Objective: Accurate visual classification of bladder tissue during Trans-Urethral Resection of Bladder Tumor (TURBT) procedures is essential to improve early cancer diagnosis and treatment. During TURBT interventions, White Light Imaging (WLI) and Narrow Band Imaging (NBI) techniques are used for lesion detection. Each imaging technique provides diverse visual information that allows clinicians to identify and classify cancerous lesions. Computer vision methods that use both imaging techniques could improve endoscopic diagnosis. We address the challenge of tissue classification when annotations are available only in one domain, in our case WLI, and the endoscopic images correspond to an unpaired dataset, i.e. there is no exact equivalent for every image in both NBI and WLI domains. Method: We propose a semi-surprised Generative Adversarial Network (GAN)-based method composed of three main components: a teacher network trained on the labeled WLI data; a cycle-consistency GAN to perform unpaired image-to-image translation, and a multi-input student network. To ensure the quality of the synthetic images generated by the proposed GAN we perform a detailed quantitative, and qualitative analysis with the help of specialists. Conclusion: The overall average classification accuracy, precision, and recall obtained with the proposed method for tissue classification are 0.90, 0.88, and 0.89 respectively, while the same metrics obtained in the unlabeled domain (NBI) are 0.92, 0.64, and 0.94 respectively. The quality of the generated images is reliable enough to deceive specialists. Significance: This study shows the potential of using semi-supervised GAN-based classification to improve bladder tissue classification when annotations are limited in multi-domain data.

基于深度学习的计算机辅助检测系统在乳腺癌检测中表现出良好的性能。但是，高密度的乳房显示出较差的检测性能，因为密集组织可以掩盖甚至模拟质量。因此，乳腺癌检测的敏感性可在致密乳房中降低20％以上。此外，与低密度乳房相比，极度致密的病例报告说，患癌症的风险增加。这项研究旨在使用合成高密度的全场数字乳房X线照片（FFDM）作为乳腺质量检测模型训练期间的数据增强来提高高密度乳房的质量检测性能。为此，对使用三个FFDM数据集进行了五个周期一致的GAN（CycleGAN）模型，以高分辨率乳房X线照片中的低密度图像翻译进行了训练。训练图像是由乳房密度双拉德类别分开的，几乎是脂肪的脂肪，双刺是乳房的乳房。我们的结果表明，所提出的数据增强技术在两个不同的测试集中提高了高密度乳房中质量检测的敏感性和精度，并将其作为域适应技术有用。此外，在一项涉及两名专家放射科医生和一名外科肿瘤学家的读者研究中评估了合成图像的临床现实主义。

基于深度学习的半监督学习（SSL）方法在医学图像细分中实现了强大的性能，可以通过使用大量未标记的数据来减轻医生昂贵的注释。与大多数现有的半监督学习方法不同，基于对抗性训练的方法通过学习分割图的数据分布来区分样本与不同来源，导致细分器生成更准确的预测。我们认为，此类方法的当前绩效限制是特征提取和学习偏好的问题。在本文中，我们提出了一种新的半监督的对抗方法，称为贴片置信疗法训练（PCA），用于医疗图像分割。我们提出的歧视器不是单个标量分类结果或像素级置信度图，而是创建贴片置信图，并根据斑块的规模进行分类。未标记数据的预测学习了每个贴片中的像素结构和上下文信息，以获得足够的梯度反馈，这有助于歧视器以融合到最佳状态，并改善半监督的分段性能。此外，在歧视者的输入中，我们补充了图像上的语义信息约束，使得未标记的数据更简单，以适合预期的数据分布。关于自动心脏诊断挑战（ACDC）2017数据集和脑肿瘤分割（BRATS）2019挑战数据集的广泛实验表明，我们的方法优于最先进的半监督方法，这证明了其对医疗图像分割的有效性。

While deep learning methods hitherto have achieved considerable success in medical image segmentation, they are still hampered by two limitations: (i) reliance on large-scale well-labeled datasets, which are difficult to curate due to the expert-driven and time-consuming nature of pixel-level annotations in clinical practices, and (ii) failure to generalize from one domain to another, especially when the target domain is a different modality with severe domain shifts. Recent unsupervised domain adaptation~(UDA) techniques leverage abundant labeled source data together with unlabeled target data to reduce the domain gap, but these methods degrade significantly with limited source annotations. In this study, we address this underexplored UDA problem, investigating a challenging but valuable realistic scenario, where the source domain not only exhibits domain shift~w.r.t. the target domain but also suffers from label scarcity. In this regard, we propose a novel and generic framework called ``Label-Efficient Unsupervised Domain Adaptation"~(LE-UDA). In LE-UDA, we construct self-ensembling consistency for knowledge transfer between both domains, as well as a self-ensembling adversarial learning module to achieve better feature alignment for UDA. To assess the effectiveness of our method, we conduct extensive experiments on two different tasks for cross-modality segmentation between MRI and CT images. Experimental results demonstrate that the proposed LE-UDA can efficiently leverage limited source labels to improve cross-domain segmentation performance, outperforming state-of-the-art UDA approaches in the literature. Code is available at: https://github.com/jacobzhaoziyuan/LE-UDA.

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。

基于深度学习的疾病检测和分割算法承诺提高许多临床过程。然而，由于数据隐私，法律障碍和非统一数据采集协议，此类算法需要大量的注释训练数据，通常在医学环境中不可用。具有注释病理学的合成数据库可以提供所需的培训数据量。我们展示了缺血性卒中的例子，即利用基于深度学习的增强的病变分割的改善是可行的。为此，我们训练不同的图像到图像转换模型，以合成大脑体积的磁共振图像，并且没有来自语义分割图的中风病变。此外，我们培养一种生成的对抗性网络来产生合成病变面具。随后，我们组合这两个组件来构建大型合成描边图像数据库。使用U-NET评估各种模型的性能，该U-NET在临床测试集上培训以进行段中风病变。我们向最佳性能报告$ \ mathbf {72.8} $％[$ \ mathbf {70.8 \ pm1.0} $％]的骰子分数，这胜过了单独临床图像培训的模型培训$ \ mathbf { 67.3} $％[$ \ mathbf {63.2 \ pm1.9} $％]，并且接近人类互相互联网骰子评分$ \ mathbf {76.9} $％。此外，我们表明，对于仅为10或50个临床案例的小型数据库，与使用不使用合成数据的设置相比，合成数据增强产生了显着的改进。据我们所知，这提出了基于图像到图像翻译的合成数据增强的第一个比较分析，并将第一应用于缺血性卒中。

The success of deep learning is largely due to the availability of large amounts of training data that cover a wide range of examples of a particular concept or meaning. In the field of medicine, having a diverse set of training data on a particular disease can lead to the development of a model that is able to accurately predict the disease. However, despite the potential benefits, there have not been significant advances in image-based diagnosis due to a lack of high-quality annotated data. This article highlights the importance of using a data-centric approach to improve the quality of data representations, particularly in cases where the available data is limited. To address this "small-data" issue, we discuss four methods for generating and aggregating training data: data augmentation, transfer learning, federated learning, and GANs (generative adversarial networks). We also propose the use of knowledge-guided GANs to incorporate domain knowledge in the training data generation process. With the recent progress in large pre-trained language models, we believe it is possible to acquire high-quality knowledge that can be used to improve the effectiveness of knowledge-guided generative methods.

组织病理学分析是对癌前病变诊断的本金标准。从数字图像自动组织病理学分类的目标需要监督培训，这需要大量的专家注释，这可能是昂贵且耗时的收集。同时，精确分类从全幻灯片裁剪的图像斑块对于基于标准滑动窗口的组织病理学幻灯片分类方法是必不可少的。为了减轻这些问题，我们提出了一个精心设计的条件GaN模型，即hostogan，用于在类标签上合成现实组织病理学图像补丁。我们还研究了一种新颖的合成增强框架，可选择地添加由我们提出的HADOGAN生成的新的合成图像补丁，而不是直接扩展与合成图像的训练集。通过基于其指定标签的置信度和实际标记图像的特征相似性选择合成图像，我们的框架为合成增强提供了质量保证。我们的模型在两个数据集上进行评估：具有有限注释的宫颈组织病理学图像数据集，以及具有转移性癌症的淋巴结组织病理学图像的另一个数据集。在这里，我们表明利用具有选择性增强的组织产生的图像导致对宫颈组织病理学和转移性癌症数据集分别的分类性能（分别为6.7％和2.8％）的显着和一致性。

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。

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。

生成的对抗网络（GANS）最近引入了执行图像到图像翻译的有效方法。这些模型可以应用于图像到图像到图像转换中的各种域而不改变任何参数。在本文中，我们调查并分析了八个图像到图像生成的对策网络：PIX2PX，Cyclegan，Cogan，Stargan，Munit，Stargan2，Da-Gan，以及自我关注GaN。这些模型中的每一个都呈现了最先进的结果，并引入了构建图像到图像的新技术。除了对模型的调查外，我们还调查了他们接受培训的18个数据集，并在其上进行了评估的9个指标。最后，我们在常见的一组指标和数据集中呈现6种这些模型的受控实验的结果。结果混合并显示，在某些数据集，任务和指标上，某些型号优于其他型号。本文的最后一部分讨论了这些结果并建立了未来研究领域。由于研究人员继续创新新的图像到图像GAN，因此他们非常重要地了解现有方法，数据集和指标。本文提供了全面的概述和讨论，以帮助构建此基础。

近年来，弱监督学习已成为一种流行的技术。在本文中，我们提出了一种新的医学图像分类算法，称为弱监督的生成对抗网络（Wsgan），其仅使用少量的真实图像而没有标签来生成假图像或掩模图像以放大训练的样本大小放。首先，我们将与MixMatch相结合以生成假图像和未标记图像的伪标签进行分类。其次，将对比学习和自我关注机制引入提出的问题，以提高分类准确性。第三，模式崩溃的问题通过循环一致性损失很好地解决。最后，我们设计全局和本地分类器，可以通过分类所需的关键信息来补充彼此。在四个医学图像数据集上的实验结果表明，Wsgan可以通过使用少数标记和未标记的数据来获得相对高的学习性能。例如，Wsgan的分类准确性高于具有100个标记的Mixmatch的11％，在10个标记的图像和OCT数据集上有1000个未标记的图像。此外，我们还开展了消融实验来验证我们算法的有效性。

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。

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.

脾脏是钝性腹腔创伤中最常见的固体器官之一。来自多相CT的自动分割系统的开发用于脾血管损伤的脾血管损伤，可以增强严重程度，以改善临床决策支持和结果预测。然而，由于以下原因，脾血管损伤的准确细分是具有挑战性的：1）脾血管损伤可以是高度变体的形状，质地，尺寸和整体外观; 2）数据采集是一种复杂和昂贵的程序，需要来自数据科学家和放射科学家的密集努力，这使得大规模的注释数据集难以获取。鉴于这些挑战，我们在此设计了一种用于多相脾血管损伤分割的新框架，尤其是数据有限。一方面，我们建议利用外部数据作为矿井伪脾面罩作为空间关注，被称为外部关注，用于引导脾血管损伤的分割。另一方面，我们开发一个合成相位增强模块，它在生成的对抗网络上构建，通过完全利用不同阶段之间的关系来填充内部数据。通过联合实施外部注意力和填充内部数据表示，我们提出的方法优于其他竞争方法，并且在平均DSC方面大大改善了超过7％的流行Deeplab-V3 +基线，这证实了其有效性。

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。

糖尿病性视网膜病变（DR）是发达国家工人衰老人群中失明的主要原因之一，这是由于糖尿病的副作用降低了视网膜的血液供应。深度神经网络已被广泛用于自动化系统中，以在眼底图像上进行DR分类。但是，这些模型需要大量带注释的图像。在医疗领域，专家的注释昂贵，乏味且耗时。结果，提供了有限数量的注释图像。本文提出了一种半监督的方法，该方法利用未标记的图像和标记的图像来训练一种检测糖尿病性视网膜病的模型。提出的方法通过自我监督的学习使用无监督的预告片，然后使用一小部分标记的图像和知识蒸馏来监督微调，以提高分类任务的性能。在Eyepacs测试和Messidor-2数据集中评估了此方法，仅使用2％的Eyepacs列车标记图像，分别使用0.94和0.89 AUC。

组织病理学癌症诊断是基于对染色组织载玻片的视觉检查。苏木精和曙红（H \＆E）是全球常规使用的标准污渍。它很容易获取和成本效益，但是细胞和组织成分与深蓝色和粉红色的色调相对低，从而使视觉评估，数字图像分析和定量变得困难。这些局限性可以通过IHC的靶蛋白的IHC染色来克服。 IHC提供了细胞和组织成分的选择性高对比度成像，但是它们的使用在很大程度上受到了更为复杂的实验室处理和高成本的限制。我们提出了一个条件周期（CCGAN）网络，以将H \＆E染色的图像转换为IHC染色图像，从而促进同一幻灯片上的虚拟IHC染色。这种数据驱动的方法仅需要有限的标记数据，但会生成像素级分割结果。提出的CCGAN模型通过添加类别条件并引入两个结构性损失函数，改善了原始网络\ cite {Zhu_unpaired_2017}，从而实现多重辅助翻译并提高了翻译精度。 ％需要在这里给出理由。实验表明，所提出的模型在不配对的图像翻译中胜过具有多材料的原始方法。我们还探索了未配对的图像对图像翻译方法的潜力，该方法应用于其他组织学图像与不同染色技术相关的任务。

大型医学成像数据集变得越来越多。这些数据集中的一个普遍挑战是确保每个样本满足没有重要人工制品的最低质量要求。尽管已经开发出广泛的现有自动方法来识别医学成像中的缺陷和人工制品，但它们主要依赖于渴望数据的方法。特别是，缺乏可用于培训的手工艺品的足够扫描，在临床研究中设计和部署机器学习方面造成了障碍。为了解决这个问题，我们提出了一个具有四个主要组成部分的新颖框架：（1）一组受磁共振物理启发的手工艺发电机，以损坏大脑MRI扫描和增强培训数据集，（2）一组抽象和工程的功能，紧凑地表示图像，（3）一个特征选择过程，取决于人工制品的类别以提高分类性能，以及（4）一组受过训练以识别人工制品的支持向量机（SVM）分类器。我们的新颖贡献是三重的：首先，我们使用新型的基于物理的人工制品发生器来生成以受控的人工制品作为数据增强技术的合成脑MRI扫描。这将避免使用稀有人工制品的劳动密集型收集和标记过程。其次，我们提出了开发的大量抽象和工程图像特征，以识别9种不同的结构MRI伪像。最后，我们使用一个基于人工制品的功能选择块，该块，对于每类的人工制品，可以找到提供最佳分类性能的功能集。我们对具有人工生成的人工制品的大量数据扫描进行了验证实验，并且在一项多发性硬化症临床试验中，专家确定了真实的人工制品，这表明拟议管道表现优于传统方法。

Jitendra Malik once said, "Supervision is the opium of the AI researcher". Most deep learning techniques heavily rely on extreme amounts of human labels to work effectively. In today's world, the rate of data creation greatly surpasses the rate of data annotation. Full reliance on human annotations is just a temporary means to solve current closed problems in AI. In reality, only a tiny fraction of data is annotated. Annotation Efficient Learning (AEL) is a study of algorithms to train models effectively with fewer annotations. To thrive in AEL environments, we need deep learning techniques that rely less on manual annotations (e.g., image, bounding-box, and per-pixel labels), but learn useful information from unlabeled data. In this thesis, we explore five different techniques for handling AEL.