独进行。这些实验结果提供了证据表明它可以在临床上容易地应用，从而助攻脑癌预后，治疗计划和治疗反应监测。

事实证明，深度卷积神经网络在语义分割任务中非常有效。引入了最流行的损失功能，以提高体积分数，例如Sorensen骰子系数。根据设计，DSC可以解决类不平衡；但是，它不能识别类中的实例不平衡。结果，大型前景实例可以主导次要实例，并且仍然产生令人满意的Sorensen骰子系数。然而，错过实例将导致检测性能不佳。这代表了诸如疾病进展监测等应用中的一个关键问题。例如，必须在多发性硬化症患者的随访中定位和监视小规模病变。我们提出了一个新型的损失功能家族，绰号斑点损失，主要旨在最大化实例级检测指标，例如F1得分和灵敏度。 BLOB损失是针对语义分割问题而设计的，其中实例是类中连接的组件。我们在五个复杂的3D语义分割任务中广泛评估了基于DSC的斑点损失，这些任务具有明显的实例异质性，从纹理和形态上讲。与软骰子损失相比，我们的MS病变改善了5％，肝肿瘤改善了3％，考虑F1分数的显微镜细分任务平均提高了2％。

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。

具有多级连接的深度神经网络，以复杂的方式进程输入数据来了解信息。网络学习效率不仅取决于复杂的神经网络架构，还取决于输入训练图像。具有用于头骨剥离或肿瘤的深神经网络的Medical图像分段。来自磁共振图像的分割使得能够学习图像的全局和局部特征。虽然收集在受控环境中的医学图像，但可能存在导致输入集中固有偏差的伪影或基于设备的方差。在本研究中，我们调查了具有神经网络分割精度的MR图像的图像质量指标的相关性。我们使用了3D DenSenet架构，并让网络在相同的输入上培训，但应用不同的方法来基于IQM值选择训练数据集。基于随机训练的模型之间的分割精度的差异基于IQM的训练输入揭示了图像质量指标对分割精度的作用。通过运行图像质量指标来选择培训输入，进一步调整网络的学习效率和分割精度。

Automatic segmentation is essential for the brain tumor diagnosis, disease prognosis, and follow-up therapy of patients with gliomas. Still, accurate detection of gliomas and their sub-regions in multimodal MRI is very challenging due to the variety of scanners and imaging protocols. Over the last years, the BraTS Challenge has provided a large number of multi-institutional MRI scans as a benchmark for glioma segmentation algorithms. This paper describes our contribution to the BraTS 2022 Continuous Evaluation challenge. We propose a new ensemble of multiple deep learning frameworks namely, DeepSeg, nnU-Net, and DeepSCAN for automatic glioma boundaries detection in pre-operative MRI. It is worth noting that our ensemble models took first place in the final evaluation on the BraTS testing dataset with Dice scores of 0.9294, 0.8788, and 0.8803, and Hausdorf distance of 5.23, 13.54, and 12.05, for the whole tumor, tumor core, and enhancing tumor, respectively. Furthermore, the proposed ensemble method ranked first in the final ranking on another unseen test dataset, namely Sub-Saharan Africa dataset, achieving mean Dice scores of 0.9737, 0.9593, and 0.9022, and HD95 of 2.66, 1.72, 3.32 for the whole tumor, tumor core, and enhancing tumor, respectively. The docker image for the winning submission is publicly available at (https://hub.docker.com/r/razeineldin/camed22).

磁共振成像（MRI）数据由于设备制造商，扫描协议和受试者间变异性的差异而具有异质性。减轻MR图像异质性的一种常规方法是应用预处理转换，例如解剖学比对，体素重新采样，信号强度均衡，图像降解和利益区域的定位（ROI）。尽管预处理管道标准化了图像外观，但其对图像分割质量和深度神经网络（DNN）的其他下游任务的影响从未经过严格研究。在这里，我们报告了一项关于TCIA-GBM开源数据集的多模式MRI MRI脑癌图像分割的全面研究。我们的结果表明，大多数流行的标准化步骤对人工神经网络的性能没有任何价值。此外，预处理可以妨碍模型性能。我们建议，由于信号差异降低了图像标准化，图像强度归一化方法不会导致模型准确性。最后，如果根据临床相关的指标来衡量，我们表明了型型型在数据预处理中的贡献几乎可以忽略不计。我们表明，准确分析的唯一必不可少的转换是整个数据集的体素间距的统一。相反，非刚性地图集注册形式的解剖学对齐不是必需的，大多数强度均衡步骤不能提高模型的生产力。

背景：越来越多地认识到，仅根据常规临床护理得出的完全包容的大规模收集，脑部肿瘤的复杂异质性越来越多。这是当代机器学习可以促进的一项任务，尤其是在神经影像方面，但是它处理在现实世界中临床实践中常见的不完整数据的能力仍然未知。在这里，我们将最新方法应用于大规模的多站点MRI数据，以量化自动化肿瘤分割模型的比较保真度，以复制在临床现实中观察到的各种完整性水平。方法：我们将深度学习（NNU-NET衍生的）肿瘤分割模型与T1，对比增强的T1，T2和Flair Imaging序列的所有可能组合进行了比较，并在2021 Brats-brats-- RSNA胶质瘤人群为1251名患者，并对多样化的50例患者样本进行了测试。结果：经过训练的不完整数据分割病变的模型，通常等效于对完整数据培训的模型，表现为0.907（单个序列）至0.945（完整数据集）的骰子系数（全数据集），而0.701（单个序列）（单个序列）至0.891（完整的数据集中） ）用于组件组织类型。不完整的数据分割模型可以在没有对比成像的情况下准确检测增强肿瘤，从而用R2在0.95-0.97之间量化其体积。结论：深度学习分割模型在缺少数据时很好地表征了肿瘤，甚至可以在不使用对比度的情况下检测增强组织。这表明转化为临床实践（不完整的数据是常见的，可能比迄今为止认为的要容易得多，并且在减少对比鲜明使用的依赖性方面可能具有价值。

扩散模型对图像的生成建模表现出令人印象深刻的性能。在本文中，我们提出了一种基于扩散模型的新型语义分段方法。通过修改培训和采样方案，我们表明扩散模型可以执行医学图像的病变分割。为了生成图像特定的分割，我们在地面真实分割上培训模型，并在采样过程中使用图像作为先前的图像。通过给定的随机抽样过程，我们可以生成分割面罩的分布。此属性允许我们计算分割的像素方面的不确定性地图，并允许增加分段性能的分段内隐式集合。我们评估我们在Brats2020数据集上进行脑肿瘤细分的方法。与最先进的分割模型相比，我们的方法产生了良好的细分结果，另外，有意义地，有意义的不确定性地图。

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.

脑肿瘤细分对于胶质瘤患者的诊断和预后至关重要。脑肿瘤分割挑战赛继续提供一种开发自动算法来执行任务的伟大数据来源。本文介绍了我们对2021年竞争的贡献。我们开发了基于NN-UNET的方法，去年竞争的胜利。我们尝试了多种修改，包括使用较大的网络，用组标准化替换批量归一化，并在解码器中使用轴向注意力。内部5倍交叉验证以及组织者的在线评估显示了我们的方法的有效性，与基线相比，定量度量的微小改善。拟议的型号在最终排名上赢得了未经证明的测试数据的第一名。获奖提交的代码，备用重量和Docker图像在https://github.com/rixez/brats21_kaist_mri_lab上公开可用

深度学习（DL）模型为各种医学成像基准挑战提供了最先进的性能，包括脑肿瘤细分（BRATS）挑战。然而，局灶性病理多隔室分割（例如，肿瘤和病变子区）的任务特别具有挑战性，并且潜在的错误阻碍DL模型转化为临床工作流程。量化不确定形式的DL模型预测的可靠性，可以实现最不确定的地区的临床审查，从而建立信任并铺平临床翻译。最近，已经引入了许多不确定性估计方法，用于DL医学图像分割任务。开发指标评估和比较不确定性措施的表现将有助于最终用户制定更明智的决策。在本研究中，我们探索并评估在Brats 2019-2020任务期间开发的公制，以对不确定量化量化（Qu-Brats），并旨在评估和排列脑肿瘤多隔室分割的不确定性估计。该公制（1）奖励不确定性估计，对正确断言产生高置信度，以及在不正确的断言处分配低置信水平的估计数，（2）惩罚导致更高百分比的无关正确断言百分比的不确定性措施。我们进一步基准测试由14个独立参与的Qu-Brats 2020的分割不确定性，所有这些都参与了主要的Brats细分任务。总体而言，我们的研究结果证实了不确定性估计提供了分割算法的重要性和互补价值，因此突出了医学图像分析中不确定性量化的需求。我们的评估代码在HTTPS://github.com/ragmeh11/qu-brats公开提供。

背景：基于学习的深度颈部淋巴结水平（HN_LNL）自动纤维与放射疗法研究和临床治疗计划具有很高的相关性，但在学术文献中仍被研究过。方法：使用35个规划CTS的专家划分的队列用于培训NNU-NEN 3D FULLES/2D-ENEBLEN模型，用于自动分片20不同的HN_LNL。验证是在独立的测试集（n = 20）中进行的。在一项完全盲目的评估中，3位临床专家在与专家创建的轮廓的正面比较中对深度学习自动分类的质量进行了评价。对于10个病例的亚组，将观察者内的变异性与深度学习自动分量性能进行了比较。研究了Autocontour与CT片平面方向的一致性对几何精度和专家评级的影响。结果：与专家创建的轮廓相比，对CT SLICE平面调整的深度学习分割的平均盲目专家评级明显好得多（81.0 vs. 79.6，p <0.001），但没有切片平面的深度学习段的评分明显差。专家创建的轮廓（77.2 vs. 79.6，p <0.001）。深度学习分割的几何准确性与观察者内变异性（平均骰子，0.78 vs. 0.77，p = 0.064）的几何准确性无关，并且在提高水平之间的准确性方面差异（p <0.001）。与CT切片平面方向一致性的临床意义未由几何精度指标（骰子，0.78 vs. 0.78 vs. 0.78，p = 0.572）结论：我们表明可以将NNU-NENE-NET 3D-FULLRES/2D-ENEMELBEND用于HN_LNL高度准确的自动限制仅使用有限的培训数据集，该数据集非常适合在研究环境中在HN_LNL的大规模标准化自动限制。几何准确度指标只是盲人专家评级的不完善的替代品。

Objective: Convolutional neural networks (CNNs) have demonstrated promise in automated cardiac magnetic resonance image segmentation. However, when using CNNs in a large real-world dataset, it is important to quantify segmentation uncertainty and identify segmentations which could be problematic. In this work, we performed a systematic study of Bayesian and non-Bayesian methods for estimating uncertainty in segmentation neural networks. Methods: We evaluated Bayes by Backprop, Monte Carlo Dropout, Deep Ensembles, and Stochastic Segmentation Networks in terms of segmentation accuracy, probability calibration, uncertainty on out-of-distribution images, and segmentation quality control. Results: We observed that Deep Ensembles outperformed the other methods except for images with heavy noise and blurring distortions. We showed that Bayes by Backprop is more robust to noise distortions while Stochastic Segmentation Networks are more resistant to blurring distortions. For segmentation quality control, we showed that segmentation uncertainty is correlated with segmentation accuracy for all the methods. With the incorporation of uncertainty estimates, we were able to reduce the percentage of poor segmentation to 5% by flagging 31--48% of the most uncertain segmentations for manual review, substantially lower than random review without using neural network uncertainty (reviewing 75--78% of all images). Conclusion: This work provides a comprehensive evaluation of uncertainty estimation methods and showed that Deep Ensembles outperformed other methods in most cases. Significance: Neural network uncertainty measures can help identify potentially inaccurate segmentations and alert users for manual review.

机器学习算法支撑现代诊断辅助软件，这在临床实践中证明了有价值的，特别是放射学。然而，不准确的是，主要是由于临床样本的可用性有限，用于培训这些算法，妨碍他们在临床医生中更广泛的适用性，接受和识别。我们对最先进的自动质量控制（QC）方法进行了分析，可以在这些算法中实现，以估计其输出的确定性。我们验证了识别磁共振成像数据中的白质超收缩性（WMH）的大脑图像分割任务上最有前途的方法。 WMH是在上层前期成年中常见的小血管疾病的关联，并且由于其变化的尺寸和分布模式而尤其具有挑战性。我们的研究结果表明，不确定度和骰子预测的聚集在此任务的故障检测中最有效。两种方法在0.82至0.84的情况下独立改善平均骰子。我们的工作揭示了QC方法如何有助于检测失败的分割案例，从而使自动分割更可靠，适合临床实践。

机器学习和计算机视觉技术近年来由于其自动化，适合性和产生惊人结果的能力而迅速发展。因此，在本文中，我们调查了2014年至2022年之间发表的关键研究，展示了不同的机器学习算法研究人员用来分割肝脏，肝肿瘤和肝脉管结构的研究。我们根据感兴趣的组织（肝果，肝肿瘤或肝毒剂）对被调查的研究进行了划分，强调了同时解决多个任务的研究。此外，机器学习算法被归类为受监督或无监督的，如果属于某个方案的工作量很大，则将进一步分区。此外，对文献和包含上述组织面具的网站发现的不同数据集和挑战进行了彻底讨论，强调了组织者的原始贡献和其他研究人员的贡献。同样，在我们的评论中提到了文献中过度使用的指标，这强调了它们与手头的任务的相关性。最后，强调创新研究人员应对需要解决的差距的关键挑战和未来的方向，例如许多关于船舶分割挑战的研究的稀缺性以及为什么需要早日处理他们的缺席。

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。

前列腺癌是全世界男性癌症第二大的癌症和第六主要原因。专家在诊断前列腺癌期间面临的主要问题是含有肿瘤组织的感兴趣区域（ROI）的定位。目前，在大多数情况下，该ROI的分割是由专家医生手动进行的，但是该程序受到某些患者的检测率低（约27-44％）或过度诊断的困扰。因此，几项研究工作解决了从磁共振图像中自动分割和提取ROI特征的挑战，因为此过程可以极大地促进许多诊断和治疗应用。然而，缺乏明确的前列腺边界，前列腺组织固有的异质性以及多种前列腺形状的多样性使这一过程非常难以自动化。在这项工作中，通过获得的MRI图像数据集对六个深度学习模型进行了培训和分析。来自Dijon中心的医院和Catalunya大学。我们使用分类跨环膜损失函数进行了多种深度学习模型（即U-NET，注意U-NET，密度密度，R2U-NET和R2U-NET）的比较。使用通常用于图像分割的三个指标进行分析：骰子分数，JACCARD索引和均方误差。为我们提供最佳结果分割的模型是R2U-NET，骰子，Jaccard和平均平方误差分别达到0.869、0.782和0.00013。