自然图像和医学图像之间的根本差异最近有利于对医学图像应用中的Imagenet转移学习使用自我监督学习（SSL）。图像类型之间的差异主要是由于成像方式和医学图像利用了广泛的基于物理的技术，而自然图像仅使用可见光捕获。尽管许多人证明了医学图像上的SSL导致了更好的下游任务绩效，但我们的工作表明可以获得更多的性能。在构建学习问题时，经常不考虑用于获取医学图像的科学原理。因此，我们建议在生成SSL期间合并定量成像原理，以提高图像质量和定量生物学准确性。我们表明，这种培训模式可为有限数据的下游监督培训提供更好的起始状态。我们的模型还生成了验证临床定量分析软件的图像。

Self-supervised image denoising techniques emerged as convenient methods that allow training denoising models without requiring ground-truth noise-free data. Existing methods usually optimize loss metrics that are calculated from multiple noisy realizations of similar images, e.g., from neighboring tomographic slices. However, those approaches fail to utilize the multiple contrasts that are routinely acquired in medical imaging modalities like MRI or dual-energy CT. In this work, we propose the new self-supervised training scheme Noise2Contrast that combines information from multiple measured image contrasts to train a denoising model. We stack denoising with domain-transfer operators to utilize the independent noise realizations of different image contrasts to derive a self-supervised loss. The trained denoising operator achieves convincing quantitative and qualitative results, outperforming state-of-the-art self-supervised methods by 4.7-11.0%/4.8-7.3% (PSNR/SSIM) on brain MRI data and by 43.6-50.5%/57.1-77.1% (PSNR/SSIM) on dual-energy CT X-ray microscopy data with respect to the noisy baseline. Our experiments on different real measured data sets indicate that Noise2Contrast training generalizes to other multi-contrast imaging modalities.

基于深度学习的脑磁共振成像（MRI）重建方法有可能加速MRI采集过程。尽管如此，科学界缺乏适当的基准，以评估高分辨率大脑图像的MRI重建质量，并评估这些所提出的算法在存在小而且预期的数据分布班次存在下的表现。多线圈磁共振图像（MC-MRI）重建挑战提供了一种基准，其目的在于使用高分辨率，三维，T1加权MRI扫描的大型数据集。挑战有两个主要目标：1）比较该数据集和2）上的不同的MRI重建模型，并评估这些模型的概括性，以通过不同数量的接收器线圈获取的数据。在本文中，我们描述了挑战实验设计，并总结了一系列基线和艺术脑MRI重建模型的结果。我们提供有关目前MRI重建最先进的相关比较信息，并突出挑战在更广泛的临床采用之前获得所需的普遍模型。 MC-MRI基准数据，评估代码和当前挑战排行榜可公开可用。它们为脑MRI重建领域的未来发展提供了客观性能评估。

Quantifying the perceptual similarity of two images is a long-standing problem in low-level computer vision. The natural image domain commonly relies on supervised learning, e.g., a pre-trained VGG, to obtain a latent representation. However, due to domain shift, pre-trained models from the natural image domain might not apply to other image domains, such as medical imaging. Notably, in medical imaging, evaluating the perceptual similarity is exclusively performed by specialists trained extensively in diverse medical fields. Thus, medical imaging remains devoid of task-specific, objective perceptual measures. This work answers the question: Is it necessary to rely on supervised learning to obtain an effective representation that could measure perceptual similarity, or is self-supervision sufficient? To understand whether recent contrastive self-supervised representation (CSR) may come to the rescue, we start with natural images and systematically evaluate CSR as a metric across numerous contemporary architectures and tasks and compare them with existing methods. We find that in the natural image domain, CSR behaves on par with the supervised one on several perceptual tests as a metric, and in the medical domain, CSR better quantifies perceptual similarity concerning the experts' ratings. We also demonstrate that CSR can significantly improve image quality in two image synthesis tasks. Finally, our extensive results suggest that perceptuality is an emergent property of CSR, which can be adapted to many image domains without requiring annotations.

Magnetic Resonance Fingerprinting (MRF) is an efficient quantitative MRI technique that can extract important tissue and system parameters such as T1, T2, B0, and B1 from a single scan. This property also makes it attractive for retrospectively synthesizing contrast-weighted images. In general, contrast-weighted images like T1-weighted, T2-weighted, etc., can be synthesized directly from parameter maps through spin-dynamics simulation (i.e., Bloch or Extended Phase Graph models). However, these approaches often exhibit artifacts due to imperfections in the mapping, the sequence modeling, and the data acquisition. Here we propose a supervised learning-based method that directly synthesizes contrast-weighted images from the MRF data without going through the quantitative mapping and spin-dynamics simulation. To implement our direct contrast synthesis (DCS) method, we deploy a conditional Generative Adversarial Network (GAN) framework and propose a multi-branch U-Net as the generator. The input MRF data are used to directly synthesize T1-weighted, T2-weighted, and fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) images through supervised training on paired MRF and target spin echo-based contrast-weighted scans. In-vivo experiments demonstrate excellent image quality compared to simulation-based contrast synthesis and previous DCS methods, both visually as well as by quantitative metrics. We also demonstrate cases where our trained model is able to mitigate in-flow and spiral off-resonance artifacts that are typically seen in MRF reconstructions and thus more faithfully represent conventional spin echo-based contrast-weighted images.

Optical coherence tomography (OCT) captures cross-sectional data and is used for the screening, monitoring, and treatment planning of retinal diseases. Technological developments to increase the speed of acquisition often results in systems with a narrower spectral bandwidth, and hence a lower axial resolution. Traditionally, image-processing-based techniques have been utilized to reconstruct subsampled OCT data and more recently, deep-learning-based methods have been explored. In this study, we simulate reduced axial scan (A-scan) resolution by Gaussian windowing in the spectral domain and investigate the use of a learning-based approach for image feature reconstruction. In anticipation of the reduced resolution that accompanies wide-field OCT systems, we build upon super-resolution techniques to explore methods to better aid clinicians in their decision-making to improve patient outcomes, by reconstructing lost features using a pixel-to-pixel approach with an altered super-resolution generative adversarial network (SRGAN) architecture.

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。

Clinical diagnostic and treatment decisions rely upon the integration of patient-specific data with clinical reasoning. Cancer presents a unique context that influence treatment decisions, given its diverse forms of disease evolution. Biomedical imaging allows noninvasive assessment of disease based on visual evaluations leading to better clinical outcome prediction and therapeutic planning. Early methods of brain cancer characterization predominantly relied upon statistical modeling of neuroimaging data. Driven by the breakthroughs in computer vision, deep learning became the de facto standard in the domain of medical imaging. Integrated statistical and deep learning methods have recently emerged as a new direction in the automation of the medical practice unifying multi-disciplinary knowledge in medicine, statistics, and artificial intelligence. In this study, we critically review major statistical and deep learning models and their applications in brain imaging research with a focus on MRI-based brain tumor segmentation. The results do highlight that model-driven classical statistics and data-driven deep learning is a potent combination for developing automated systems in clinical oncology.

随着脑成像技术和机器学习工具的出现，很多努力都致力于构建计算模型来捕获人脑中的视觉信息的编码。最具挑战性的大脑解码任务之一是通过功能磁共振成像（FMRI）测量的脑活动的感知自然图像的精确重建。在这项工作中，我们调查了来自FMRI的自然图像重建的最新学习方法。我们在架构设计，基准数据集和评估指标方面检查这些方法，并在标准化评估指标上呈现公平的性能评估。最后，我们讨论了现有研究的优势和局限，并提出了潜在的未来方向。

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。

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。

2D低剂量单板腹部计算机断层扫描（CT）切片可直接测量身体成分，这对于对衰老的健康关系进行定量表征至关重要。然而，由于不同年内获得的纵向切片之间的位置方差，使用2D腹部切片对人体成分变化的纵向分析具有挑战性。为了减少位置差异，我们将条件生成模型扩展到我们的C-斜肌，该模型在腹部区域进行任意轴向切片作为条件，并通过估计潜在空间的结构变化来生成定义的椎骨水平切片。对来自内部数据集的1170名受试者的实验和BTCV Miccai挑战赛的50名受试者的实验表明，我们的模型可以从现实主义和相似性方面产生高质量的图像。来自巴尔的摩纵向研究（BLSA）数据集的20名受试者的外部实验，其中包含纵向单腹部切片验证了我们的方法可以在肌肉和内脏脂肪面积方面与切片的位置方差进行协调。我们的方法提供了一个有希望的方向，将切片从不同的椎骨水平映射到目标切片，以减少单个切片纵向分析的位置差异。源代码可在以下网址获得：https：//github.com/masilab/c-slicegen。

在本文中，我们回顾了同时正电子发射断层扫描（PET） /磁共振成像（MRI）系统的物理和数据驱动的重建技术，这些技术在癌症，神经系统疾病和心脏病方面具有显着优势。这些重建方法利用结构或统计的先验，以及基于物理学的宠物系统响应的描述。但是，由于正向问题的嵌套表示，直接的PET/MRI重建是一个非线性问题。我们阐明了多方面的方法如何适应3D PET/MRI重建的混合数据和物理驱动的机器学习，总结了过去5年中重要的深度学习发展，以解决衰减校正，散射，低光子数和数据一致性。我们还描述了这些多模式方法的应用如何扩展到PET/MRI以提高放射治疗计划的准确性。最后，我们讨论了遵循物理和深度学习的计算成像和下一代探测器硬件的最新趋势，以扩展当前最新趋势的机会。

甚至在没有受限，监督的情况下，也提出了甚至在没有受限或有限的情况下学习普遍陈述的方法。使用适度数量的数据可以微调新的目标任务，或者直接在相应任务中实现显着性能的无奈域中使用的良好普遍表示。这种缓解数据和注释要求为计算机愿景和医疗保健的应用提供了诱人的前景。在本辅导纸上，我们激励了对解散的陈述，目前关键理论和详细的实际构建块和学习此类表示的标准的需求。我们讨论医学成像和计算机视觉中的应用，强调了在示例钥匙作品中进行的选择。我们通过呈现剩下的挑战和机会来结束。

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。

Low-field (LF) MRI scanners have the power to revolutionize medical imaging by providing a portable and cheaper alternative to high-field MRI scanners. However, such scanners are usually significantly noisier and lower quality than their high-field counterparts. The aim of this paper is to improve the SNR and overall image quality of low-field MRI scans to improve diagnostic capability. To address this issue, we propose a Nested U-Net neural network architecture super-resolution algorithm that outperforms previously suggested deep learning methods with an average PSNR of 78.83 and SSIM of 0.9551. We tested our network on artificial noisy downsampled synthetic data from a major T1 weighted MRI image dataset called the T1-mix dataset. One board-certified radiologist scored 25 images on the Likert scale (1-5) assessing overall image quality, anatomical structure, and diagnostic confidence across our architecture and other published works (SR DenseNet, Generator Block, SRCNN, etc.). We also introduce a new type of loss function called natural log mean squared error (NLMSE). In conclusion, we present a more accurate deep learning method for single image super-resolution applied to synthetic low-field MRI via a Nested U-Net architecture.

为医学图像评估构建准确和强大的人工智能系统，不仅需要高级深度学习模型的研究和设计，还需要创建大型和策划的注释训练示例。然而，构造这种数据集通常非常昂贵 - 由于注释任务的复杂性和解释医学图像所需的高度专业知识（例如，专家放射科医师）。为了对此限制来说，我们提出了一种基于对比学习和在线特征聚类的丰富图像特征自我监督学习方法。为此目的，我们利用各种方式的大超过100,000,000个医学图像的大型训练数据集，包括放射线照相，计算机断层扫描（CT），磁共振（MR）成像和超声检查。我们建议使用这些功能来指导在各种下游任务的监督和混合自我监督/监督制度的模型培训。我们突出了这种策略对射线照相，CT和MR：1的挑战性图像评估问题的许多优点，与最先进的（例如，检测3-7％的AUC升压为3-7％胸部射线照相扫描的异常和脑CT的出血检测）; 2）与使用无预先训练（例如，83％，在培训MR扫描MR扫描中的脑转移的模型时，在训练期间训练期间的模型收敛在训练期间的培训期高达85％。 3）对各种图像增强的鲁棒性增加，例如在场中看到的数据变化的强度变化，旋转或缩放反射。

数据已成为当今世界上最有价值的资源。随着数据驱动算法的大量扩散，例如基于深度学习的方法，数据的可用性引起了极大的兴趣。在这种情况下，特别需要高质量的培训，验证和测试数据集。体积数据是医学中非常重要的资源，因为它范围从疾病诊断到治疗监测。如果数据集足够，则可以培训模型来帮助医生完成这些任务。不幸的是，在某些情况和应用程序中，大量数据不可用。例如，在医疗领域，罕见疾病和隐私问题可能导致数据可用性受到限制。在非医学领域，获得足够数量的高质量数据的高成本也可能引起人们的关注。解决这些问题的方法可能是生成合成数据，以结合其他更传统的数据增强方法来执行数据增强。因此，关于3D生成对抗网络（GAN）的大多数出版物都在医疗领域内。生成现实合成数据的机制的存在是克服这一挑战的好资产，尤其是在医疗保健中，因为数据必须具有良好的质量并且接近现实，即现实，并且没有隐私问题。在这篇综述中，我们提供了使用GAN生成现实的3D合成数据的作品的摘要。因此，我们概述了具有共同体系结构，优势和缺点的这些领域中基于GAN的方法。我们提出了一种新颖的分类学，评估，挑战和研究机会，以提供医学和其他领域甘恩当前状态的整体概述。

计算机断层扫描（CT）使用从身体周围的传感器取出的X射线测量以产生人体的断层图像。如果X射线数据充分采样和高质量，则可以使用传统的重建算法;然而，诸如将剂量减少给患者的问题，或数据采集的几何限制可能导致低质量或不完整的数据。由于噪声和其他伪像，使用传统方法从这些数据重建的图像具有差的质量。本研究的目的是训练单个神经网络，从嘈杂或不完全CT扫描数据重建高质量CT图像，包括低剂量，稀疏视图和有限的角度场景。为了完成这项任务，我们将生成的对冲网络（GaN）作为信号训练，以与CT数据的迭代同步代数重建技术（SART）结合使用。网络包括自我关注块，以模拟数据中的远程依赖性。我们将我们的自我关注GaN进行CT图像重建，包括几种最先进的方法，包括去噪循环GaN，Circle GaN和总变化的校长算法。我们的方法被证明是可以相当的整体性能来圈出GaN，同时优于其他两种方法。

肺部以外的视野（FOV）组织截断在常规的肺筛查计算机断层扫描（CT）中很常见。这对机会性CT的身体组成（BC）评估构成了局限性，因为缺少关键的解剖结构。传统上，扩展CT的FOV被认为是使用有限数据的CT重建问题。但是，这种方法依赖于应用程序中可能无法使用的投影域数据。在这项工作中，我们从语义图像扩展角度提出问题，该角度仅需要图像数据作为输入。提出的两阶段方法根据完整体的估计范围识别新的FOV边框，并在截短区域中渗出了缺失的组织。使用在FOV中具有完整主体的CT切片对训练样品进行模拟，从而使模型开发自制。我们使用有限FOV的肺筛选CT评估了所提出的方法在自动BC评估中的有效性。提出的方法有效地恢复了缺失的组织并减少了FOV组织截断引入的BC评估误差。在大规模肺部筛查CT数据集的BC评估中，这种校正既可以提高受试者内的一致性和与人体测量近似值的相关性。已开发的方法可在https://github.com/masilab/s-efov上获得。