Recent advances in self-supervised learning (SSL) in computer vision are primarily comparative, whose goal is to preserve invariant and discriminative semantics in latent representations by comparing siamese image views. However, the preserved high-level semantics do not contain enough local information, which is vital in medical image analysis (e.g., image-based diagnosis and tumor segmentation). To mitigate the locality problem of comparative SSL, we propose to incorporate the task of pixel restoration for explicitly encoding more pixel-level information into high-level semantics. We also address the preservation of scale information, a powerful tool in aiding image understanding but has not drawn much attention in SSL. The resulting framework can be formulated as a multi-task optimization problem on the feature pyramid. Specifically, we conduct multi-scale pixel restoration and siamese feature comparison in the pyramid. In addition, we propose non-skip U-Net to build the feature pyramid and develop sub-crop to replace multi-crop in 3D medical imaging. The proposed unified SSL framework (PCRLv2) surpasses its self-supervised counterparts on various tasks, including brain tumor segmentation (BraTS 2018), chest pathology identification (ChestX-ray, CheXpert), pulmonary nodule detection (LUNA), and abdominal organ segmentation (LiTS), sometimes outperforming them by large margins with limited annotations.

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。

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。

预训练为深入学习支持的X线射线分析中最近的成功奠定了基础。它通过在源域上进行大规模完全监督或自我监督的学习来学习可转移的图像表示。然而，监督的预培训需要复杂和劳动密集的两级人类辅助注释过程，而自我监督的学习不能与监督范例竞争。为了解决这些问题，我们提出了一个跨监督的方法，命名为审查监督（指的）的自由文本报告，该报告从射线照相中获取来自原始放射学报告的自由监督信号。该方法采用了视觉变压器，旨在从每个患者研究中的多种视图中学习联合表示。在极其有限的监督下，引用其在4个众所周知的X射线数据集上的转移学习和自我监督学习对应。此外，甚至是基于具有人辅助结构标签的射线照相的源区的甚至超越方法。因此，有可能取代规范的预训练方法。

数据采集​​和注释中的困难基本上限制了3D医学成像应用的训练数据集的样本尺寸。结果，在没有足够的预训练参数的情况下，构建来自划痕的高性能3D卷积神经网络仍然是一项艰巨的任务。以前关于3D预培训的努力经常依赖于自我监督的方法，它在未标记的数据上使用预测或对比学习来构建不变的3D表示。然而，由于大规模监督信息的不可用，从这些学习框架获得语义不变和歧视性表示仍然存在问题。在本文中，我们重新审视了一种创新但简单的完全监督的3D网络预训练框架，以利用来自大型2D自然图像数据集的语义监督。通过重新设计的3D网络架构，重新设计的自然图像用于解决数据稀缺问题并开发强大的3D表示。四个基准数据集上的综合实验表明，所提出的预先接受的模型可以有效地加速收敛，同时还提高了各种3D医学成像任务，例如分类，分割和检测的准确性。此外，与从头划伤的训练相比，它可以节省高达60％的注释工作。在NIH Deeplesion数据集上，它同样地实现了最先进的检测性能，优于早期的自我监督和完全监督的预训练方法，以及从头训练进行培训的方法。为了促进3D医疗模型的进一步发展，我们的代码和预先接受的模型权重在https://github.com/urmagicsmine/cspr上公开使用。

随着深度学习方法的进步，如深度卷积神经网络，残余神经网络，对抗网络的进步。 U-Net架构最广泛利用生物医学图像分割，以解决目标区域或子区域的识别和检测的自动化。在最近的研究中，基于U-Net的方法在不同应用中显示了最先进的性能，以便在脑肿瘤，肺癌，阿尔茨海默，乳腺癌等疾病的早期诊断和治疗中发育计算机辅助诊断系统等，使用各种方式。本文通过描述U-Net框架来提出这些方法的成功，然后通过执行1）型号的U-Net变体进行综合分析，2）模特内分类，建立更好的见解相关的挑战和解决方案。此外，本文还强调了基于U-Net框架在持续的大流行病，严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-COV-2）中的贡献也称为Covid-19。最后，分析了这些U-Net变体的优点和相似性以及生物医学图像分割所涉及的挑战，以发现该领域的未来未来的研究方向。

Collecting large-scale medical datasets with fully annotated samples for training of deep networks is prohibitively expensive, especially for 3D volume data. Recent breakthroughs in self-supervised learning (SSL) offer the ability to overcome the lack of labeled training samples by learning feature representations from unlabeled data. However, most current SSL techniques in the medical field have been designed for either 2D images or 3D volumes. In practice, this restricts the capability to fully leverage unlabeled data from numerous sources, which may include both 2D and 3D data. Additionally, the use of these pre-trained networks is constrained to downstream tasks with compatible data dimensions. In this paper, we propose a novel framework for unsupervised joint learning on 2D and 3D data modalities. Given a set of 2D images or 2D slices extracted from 3D volumes, we construct an SSL task based on a 2D contrastive clustering problem for distinct classes. The 3D volumes are exploited by computing vectored embedding at each slice and then assembling a holistic feature through deformable self-attention mechanisms in Transformer, allowing incorporating long-range dependencies between slices inside 3D volumes. These holistic features are further utilized to define a novel 3D clustering agreement-based SSL task and masking embedding prediction inspired by pre-trained language models. Experiments on downstream tasks, such as 3D brain segmentation, lung nodule detection, 3D heart structures segmentation, and abnormal chest X-ray detection, demonstrate the effectiveness of our joint 2D and 3D SSL approach. We improve plain 2D Deep-ClusterV2 and SwAV by a significant margin and also surpass various modern 2D and 3D SSL approaches.

深度学习已被广​​泛用于医学图像分割，并且录制了录制了该领域深度学习的成功的大量论文。在本文中，我们使用深层学习技术对医学图像分割的全面主题调查。本文进行了两个原创贡献。首先，与传统调查相比，直接将深度学习的文献分成医学图像分割的文学，并为每组详细介绍了文献，我们根据从粗略到精细的多级结构分类目前流行的文献。其次，本文侧重于监督和弱监督的学习方法，而不包括无监督的方法，因为它们在许多旧调查中引入而且他们目前不受欢迎。对于监督学习方法，我们分析了三个方面的文献：骨干网络的选择，网络块的设计，以及损耗功能的改进。对于虚弱的学习方法，我们根据数据增强，转移学习和交互式分割进行调查文献。与现有调查相比，本调查将文献分类为比例不同，更方便读者了解相关理由，并将引导他们基于深度学习方法思考医学图像分割的适当改进。

变形金刚占据了自然语言处理领域，最近影响了计算机视觉区域。在医学图像分析领域中，变压器也已成功应用于全栈临床应用，包括图像合成/重建，注册，分割，检测和诊断。我们的论文旨在促进变压器在医学图像分析领域的认识和应用。具体而言，我们首先概述了内置在变压器和其他基本组件中的注意机制的核心概念。其次，我们回顾了针对医疗图像应用程序量身定制的各种变压器体系结构，并讨论其局限性。在这篇综述中，我们调查了围绕在不同学习范式中使用变压器，提高模型效率及其与其他技术的耦合的关键挑战。我们希望这篇评论可以为读者提供医学图像分析领域的读者的全面图片。

自我监督的学习（SSL）为更好的利用未标记的数据开辟了巨大的机会。对于缺乏注释，通常已知的医学图像分析至关重要。然而，当我们尝试在SSL中使用尽可能多的未标记的医学图像时，打破维度屏障（即，使得可以共同使用2D和3D图像）成为必须的。在本文中，我们提出了一个基于学生教师范式的普遍的自我监督变压器（USST）框架，旨在利用大量未标记的医疗数据，以多种维度来学习丰富的代表。为此，我们将金字塔变压器U-NET（PTU）设计为骨干，由可切换贴片嵌入（SPE）层和变压器层组成。 SPE层根据输入维度切换到2D或3D贴片嵌入。之后，无论其原始尺寸如何，图像都被转换为序列。然后，变压器层以序列到序列方式模拟长期依赖性，从而使您能够学习来自2D和3D图像的表示。与当前维度特定的SSL相比，USST有两个明显的优点：（1）\ TextBF {更有效} - 可以从越来越多的数据中学习表示; （2）\ textBF {更多功能} - 可以传输到各种下游任务。结果表明，USST在六个2D / 3D医学图像分类和分割任务中提供了有希望的结果，表现出大量监督的想象式预训练和高级SSL对应。

视觉变形金刚（VIT）S表现出可观的全球和本地陈述的自我监督学习表现，可以转移到下游应用程序。灵感来自这些结果，我们介绍了一种新的自我监督学习框架，具有用于医学图像分析的定制代理任务。具体而言，我们提出：（i）以新的3D变压器为基础的型号，被称为往返变压器（Swin Unet），具有分层编码器，用于自我监督的预训练; （ii）用于学习人类解剖学潜在模式的定制代理任务。我们展示了来自各种身体器官的5,050个公共可用的计算机断层扫描（CT）图像的提出模型的成功预培训。通过微调超出颅穹窿（BTCV）分割挑战的预先调整训练模型和来自医疗细分牌组（MSD）数据集的分割任务，通过微调训练有素的模型来验证我们的方法的有效性。我们的模型目前是MSD和BTCV数据集的公共测试排行榜上的最先进的（即第1号）。代码：https://monai.io/research/swin-unetr.

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。

深度学习为生物医学图像分割带来了最深刻的贡献，以自动化医学成像中描绘的过程。为了完成此类任务，需要使用大量注释或标记数据来训练模型，这些数据突出显示与二进制掩码的感兴趣区域。然而，有效地产生这种庞大数据的注释需要专家生物医学分析师和广泛的手动努力。这是一个繁琐而昂贵的任务，同时也容易受到人类错误的影响。为了解决这个问题，提出了一种自我监督的学习框架，BT-UNET，以通过以无监督的方式通过冗余的方式预先训练U-Net模型的编码器来预先训练U-Net模型的编码器来学习数据表示。稍后，完整的网络精确调整以执行实际分段。 BT-UNET框架可以在具有有限数量的注释样本的同时训练，同时具有大量未经发布的样本，这主要是现实世界问题的情况。通过使用标准评估指标生成有限数量标记的样本的场景，通过多个U-Net模型通过多个U-Net模型进行验证。通过详尽的实验试验，观察到BT-UNET框架在这种情况下提高了U-NET模型的性能，具有重要利润。

关于对比学习的最新研究仅通过在医学图像分割的背景下利用很少的标签来实现出色的性能。现有方法主要关注实例歧视和不变映射。但是，他们面临三个常见的陷阱：（1）尾巴：医疗图像数据通常遵循隐式的长尾分配。盲目利用训练中的所有像素会导致数据失衡问题，并导致性能恶化； （2）一致性：尚不清楚分割模型是否由于不同解剖学特征之间的类内变化而学会了有意义但一致的解剖学特征； （3）多样性：整个数据集中的切片内相关性已得到明显降低的关注。这促使我们寻求一种有原则的方法来战略利用数据集本身，以发现不同解剖学观点的类似但不同的样本。在本文中，我们介绍了一种新型的半监督医学图像分割框架，称其为您自己的解剖结构（MONA），并做出了三个贡献。首先，先前的工作认为，每个像素对模型培训都同样重要。我们从经验上观察到，仅此单单就不太可能定义有意义的解剖特征，这主要是由于缺乏监督信号。我们通过使用更强大的数据增强和最近的邻居展示了学习不变的两个简单解决方案。其次，我们构建了一组目标，鼓励模型能够以无监督的方式将医学图像分解为解剖特征的集合。最后，我们在具有不同标记设置的三个基准数据集上的广泛结果验证了我们提出的MONA的有效性，该数据在不同的标签设置下实现了新的最新设置。

Well-annotated medical datasets enable deep neural networks (DNNs) to gain strong power in extracting lesion-related features. Building such large and well-designed medical datasets is costly due to the need for high-level expertise. Model pre-training based on ImageNet is a common practice to gain better generalization when the data amount is limited. However, it suffers from the domain gap between natural and medical images. In this work, we pre-train DNNs on ultrasound (US) domains instead of ImageNet to reduce the domain gap in medical US applications. To learn US image representations based on unlabeled US videos, we propose a novel meta-learning-based contrastive learning method, namely Meta Ultrasound Contrastive Learning (Meta-USCL). To tackle the key challenge of obtaining semantically consistent sample pairs for contrastive learning, we present a positive pair generation module along with an automatic sample weighting module based on meta-learning. Experimental results on multiple computer-aided diagnosis (CAD) problems, including pneumonia detection, breast cancer classification, and breast tumor segmentation, show that the proposed self-supervised method reaches state-of-the-art (SOTA). The codes are available at https://github.com/Schuture/Meta-USCL.

A key requirement for the success of supervised deep learning is a large labeled dataset -a condition that is difficult to meet in medical image analysis. Selfsupervised learning (SSL) can help in this regard by providing a strategy to pre-train a neural network with unlabeled data, followed by fine-tuning for a downstream task with limited annotations. Contrastive learning, a particular variant of SSL, is a powerful technique for learning image-level representations. In this work, we propose strategies for extending the contrastive learning framework for segmentation of volumetric medical images in the semi-supervised setting with limited annotations, by leveraging domain-specific and problem-specific cues. Specifically, we propose (1) novel contrasting strategies that leverage structural similarity across volumetric medical images (domain-specific cue) and (2) a local version of the contrastive loss to learn distinctive representations of local regions that are useful for per-pixel segmentation (problem-specific cue). We carry out an extensive evaluation on three Magnetic Resonance Imaging (MRI) datasets. In the limited annotation setting, the proposed method yields substantial improvements compared to other self-supervision and semi-supervised learning techniques. When combined with a simple data augmentation technique, the proposed method reaches within 8% of benchmark performance using only two labeled MRI volumes for training, corresponding to only 4% (for ACDC) of the training data used to train the benchmark. The code is made public at https://github.com/krishnabits001/domain_specific_cl. 34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

医学计算机视觉的最新自我监督进步利用了在下游任务（例如分割）之前预处理的全球和局部解剖自我相似性。但是，当前方法假设I.I.D.图像采集是在临床研究设计中无效的，其中随访纵向扫描跟踪特定于主体的时间变化。此外，现有的自我监督方法用于医学上相关的图像到图像体系结构仅利用空间或时间自相似性，并且仅通过在单个图像尺度上应用的损失来进行，而天真的多尺度空间时空扩展崩溃了解决方案。对于这些目的，本文做出了两种贡献：（1）它提出了一种局部和多规模的时空表示方法，用于对纵向图像进行训练的图像到图像架构。它利用了学到的多尺度内部主体内特征的时空自相似性来进行训练，并开发出几种特征正规化，以避免崩溃的身份表示。 （2）在填充期间，它提出了一个令人惊讶的简单的自我监督分割一致性正规化以利用受试者内部的相关性。该框架以单次分割设置为基准，该框架的表现优于良好调整的随机定位基线和为I.I.D设计的当前自我监督技术。和纵向数据集。在纵向神经退行性的成年MRI和发育的婴儿脑MRI中，这些改进都得到了证明，并产生了更高的性能和纵向一致性。

监督的深度学习模型取决于大量标记的数据。不幸的是，收集和注释包含所需更改的零花态样本是耗时和劳动密集型的。从预训练模型中转移学习可有效减轻遥感（RS）变化检测（CD）中标签不足。我们探索在预训练期间使用语义信息的使用。不同于传统的监督预训练，该预训练从图像到标签，我们将语义监督纳入了自我监督的学习（SSL）框架中。通常，多个感兴趣的对象（例如，建筑物）以未经切割的RS图像分布在各个位置。我们没有通过全局池操纵图像级表示，而是在每个像素嵌入式上引入点级监督以学习空间敏感的特征，从而使下游密集的CD受益。为了实现这一目标，我们通过使用语义掩码在视图之间的重叠区域上通过类平衡的采样获得了多个点。我们学会了一个嵌入式空间，将背景和前景点分开，并将视图之间的空间对齐点齐聚在一起。我们的直觉是导致的语义歧视性表示与无关的变化不变（照明和无关紧要的土地覆盖）可能有助于改变识别。我们在RS社区中免费提供大规模的图像面罩，用于预训练。在三个CD数据集上进行的大量实验验证了我们方法的有效性。我们的表现明显优于Imagenet预训练，内域监督和几种SSL方法。经验结果表明我们的预训练提高了CD模型的概括和数据效率。值得注意的是，我们使用20％的培训数据获得了比基线（随机初始化）使用100％数据获得竞争结果。我们的代码可用。

具有病理注释的计算机断层扫描（CT）样品很难获得。结果，计算机辅助诊断（CAD）算法在小型数据集（例如带有1,018个样本的LIDC-IDRI）上进行了培训，从而限制了其准确性和可靠性。在过去的五年中，通过二维（2D）和三维（3D）自我监督学习（SSL）算法为CT病变的无监督表示量身定制了几项作品。 2D算法很难捕获3D信息，并且现有的3D算法在计算上很重。轻巧的3D SSL仍然是要探索的边界。在本文中，我们提出了螺旋形对比度学习（SCL），该学习以计算有效的方式产生3D表示。 SCL首先使用信息保护螺旋变换将3D病变转换为2D平面，然后使用2D对比度学习学习转换不变的特征。为了进行增强，我们考虑自然图像增强和医疗图像增强。我们通过在嵌入层上训练分类头来评估SCL。实验结果表明，对于无监督的代表性学习，SCL在LIDC-IDRI（89.72％），LNDB（82.09％）和天奇（90.16％）上实现了最先进的准确性。使用10％的带计算的注释数据，SCL的性能与监督学习算法的性能相当（Lidc-Idri的85.75％比85.03％，78.20％vs. 73.44％的LNDB和87.85％vs. 83.34％vs. 83.34％and。天奇，分别）。同时，与其他3D SSL算法相比，SCL将计算工作减少了66.98％，这证明了该方法在无监督的预训练中的效率。

在许多图像引导的临床方法中，医学图像分割是一个基本和关键的步骤。基于深度学习的细分方法的最新成功通常取决于大量标记的数据，这特别困难且昂贵，尤其是在医学成像领域中，只有专家才能提供可靠和准确的注释。半监督学习已成为一种吸引人的策略，并广泛应用于医学图像分割任务，以训练注释有限的深层模型。在本文中，我们对最近提议的半监督学习方法进行了全面综述，并总结了技术新颖性和经验结果。此外，我们分析和讨论现有方法的局限性和几个未解决的问题。我们希望这篇评论可以激发研究界探索解决这一挑战的解决方案，并进一步促进医学图像细分领域的发展。