准确的术中诊断对于在脑肿瘤手术期间提供安全有效的护理至关重要。我们的护理标准诊断方法是时间，资源和劳动密集型，限制了获得最佳手术治疗的机会。为了解决这些局限性，我们提出了一种替代工作流程，该工作流程结合了刺激的拉曼组织学（SRH），一种快速的光学成像方法，以及对SRH图像的深层自动解释，用于术中脑肿瘤诊断和实时手术决策支持。在这里，我们介绍了OpenSRH，这是来自300多名脑肿瘤患者和1300多个独特全幻灯片光学图像的第一个公共数据集。 OPENSRH包含来自最常见的脑肿瘤诊断，完整的病理注释，整个幻灯片肿瘤分割，原始和加工的光学成像数据的数据，用于端到端模型的开发和验证。我们为使用弱（即患者级）诊断标签的基于补丁的整个幻灯片分类和推断提供了一个框架。最后，我们基准了两项计算机视觉任务：多类组织学脑肿瘤分类和基于斑块的对比表示学习。我们希望OpenSRH能够促进快速光学成像和基于ML的手术决策支持的临床翻译，以提高精密医学时代的癌症手术的获取，安全性和功效。数据集访问，代码和基准可在opensrh.mlins.org上找到。

背景：精确诊断颅底肿瘤对于提供个性化的手术治疗策略至关重要。由于肿瘤多样性和缺乏术中病理资源，术中诊断可能具有挑战性。目的：开发独立且平行的术中病理学工作流程，可以使用无标签的光学成像和人工智能提供快速准确的颅底肿瘤诊断。方法：我们使用了基于光纤激光，无标签，非消费性，高分辨率显微镜方法（$ <$ <$ <$ <$ 60秒，每1 $ \ times $ 1 mm $ $^\ text {2} $），称为刺激的拉曼组织学（SRH），以对颅底肿瘤患者的连续多中心队列进行成像。然后，使用三种表示学习策略：跨渗透性，自我监督的对比度学习和监督对比度学习，使用SRH图像来训练卷积神经网络（CNN）模型。我们训练有素的CNN模型在持有的多中心SRH数据集上进行了测试。结果：SRH能够成像良性和恶性颅底肿瘤的诊断特征。在三种表示策略中，有监督的对比度学习最有效地学习了每种颅底肿瘤类型的独特和诊断SRH图像特征。在我们的多中心测试集中，跨渗透性达到了91.5％的总体诊断准确性，自我监督的对比度学习为83.9％，并且有监督的对比度学习为96.6％。我们训练有素的模型能够鉴定出肿瘤正常的边缘，并检测整个SRH图像中微观肿瘤浸润的区域。结论：具有训练有素的人工智能模型的SRH可以对颅底肿瘤标本进行快速准确的术中分析，以告知手术决策。

组织病理学仍然是各种癌症诊断的黄金标准。计算机视觉的最新进展，特别是深度学习，促进了针对各种任务的组织病理学图像的分析，包括免疫细胞检测和微卫星不稳定性分类。每个任务的最新工作通常采用鉴定的基础体系结构，这些体系结构已鉴定为图像分类。开发组织病理学分类器的标准方法倾向于将重点放在优化单个任务的模型上，而不是考虑建模创新的各个方面，从而改善了跨任务的概括。在这里，我们提出了Champkit（模型预测工具包的全面组织病理学评估）：可扩展的，完全可重现的基准测试工具包，由大量的斑点级图像分类任务组成，跨不同的癌症。 Champkit能够系统地记录模型和方法中提议改进的性能影响的一种方法。 Champkit源代码和数据可在https://github.com/kaczmarj/champkit上自由访问。

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.

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％。

数据分析方法的组合，提高计算能力和改进的传感器可以实现定量颗粒状，基于细胞的分析。我们描述了与组织解释和调查AI方法有关的丰富应用挑战集，目前用于应对这些挑战。我们专注于一类针对性的人体组织分析 - 组织病理学 - 旨在定量表征疾病状态，患者结果预测和治疗转向。

深度学习和计算机视觉的最新进展减轻了许多瓶颈，从而使算法无标记，并且性能更好。具体而言，变形金刚提供了图像的全球视角，该图像卷积神经网络（CNN）缺乏设计。在这里，我们介绍了跨体系结构自学，这是一种新颖的自我监督学习方法，同时利用了变形金刚和CNN，同时也可以通过易于可用的云服务在计算上访问。与现有的最先进的自我监督学习方法相比，我们从经验上显示了经过CASS训练的CNN，而Transformers则使用100％标记的数据，平均获得8.5％，具有10％标记的数据，为11.5％，1.5％，1百分比在三个不同数据集中标记的数据。值得注意的是，一个被使用的数据集包括自身免疫性疾病的组织病理学幻灯片，这是医学成像中代表性不足的主题，并且数据最少。此外，我们的发现表明，就训练时间而言，CASS的效率是其他最先进方法的两倍。

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。

背景：宫颈癌严重影响了女性生殖系统的健康。光学相干断层扫描（OCT）作为宫颈疾病检测的非侵入性，高分辨率成像技术。然而，OCT图像注释是知识密集型和耗时的，这阻碍了基于深度学习的分类模型的培训过程。目的：本研究旨在基于自我监督学习，开发一种计算机辅助诊断（CADX）方法来对体内宫颈OCT图像进行分类。方法：除了由卷积神经网络（CNN）提取的高电平语义特征外，建议的CADX方法利用了通过对比纹理学习来利用未标记的宫颈OCT图像的纹理特征。我们在中国733名患者的多中心临床研究中对OCT图像数据集进行了十倍的交叉验证。结果：在用于检测高风险疾病的二元分类任务中，包括高级鳞状上皮病变和宫颈癌，我们的方法实现了0.9798加号或减去0.0157的面积曲线值，灵敏度为91.17加或对于OCT图像贴片，减去4.99％，特异性为93.96加仑或减去4.72％;此外，它在测试集上的四位医学专家中表现出两种。此外，我们的方法在使用交叉形阈值投票策略的118名中国患者中达到了91.53％的敏感性和97.37％的特异性。结论：所提出的基于对比 - 学习的CADX方法表现优于端到端的CNN模型，并基于纹理特征提供更好的可解释性，其在“见和治疗”的临床协议中具有很大的潜力。

由于形态的相似性，皮肤肿瘤的组织学切片分化为个体亚型可能具有挑战性。最近，基于深度学习的方法证明了它们在这方面支持病理学家的潜力。但是，这些监督算法中的许多都需要大量的注释数据才能进行稳健开发。我们提供了一个公开可用的数据集，该数据集是七个不同的犬皮肤肿瘤的350张全滑图像，其中有13种组织学类别的12,424个多边形注释，包括7种皮肤肿瘤亚型。在评估者间实验中，我们显示了提供的标签的高稠度，尤其是对于肿瘤注释。我们通过训练深层神经网络来进一步验证数据集，以完成组织分割和肿瘤亚型分类的任务。我们的肿瘤尤其是0.7047的类平均Jaccard系数为0.7047，尤其是0.9044。对于分类，我们达到了0.9857的幻灯片级准确性。由于犬皮肤肿瘤对人肿瘤具有各种组织学同源性，因此该数据集的附加值不限于兽医病理学，而是扩展到更一般的应用领域。

语义图像分割是手术中的背景知识和自治机器人的重要前提。本领域的状态专注于在微创手术期间获得的传统RGB视频数据，但基于光谱成像数据的全景语义分割并在开放手术期间获得几乎没有注意到日期。为了解决文献中的这种差距，我们正在研究基于在开放手术环境中获得的猪的高光谱成像（HSI）数据的以下研究问题：（1）基于神经网络的HSI数据的充分表示是完全自动化的器官分割，尤其是关于数据的空间粒度（像素与Superpixels与Patches与完整图像）的空间粒度？ （2）在执行语义器官分割时，是否有利用HSI数据使用HSI数据，即RGB数据和处理的HSI数据（例如氧合等组织参数）？根据基于20猪的506个HSI图像的全面验证研究，共注释了19个类，基于深度的学习的分割性能 - 贯穿模态 - 与输入数据的空间上下文一致。未处理的HSI数据提供优于RGB数据或来自摄像机提供商的处理数据，其中优势随着输入到神经网络的输入的尺寸而增加。最大性能（应用于整个图像的HSI）产生了0.89（标准偏差（SD）0.04）的平均骰子相似度系数（DSC），其在帧间间变异性（DSC为0.89（SD 0.07）的范围内。我们得出结论，HSI可以成为全自动手术场景理解的强大的图像模型，其具有传统成像的许多优点，包括恢复额外功能组织信息的能力。

Pneumonia, a respiratory infection brought on by bacteria or viruses, affects a large number of people, especially in developing and impoverished countries where high levels of pollution, unclean living conditions, and overcrowding are frequently observed, along with insufficient medical infrastructure. Pleural effusion, a condition in which fluids fill the lung and complicate breathing, is brought on by pneumonia. Early detection of pneumonia is essential for ensuring curative care and boosting survival rates. The approach most usually used to diagnose pneumonia is chest X-ray imaging. The purpose of this work is to develop a method for the automatic diagnosis of bacterial and viral pneumonia in digital x-ray pictures. This article first presents the authors' technique, and then gives a comprehensive report on recent developments in the field of reliable diagnosis of pneumonia. In this study, here tuned a state-of-the-art deep convolutional neural network to classify plant diseases based on images and tested its performance. Deep learning architecture is compared empirically. VGG19, ResNet with 152v2, Resnext101, Seresnet152, Mobilenettv2, and DenseNet with 201 layers are among the architectures tested. Experiment data consists of two groups, sick and healthy X-ray pictures. To take appropriate action against plant diseases as soon as possible, rapid disease identification models are preferred. DenseNet201 has shown no overfitting or performance degradation in our experiments, and its accuracy tends to increase as the number of epochs increases. Further, DenseNet201 achieves state-of-the-art performance with a significantly a smaller number of parameters and within a reasonable computing time. This architecture outperforms the competition in terms of testing accuracy, scoring 95%. Each architecture was trained using Keras, using Theano as the backend.

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。

病理诊所中癌症的诊断，预后和治疗性决策现在可以基于对多吉吉像素组织图像的分析，也称为全斜图像（WSIS）。最近，已经提出了深层卷积神经网络（CNN）来得出无监督的WSI表示。这些很有吸引力，因为它们不太依赖于繁琐的专家注释。但是，一个主要的权衡是，较高的预测能力通常以解释性为代价，这对他们的临床使用构成了挑战，通常通常期望决策中的透明度。为了应对这一挑战，我们提出了一个基于Deep CNN的手工制作的框架，用于构建整体WSI级表示。基于有关变压器在自然语言处理领域的内部工作的最新发现，我们将其过程分解为一个更透明的框架，我们称其为手工制作的组织学变压器或H2T。基于我们涉及各种数据集的实验，包括总共5,306个WSI，结果表明，与最近的最新方法相比，基于H2T的整体WSI级表示具有竞争性能，并且可以轻松用于各种下游分析任务。最后，我们的结果表明，H2T框架的最大14倍，比变压器模型快14倍。

计算病理（CPATH）是一种具有关于组织病理研究的新兴领域，通过计算和分析组织载玻片的数字化高分辨率图像的处理算法。CPATH最近的深度学习的发展已经成功地利用了组织学图像中的原始像素数据的纯粹体积，以预测诊断域，预测，治疗敏感性和患者分层中的目标参数 - 覆盖新数据驱动的AI时代的承诺既组织病理学和肿瘤。使用作为燃料和作为发动机的燃料和AI的数据，CPATH算法准备好用于起飞和最终发射到临床和药物轨道中。在本文中，我们讨论了CPATH限制和相关挑战，使读者能够区分HIPE的希望，并为未来的研究提供指示，以克服这个崭露头角领域的一些主要挑战，以使其发射到两个轨道上。

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.

有监督的深度学习算法具有自动化筛查，监视和分级的医学图像的巨大潜力。但是，培训表现模型通常需要大量的标记数据，这在医疗领域几乎无法获得。自我监督的对比框架通过首先从未标记的图像中学习来放松这种依赖性。在这项工作中，我们表明使用两种对比方法进行了预处理，即SIMCLR和BYOL，就与年龄相关的黄斑变性（AMD）的临床评估有关深度学习的实用性。在实验中，使用两个大型临床数据集，其中包含7,912名患者的170,427个光学相干断层扫描（OCT）图像，我们评估了从AMD阶段和类型分类到功能性终点的七个下游任务，从七个下游任务进行预处理，从在标签较少的七个任务中，六个任务中有六个显着增加。但是，标准的对比框架具有两个已知的弱点，这些弱点不利于医疗领域的预处理。用于创建正面对比对的几种图像转换不适用于灰度医学扫描。此外，医学图像通常描绘了相同的解剖区域和疾病的严重程度，从而导致许多误导性负面对。为了解决这些问题，我们开发了一种新颖的元数据增强方法，该方法利用了丰富的固有可用患者信息集。为此，我们采用了患者身份，眼睛位置（即左或右）和时间序列数据的记录，以指示典型的不可知的对比关系。通过利用这种经常被忽视的信息，我们元数据增强的对比预处理可带来进一步的好处，并且在下游七个任务中有五个任务中的五个中的五分之一。

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，每年负责超过50万人死亡。因此，早期和准确的诊断至关重要。人类专业知识是诊断和正确分类乳腺癌并定义适当的治疗，这取决于评价不同生物标志物如跨膜蛋白受体HER2的表达。该评估需要几个步骤，包括免疫组织化学或原位杂交等特殊技术，以评估HER2状态。通过降低诊断中的步骤和人类偏差的次数的目标，赫洛挑战是组织的，作为第16届欧洲数字病理大会的并行事件，旨在自动化仅基于苏木精和曙红染色的HER2地位的评估侵袭性乳腺癌的组织样本。评估HER2状态的方法是在全球21个团队中提出的，并通过一些提议的方法实现了潜在的观点，以推进最先进的。

肺癌治疗中有针对性疗法的标准诊断程序涉及组织学亚型和随后检测关键驱动因素突变，例如EGFR。即使分子分析可以发现驱动器突变，但该过程通常很昂贵且耗时。深度学习的图像分析为直接从整个幻灯片图像（WSIS）直接发现驱动器突变提供了一种更经济的替代方法。在这项工作中，我们使用具有弱监督的自定义深度学习管道来鉴定苏木精和曙红染色的WSI的EGFR突变的形态相关性，此外还可以检测到肿瘤和组织学亚型。我们通过对两个肺癌数据集进行严格的实验和消融研究来证明管道的有效性-TCGA和来自印度的私人数据集。通过管道，我们在肿瘤检测下达到了曲线（AUC）的平均面积（AUC），在TCGA数据集上的腺癌和鳞状细胞癌之间的组织学亚型为0.942。对于EGFR检测，我们在TCGA数据集上的平均AUC为0.864，印度数据集的平均AUC为0.783。我们的关键学习点包括以下内容。首先，如果要在目标数据集中微调特征提取器，则使用对组织学训练的特征提取器层没有特别的优势。其次，选择具有较高细胞的斑块，大概是捕获肿瘤区域，并不总是有帮助的，因为疾病类别的迹象可能存在于肿瘤 - 肿瘤的基质中。

基于自我监督的基于学习的预科可以使用小标签的数据集开发可靠和广义的深度学习模型，从而减轻了标签生成的负担。本文旨在评估基于CL的预处理对可转介的性能与非转介糖尿病性视网膜病（DR）分类的影响。我们已经开发了一个基于CL的框架，具有神经风格转移（NST）增强，以生成具有更好表示和初始化的模型，以检测颜色底面图像中的DR。我们将CL预估计的模型性能与用成像网权重预测的两个最先进的基线模型进行了比较。我们通过减少标记的训练数据（降至10％）进一步研究模型性能，以测试使用小标签数据集训练模型的鲁棒性。该模型在EYEPACS数据集上进行了培训和验证，并根据芝加哥伊利诺伊大学（UIC）的临床数据进行了独立测试。与基线模型相比，我们的CL预处理的基础网模型具有更高的AUC（CI）值（0.91（0.898至0.930），在UIC数据上为0.80（0.783至0.820）和0.83（0.783至0.820）（0.801至0.853）。在10％标记的培训数据时，在UIC数据集上测试时，基线模型中的FoldusNet AUC为0.81（0.78至0.84），比0.58（0.56至0.64）和0.63（0.56至0.64）和0.63（0.60至0.66）。基于CL的NST预处理可显着提高DL分类性能，帮助模型良好（可从Eyepacs转移到UIC数据），并允许使用小的带注释的数据集进行培训，从而减少临床医生的地面真相注释负担。