从磁共振成像（MRI）中进行精确的脑肿瘤分割，对于多模式图像的联合学习是可取的。但是，在临床实践中，并非总是有可能获得一组完整的MRI，而缺失模态的问题会导致现有的多模式分割方法中的严重性能降解。在这项工作中，我们提出了第一次尝试利用变压器进行多模式脑肿瘤分割的尝试，该脑肿瘤分割对任何可用模式的任何组合子集都是可靠的。具体而言，我们提出了一种新型的多模式医疗变压器（MMMFORMER），用于不完整的多模式学习，具有三个主要成分：混合模态特异性的编码器，该编码器在每种模式中桥接卷积编码器和一个局部和全局上下文模型的模式内变压器；一种模式间变压器，用于建立和对齐模态跨模态的远程相关性，以对应于肿瘤区域的全局语义。一个解码器，与模态不变特征进行渐进的上采样和融合，以生成可靠的分割。此外，在编码器和解码器中都引入了辅助正规化器，以进一步增强模型对不完整方式的鲁棒性。我们对公共批评的大量实验$ 2018 $ $数据集用于脑肿瘤细分。结果表明，所提出的MMFORMER优于几乎所有不完整模态的亚群的多模式脑肿瘤分割的最新方法，尤其是在肿瘤分割的平均骰子中平均提高了19.07％，只有一种可用的模式。该代码可在https://github.com/yaozhang93/mmmenforer上找到。

多模式MR成像通常用于临床实践中，以通过提供丰富的互补信息来诊断和研究脑肿瘤。以前的多模式MRI分割方法通常通过在网络的早期/中阶段连接多模式MRIS来执行模态融合，这几乎无法探索模态之间的非线性依赖性。在这项工作中，我们提出了一种新型的嵌套模态感知变压器（嵌套形式），以明确探索多模式MRIS在脑肿瘤分割中的模式内和模式间关系。我们建立在基于变压器的多模型和单一码头结构的基础上，我们对不同模式的高级表示进行嵌套的多模式融合，并在较低的尺度上应用对模态敏感的门控（MSG），以进行更有效的跳过连接。具体而言，多模式融合是在我们提出的嵌套模态感知特征聚合（NMAFA）模块中进行的，该模块通过三个方向的空间意见变压器增强了单个模态内的长期依赖性，并进一步补充了模态信息之间的关键情境信息。通过跨模式注意变压器。关于BRATS2020基准和私人脑膜瘤细分（Maniseg）数据集的广泛实验表明，嵌套形式显然比最先进的表现优于最先进的。该代码可从https://github.com/920232796/nestedformer获得。

使用多模式磁共振成像（MRI）对于精确的脑肿瘤细分是必需的。主要问题是，并非所有类型的MRI都始终可以在临床考试中提供。基于同一患者的先生模式之间存在强烈相关性，在这项工作中，我们提出了一种缺少一个或多种方式的脑肿瘤分割网络。所提出的网络由三个子网组成：特征增强的生成器，相关约束块和分割网络。特征增强的生成器利用可用模态来生成表示缺少模态的3D特征增强图像。相关性约束块可以利用模态之间的多源相关性，并且还限制了发电机，以合成特征增强的模态，该特征增强的模态必须具有与可用模式具有相干相关性的特征增强的模态。分段网络是基于多编码器的U-Net，以实现最终的脑肿瘤分割。所提出的方法在Brats 2018数据集上进行评估。实验结果表明，拟议方法的有效性分别在全肿瘤，肿瘤核心和增强肿瘤上实现了82.9,74.9和59.1的平均骰子得分，并且优于3.5％，17％和18.2的最佳方法％。

磁共振图像（MRI）中的脑肿瘤分割（BTS）对于脑肿瘤诊断，癌症管理和研究目的至关重要。随着十年小型挑战的巨大成功以及CNN和Transformer算法的进步，已经提出了许多出色的BTS模型来解决BTS在不同技术方面的困难。但是，现有研究几乎没有考虑如何以合理的方式融合多模式图像。在本文中，我们利用了放射科医生如何从多种MRI模态诊断脑肿瘤的临床知识，并提出了一种称为CKD-TRANSBTS的临床知识驱动的脑肿瘤分割模型。我们没有直接串联所有模式，而是通过根据MRI的成像原理将输入方式分为两组来重新组织输入方式。具有拟议模态相关的跨意义块（MCCA）的双支支混合式编码器旨在提取多模式图像特征。所提出的模型以局部特征表示能力的能力来继承来自变压器和CNN的强度，以提供精确的病变边界和3D体积图像的远程特征提取。为了弥合变压器和CNN功能之间的间隙，我们提出了解码器中的反式和CNN功能校准块（TCFC）。我们将提出的模型与五个基于CNN的模型和六个基于Transformer的模型在Brats 2021挑战数据集上进行了比较。广泛的实验表明，与所有竞争对手相比，所提出的模型可实现最先进的脑肿瘤分割性能。

在多模式分割领域中，可以考虑不同方式之间的相关性以改善分段结果。考虑到不同MR模型之间的相关性，在本文中，我们提出了一种由新型三关注融合引导的多模态分段网络。我们的网络包括与N个图像源，三关注融合块，双关注融合块和解码路径的N个独立于模型编码路径。独立编码路径的模型可以从n个模式捕获模态特征。考虑到从编码器中提取的所有功能都非常有用，我们建议使用基于双重的融合来重量沿模态和空间路径的特征，可以抑制更少的信息特征，并强调每个模态的有用的功能在不同的位置。由于不同模式之间存在强烈的相关性，基于双重关注融合块，我们提出了一种相关注意模块来形成三关注融合块。在相关性注意模块中，首先使用相关描述块来学习模态之间的相关性，然后基于相关性的约束来指导网络以学习对分段更相关的潜在相关特征。最后，通过解码器投影所获得的融合特征表示以获得分段结果。我们对Brats 2018年脑肿瘤分割进行测试的实验结果证明了我们提出的方法的有效性。

脑肿瘤的语义分割是一个基本的医学图像分析任务，涉及多个MRI成像方式，可以帮助临床医生诊断患者并先后研究恶性实体的进展。近年来，完全卷积神经网络（FCNNS）方法已成为3D医学图像分割的事实标准。受欢迎的“U形”网络架构在不同的2D和3D语义分割任务和各种成像方式上实现了最先进的性能基准。然而，由于FCNNS中的卷积层的核心大小有限，它们的建模远程信息的性能是次优的，这可能导致具有可变尺寸的肿瘤分割的缺陷。另一方面，变压器模型在捕获多个域中的这种远程信息，包括自然语言处理和计算机视觉中的卓越功能。灵感来自视觉变形金刚的成功及其变体，我们提出了一种新的分割模型，被称为往返博物馆变压器（Swin Unet）。具体地，3D脑肿瘤语义分割的任务被重新重整为序列预测问题的序列，其中多模态输入数据被投射到嵌入的1D序列并用作作为编码器的分层SWIN变压器的输入。 SWIN变压器编码器通过利用移位窗口来提取五个不同分辨率的特征，以通过跳过连接在每个分辨率下连接到每个分辨率的基于FCNN的解码器。我们参与了Brats 2021分割挑战，我们所提出的模型在验证阶段的最佳方法中排名。代码：https://monai.io/research/swin-unetr.

在医学图像分割任务中，脑肿瘤分割仍然是一个挑战。随着变压器在各种计算机视觉任务中的应用，变压器块显示了在全球空间中学习长距离依赖性的能力，这是与CNN互补的。在本文中，我们提出了一个新型的基于变压器的生成对抗网络，以自动分割具有多模式MRI的脑肿瘤。我们的架构由一个发电机和一个歧视器组成，这些发电机和歧视器接受了最小游戏进度的培训。发电机基于典型的“ U形”编码器架构，其底层由带有Resnet的变压器块组成。此外，发电机还接受了深度监督技术的培训。我们设计的鉴别器是一个基于CNN的网络，具有多尺度$ L_ {1} $损失，事实证明，这对于医学语义图像分割是有效的。为了验证我们方法的有效性，我们对BRATS2015数据集进行了实验，比以前的最新方法实现了可比或更好的性能。

Fully Convolutional Neural Networks (FCNNs) with contracting and expanding paths have shown prominence for the majority of medical image segmentation applications since the past decade. In FCNNs, the encoder plays an integral role by learning both global and local features and contextual representations which can be utilized for semantic output prediction by the decoder. Despite their success, the locality of convolutional layers in FCNNs, limits the capability of learning long-range spatial dependencies. Inspired by the recent success of transformers for Natural Language Processing (NLP) in long-range sequence learning, we reformulate the task of volumetric (3D) medical image segmentation as a sequence-to-sequence prediction problem. We introduce a novel architecture, dubbed as UNEt TRansformers (UNETR), that utilizes a transformer as the encoder to learn sequence representations of the input volume and effectively capture the global multi-scale information, while also following the successful "U-shaped" network design for the encoder and decoder. The transformer encoder is directly connected to a decoder via skip connections at different resolutions to compute the final semantic segmentation output. We have validated the performance of our method on the Multi Atlas Labeling Beyond The Cranial Vault (BTCV) dataset for multiorgan segmentation and the Medical Segmentation Decathlon (MSD) dataset for brain tumor and spleen segmentation tasks. Our benchmarks demonstrate new state-of-the-art performance on the BTCV leaderboard. Code: https://monai.io/research/unetr

人们以不同的感官感知世界，例如视觉，听觉，气味和触摸。从多种方式处理和融合信息使人工智能可以更轻松地了解我们周围的世界。但是，当缺少模式时，在不同情况下，可用方式的数量会不同，这导致了N至一对融合问题。为了解决这个问题，我们提出了一个称为Tfusion的基于变压器的融合块。与预设公式或基于卷积的方法不同，所提出的块自动学习以融合可用的模式，而无需合成或零填充丢失。具体而言，从上游处理模型中提取的特征表示形式被投影为令牌并馈入变压器层以生成潜在的多模式相关性。然后，为了减少对特定模式的依赖性，引入了一种模态注意机制来构建共享表示，该表示可以由下游决策模型应用。提出的TFUSH块可以轻松地集成到现有的多模式分析网络中。在这项工作中，我们将tfusion应用于不同的骨干网络，以进行多模式的人类活动识别和脑肿瘤分割任务。广泛的实验结果表明，与竞争融合策略相比，Tfusion块的性能更好。

脑肿瘤分割是医学图像分析中最具挑战性问题之一。脑肿瘤细分的目标是产生准确描绘脑肿瘤区域。近年来，深入学习方法在解决各种计算机视觉问题时表现出了有希望的性能，例如图像分类，对象检测和语义分割。基于深度学习的方法已经应用于脑肿瘤细分并取得了有希望的结果。考虑到最先进技术所制作的显着突破，我们使用本调查来提供最近开发的深层学习脑肿瘤分割技术的全面研究。在本次调查中选择并讨论了100多篇科学论文，广泛地涵盖了网络架构设计，在不平衡条件下的细分等技术方面，以及多种方式流程。我们还为未来的发展方向提供了富有洞察力的讨论。

卷积神经网络（CNNS）在3D医学图像上自动分割器官或病变取得了显着的成功。最近，视觉变压器网络在2D图像分类任务中表现出卓越的性能。与CNN相比，变压器网络由于其自我关注算法而提取远程特征的吸引力。因此，我们提出了一种称为Bitr-UNET的CNN变压器组合模型，对多模态MRI扫描进行脑肿瘤分割的具体修饰。我们的Bitr-UNET在BRATS2021验证数据集中实现了良好的性能，中值骰子得分0.9335,0.9304和0.8899，以及整个肿瘤，肿瘤核心和增强肿瘤的中位Hausdorff距离2.8284,2.2361和1.4142。在BRATS2021测试数据集上，骰子评分的相应结果为0.9257,0.9350和0.8874，对于Hausdorff距离为3,2.2361和1.4142。该代码在https://github.com/justatinydot/bitr-unet上公开使用。

集成多模式数据以改善医学图像分析，最近受到了极大的关注。但是，由于模态差异，如何使用单个模型来处理来自多种模式的数据仍然是一个开放的问题。在本文中，我们提出了一种新的方案，以实现未配对多模式医学图像的更好的像素级分割。与以前采用模式特异性和模态共享模块的以前方法不同，以适应不同方式的外观差异，同时提取共同的语义信息，我们的方法基于具有精心设计的外部注意模块（EAM）的单个变压器来学习在训练阶段，结构化的语义一致性（即语义类表示及其相关性）。在实践中，可以通过分别在模态级别和图像级别实施一致性正则化来逐步实现上述结构化语义一致性。采用了提出的EAM来学习不同尺度表示的语义一致性，并且一旦模型进行了优化，就可以丢弃。因此，在测试阶段，我们只需要为所有模态预测维护一个变压器，这可以很好地平衡模型的易用性和简单性。为了证明所提出的方法的有效性，我们对两个医学图像分割方案进行了实验：（1）心脏结构分割，（2）腹部多器官分割。广泛的结果表明，所提出的方法的表现优于最新方法，甚至通过极有限的训练样本（例如1或3个注释的CT或MRI图像）以一种特定的方式来实现竞争性能。

计算机辅助医学图像分割已广泛应用于诊断和治疗，以获得靶器官和组织的形状和体积的临床有用信息。在过去的几年中，基于卷积神经网络（CNN）的方法（例如，U-Net）占主导地位，但仍遭受了不足的远程信息捕获。因此，最近的工作提出了用于医学图像分割任务的计算机视觉变压器变体，并获得了有希望的表现。这种变压器通过计算配对贴片关系来模拟远程依赖性。然而，它们促进了禁止的计算成本，尤其是在3D医学图像（例如，CT和MRI）上。在本文中，我们提出了一种称为扩张变压器的新方法，该方法在本地和全球范围内交替捕获的配对贴片关系进行自我关注。灵感来自扩张卷积核，我们以扩张的方式进行全球自我关注，扩大接收领域而不增加所涉及的斑块，从而降低计算成本。基于这种扩展变压器的设计，我们构造了一个用于3D医学图像分割的U形编码器解码器分层体系结构。 Synapse和ACDC数据集的实验表明，我们的D-Ager Model从头开始培训，以低计算成本从划痕训练，优于各种竞争力的CNN或基于变压器的分段模型，而不耗时的每训练过程。

由于在临床实践中获得多模式成对图像的困难，最近的研究提议用未配对的图像训练脑肿瘤分割模型，并通过模态翻译捕获互补信息。但是，这些模型无法完全利用不同方式的互补信息。因此，在这项工作中，我们提出了一个新颖的两步（内模态和模式间）课程分解学习框架，以有效利用特权的半成绩图像，即仅在训练中可用于脑肿瘤分段的有限的配对图像。具体而言，在第一步中，我们建议通过增强模式内风格的图像进行重建和分割。在第二步中，该模型共同执行重建，无监督/监督的翻译以及对未配对和配对模式图像的分割。提出了内容一致性损失和监督翻译损失，以利用此步骤中不同方式的互补信息。通过这两个步骤，我们的方法有效地提取了特定于模式的样式代码，描述了组织特征和图像对比度的衰减，以及来自输入图像的解剖和功能信息的模态不变的内容代码。对三个脑肿瘤分割任务的实验表明，我们的模型比基于未配对图像的分割模型优于竞争分割模型。

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。

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).

Convolutional Neural Networks (CNNs) with U-shaped architectures have dominated medical image segmentation, which is crucial for various clinical purposes. However, the inherent locality of convolution makes CNNs fail to fully exploit global context, essential for better recognition of some structures, e.g., brain lesions. Transformers have recently proven promising performance on vision tasks, including semantic segmentation, mainly due to their capability of modeling long-range dependencies. Nevertheless, the quadratic complexity of attention makes existing Transformer-based models use self-attention layers only after somehow reducing the image resolution, which limits the ability to capture global contexts present at higher resolutions. Therefore, this work introduces a family of models, dubbed Factorizer, which leverages the power of low-rank matrix factorization for constructing an end-to-end segmentation model. Specifically, we propose a linearly scalable approach to context modeling, formulating Nonnegative Matrix Factorization (NMF) as a differentiable layer integrated into a U-shaped architecture. The shifted window technique is also utilized in combination with NMF to effectively aggregate local information. Factorizers compete favorably with CNNs and Transformers in terms of accuracy, scalability, and interpretability, achieving state-of-the-art results on the BraTS dataset for brain tumor segmentation and ISLES'22 dataset for stroke lesion segmentation. Highly meaningful NMF components give an additional interpretability advantage to Factorizers over CNNs and Transformers. Moreover, our ablation studies reveal a distinctive feature of Factorizers that enables a significant speed-up in inference for a trained Factorizer without any extra steps and without sacrificing much accuracy. The code and models are publicly available at https://github.com/pashtari/factorizer.

基于图像补丁重建的自我监督学习方法在培训自动编码器方面取得了巨大的成功，其预训练的权重可以转移到微调图像理解的其他下游任务。但是，现有方法很少研究重建斑块的各种重要性和解剖结构的对称性，当它们应用于3D医学图像时。在本文中，我们提出了一种基于3D脑MRI分割任务的视觉变压器（VIT）的新颖的对称自动编码器（ASA）。我们猜想，强迫自动编码器恢复信息性图像区域可以收获更多的判别性表示，而不是恢复光滑的图像贴片。然后，我们采用基于梯度的指标来估计每个图像补丁的重要性。在预训练阶段，提议的自动编码器更多地注意根据梯度指标重建信息贴片。此外，我们求助于大脑结构的先验，并开发一种对称位置编码（SPE）方法，以更好地利用远距离但空间对称区域之间的相关性以获得有效的特征。实验结果表明，我们提出的细心对称自动编码器的表现优于三个大脑MRI分割基准的最先进的自我监督学习方法和医学图像分割模型。

Transformer-based models, capable of learning better global dependencies, have recently demonstrated exceptional representation learning capabilities in computer vision and medical image analysis. Transformer reformats the image into separate patches and realize global communication via the self-attention mechanism. However, positional information between patches is hard to preserve in such 1D sequences, and loss of it can lead to sub-optimal performance when dealing with large amounts of heterogeneous tissues of various sizes in 3D medical image segmentation. Additionally, current methods are not robust and efficient for heavy-duty medical segmentation tasks such as predicting a large number of tissue classes or modeling globally inter-connected tissues structures. Inspired by the nested hierarchical structures in vision transformer, we proposed a novel 3D medical image segmentation method (UNesT), employing a simplified and faster-converging transformer encoder design that achieves local communication among spatially adjacent patch sequences by aggregating them hierarchically. We extensively validate our method on multiple challenging datasets, consisting anatomies of 133 structures in brain, 14 organs in abdomen, 4 hierarchical components in kidney, and inter-connected kidney tumors). We show that UNesT consistently achieves state-of-the-art performance and evaluate its generalizability and data efficiency. Particularly, the model achieves whole brain segmentation task complete ROI with 133 tissue classes in single network, outperforms prior state-of-the-art method SLANT27 ensembled with 27 network tiles, our model performance increases the mean DSC score of the publicly available Colin and CANDI dataset from 0.7264 to 0.7444 and from 0.6968 to 0.7025, respectively.

多模式脑肿瘤分割挑战（BRALS）2021的另一年提供了较大的数据集，以促进脑肿瘤分割方法的合作和研究，这对于疾病分析和治疗规划是必要的。 BRATS 2021的大型数据集大小和现代GPU的出现为学习基于深度学习的方法提供了更好的机会，以学习来自数据的肿瘤表示。在这项工作中，我们维护了一个基于编码器解码器的分段网络，但专注于网络培训过程的修改，从而最大限度地减少扰动下的冗余。鉴于培训的网络，我们进一步介绍了基于置信的组合技术，以进一步提高性能。我们评估了Brats 2021验证板上的方法，并分别为增强肿瘤核心，肿瘤核心和全肿瘤的0.8600,0.8868和0.9265平均骰子。我们的团队（NVAUTO）提交是在ET和TC分数方面的最高表演，并且在WT分数方面的十大表演团队内。