We propose a novel deep neural network architecture to learn interpretable representation for medical image analysis. Our architecture generates a global attention for region of interest, and then learns bag of words style deep feature embeddings with local attention. The global, and local feature maps are combined using a contemporary transformer architecture for highly accurate Gallbladder Cancer (GBC) detection from Ultrasound (USG) images. Our experiments indicate that the detection accuracy of our model beats even human radiologists, and advocates its use as the second reader for GBC diagnosis. Bag of words embeddings allow our model to be probed for generating interpretable explanations for GBC detection consistent with the ones reported in medical literature. We show that the proposed model not only helps understand decisions of neural network models but also aids in discovery of new visual features relevant to the diagnosis of GBC. Source-code and model will be available at https://github.com/sbasu276/RadFormer

深度学习的显着成功引起了人们对医学成像诊断的应用的兴趣。尽管最新的深度学习模型在分类不同类型的医学数据方面已经达到了人类水平的准确性，但这些模型在临床工作流程中几乎不采用，这主要是由于缺乏解释性。深度学习模型的黑盒子性提出了制定策略来解释这些模型的决策过程的必要性，从而导致了可解释的人工智能（XAI）主题的创建。在这种情况下，我们对应用于医学成像诊断的XAI进行了详尽的调查，包括视觉，基于示例和基于概念的解释方法。此外，这项工作回顾了现有的医学成像数据集和现有的指标，以评估解释的质量。此外，我们还包括一组基于报告生成的方法的性能比较。最后，还讨论了将XAI应用于医学成像以及有关该主题的未来研究指示的主要挑战。

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。

在深度学习方法进行自动医学图像分析的最新成功之前，从业者使用手工制作的放射线特征来定量描述当地的医学图像斑块。但是，提取区分性放射素特征取决于准确的病理定位，这在现实世界中很难获得。尽管疾病分类和胸部X射线的定位方面取得了进步，但许多方法未能纳入临床知名的领域知识。由于这些原因，我们提出了一个放射素引导的变压器（RGT），该变压器（RGT）与\ textit {global}图像信息与\ textit {local}知识引导的放射线信息信息提供准确的心肺病理学定位和分类\ textit {无需任何界限盒{ }。 RGT由图像变压器分支，放射线变压器分支以及聚集图像和放射线信息的融合层组成。 RGT使用对图像分支的自我注意事项，提取了一个边界框来计算放射线特征，该特征由放射线分支进一步处理。然后通过交叉注意层融合学习的图像和放射线特征。因此，RGT利用了一种新型的端到端反馈回路，该回路只能使用图像水平疾病标签引导精确的病理定位。 NIH CHESTXRAR数据集的实验表明，RGT的表现优于弱监督疾病定位的先前作品（在各个相交联合阈值的平均余量为3.6 \％）和分类（在接收器操作方下平均1.1 \％\％\％\％曲线）。接受代码和训练有素的模型将在接受后发布。

使用深度学习模型从组织学数据中诊断癌症提出了一些挑战。这些图像中关注区域（ROI）的癌症分级和定位通常依赖于图像和像素级标签，后者需要昂贵的注释过程。深度弱监督的对象定位（WSOL）方法为深度学习模型的低成本培训提供了不同的策略。仅使用图像级注释，可以训练这些方法以对图像进行分类，并为ROI定位进行分类类激活图（CAM）。本文综述了WSOL的​​最先进的DL方法。我们提出了一种分类法，根据模型中的信息流，将这些方法分为自下而上和自上而下的方法。尽管后者的进展有限，但最近的自下而上方法目前通过深层WSOL方法推动了很多进展。早期作品的重点是设计不同的空间合并功能。但是，这些方法达到了有限的定位准确性，并揭示了一个主要限制 - 凸轮的不足激活导致了高假阴性定位。随后的工作旨在减轻此问题并恢复完整的对象。评估和比较了两个具有挑战性的组织学数据集的分类和本地化准确性，对我们的分类学方法进行了评估和比较。总体而言，结果表明定位性能差，特别是对于最初设计用于处理自然图像的通用方法。旨在解决组织学数据挑战的方法产生了良好的结果。但是，所有方法都遭受高假阳性/阴性定位的影响。在组织学中应用深WSOL方法的应用是四个关键的挑战 - 凸轮的激活下/过度激活，对阈值的敏感性和模型选择。

人工智能被出现为众多临床应用诊断和治疗决策的有用援助。由于可用数据和计算能力的快速增加，深度神经网络的性能与许多任务中的临床医生相同或更好。为了符合信任AI的原则，AI系统至关重要的是透明，强大，公平和确保责任。由于对决策过程的具体细节缺乏了解，目前的深神经系统被称为黑匣子。因此，需要确保在常规临床工作流中纳入常规神经网络之前的深度神经网络的可解释性。在这一叙述审查中，我们利用系统的关键字搜索和域专业知识来确定已经基于所产生的解释和技术相似性的类型的医学图像分析应用的深度学习模型来确定九种不同类型的可解释方法。此外，我们报告了评估各种可解释方法产生的解释的进展。最后，我们讨论了局限性，提供了利用可解释性方法和未来方向的指导，了解医学成像分析深度神经网络的解释性。

每年医生对患者的基于形象的诊断需求越来越大，是最近的人工智能方法可以解决的问题。在这种情况下，我们在医学图像的自动报告领域进行了调查，重点是使用深神经网络的方法，了解：（1）数据集，（2）架构设计，（3）解释性和（4）评估指标。我们的调查确定了有趣的发展，也是留下挑战。其中，目前对生成的报告的评估尤为薄弱，因为它主要依赖于传统的自然语言处理（NLP）指标，这不准确地捕获医疗正确性。

超声检查是乳腺癌诊断的重要常规检查，这是由于其无创，无辐射和低成本的特性。但是，由于其固有的局限性，乳腺癌的诊断准确性仍然受到限制。如果我们可以通过乳房超声图像（BUS）精确诊断乳腺癌，那将是一个巨大的成功。已经提出了许多基于学习的计算机辅助诊断方法来实现乳腺癌诊断/病变分类。但是，其中大多数需要预定的ROI，然后对ROI内的病变进行分类。常规的分类骨架，例如VGG16和RESNET50，可以在没有ROI要求的情况下获得有希望的分类结果。但是这些模型缺乏解释性，因此限制了它们在临床实践中的使用。在这项研究中，我们提出了一种具有可解释特征表示的超声图像中乳腺癌诊断的新型无ROI模型。我们利用解剖学的先验知识，即恶性肿瘤和良性肿瘤在不同的组织层之间具有不同的空间关系，并提出了悬停转换器来提出这种先验知识。提出的悬停式跨界块水平和垂直地提取层间和层内空间信息。我们进行并释放一个开放的数据集GDPH＆SYSUCC，以用于公共汽车中的乳腺癌诊断。通过与四个基于CNN的模型和两个Vision Transformer模型进行比较，通过五倍的交叉验证来评估所提出的模型。它通过最佳模型可解释性实现最新的分类性能。同时，我们提出的模型在仅给出一张公交图像时，在乳腺癌诊断方面优于两名高级超声检查员。

Diabetic Retinopathy (DR) is a leading cause of vision loss in the world, and early DR detection is necessary to prevent vision loss and support an appropriate treatment. In this work, we leverage interactive machine learning and introduce a joint learning framework, termed DRG-Net, to effectively learn both disease grading and multi-lesion segmentation. Our DRG-Net consists of two modules: (i) DRG-AI-System to classify DR Grading, localize lesion areas, and provide visual explanations; (ii) DRG-Expert-Interaction to receive feedback from user-expert and improve the DRG-AI-System. To deal with sparse data, we utilize transfer learning mechanisms to extract invariant feature representations by using Wasserstein distance and adversarial learning-based entropy minimization. Besides, we propose a novel attention strategy at both low- and high-level features to automatically select the most significant lesion information and provide explainable properties. In terms of human interaction, we further develop DRG-Net as a tool that enables expert users to correct the system's predictions, which may then be used to update the system as a whole. Moreover, thanks to the attention mechanism and loss functions constraint between lesion features and classification features, our approach can be robust given a certain level of noise in the feedback of users. We have benchmarked DRG-Net on the two largest DR datasets, i.e., IDRID and FGADR, and compared it to various state-of-the-art deep learning networks. In addition to outperforming other SOTA approaches, DRG-Net is effectively updated using user feedback, even in a weakly-supervised manner.

我们考虑临床应用异常定位问题。虽然深入学习推动了最近的医学成像进展，但许多临床挑战都没有完全解决，限制了其更广泛的使用。虽然最近的方法报告了高的诊断准确性，但医生因普遍缺乏算法决策和解释性而涉及诊断决策的这些算法，这是关注这些算法。解决这个问题的一种潜在方法是进一步培训这些模型，以便除了分类它们之外，除了分类。然而，准确地进行这一临床专家需要大量的疾病定位注释，这是对大多数应用程序来实现昂贵的任务。在这项工作中，我们通过一种新的注意力弱监督算法来解决这些问题，该弱势监督算法包括分层关注挖掘框架，可以以整体方式统一激活和基于梯度的视觉关注。我们的关键算法创新包括明确序号注意约束的设计，实现了以弱监督的方式实现了原则的模型培训，同时还通过本地化线索促进了产生视觉关注驱动的模型解释。在两个大型胸部X射线数据集（NIH Chescx-Ray14和Chexpert）上，我们展示了对现有技术的显着本地化性能，同时也实现了竞争的分类性能。我们的代码可在https://github.com/oyxhust/ham上找到。

我们提出了一种基于深度多实例学习的简单高效的图像分类架构，并将其应用于牙科射线照片中龋齿检测的具有挑战性的任务。从技术上讲，我们的方法有两种方式贡献：首先，尽管使用弱图像级标签培训，它尽管培训了本地补丁分类概率的热线图。其次，它可以从分段标签学习，从而指导培训。与现有方法相比，人类用户可以忠实地解释预测并与模型进行交互以决定参加哪些区域。实验是在$ \ SIM $ 38K Bitewings（$ \ SIM $ 316K牙齿）的大型临床数据集上进行的，在那里我们与各种基线相比实现了竞争性能。当由外部龋齿分割模型引导时，观察到分类和定位性能的显着改善。

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。

机器学习和深度学习方法对医学的计算机辅助预测成为必需的，在乳房X光检查领域也具有越来越多的应用。通常，这些算法训练，针对特定任务，例如，病变的分类或乳房X乳线图的病理学状态的预测。为了获得患者的综合视图，随后整合或组合所有针对同一任务培训的模型。在这项工作中，我们提出了一种管道方法，我们首先培训一组个人，任务特定的模型，随后调查其融合，与标准模型合并策略相反。我们使用混合患者模型的深度学习模型融合模型预测和高级功能，以在患者水平上构建更强的预测因子。为此，我们提出了一种多分支深度学习模型，其跨不同任务和乳房X光检查有效地融合了功能，以获得全面的患者级预测。我们在公共乳房X线摄影数据，即DDSM及其策划版本CBIS-DDSM上培训并评估我们的全部管道，并报告AUC评分为0.962，以预测任何病变和0.791的存在，以预测患者水平对恶性病变的存在。总体而言，与标准模型合并相比，我们的融合方法将显着提高AUC得分高达0.04。此外，通过提供与放射功能相关的特定于任务的模型结果，提供了与放射性特征相关的任务特定模型结果，我们的管道旨在密切支持放射科学家的阅读工作流程。

尽管有无数的同伴审查的论文，证明了新颖的人工智能（AI）基于大流行期间的Covid-19挑战的解决方案，但很少有临床影响。人工智能在Covid-19大流行期间的影响因缺乏模型透明度而受到极大的限制。这种系统审查考察了在大流行期间使用可解释的人工智能（Xai）以及如何使用它可以克服现实世界成功的障碍。我们发现，Xai的成功使用可以提高模型性能，灌输信任在最终用户，并提供影响用户决策所需的值。我们将读者介绍给常见的XAI技术，其实用程序以及其应用程序的具体例子。 XAI结果的评估还讨论了最大化AI的临床决策支持系统的价值的重要步骤。我们说明了Xai的古典，现代和潜在的未来趋势，以阐明新颖的XAI技术的演变。最后，我们在最近出版物支持的实验设计过程中提供了建议的清单。潜在解决方案的具体示例也解决了AI解决方案期间的共同挑战。我们希望本次审查可以作为提高未来基于AI的解决方案的临床影响的指导。

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。

作为新一代神经体系结构的变形金刚在自然语言处理和计算机视觉方面表现出色。但是，现有的视觉变形金刚努力使用有限的医学数据学习，并且无法概括各种医学图像任务。为了应对这些挑战，我们将Medformer作为数据量表变压器呈现为可推广的医学图像分割。关键设计结合了理想的电感偏差，线性复杂性的层次建模以及以空间和语义全局方式以线性复杂性的关注以及多尺度特征融合。 Medformer可以在不预训练的情况下学习微小至大规模的数据。广泛的实验表明，Medformer作为一般分割主链的潜力，在三个具有多种模式（例如CT和MRI）和多样化的医学靶标（例如，健康器官，疾病，疾病组织和肿瘤）的三个公共数据集上优于CNN和视觉变压器。我们将模型和评估管道公开可用，为促进广泛的下游临床应用提供固体基线和无偏比较。

变压器长期以来一直在自然语言处理（NLP）领域主导。最近，基于变压器的方法被采用到计算机视觉（CV）字段中，并显示出令人鼓舞的结果。作为简历字段的重要分支，医学图像分析正确地加入了基于变压器的方法的波。在本文中，我们说明了注意机制的原理以及变压器的详细结构，并描述了如何将变压器采用到CV领域中。我们按照不同的CV任务序列组织了基于变压器的医学图像分析应用程序，包括分类，分割，合成，注册，定位，检测，字幕和降解。对于主流分类和分割任务，我们基于不同的医学成像方式进一步划分了相应的作品。我们在工作中包括13种模式和二十多个物体。我们还可以看到每种方式和对象占据的比例，以给读者一个直观的印象。我们希望我们的工作能够为未来的基于变压器的医学图像分析的发展做出贡献。

用于头部和颈鳞状细胞癌（HNSCC）的诊断和治疗管理由常规诊断头和颈部计算断层扫描（CT）扫描引导，以识别肿瘤和淋巴结特征。折叠延伸（ECE）是患者的患者生存结果与HNSCC的强烈预测因子。在改变患者的暂存和管理时，必须检测ECE的发生至关重要。目前临床ECE检测依赖于放射科学医生进行的视觉鉴定和病理确认。基于机器学习（ML）的ECE诊断在近年来的潜力上表现出很高的潜力。然而，在大多数基于ML的ECE诊断研究中，手动注释是淋巴结区域的必要数据预处理步骤。此外，本手册注释过程是耗时，劳动密集型和容易出错。因此，在本文中，我们提出了一种梯度映射引导的可解释网络（GMGenet）框架，以自动执行ECE识别而不需要注释的淋巴结区域信息。提出了梯度加权类激活映射（GRAC-CAM）技术，以指导深度学习算法专注于与ECE高度相关的区域。提取信息丰富的兴趣（VoIS），无需标记淋巴结区域信息。在评估中，所提出的方法是使用交叉验证的训练和测试，可分别实现测试精度和90.2％和91.1％的AUC。已经分析了ECE的存在或不存在并与黄金标准组织病理学发现相关。

了解模型预测在医疗保健方面至关重要，以促进模型正确性的快速验证，并防止利用利用混淆变量的模型。我们介绍了体积医学图像中可解释的多种异常分类的挑战新任务，其中模型必须指示用于预测每个异常的区域。为了解决这项任务，我们提出了一个多实例学习卷积神经网络，AxialNet，允许识别每个异常的顶部切片。接下来我们将赫雷库姆纳入注意机制，识别子切片区域。我们证明，对于Axialnet，Hirescam的说明得到保证，以反映所用模型的位置，与Grad-Cam不同，有时突出不相关的位置。使用一种产生忠实解释的模型，我们旨在通过一种新颖的面具损失来改善模型的学习，利用赫克斯克姆和3D允许的区域来鼓励模型仅预测基于器官的异常，其中出现的异常。 3D允许的区域通过新方法，分区自动获得，其组合从放射学报告中提取的位置信息与通过形态图像处理获得的器官分割图。总体而言，我们提出了第一种模型，用于解释容量医学图像中的可解释的多异常预测，然后使用掩模损耗来实现36,316扫描的Rad-Chessct数据集中多个异常的器官定位提高33％，代表状态本领域。这项工作推进了胸部CT卷中多种异常模型的临床适用性。

可解释的人工智能（XAI）的新兴领域旨在为当今强大但不透明的深度学习模型带来透明度。尽管本地XAI方法以归因图的形式解释了个体预测，从而确定了重要特征的发生位置（但没有提供有关其代表的信息），但全局解释技术可视化模型通常学会的编码的概念。因此，两种方法仅提供部分见解，并留下将模型推理解释的负担。只有少数当代技术旨在将本地和全球XAI背后的原则结合起来，以获取更多信息的解释。但是，这些方法通常仅限于特定的模型体系结构，或对培训制度或数据和标签可用性施加其他要求，这实际上使事后应用程序成为任意预训练的模型。在这项工作中，我们介绍了概念相关性传播方法（CRP）方法，该方法结合了XAI的本地和全球观点，因此允许回答“何处”和“ where”和“什么”问题，而没有其他约束。我们进一步介绍了相关性最大化的原则，以根据模型对模型的有用性找到代表性的示例。因此，我们提高了对激活最大化及其局限性的共同实践的依赖。我们证明了我们方法在各种环境中的能力，展示了概念相关性传播和相关性最大化导致了更加可解释的解释，并通过概念图表，概念组成分析和概念集合和概念子区和概念子区和概念子集和定量研究对模型的表示和推理提供了深刻的见解。它们在细粒度决策中的作用。