Large annotated datasets are required to train segmentation networks. In medical imaging, it is often difficult, time consuming and expensive to create such datasets, and it may also be difficult to share these datasets with other researchers. Different AI models can today generate very realistic synthetic images, which can potentially be openly shared as they do not belong to specific persons. However, recent work has shown that using synthetic images for training deep networks often leads to worse performance compared to using real images. Here we demonstrate that using synthetic images and annotations from an ensemble of 10 GANs, instead of from a single GAN, increases the Dice score on real test images with 4.7 % to 14.0 % on specific classes.

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

来自磁共振成像（MRI）数据的自动脑肿瘤分割在评估治疗和个性化治疗分层的肿瘤反应中起重要作用.Manual分割是乏味的，主观的脑肿瘤细分算法有可能提供目标并且快速肿瘤分割。但是，这种算法的培训需要大量数据集，这些数据集并不总是可用的。数据增强技术可以减少对大型数据集的需求。然而，当前方法主要是参数，并且可能导致次优的性能。我们引入了两个非参数化的脑肿瘤分割的数据增强方法：混合结构正则化（MSR）和Shuffle像素噪声（SPN）.we评估了MSR和SPN增强对大脑肿瘤分割（BRATS）2018挑战数据集的附加值与编码器 - 解码器NNU-NNU-NNU-NET架构作为分割算法。从MSR和SPN改善NNU-NET分段与参数高斯噪声增强相比的准确性。当分别将MSR与肿瘤核心和全肿瘤实验的非参数增强分别增加了80％至82％和p值= 0.0022,00028。所提出的MSR和SPN增强有可能在其他任务中提高神经网络性能。

Tumor segmentation in histopathology images is often complicated by its composition of different histological subtypes and class imbalance. Oversampling subtypes with low prevalence features is not a satisfactory solution since it eventually leads to overfitting. We propose to create synthetic images with semantically-conditioned deep generative networks and to combine subtype-balanced synthetic images with the original dataset to achieve better segmentation performance. We show the suitability of Generative Adversarial Networks (GANs) and especially diffusion models to create realistic images based on subtype-conditioning for the use case of HER2-stained histopathology. Additionally, we show the capability of diffusion models to conditionally inpaint HER2 tumor areas with modified subtypes. Combining the original dataset with the same amount of diffusion-generated images increased the tumor Dice score from 0.833 to 0.854 and almost halved the variance between the HER2 subtype recalls. These results create the basis for more reliable automatic HER2 analysis with lower performance variance between individual HER2 subtypes.

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。

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).

本文提出了基于对脑肿瘤细分任务的普遍学习培训方法。在这一概念中，3D分割网络从双互惠对抗性学习方法学习。为了增强分割预测的概括并使分割网络稳健，我们通过在原始患者数据上添加一些噪声来通过增加一些噪声来遵循虚拟的对抗训练方法。通过将其作为定量主观裁判的评论者纳入了批评，分割网络从与分段结果相关的不确定性信息学习。我们在RSNA-ASNR-MICCAI BRATS 2021数据集上培训和评估网络架构。我们在线验证数据集的表现如下：骰子相似度得分为81.38％，90.77％和85.39％; Hausdorff距离（95±95±95毫米）分别为增强肿瘤，全肿瘤和肿瘤核心的5.37毫米，8.56毫米。同样，我们的方法实现了84.55％，90.46％和85.30％的骰子相似度得分，以及最终测试数据集上的13.48 mm，6.32毫米和16.98mm的Hausdorff距离（95 \％）。总体而言，我们所提出的方法对每个肿瘤次区域的分割准确性产生更好的性能。我们的代码实现在https://github.com/himashi92/vizviva_brats_2021上公开使用

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。

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。

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。

本研究的目的是申请和评估跨多媒体挑战的开箱即用的深度学习框架。我们使用从对比度增强的T1 MR到高分辨率T2 MR的域改性的剪切模型。作为数据增强，我们生成了带有较低信号强度的前庭施瓦莫纳的额外图像。对于分段任务，我们使用NNU-Net框架。我们的最终提交在验证阶段实现了0.8299的平均骰子分数，测试阶段0.8253。我们的方法在Crossmoda挑战中排名第3。

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。

Recent advances in computer vision have shown promising results in image generation. Diffusion probabilistic models in particular have generated realistic images from textual input, as demonstrated by DALL-E 2, Imagen and Stable Diffusion. However, their use in medicine, where image data typically comprises three-dimensional volumes, has not been systematically evaluated. Synthetic images may play a crucial role in privacy preserving artificial intelligence and can also be used to augment small datasets. Here we show that diffusion probabilistic models can synthesize high quality medical imaging data, which we show for Magnetic Resonance Images (MRI) and Computed Tomography (CT) images. We provide quantitative measurements of their performance through a reader study with two medical experts who rated the quality of the synthesized images in three categories: Realistic image appearance, anatomical correctness and consistency between slices. Furthermore, we demonstrate that synthetic images can be used in a self-supervised pre-training and improve the performance of breast segmentation models when data is scarce (dice score 0.91 vs. 0.95 without vs. with synthetic data).

Segmentation of regions of interest (ROIs) for identifying abnormalities is a leading problem in medical imaging. Using Machine Learning (ML) for this problem generally requires manually annotated ground-truth segmentations, demanding extensive time and resources from radiologists. This work presents a novel weakly supervised approach that utilizes binary image-level labels, which are much simpler to acquire, to effectively segment anomalies in medical Magnetic Resonance (MR) images without ground truth annotations. We train a binary classifier using these labels and use it to derive seeds indicating regions likely and unlikely to contain tumors. These seeds are used to train a generative adversarial network (GAN) that converts cancerous images to healthy variants, which are then used in conjunction with the seeds to train a ML model that generates effective segmentations. This method produces segmentations that achieve Dice coefficients of 0.7903, 0.7868, and 0.7712 on the MICCAI Brain Tumor Segmentation (BraTS) 2020 dataset for the training, validation, and test cohorts respectively. We also propose a weakly supervised means of filtering the segmentations, removing a small subset of poorer segmentations to acquire a large subset of high quality segmentations. The proposed filtering further improves the Dice coefficients to up to 0.8374, 0.8232, and 0.8136 for training, validation, and test, respectively.

\ textit {objection：}基于gadolinium的对比剂（GBCA）已被广泛用于更好地可视化脑磁共振成像中的疾病（MRI）。然而，大脑和身体内部的gadolin量引起了人们对使用GBCA的安全问题。因此，在提供类似的对比度信息的同时，可以减少甚至消除GBCA暴露的新方法的发展将在临床上具有重大用途。 \ textit {方法：}在这项工作中，我们提出了一种基于深度学习的方法，用于对脑肿瘤患者的对比增强T1合成。 3D高分辨率完全卷积网络（FCN）通过处理和聚合并行的多尺度信息保持高分辨率信息，旨在将前对比度MRI序列映射到对比度增强的MRI序列。具体而言，将三个前对比的MRI序列T1，T2和表观扩散系数图（ADC）用作输入，而对比后T1序列则被用作目标输出。为了减轻正常组织与肿瘤区域之间的数据不平衡问题，我们引入了局部损失，以改善肿瘤区域的贡献，从而可以更好地增强对肿瘤的增强结果。 \ textIt {结果：}进行了广泛的定量和视觉评估，我们提出的模型在大脑中达到28.24db的PSNR，在肿瘤区域达到21.2db。 \ textit {结论和意义：}我们的结果表明，用深度学习产生的合成对比图像代替GBCA的潜力。代码可在\ url {https://github.com/chenchao666/contrast-enhanced-mri-synthesis中获得

我们为Brats21挑战中的脑肿瘤分割任务提出了优化的U-Net架构。为了找到最佳模型架构和学习时间表，我们运行了一个广泛的消融研究来测试：深度监督损失，焦点，解码器注意，下降块和残余连接。此外，我们搜索了U-Net编码器的最佳深度，卷积通道数量和后处理策略。我们的方法赢得了验证阶段，并在测试阶段进行了第三位。我们已开放源代码以在NVIDIA深度学习示例GitHub存储库中重现我们的Brats21提交。

对疾病的诊断或图像分割医学图像训练计算机视觉相关算法是缺乏训练数据，标记的样品，和隐私问题的困难所致。出于这个原因，一个强大的生成方法来创建合成数据后高度寻求。然而，大多数三维图像生成器需要额外的图像输入或者是非常占用大量内存。为了解决这些问题，我们建议调整视频生成技术3-d图像生成。使用时间GAN（TGAN）架构，我们将展示我们能够产生逼真的头部和颈部PET图像。我们还表明，通过调节肿瘤口罩发电机，我们能够控制肿瘤的几何形状和位置，在生成的图像。为了测试合成影像的用途，我们使用合成的图像训练分割模型。空调真实肿瘤掩模合成图像被自动分割，和对应的真实图像也分割。我们评估使用的骰子得分的分割，并找到两个数据集（0.65合成数据，0.70的真实数据）同样的分割算法执行。然后，各种radionomic特征在分割的肿瘤体积为每个数据集来计算。真实的和合成的特征分布的比较显示，8七个特征分布有统计学不显着差异（p> 0.05）。还计算所有radionomic特征之间的相关系数，它是示出了所有在真实数据组中的强统计相关的在合成数据集被保留。

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。

使用磁共振成像（MRI）的平移大脑研究变得越来越受欢迎，因为动物模型是科学研究的重要组成部分，超高场扫描仪变得更加可用。 MRI的一些缺点是MRI扫描仪可用性，并且执行完整扫描会话所需的时间（通常需要30分钟）。数据保护法和3R道德规则也使得难以为培训深度学习模型创建大型数据集。已经显示了生成的对抗网络（GaN）能够以比其他技术更高的质量执行数据增强。在这项工作中，Alpha-GaN架构用于测试其生成RAT大脑的现实3D MRI扫描的能力。就作者来说，这是第一次基于GAN的方法首次用于临床前数据的数据增强。使用各种定性和定量度量来评估生成的扫描。由4名专家执行的图灵测试表明，生成的扫描可能几乎可以欺骗任何专家。产生的扫描也用于评估它们对对白种物质，灰质和脑脊髓液的大鼠脑分割开发的现有深度学习模型的性能的影响。使用骰子分数进行比较模型。当使用174种实际扫描和348种合成物时，实现了全脑和白质分割的最佳结果，提高了0.0172和0.0129。使用174个真实扫描和87个合成物导致了0.0038和0.0764的灰质和脑脊液细分的改善。因此，通过使用所提出的新归一化层和损耗功能，可以改善生成的RAT MRI扫描的现实主义，并且证明使用数据产生的改进的分割模型比使用传统数据增强改进。

医疗图像分类是图像识别领域中最关键的问题之一。该领域的主要挑战之一是缺乏标记的培训数据。此外，数据集通常会出现类不平衡，因为某些情况很少发生。结果，分类任务的准确性通常很低。特别是深度学习模型，在图像细分和分类问题上显示出令人鼓舞的结果，但它们需要很大的数据集进行培训。因此，需要从相同分布中生成更多的合成样品。先前的工作表明，特征生成更有效，并且比相应的图像生成更高。我们将此想法应用于医学成像领域。我们使用转移学习来训练针对金标准班级注释的小数据集的细分模型。我们提取了学习的功能，并使用它们使用辅助分类器GAN（ACGAN）来生成在类标签上进行调节的合成特征。我们根据其严重程度测试了下游分类任务中生成特征的质量。实验结果表明，这些生成特征的有效性及其对平衡数据和提高分类类别的准确性的总体贡献的结果有希望的结果。