阿尔茨海默病是痴呆症最常见的原因，影响全世界数百万个生活。调查阿尔茨海默病的潜在原因和风险因素对于防止其进展至关重要。轻度认知障碍（MCI）被认为是阿尔茨海默病前的中间阶段。早期预测来自MCI至阿尔茨海默氏症的转化率至关重要，以便对进展减少进展和发展合适的治疗方法是至关重要的。在这项研究中，我们提出了一个深入的学习框架，以发现从MCI转换为Alzheimer疾病的标识符。特别是，操纵与MCI和阿尔茨海默患者培训的变形式自动编码网络的潜像以获得显着的属性和破译它们的行为，导致从MCI转化为阿尔茨海默病。通过利用生成的解码器和导致阿尔茨海默诊断的尺寸，我们生成来自数据集中的MCI患者的合成痴呆患者。实验结果表明，在文献中最广泛且常用的阿尔茨海默病神经影像数据集之一，有希望的定量和定性结果。

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。

机器学习在医学图像分析中发挥着越来越重要的作用，产卵在神经影像症的临床应用中的新进展。之前有一些关于机器学习和癫痫的综述，它们主要专注于电生理信号，如脑电图（EEG）和立体脑电图（SEENG），同时忽略癫痫研究中神经影像的潜力。 NeuroImaging在确认癫痫区域的范围内具有重要的优点，这对于手术后的前诊所评估和评估至关重要。然而，脑电图难以定位大脑中的准确癫痫病变区。在这篇综述中，我们强调了癫痫诊断和预后在癫痫诊断和预后的背景下神经影像学和机器学习的相互作用。我们首先概述癫痫诊所，MRI，DWI，FMRI和PET中使用的癫痫和典型的神经影像姿态。然后，我们在将机器学习方法应用于神经影像数据的方法：i）将手动特征工程和分类器的传统机器学习方法阐述了两种方法，即卷积神经网络和自动化器等深度学习方法。随后，详细地研究了对癫痫，定位和横向化任务等分割，本地化和横向化任务的应用，以及与诊断和预后直接相关的任务。最后，我们讨论了目前的成就，挑战和潜在的未来方向，希望为癫痫的计算机辅助诊断和预后铺平道路。

Deep learning (DL) methods where interpretability is intrinsically considered as part of the model are required to better understand the relationship of clinical and imaging-based attributes with DL outcomes, thus facilitating their use in the reasoning behind medical decisions. Latent space representations built with variational autoencoders (VAE) do not ensure individual control of data attributes. Attribute-based methods enforcing attribute disentanglement have been proposed in the literature for classical computer vision tasks in benchmark data. In this paper, we propose a VAE approach, the Attri-VAE, that includes an attribute regularization term to associate clinical and medical imaging attributes with different regularized dimensions in the generated latent space, enabling a better-disentangled interpretation of the attributes. Furthermore, the generated attention maps explained the attribute encoding in the regularized latent space dimensions. Using the Attri-VAE approach we analyzed healthy and myocardial infarction patients with clinical, cardiac morphology, and radiomics attributes. The proposed model provided an excellent trade-off between reconstruction fidelity, disentanglement, and interpretability, outperforming state-of-the-art VAE approaches according to several quantitative metrics. The resulting latent space allowed the generation of realistic synthetic data in the trajectory between two distinct input samples or along a specific attribute dimension to better interpret changes between different cardiac conditions.

Normative modelling is an emerging method for understanding the underlying heterogeneity within brain disorders like Alzheimer Disease (AD) by quantifying how each patient deviates from the expected normative pattern that has been learned from a healthy control distribution. Since AD is a multifactorial disease with more than one biological pathways, multimodal magnetic resonance imaging (MRI) neuroimaging data can provide complementary information about the disease heterogeneity. However, existing deep learning based normative models on multimodal MRI data use unimodal autoencoders with a single encoder and decoder that may fail to capture the relationship between brain measurements extracted from different MRI modalities. In this work, we propose multi-modal variational autoencoder (mmVAE) based normative modelling framework that can capture the joint distribution between different modalities to identify abnormal brain structural patterns in AD. Our multi-modal framework takes as input Freesurfer processed brain region volumes from T1-weighted (cortical and subcortical) and T2-weighed (hippocampal) scans of cognitively normal participants to learn the morphological characteristics of the healthy brain. The estimated normative model is then applied on Alzheimer Disease (AD) patients to quantify the deviation in brain volumes and identify the abnormal brain structural patterns due to the effect of the different AD stages. Our experimental results show that modeling joint distribution between the multiple MRI modalities generates deviation maps that are more sensitive to disease staging within AD, have a better correlation with patient cognition and result in higher number of brain regions with statistically significant deviations compared to a unimodal baseline model with all modalities concatenated as a single input.

早期发现阿尔茨海默氏病对于部署干预措施和减慢疾病进展至关重要。在过去的十年中，已经探索了许多机器学习和深度学习算法，目的是为阿尔茨海默氏症建立自动检测。数据增强技术和先进的深度学习体系结构的进步已经在该领域开辟了新的边界，研究正在快速发展。因此，这项调查的目的是概述有关阿尔茨海默氏病诊断深度学习模型的最新研究。除了对众多数据源，神经网络架构以及常用的评估措施进行分类外，我们还对实施和可重复性进行了分类。我们的目标是协助感兴趣的研究人员跟上最新的发展，并将早期的调查作为基准。此外，我们还指出了该主题的未来研究方向。

计算机辅助方法为诊断和预测脑疾病显示了附加的价值，因此可以支持临床护理和治疗计划中的决策。本章将洞悉方法的类型，其工作，输入数据（例如认知测试，成像和遗传数据）及其提供的输出类型。我们将专注于诊断的特定用例，即估计患者的当前“状况”，例如痴呆症的早期检测和诊断，对脑肿瘤的鉴别诊断以及中风的决策。关于预测，即对患者的未来“状况”的估计，我们将缩小用例，例如预测多发性硬化症中的疾病病程，并预测脑癌治疗后患者的结局。此外，根据这些用例，我们将评估当前的最新方法，并强调当前对这些方法进行基准测试的努力以及其中的开放科学的重要性。最后，我们评估了计算机辅助方法的当前临床影响，并讨论了增加临床影响所需的下一步。

机器学习技术通常应用于痴呆症预测缺乏其能力，共同学习多个任务，处理时间相关的异构数据和缺失值。在本文中，我们建议使用最近呈现的SShiba模型提出了一个框架，用于在缺失值的纵向数据上联合学习不同的任务。该方法使用贝叶斯变分推理来赋予缺失值并组合多个视图的信息。这样，我们可以将不同的数据视图与共同的潜在空间中的不同时间点相结合，并在同时建模和预测若干输出变量的同时学习每个时间点之间的关系。我们应用此模型以预测痴呆症中的诊断，心室体积和临床评分。结果表明，SSHIBA能够学习缺失值的良好归因，同时预测三个不同任务的同时表现出基线。

主观认知下降（SCD）是阿尔茨海默氏病（AD）的临床前阶段，甚至在轻度认知障碍（MCI）之前就发生。渐进式SCD将转换为MCI，并有可能进一步发展为AD。因此，通过神经成像技术（例如，结构MRI）对进行性SCD的早期鉴定对于AD的早期干预具有巨大的临床价值。但是，现有的基于MRI的机器/深度学习方法通​​常会遇到小样本大小的问题，这对相关的神经影像学分析构成了巨大挑战。我们旨在解决本文的主要问题是如何利用相关领域（例如AD/NC）协助SCD的进展预测。同时，我们担心哪些大脑区域与进行性SCD的识别更加紧密相关。为此，我们提出了一个注意引导自动编码器模型，以进行有效的跨域适应，以促进知识转移从AD到SCD。所提出的模型由四个关键组成部分组成：1）用于学习不同域的共享子空间表示的功能编码模块，2）用于自动定义大脑中定义的兴趣障碍区域的注意模块，3）用于重构的解码模块原始输入，4）用于鉴定脑疾病的分类模块。通过对这四个模块的联合培训，可以学习域不变功能。同时，注意机制可以强调与脑部疾病相关的区域。公开可用的ADNI数据集和私人CLAS数据集的广泛实验证明了该方法的有效性。提出的模型直接可以在CPU上仅5-10秒进行训练和测试，并且适用于具有小数据集的医疗任务。

阿尔茨海默氏病（AD）是最常见的神经退行性疾病，具有最复杂的病原体之一，使有效且临床上可行的决策变得困难。这项研究的目的是开发一个新型的多模式深度学习框架，以帮助医疗专业人员进行AD诊断。我们提出了一个多模式的阿尔茨海默氏病诊断框架（MADDI），以准确检测成像，遗传和临床数据中的AD和轻度认知障碍（MCI）。 Maddi是新颖的，因为我们使用跨模式的注意力，它捕获了模态之间的相互作用 - 这种域中未探讨的方法。我们执行多级分类，这是一项艰巨的任务，考虑到MCI和AD之间的相似之处。我们与以前的最先进模型进行比较，评估注意力的重要性，并检查每种模式对模型性能的贡献。 Maddi在持有的测试集中对MCI，AD和控件进行了96.88％的精度分类。在检查不同注意力方案的贡献时，我们发现跨模式关注与自我注意力的组合表现出了最佳状态，并且模型中没有注意力层表现最差，而F1分数差异为7.9％。我们的实验强调了结构化临床数据的重要性，以帮助机器学习模型将其背景化和解释其余模式化。广泛的消融研究表明，未访问结构化临床信息的任何多模式混合物都遭受了明显的性能损失。这项研究证明了通过跨模式的注意组合多种输入方式的优点，以提供高度准确的AD诊断决策支持。

在本文中，我们提出了一种新方法，以可靠的方式使用基于几何的变异自动编码器以可靠的方式执行数据增强。我们的方法结合了VAE被视为Riemannian歧管的适当潜在空间建模和新一代方案，该方案产生了更有意义的样本，尤其是在小型数据集的背景下。该方法通过广泛的实验研究进行了测试，在该研究中，其对数据集，分类器和训练样品的稳健性受到了强调。还可以在充满挑战的ADNI数据库上进行医学成像分类任务进行验证，其中使用拟议的VAE框架考虑了少量的3D脑MRIS并增强。在每种情况下，所提出的方法都可以在分类指标中获得显着可靠的增益。例如，在最先进的CNN分类器中，经过50次认知正常（CN）和50例阿尔茨海默氏病（AD）患者的最先进的CNN分类器，平衡准确度从66.3％跃升至74.3％，从77.7％到86.3％。具有243 CN和210 AD，同时提高了极大的敏感性和特异性指标。

大型医学成像数据集变得越来越多。这些数据集中的一个普遍挑战是确保每个样本满足没有重要人工制品的最低质量要求。尽管已经开发出广泛的现有自动方法来识别医学成像中的缺陷和人工制品，但它们主要依赖于渴望数据的方法。特别是，缺乏可用于培训的手工艺品的足够扫描，在临床研究中设计和部署机器学习方面造成了障碍。为了解决这个问题，我们提出了一个具有四个主要组成部分的新颖框架：（1）一组受磁共振物理启发的手工艺发电机，以损坏大脑MRI扫描和增强培训数据集，（2）一组抽象和工程的功能，紧凑地表示图像，（3）一个特征选择过程，取决于人工制品的类别以提高分类性能，以及（4）一组受过训练以识别人工制品的支持向量机（SVM）分类器。我们的新颖贡献是三重的：首先，我们使用新型的基于物理的人工制品发生器来生成以受控的人工制品作为数据增强技术的合成脑MRI扫描。这将避免使用稀有人工制品的劳动密集型收集和标记过程。其次，我们提出了开发的大量抽象和工程图像特征，以识别9种不同的结构MRI伪像。最后，我们使用一个基于人工制品的功能选择块，该块，对于每类的人工制品，可以找到提供最佳分类性能的功能集。我们对具有人工生成的人工制品的大量数据扫描进行了验证实验，并且在一项多发性硬化症临床试验中，专家确定了真实的人工制品，这表明拟议管道表现优于传统方法。

阿尔茨海默病（AD）是一种不可逆的神经发电疾病的大脑。疾病可能会导致记忆力损失，难以沟通和迷失化。对于阿尔茨海默病的诊断，通常需要一系列尺度来临床评估诊断，这不仅增加了医生的工作量，而且还使诊断结果高度主观。因此，对于阿尔茨海默病，成像手段寻找早期诊断标志物已成为一个首要任务。在本文中，我们提出了一种新颖的3DMGNET架构，该架构是多基体和卷积神经网络的统一框架，以诊断阿尔茨海默病（AD）。该模型使用Open DataSet（ADNI DataSet）培训，然后使用较小的DataSet进行测试。最后，该模型为AD VS NC分类实现了92.133％的精度，并显着降低了模型参数。

视网膜光学相干断层扫描（OCT）和光学相干断层扫描（OCTA）是（早期）诊断阿尔茨海默氏病（AD）的有前途的工具。这些非侵入性成像技术比替代神经影像工具更具成本效益，更容易获得。但是，即使对于训练有素的从业人员来说，解释和分类OCT设备进行的多层扫描也是耗时和挑战。关于机器学习和深度学习方法的调查，涉及对诸如青光眼等各种疾病的OCT扫描自动分析。但是，目前的文献缺乏对使用OCT或OCTA诊断阿尔茨海默氏病或​​认知障碍的广泛调查。这促使我们进行了针对需要介绍该问题的机器/深度学习科学家或从业者的全面调查。本文包含1）对阿尔茨海默氏病和认知障碍的医学背景介绍及其使用OCT和八八片成像方式的诊断，2）从自动分析的角度审查有关该问题的各种技术建议和子问题的回顾，3 ）对最近的深度学习研究和可用的OCT/OCTA数据集的系统综述，旨在诊断阿尔茨海默氏病和认知障碍。对于后者，我们使用发布或灭亡软件来搜索来自Scopus，PubMed和Web Science等各种来源的相关研究。我们遵循PRISMA方法筛选了3073参考的初始库，并确定了直接针对AD诊断的十项相关研究（n = 10，3073分）。我们认为缺乏开放的OCT/OCTA数据集（关于阿尔茨海默氏病）是阻碍该领域进展的主要问题。

已经有几项尝试使用基于脑FMRI信号进行深入学习来对认知障碍疾病进行分类。但是，深度学习是一种隐藏的黑匣子模型，使得很难解释分类过程。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的分析框架，该框架解释了深度学习过程所产生的分类。我们首先通过基于其相似的信号模式嵌入功能来得出关注区域（ROI）功能连接网络（FCN）。然后，使用配备自我注意力的深度学习模型，我们根据其FCN对疾病进行分类。最后，为了解释分类结果，我们采用潜在的空间响应相互作用网络模型来识别与其他疾病相比表现出不同连接模式的重要功能。该提出的框架在四种类型的认知障碍中的应用表明，我们的方法对于确定重要的ROI功能有效。

Over the years, Machine Learning models have been successfully employed on neuroimaging data for accurately predicting brain age. Deviations from the healthy brain aging pattern are associated to the accelerated brain aging and brain abnormalities. Hence, efficient and accurate diagnosis techniques are required for eliciting accurate brain age estimations. Several contributions have been reported in the past for this purpose, resorting to different data-driven modeling methods. Recently, deep neural networks (also referred to as deep learning) have become prevalent in manifold neuroimaging studies, including brain age estimation. In this review, we offer a comprehensive analysis of the literature related to the adoption of deep learning for brain age estimation with neuroimaging data. We detail and analyze different deep learning architectures used for this application, pausing at research works published to date quantitatively exploring their application. We also examine different brain age estimation frameworks, comparatively exposing their advantages and weaknesses. Finally, the review concludes with an outlook towards future directions that should be followed by prospective studies. The ultimate goal of this paper is to establish a common and informed reference for newcomers and experienced researchers willing to approach brain age estimation by using deep learning models

The existence of completely aligned and paired multi-modal neuroimaging data has proved its effectiveness in diagnosis of brain diseases. However, collecting the full set of well-aligned and paired data is expensive or even impractical, since the practical difficulties may include high cost, long time acquisition, image corruption, and privacy issues. A realistic solution is to explore either an unsupervised learning or a semi-supervised learning to synthesize the absent neuroimaging data. In this paper, we are the first one to comprehensively approach cross-modality neuroimage synthesis task from different perspectives, which include the level of the supervision (especially for weakly-supervised and unsupervised), loss function, evaluation metrics, the range of modality synthesis, datasets (aligned, private and public) and the synthesis-based downstream tasks. To begin with, we highlight several opening challenges for cross-modality neuroimage sysnthesis. Then we summarize the architecture of cross-modality synthesis under various of supervision level. In addition, we provide in-depth analysis of how cross-modality neuroimage synthesis can improve the performance of different downstream tasks. Finally, we re-evaluate the open challenges and point out the future directions for the remaining challenges. All resources are available at https://github.com/M-3LAB/awesome-multimodal-brain-image-systhesis

Accurate diagnosis of Alzheimer's disease (AD) is both challenging and time consuming. With a systematic approach for early detection and diagnosis of AD, steps can be taken towards the treatment and prevention of the disease. This study explores the practical application of deep learning models for diagnosis of AD. Due to computational complexity, large training times and limited availability of labelled dataset, a 3D full brain CNN (convolutional neural network) is not commonly used, and researchers often prefer 2D CNN variants. In this study, full brain 3D version of well-known 2D CNNs were designed, trained and tested for diagnosis of various stages of AD. Deep learning approach shows good performance in differentiating various stages of AD for more than 1500 full brain volumes. Along with classification, the deep learning model is capable of extracting features which are key in differentiating the various categories. The extracted features align with meaningful anatomical landmarks, that are currently considered important in identification of AD by experts. An ensemble of all the algorithm was also tested and the performance of the ensemble algorithm was superior to any individual algorithm, further improving diagnosis ability. The 3D versions of the trained CNNs and their ensemble have the potential to be incorporated in software packages that can be used by physicians/radiologists to assist them in better diagnosis of AD.

Alzheimer's Disease (AD), as the most devastating neurodegenerative disease worldwide, has reached nearly 10 million new cases annually. Current technology provides unprecedented opportunities to study the progression and etiology of this disease with the advanced in imaging techniques. With the recent emergence of a society driven by big data and machine learning (ML), researchers have exerted considerable effort to summarize recent advances in ML-based AD diagnosis. Here, we outline some of the most prevalent and recent ML models for assessing the progression of AD and provide insights on the challenges, opportunities, and future directions that could be advantageous to future research in AD using ML.

阿尔茨海默氏病的准确诊断和预后对于开发新疗法和降低相关成本至关重要。最近，随着卷积神经网络的进步，已经提出了深度学习方法，以使用结构MRI自动化这两个任务。但是，这些方法通常缺乏解释性和泛化，预后表现有限。在本文中，我们提出了一个旨在克服这些局限性的新型深框架。我们的管道包括两个阶段。在第一阶段，使用125个3D U-NET来估计整个大脑的体voxelwise等级得分。然后将所得的3D地图融合，以构建一个可解释的3D分级图，以指示结构水平的疾病严重程度。结果，临床医生可以使用该地图来检测受疾病影响的大脑结构。在第二阶段，分级图和受试者的年龄用于使用图卷积神经网络进行分类。基于216名受试者的实验结果表明，与在不同数据集上进行AD诊断和预后的最新方法相比，我们的深框架的竞争性能。此外，我们发现，使用大量的U-NET处理不同的重叠大脑区域，可以提高所提出方法的概括能力。