胎儿肺扩散加权MRI（DWI）数据的定量分析显示，提供了提供的定量成像生物标志物，这些生物标志物间接反映了胎儿肺的成熟。但是，采集期间的胎儿运动阻碍了对获得的DWI数据的定量分析，因此妨碍了可靠的临床利用。我们介绍了QDWI-Morph，这是一种无监督的深神经网络结构，用于运动补偿定量DWI（QDWI）分析。我们的方法将注册子网络与定量DWI模型拟合子网络融合。我们同时估计QDWI参数和运动模型，通过最大程度地降低整合注册损失和模型拟合质量损失的生物形态信息损失函数。我们证明了QDWI-MORPH的附加值：1）基线QDWI分析没有运动补偿和2）仅包含注册损失的基线深学习模型。 QDWI-morph通过对胎儿肺DWI数据的体内QDWI分析（r-squared = 0.32 vs. 0.13，0.28）实现了与胎龄的相关性。我们的QDWI-MORPH有可能对DWI数据进行运动补偿的定量分析，并为非侵入性胎儿肺成熟度评估提供临床上可行的生物标志物。我们的代码可在以下网址获得：https：//github.com/technioncomputationalmrilab/qdwi-morph。

对胎儿肺扩散加权MRI（DWI）的数据分析（IVIM）分析显示了提供定量成像的生物标志物的潜力，这些标志物是间接地反映出非侵入性胎儿肺肺部成熟评估的扩散和伪扩散的。然而，由于IVIM分析所需的大量不同的“ B值”图像，较长的获取时间，排除了临床可行性。我们介绍了Super-IVIM-DC一种深神经网络（DNN）方法，该方法将监督损失与数据矛盾项相结合，以实现IVIM分析以有限数量的B值获得的DWI数据。我们通过数值模拟，健康的志愿者研究和IVIM分析了胎儿DWI数据的胎儿肺成熟，从而证明了超级IVIM-DC在经典和最近的DNN方法中的附加价值。 ％添加结果我们的数值模拟和健康的志愿者研究表明，与以前的基于DNN的方法相比，来自有限DWI数据的IVIM模型参数的超级IVIM-DC估计值较低。此外，与经典和基于DNN的方法相比，胎儿肺有限的DWI数据的伪扩散分数参数的超级IVIM-DC估计与胎龄相关（0.242 vs. -0.079和0.239）。 Super-IVIM-DC有可能减少与IVIM数据分析DWI数据相关的长期获取时间，并为非侵入性胎儿肺成熟度评估提供临床上可行的生物标志物。

基于深神经网络（DNN）的不确定性（基于DNN）的图像登记算法在部署图像注册算法中起着至关重要的作用在面向研究的处理管道中。目前可用的基于DNN的图像登记算法的不确定性估计方法可能导致临床决策，这是由于对注册的不确定性的潜在不准确估计源是对注册潜在空间的假定参数分布的源。我们引入了NPBDREG，这是一种完全非参数贝叶斯框架，通过将ADAM优化器与随机梯度Langevin Dynamics（SGLD）相结合，以通过后验通过后抽样将基于DNN的可变形图像注册中的不确定性估计。因此，它具有提供与出现未分布数据的存在高度相关的不确定性估计值。我们使用四个公开可用数据库中的$ 390 $图像对（MGH10，CMUC12，ISBR18和LPBA40）在Brain MRI图像配准上证明了NPBDREG的附加价值，与基线概率VoxelMorph模型（PRVXM）相比。 NPBDREG显示了预测不确定性与分布数据（$ r> 0.95 $ vs. $ r <0.5 $）的更好相关性，并且注册准确性提高了7.3％（骰子得分，$ 0.74 $ vs。 $ 0.69 $，$ p \ ll 0.01 $），注册平滑度提高了18％（变形字段中的折叠百分比为0.014 vs. 0.017，$ p \ ll 0.01 $）。最后，与基线PRVXM方法相比，NPBDREG证明了由混合结构噪声损坏的数据（骰子得分为$ 0.73 $，$ 0.69 $，$ p \ ll 0.01 $）的概括能力更好。

新辅助化疗（NAC）对乳腺癌的病理完全反应（PCR）的早期预测在手术计划和优化治疗策略中起着至关重要的作用。最近，建议从多参数MRI（MP-MRI）数据（包括动态对比增强的MRI和扩散加权MRI（DWI））中的多参数MRI（MP-MRI）数据提出基于机器和深度学习的方法。我们引入了PD-DWI，这是一种生理分解的DWI机器学习模型，可预测DWI和临床数据的PCR。我们的模型首先将RAW DWI数据分解为影响DWI信号的各种生理线索，然后使用分解数据，除了临床变量外，还用作基于放射线学的XGBoost模型的输入特征。我们使用公开可用的乳房多参数MRI来预测NAC响应（BMMR2）挑战的公共乳房多参数MRI，证明了PD-DWI模型的添加值与传统的机器学习方法相比，用于从MP-MRI数据进行PCR预测的传统机器学习方法。与当前排行榜上的最佳结果（0.8849 vs. 0.8397）相比，我们的模型大大改善了曲线下的面积（AUC）。 PD-DWI有可能改善NAC乳腺癌后PCR的预测，减少MP-MRI的总体采集时间，并消除对比造影剂注射的需求。

休息状态功能磁共振成像（FMRI）是一种强大的成像技术，用于研究UTETO脑功能的功能发展。然而，胎儿的不可预测和过度运动具有有限的临床应用，因为它导致可以系统地改变了功能连接模式的大量信号波动。以前的研究专注于在大胎儿头部运动的情况下的运动参数的准确估计，并在每个时间点使用3D单步插值方法来恢复无动态的FMRI图像。这并不保证重建的图像对应于给定获取的数据的FMRI时间序列的最小错误表示。在这里，我们提出了一种基于胎儿FMRI散射切片的四维迭代重建的新技术。在一组真正的临床FMRI胎儿上定量评估所提出的方法的准确性。结果表明与传统的3D插值方法相比，重建质量的改进。

在这项工作中，我们考虑了成对的跨模式图像注册的任务，这可能会受益于仅利用培训时间可用的其他图像，而这些图像从与注册的图像不同。例如，我们专注于对准主体内的多参数磁共振（MPMR）图像，在T2加权（T2W）扫描和具有高B值（DWI $ _ {high-b} $）的T2加权（T2W）扫描和扩散加权扫描之间。为了在MPMR图像中应用局部性肿瘤，由于相应的功能的可用性，因此认为具有零B值（DWI $ _ {B = 0} $）的扩散扫描被认为更易于注册到T2W。我们使用仅训练成像模态DWI $ _ {b = 0} $从特权模式算法中提出了学习，以支持具有挑战性的多模式注册问题。我们根据356名前列腺癌患者的369组3D多参数MRI图像提出了实验结果图像对，与注册前7.96毫米相比。结果还表明，与经典的迭代算法和其他具有/没有其他方式的经典基于测试的基于学习的方法相比，提出的基于学习的注册网络具有可比或更高准确性的有效注册。这些比较的算法也未能在此具有挑战性的应用中产生DWI $ _ {High-B} $和T2W之间的任何明显改进的对齐。

迄今为止，迄今为止，众所周知，对广泛的互补临床相关任务进行了全面比较了医学图像登记方法。这限制了采用研究进展，以防止竞争方法的公平基准。在过去五年内已经探讨了许多新的学习方法，但优化，建筑或度量战略的问题非常适合仍然是开放的。 Learn2reg涵盖了广泛的解剖学：脑，腹部和胸部，方式：超声波，CT，MRI，群体：患者内部和患者内部和监督水平。我们为3D注册的培训和验证建立了较低的入境障碍，这帮助我们从20多个独特的团队中汇编了65多个单独的方法提交的结果。我们的互补度量集，包括稳健性，准确性，合理性和速度，使得能够独特地位了解当前的医学图像登记现状。进一步分析监督问题的转移性，偏见和重要性，主要是基于深度学习的方法的优越性，并将新的研究方向开放到利用GPU加速的常规优化的混合方法。

$ t_ {1 \ rho} $映射是一种有希望的定量MRI技术，用于对组织性质的非侵入性评估。基于学习的方法可以从减少数量的$ t_ {1 \ rho} $加权图像中映射$ t_ {1 \ rho} $，但需要大量的高质量培训数据。此外，现有方法不提供$ t_ {1 \ rho} $估计的置信度。为了解决这些问题，我们提出了一个自我监督的学习神经网络，该网络使用学习过程中的放松约束来学习$ t_ {1 \ rho} $映射。为$ t_ {1 \ rho} $量化网络建立了认知不确定性和态度不确定性，以提供$ t_ {1 \ rho} $映射的贝叶斯置信度估计。不确定性估计还可以使模型规范化，以防止其学习不完美的数据。我们对52例非酒精性脂肪肝病患者收集的$ T_ {1 \ rho} $数据进行了实验。结果表明，我们的方法优于$ t_ {1 \ rho} $量化肝脏的现有方法，使用少于两个$ t_ {1 \ rho} $加权图像。我们的不确定性估计提供了一种可行的方法，可以建模基于自我监督学习的$ t_ {1 \ rho} $估计的信心，这与肝脏中的现实$ t_ {1 \ rho} $成像是一致的。

扩散张量心脏磁共振（DT-CMR）使我们能够探测体内心肌内心肌细胞的微观结构排列，这是不可侵袭性的，这是其他成像方式不允许的。这种创新的技术可以彻底改变执行心脏临床诊断，风险分层，预后和治疗随访的能力。但是，DT-CMR目前效率低下，获得单个2D静态图像所需的六分钟以上。因此，DT-CMR目前仅限于研究，但在临床上不使用。我们建议减少生产DT-CMR数据集并随后将其降低所需的重复次数，从而减少通过线性因子的采集时间，同时保持可接受的图像质量。我们提出的基于生成的对抗网络，视觉变压器和合奏学习的方法比以前提出的方法表现出色，而且要好得多，从而使单一的呼吸息dt-CMR更接近现实。

Estimation of the T2 distribution from multi-echo T2-Weighted MRI (T2W) data can provide insight into the microscopic content of tissue using macroscopic imaging. This information can be used as a biomarker for several pathologies, such as tumor characterization, osteoarthritis, and neurodegenerative diseases. Recently, deep neural network (DNN) based methods were proposed for T2 distribution estimation from MRI data. However, these methods are highly sensitive to distribution shifts such as variations in the echo-times (TE) used during acquisition. Therefore, DNN-based methods cannot be utilized in large-scale multi-institutional trials with heterogeneous acquisition protocols. We present P2T2, a new physically-primed DNN approach for T2 distribution estimation that is robust to different acquisition parameters while maintaining state-of-the-art estimation accuracy. Our P2T2 model encodes the forward model of the signal decay by taking as input the TE acquisition array, in addition to the MRI signal, and provides an estimate of the corresponding T2 distribution as its output. Our P2T2 model has improved the robustness against distribution shifts in the acquisition process by more than 50% compared to the previously proposed DNN model. When tested without any distribution shifts, our model achieved about the same accuracy. Finally, when applied to real human MRI data, our P2T2 model produced the most detailed Myelin-Water fraction maps compared to both the MIML model and classical approaches. Our proposed physically-primed approach improved the generalization capacity of DNN models for T2 distribution estimation and their robustness against distribution shifts compared to previous approaches without compromising the accuracy.

心肌运动和变形是表征心脏功能的丰富描述符。图像注册是心肌运动跟踪最常用的技术，是一个不当的反问题，通常需要先前对解决方案空间进行假设。与大多数现有的方法相反，它们强加了明确的通用正则化（例如平滑度），在这项工作中，我们提出了一种新的方法，该方法可以隐式地学习了特定于应用程序的生物力学知识，并将其嵌入了神经网络参数化转换模型中。尤其是，提出的方法利用基于变异自动编码器的生成模型来学习生物力学上合理变形的多种多样。然后，可以通过穿越学习的歧管来搜索最佳转换时，在考虑序列信息时搜索最佳转换。该方法在三个公共心脏Cine MRI数据集中进行了验证，并具有全面的评估。结果表明，所提出的方法可以胜过其他方法，从而获得更高的运动跟踪精度，并具有合理的量保存和更好地变化数据分布的概括性。它还可以更好地估计心肌菌株，这表明该方法在表征时空特征以理解心血管疾病方面的潜力。

运动估计是用于评估目标器官解剖学和功能的动态医学图像处理的基本步骤。然而，通过评估局部图像相似性通过评估局部图像相似性优化运动场的基于图像的运动估计方法，易于产生令人难以置信的估计，尤其是在大运动的情况下。在这项研究中，我们提供了一种新颖的稀疏密度（DSD）的运动估计框架，其包括两个阶段。在第一阶段，我们处理原始密集图像以提取稀疏地标以表示目标器官解剖拓扑，并丢弃对运动估计不必要的冗余信息。为此目的，我们介绍一个无监督的3D地标检测网络，以提取用于目标器官运动估计的空间稀疏但代表性的地标。在第二阶段，我们从两个不同时间点的两个图像的提取稀疏地标的稀疏运动位移得出。然后，我们通过将稀疏地标位移突出回致密图像域，呈现运动重建网络来构造运动场。此外，我们从我们的两级DSD框架中使用估计的运动场作为初始化，并提高轻量级且有效的迭代优化中的运动估计质量。我们分别评估了两种动态医学成像任务的方法，分别为模型心脏运动和肺呼吸运动。与现有的比较方法相比，我们的方法产生了出色的运动估计精度。此外，广泛的实验结果表明，我们的解决方案可以提取良好代表性解剖标志，而无需手动注释。我们的代码在线公开提供。

在过去的十年中，卷积神经网络（Convnets）主导了医学图像分析领域。然而，发现脉搏的性能仍然可以受到它们无法模拟图像中体素之间的远程空间关系的限制。最近提出了众多视力变压器来解决哀悼缺点，在许多医学成像应用中展示最先进的表演。变压器可以是用于图像配准的强烈候选者，因为它们的自我注意机制能够更精确地理解移动和固定图像之间的空间对应。在本文中，我们呈现透射帧，一个用于体积医学图像配准的混合变压器-Cromnet模型。我们还介绍了三种变速器的变形，具有两个散晶变体，确保了拓扑保存的变形和产生良好校准的登记不确定性估计的贝叶斯变体。使用来自两个应用的体积医学图像的各种现有的登记方法和变压器架构进行广泛验证所提出的模型：患者间脑MRI注册和幻影到CT注册。定性和定量结果表明，传输和其变体导致基线方法的实质性改进，展示了用于医学图像配准的变压器的有效性。

血氧水平依赖性（BOLD）用母体高氧可以评估胎盘内的氧运输，并已成为研究胎盘功能的有前途的工具。测量信号随着时间的变化需要在时间序列的每个体积中分割胎盘。由于大胆的时间序列中的数量大量，现有研究依靠注册将所有卷映射到手动分段模板。由于胎盘由于胎儿运动，母体运动和收缩而导致大变形，因此这种方法通常会导致大量废弃体积，而注册方法失败。在这项工作中，我们提出了一个基于U-NET神经网络体系结构的机器学习模型，以自动以粗体MRI分割胎盘，并将其应用于时间序列中的每个卷。我们使用边界加权损失函数来准确捕获胎盘形状。我们的模型经过训练和测试，并在91位包含健康胎儿的受试者，胎儿生长限制的胎儿以及BMI高的母亲中进行了测试。当与地面真实标签匹配时，我们的骰子得分为0.83 +/- 0.04，并且我们的模型在粗体时间序列中可靠地分割量氧和高氧点的量。我们的代码和训练有素的模型可在https://github.com/mabulnaga/automatic-placenta-mentegation上获得。

We present VoxelMorph, a fast learning-based framework for deformable, pairwise medical image registration. Traditional registration methods optimize an objective function for each pair of images, which can be time-consuming for large datasets or rich deformation models. In contrast to this approach, and building on recent learning-based methods, we formulate registration as a function that maps an input image pair to a deformation field that aligns these images. We parameterize the function via a convolutional neural network (CNN), and optimize the parameters of the neural network on a set of images. Given a new pair of scans, VoxelMorph rapidly computes a deformation field by directly evaluating the function. In this work, we explore two different training strategies. In the first (unsupervised) setting, we train the model to maximize standard image matching objective functions that are based on the image intensities. In the second setting, we leverage auxiliary segmentations available in the training data. We demonstrate that the unsupervised model's accuracy is comparable to state-of-the-art methods, while operating orders of magnitude faster. We also show that VoxelMorph trained with auxiliary data improves registration accuracy at test time, and evaluate the effect of training set size on registration. Our method promises to speed up medical image analysis and processing pipelines, while facilitating novel directions in learning-based registration and its applications. Our code is freely available at http://voxelmorph.csail.mit.edu.

超声（US）成像数据的分割和空间比对在头三个月获得的数据对于监测整个关键时期的人类胚胎生长和发育至关重要。当前的方法是手动或半自动的，因此非常耗时，容易出现错误。为了自动执行这些任务，我们提出了一个多ATLAS框架，用于使用深度学习，以最小的监督使用深度学习，以自动分割和空间对齐。我们的框架学会了将胚胎注册到地图集，该地图集由在胎龄（GA）范围内获取的美国图像组成，分段并在空间上与预定义的标准方向排列。由此，我们可以得出胚胎的分割，并将胚胎放在标准方向上。使用在8+0到12+6周GA的美国图像，并选择了八个受试者作为地图集。我们评估了不同的融合策略，以合并多个地图集：1）使用单个主题中的地图集训练框架，2）使用所有可用地图的数据训练框架和3）3）结合每个受试者训练的框架。为了评估性能，我们计算了测试集的骰子分数。我们发现，使用所有可用地图的训练框架优于结合的结合，与对单个主题进行培训的所有框架中的最佳框架相比，给出了类似的结果。此外，我们发现，从所有可用的地图中，从GA最接近的四个图像中选择图像，无论个人质量如何，都以0.72的中位数分数获得了最佳效果。我们得出的结论是，我们的框架可以准确地分割和空间对齐孕妇在3D US图像中对胚胎进行对齐，并且对于可用地图中存在的质量变化是可靠的。我们的代码可在以下网址公开获取：https：//github.com/wapbastiaansen/multi-atlas-seg-reg。

在对肺癌患者的放疗治疗期间，需要最小化肿瘤周围健康组织的辐射，这由于呼吸运动和线性加速器系统的潜伏期很难。在拟议的研究中，我们首先使用Lucas-Kanade锥体光流算法来对四个肺癌患者的胸部计算机断层扫描图像进行可变形的图像登记。然后，我们根据先前计算的变形场跟踪靠近肺部肿瘤的三个内部点，并通过使用实时重复学习（RTRL）和梯度剪辑训练的复发神经网络（RNN）预测其位置。呼吸数据非常规规律，在约2.5Hz时采样，并在脊柱方向上包括人工漂移。轨道点的运动幅度范围为12.0mm至22.7mm。最后，我们提出了一种基于线性对应模型和Nadaraya-Watson非线性回归的最初肿瘤图像的恢复和预测3D肿瘤图像的简单方法。与测试集上RNN预测相对应的根平方误差，最大误差和抖动小于使用线性预测和最小平方（LMS）获得的相同性能度量。特别是，与RNN相关的最大预测误差等于1.51mm，比与线性预测和LMS相关的最大误差低16.1％和5.0％。 RTRL的平均预测时间等于119ms，小于400ms标记位置采样时间。预测图像中的肿瘤位置在视觉上似乎是正确的，这通过等于0.955的原始图像和预测图像之间的高平均互相关证实。

在核成像中，有限的分辨率会导致影响图像清晰度和定量准确性的部分体积效应（PVE）。已证明来自CT或MRI的高分辨率解剖信息的部分体积校正（PVC）已被证明是有效的。但是，这种解剖学引导的方法通常需要乏味的图像注册和分割步骤。由于缺乏具有高端CT和相关运动伪像的混合体SPECT/CT扫描仪，因此很难获得准确的分段器官模板，尤其是在心脏SPECT成像中。轻微的错误注册/错误分段将导致PVC后的图像质量严重降解。在这项工作中，我们开发了一种基于深度学习的方法，用于快速心脏SPECT PVC，而无需解剖信息和相关的器官分割。所提出的网络涉及密集连接的多维动态机制，即使网络经过充分训练，也可以根据输入图像对卷积内核进行调整。引入了心脏内血容量（IMBV）作为网络优化的附加临床损失函数。提出的网络表明，使用Technetium-99M标记的红细胞在GE发现NM/CT 570C专用心脏SPECT扫描仪上获得的28个犬类研究表现有希望的表现。这项工作表明，与没有这种机制的同一网络相比，具有密集连接的动态机制的提议网络产生了较高的结果。结果还表明，没有解剖信息的提出的网络可以与解剖学引导的PVC方法产生的图像产生具有统计上可比的IMBV测量的图像，这可能有助于临床翻译。

Deformable image registration, i.e., the task of aligning multiple images into one coordinate system by non-linear transformation, serves as an essential preprocessing step for neuroimaging data. Recent research on deformable image registration is mainly focused on improving the registration accuracy using multi-stage alignment methods, where the source image is repeatedly deformed in stages by a same neural network until it is well-aligned with the target image. Conventional methods for multi-stage registration can often blur the source image as the pixel/voxel values are repeatedly interpolated from the image generated by the previous stage. However, maintaining image quality such as sharpness during image registration is crucial to medical data analysis. In this paper, we study the problem of anti-blur deformable image registration and propose a novel solution, called Anti-Blur Network (ABN), for multi-stage image registration. Specifically, we use a pair of short-term registration and long-term memory networks to learn the nonlinear deformations at each stage, where the short-term registration network learns how to improve the registration accuracy incrementally and the long-term memory network combines all the previous deformations to allow an interpolation to perform on the raw image directly and preserve image sharpness. Extensive experiments on both natural and medical image datasets demonstrated that ABN can accurately register images while preserving their sharpness. Our code and data can be found at https://github.com/anonymous3214/ABN

基于治疗期间的单投影图像的器官形状重建具有广泛的临床范围，例如在图像引导放射治疗和手术指导中。我们提出了一种图形卷积网络，该网络实现了用于单视点2D投影图像的3D器官网格的可变形登记。该框架使得能够同时训练两种类型的变换：从2D投影图像到位移图，以及从采样的每周顶点特征到满足网格结构的几何约束的3D位移。假设申请放射治疗，验证了2D / 3D可变形的登记性能，用于尚未瞄准迄今为止，即肝脏，胃，十二指肠和肾脏以及胰腺癌的多个腹部器官。实验结果表明，考虑多个器官之间的关系的形状预测可用于预测临床上可接受的准确性的数字重建射线照片的呼吸运动和变形。