Whole slide images (WSI) are microscopy images of stained tissue slides routinely prepared for diagnosis and treatment selection in medical practice. WSI are very large (gigapixel size) and complex (made of up to millions of cells). The current state-of-the-art (SoTA) approach to classify WSI subdivides them into tiles, encodes them by pre-trained networks and applies Multiple Instance Learning (MIL) to train for specific downstream tasks. However, annotated datasets are often small, typically a few hundred to a few thousand WSI, which may cause overfitting and underperforming models. Conversely, the number of unannotated WSI is ever increasing, with datasets of tens of thousands (soon to be millions) of images available. While it has been previously proposed to use these unannotated data to identify suitable tile representations by self-supervised learning (SSL), downstream classification tasks still require full supervision because parts of the MIL architecture is not trained during tile level SSL pre-training. Here, we propose a strategy of slide level SSL to leverage the large number of WSI without annotations to infer powerful slide representations. Applying our method to The Cancer-Genome Atlas, one of the most widely used data resources in cancer research (16 TB image data), we are able to downsize the dataset to 23 MB without any loss in predictive power: we show that a linear classifier trained on top of these embeddings maintains or improves previous SoTA performances on various benchmark WSI classification tasks. Finally, we observe that training a classifier on these representations with tiny datasets (e.g. 50 slides) improved performances over SoTA by an average of +6.3 AUC points over all downstream tasks.

胸部射线照相是一种相对便宜，广泛的医疗程序，可传达用于进行诊断决策的关键信息。胸部X射线几乎总是用于诊断呼吸系统疾病，如肺炎或最近的Covid-19。在本文中，我们提出了一个自我监督的深神经网络，其在未标记的胸部X射线数据集上掠夺。学习的陈述转移到下游任务 - 呼吸系统疾病的分类。在四个公共数据集获得的结果表明，我们的方法在不需要大量标记的培训数据的情况下产生竞争力。

在过去几年中，无监督的学习取得了很大的进展，特别是通过对比的自我监督学习。用于基准测试自我监督学习的主导数据集已经想象，最近的方法正在接近通过完全监督培训实现的性能。然而，ImageNet DataSet在很大程度上是以对象为中心的，并且目前尚不清楚这些方法的广泛不同的数据集和任务，这些方法是非以对象为中心的，例如数字病理学。虽然自我监督的学习已经开始在这个领域探讨了令人鼓舞的结果，但有理由看起来更接近这个环境与自然图像和想象成的不同。在本文中，我们对组织病理学进行了对比学学习的深入分析，引脚指向对比物镜的表现如何不同，由于组织病理学数据的特征。我们提出了一些考虑因素，例如对比目标和超参数调整的观点。在大量的实验中，我们分析了组织分类的下游性能如何受到这些考虑因素的影响。结果指出了对比学习如何减少数字病理中的注释工作，但需要考虑特定的数据集特征。为了充分利用对比学习目标，需要不同的视野和超参数校准。我们的结果为实现组织病理学应用的自我监督学习的全部潜力铺平了道路。

近年来，随着深度神经网络方法的普及，手术计算机视觉领域经历了相当大的突破。但是，用于培训的标准全面监督方法需要大量的带注释的数据，从而实现高昂的成本；特别是在临床领域。已经开始在一般计算机视觉社区中获得吸引力的自我监督学习（SSL）方法代表了对这些注释成本的潜在解决方案，从而使仅从未标记的数据中学习有用的表示形式。尽管如此，SSL方法在更复杂和有影响力的领域（例如医学和手术）中的有效性仍然有限且未开发。在这项工作中，我们通过在手术计算机视觉的背景下研究了四种最先进的SSL方法（Moco V2，Simclr，Dino，SWAV），以解决这一关键需求。我们对这些方法在cholec80数据集上的性能进行了广泛的分析，以在手术环境理解，相位识别和工具存在检测中为两个基本和流行的任务。我们检查了它们的参数化，然后在半监督设置中相对于训练数据数量的行为。如本工作所述和进行的那样，将这些方法的正确转移到手术中，可以使SSL的一般用途获得可观的性能 - 相位识别率高达7％，而在工具存在检测方面，则具有20％ - 半监督相位识别方法高达14％。该代码将在https://github.com/camma-public/selfsupsurg上提供。

组织病理学图像包含丰富的表型信息和病理模式，这是疾病诊断的黄金标准，对于预测患者预后和治疗结果至关重要。近年来，在临床实践中迫切需要针对组织病理学图像的计算机自动化分析技术，而卷积神经网络代表的深度学习方法已逐渐成为数字病理领域的主流。但是，在该领域获得大量细粒的注释数据是一项非常昂贵且艰巨的任务，这阻碍了基于大量注释数据的传统监督算法的进一步开发。最新的研究开始从传统的监督范式中解放出来，最有代表性的研究是基于弱注释，基于有限的注释的半监督学习范式以及基于自我监督的学习范式的弱监督学习范式的研究图像表示学习。这些新方法引发了针对注释效率的新自动病理图像诊断和分析。通过对130篇论文的调查，我们对从技术和方法论的角度来看，对计算病理学领域中有关弱监督学习，半监督学习以及自我监督学习的最新研究进行了全面的系统综述。最后，我们提出了这些技术的关键挑战和未来趋势。

Computational pathology can lead to saving human lives, but models are annotation hungry and pathology images are notoriously expensive to annotate. Self-supervised learning has shown to be an effective method for utilizing unlabeled data, and its application to pathology could greatly benefit its downstream tasks. Yet, there are no principled studies that compare SSL methods and discuss how to adapt them for pathology. To address this need, we execute the largest-scale study of SSL pre-training on pathology image data, to date. Our study is conducted using 4 representative SSL methods on diverse downstream tasks. We establish that large-scale domain-aligned pre-training in pathology consistently out-performs ImageNet pre-training in standard SSL settings such as linear and fine-tuning evaluations, as well as in low-label regimes. Moreover, we propose a set of domain-specific techniques that we experimentally show leads to a performance boost. Lastly, for the first time, we apply SSL to the challenging task of nuclei instance segmentation and show large and consistent performance improvements under diverse settings.

这项工作提出了一种新型的自我监督的预训练方法，以学习有效的表示，而没有在组织病理学医学图像上使用放大倍率的因素进行标签。其他最先进的工作主要集中在完全监督的学习方法上，这些学习方法严重依赖人类注释。但是，标记和未标记数据的稀缺性是组织病理学的长期挑战。当前，没有标签的表示学习仍未探索组织病理学领域。提出的方法是放大事先的对比相似性（MPC），可以通过利用放大倍率，电感转移和减少人类先验的宽度乳腺癌数据集中的无标签来进行自我监督的学习。当仅20％的标签用于微调和表现以前的工作中，在完全监督的学习环境中，该方法与恶性分类的最新学习相匹配。它提出了一个假设，并提供了经验证据来支持，从而减少人类优先导致自学​​中有效表示学习。这项工作的实施可在github-https：//github.com/prakashchhipa/magnification-prior-self-supervised-method上在线获得。

通过自学学习的视觉表示是一项极具挑战性的任务，因为网络需要在没有监督提供的主动指导的情况下筛选出相关模式。这是通过大量数据增强，大规模数据集和过量量的计算来实现的。视频自我监督学习（SSL）面临着额外的挑战：视频数据集通常不如图像数据集那么大，计算是一个数量级，并且优化器所必须通过的伪造模式数量乘以几倍。因此，直接从视频数据中学习自我监督的表示可能会导致次优性能。为了解决这个问题，我们建议在视频表示学习框架中利用一个以自我或语言监督为基础的强大模型，并在不依赖视频标记的数据的情况下学习强大的空间和时间信息。为此，我们修改了典型的基于视频的SSL设计和目标，以鼓励视频编码器\ textit {subsume}基于图像模型的语义内容，该模型在通用域上训练。所提出的算法被证明可以更有效地学习（即在较小的时期和较小的批次中），并在单模式SSL方法中对标准下游任务进行了新的最新性能。

自我监督的学习（SSL）通过大量未标记的数据的先知，在各种医学成像任务上取得了出色的性能。但是，对于特定的下游任务，仍然缺乏有关如何选择合适的借口任务和实现细节的指令书。在这项工作中，我们首先回顾了医学成像分析领域中自我监督方法的最新应用。然后，我们进行了广泛的实验，以探索SSL中的四个重要问题用于医学成像，包括（1）自我监督预处理对不平衡数据集的影响，（2）网络体系结构，（3）上游任务对下游任务和下游任务和下游任务的适用性（4）SSL和常用政策用于深度学习的堆叠效果，包括数据重新采样和增强。根据实验结果，提出了潜在的指南，以在医学成像中进行自我监督预处理。最后，我们讨论未来的研究方向并提出问题，以了解新的SSL方法和范式时要注意。

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％。

高分辨率图像和详尽的局部注释成本的过高成本阻碍了数字病理学的进展。用于对病理图像进行分类的常用范式是基于贴片的处理，该处理通常结合了多个实例学习（MIL）以汇总局部补丁级表示，从而得出图像级预测。尽管如此，诊断相关的区域只能占整个组织的一小部分，而当前基于MIL的方法通常会均匀地处理图像，从而丢弃相互作用的相互作用。为了减轻这些问题，我们提出了Scorenet，Scorenet是一种新的有效的变压器，利用可区分的建议阶段来提取区分图像区域并相应地专用计算资源。提出的变压器利用一些动态推荐的高分辨率区域的本地和全球关注，以有效的计算成本。我们通过利用图像的语义分布来指导数据混合并产生连贯的样品标签对，进一步介绍了一种新型的混合数据启发，即SCOREX。 SCOREMIX令人尴尬地简单，并减轻了先前的增强的陷阱，该增强性的陷阱假设了统一的语义分布，并冒着标签样品的风险。对血久毒素和曙红（H＆E）的三个乳腺癌组织学数据集（H＆E）的三个乳腺癌组织学数据集（H＆E）的彻底实验和消融研究验证了我们的方法优于先前的艺术，包括基于变压器的肿瘤区域（TORIS）分类的模型。与其他混合增强变体相比，配备了拟议的得分增强的Scorenet表现出更好的概括能力，并实现了新的最先进的结果（SOTA）结果，仅50％的数据。最后，Scorenet产生了高疗效，并且胜过SOTA有效变压器，即TransPath和SwintransFormer。

本文研究了两种技术，用于开发有效的自我监督视觉变压器（ESVIT）进行视觉表示学习。首先，我们通过一项全面的实证研究表明，具有稀疏自我生产的多阶段体系结构可以显着降低建模的复杂性，但具有失去捕获图像区域之间细粒度对应关系的能力的成本。其次，我们提出了一项新的区域匹配训练任务，该任务使模型可以捕获细粒的区域依赖性，因此显着提高了学习视觉表示的质量。我们的结果表明，ESVIT在ImageNet线性探针评估上结合两种技术，在ImageNet线性探针评估中获得了81.3％的TOP-1，优于先前的艺术，其较高吞吐量的顺序幅度约为较高。当转移到下游线性分类任务时，ESVIT在18个数据集中的17个中优于其受监督的对方。代码和模型可公开可用：https：//github.com/microsoft/esvit

近年来出现的一种意外技术包括使用自我监督学习（SSL）方法培训深网（DN），并在下游任务上使用此网络，但其最后几层已完全删除。这种通常的脱脂技巧实际上对于SSL方法显示竞争性表演至关重要。例如，在成像网分类上，可以以这种方式获得超过30个百分比。这有点令人烦恼，因为人们希望在训练期间SSL标准明确执行不变性的网络层（最后一层）应该是用于下游最佳概括性能的一种。但这似乎并非如此，这项研究阐明了原因。我们将这种技巧称为断头台正则化（GR），实际上是一种普遍适用的正则化形式，也已用于改善转移学习方案中的泛化性能。在这项工作中，通过理论和实验，我们将GR形式化并确定其在SSL方法中成功背后的根本原因。我们的研究表明，这种技巧对于SSL的性能至关重要，原因有两个：（i）确定训练过程中使用的正面对的数据启发不当，和/或（ii）次优选择了该训练的超参数。 SSL损失。

Molecular and genomic properties are critical in selecting cancer treatments to target individual tumors, particularly for immunotherapy. However, the methods to assess such properties are expensive, time-consuming, and often not routinely performed. Applying machine learning to H&E images can provide a more cost-effective screening method. Dozens of studies over the last few years have demonstrated that a variety of molecular biomarkers can be predicted from H&E alone using the advancements of deep learning: molecular alterations, genomic subtypes, protein biomarkers, and even the presence of viruses. This article reviews the diverse applications across cancer types and the methodology to train and validate these models on whole slide images. From bottom-up to pathologist-driven to hybrid approaches, the leading trends include a variety of weakly supervised deep learning-based approaches, as well as mechanisms for training strongly supervised models in select situations. While results of these algorithms look promising, some challenges still persist, including small training sets, rigorous validation, and model explainability. Biomarker prediction models may yield a screening method to determine when to run molecular tests or an alternative when molecular tests are not possible. They also create new opportunities in quantifying intratumoral heterogeneity and predicting patient outcomes.

在深度学习研究中，自学学习（SSL）引起了极大的关注，引起了计算机视觉和遥感社区的兴趣。尽管计算机视觉取得了很大的成功，但SSL在地球观测领域的大部分潜力仍然锁定。在本文中，我们对在遥感的背景下为计算机视觉的SSL概念和最新发展提供了介绍，并回顾了SSL中的概念和最新发展。此外，我们在流行的遥感数据集上提供了现代SSL算法的初步基准，从而验证了SSL在遥感中的潜力，并提供了有关数据增强的扩展研究。最后，我们确定了SSL未来研究的有希望的方向的地球观察（SSL4EO），以铺平了两个领域的富有成效的相互作用。

高质量注释的医学成像数据集的稀缺性是一个主要问题，它与医学成像分析领域的机器学习应用相撞并阻碍了其进步。自我监督学习是一种最近的培训范式，可以使学习强大的表示无需人类注释，这可以被视为有效的解决方案，以解决带注释的医学数据的稀缺性。本文回顾了自我监督学习方法的最新研究方向，用于图像数据，并将其专注于其在医学成像分析领域的应用。本文涵盖了从计算机视野领域的最新自我监督学习方法，因为它们适用于医学成像分析，并将其归类为预测性，生成性和对比性方法。此外，该文章涵盖了40个在医学成像分析中自学学习领域的最新研究论文，旨在阐明该领域的最新创新。最后，本文以该领域的未来研究指示结束。

人们普遍认为，污渍差异引起的颜色变化是组织病理学图像分析的关键问题。现有方法采用颜色匹配，染色分离，污渍转移或它们的组合以减轻污渍变化问题。在本文中，我们提出了一种用于组织病理学图像分析的新型染色自适应自我监督学习（SASSL）方法。我们的SASSL将一个域 - 交流训练模块集成到SSL框架中，以学习独特的特征，这些功能对各种转换和污渍变化都具有鲁棒性。所提出的SASSL被视为域不变特征提取的一般方法，可以通过对特定下游任务的特征进行细微调整特征来灵活地与任意下游组织病理学图像分析模块（例如核/组织分割）结合。我们进行了有关公开可用的病理图像分析数据集的实验，包括熊猫，乳腺癌和camelyon16数据集，以实现最先进的性能。实验结果表明，所提出的方法可以鲁棒地提高模型的特征提取能力，并在下游任务中实现稳定的性能改善。

自我监督的预训练似乎是在转移学习预培训的有利替代方案。通过在借口任务上综合注释，自我划分允许在对目标任务进行细微调整之前对大量伪标签进行预训练模型。在这项工作中，我们评估了诊断皮肤病变的自学意识，将三个自我监管的管道与具有挑战性的监督基线进行了比较，该管道包括五个测试数据集，其中包括分布式和分布样品的五个测试数据集。我们的结果表明，自学在改善准确性和降低结果的可变性方面都具有竞争力。自我划分证明，对于低训练数据方案（$ <1 \，500 $和$ <150 $样本）而言，它特别有用，在该方案中，其稳定结果的能力对于提供合理的结果至关重要。

自动显微镜和定量图像分析的进展已促进了高含量筛查（HCS）作为有效的药物发现和研究工具。尽管HCS提供了高吞吐量图像的复杂细胞表型，但该过程可能会受到图像畸变的阻碍，例如异常图像模糊，荧光团饱和度，碎屑，高噪声，高水平的噪声，意外的自动荧光或空的图像。尽管此问题在文献中受到了温和的关注，但忽略这些人工制品会严重阻碍下游图像处理任务，并阻碍对细微表型的发现。因此，在HCS中使用质量控制是主要问题，也是先决条件。在这项工作中，我们评估了不需要大量图像注释的深度学习选项，即可为此问题提供直接且易于使用的半监督学习解决方案。具体而言，我们比较了最近的自我监督和转移学习方法的功效，以提供高吞吐量伪像图像检测器的基础编码器。这项研究的结果表明，对于此任务，应首选转移学习方法，因为它们不仅在这里表现出色，而且具有不需要敏感的超参数设置或大量额外培训的优势。