机器学习方法利用多参数生物标志物，特别是基于神经影像动物，具有改善痴呆早期诊断的巨大潜力，并预测哪些个体存在发展痴呆的风险。对于机器学习领域的基准算法和痴呆症中的神经影像症，并评估他们在临床实践中使用的潜力和临床试验，七年的大挑战已经在过去十年中组织：Miriad，Alzheimer的疾病大数据梦，Caddementia，机器学习挑战，MCI神经影像动物，蝌蚪和预测分析竞争。基于两个挑战评估框架，我们分析了这些大挑战如何互相补充研究问题，数据集，验证方法，结果和影响。七个大挑战解决了与（临床前）痴呆症（临床）痴呆症的筛查，诊断，预测和监测有关的问题。临床问题，任务和性能指标几乎没有重叠。然而，这具有提供对广泛问题的洞察力的优势，它也会限制对挑战的结果的验证。通常，获胜算法执行严格的数据预处理并组合了广泛的输入特征。尽管最先进的表演，但临床上没有挑战评估的大部分方法。为了增加影响，未来的挑战可以更加关注统计分析，对其与高于阿尔茨海默病的临床问题，以及使用超越阿尔茨海默病神经影像疾病的临床问题，以及超越阿尔茨海默病的临床问题。鉴于过去十年中汲取的潜力和经验教训，我们在未来十年及其超越的机器学习和神经影像中的大挑战前景兴奋。

计算机辅助方法为诊断和预测脑疾病显示了附加的价值，因此可以支持临床护理和治疗计划中的决策。本章将洞悉方法的类型，其工作，输入数据（例如认知测试，成像和遗传数据）及其提供的输出类型。我们将专注于诊断的特定用例，即估计患者的当前“状况”，例如痴呆症的早期检测和诊断，对脑肿瘤的鉴别诊断以及中风的决策。关于预测，即对患者的未来“状况”的估计，我们将缩小用例，例如预测多发性硬化症中的疾病病程，并预测脑癌治疗后患者的结局。此外，根据这些用例，我们将评估当前的最新方法，并强调当前对这些方法进行基准测试的努力以及其中的开放科学的重要性。最后，我们评估了计算机辅助方法的当前临床影响，并讨论了增加临床影响所需的下一步。

脑小血管疾病的成像标记提供了有关脑部健康的宝贵信息，但是它们的手动评估既耗时又受到实质性内部和间际变异性的阻碍。自动化评级可能受益于生物医学研究以及临床评估，但是现有算法的诊断可靠性尚不清楚。在这里，我们介绍了\ textIt {血管病变检测和分割}（\ textit {v textit {where valdo？}）挑战，该挑战是在国际医学图像计算和计算机辅助干预措施（MICCAI）的卫星事件中运行的挑战（MICCAI） 2021.这一挑战旨在促进大脑小血管疾病的小而稀疏成像标记的自动检测和分割方法的开发，即周围空间扩大（EPVS）（任务1），脑微粒（任务2）和预先塑造的鞋类血管起源（任务3），同时利用弱和嘈杂的标签。总体而言，有12个团队参与了针对一个或多个任务的解决方案的挑战（任务1 -EPVS 4，任务2 -Microbleeds的9个，任务3 -lacunes的6个）。多方数据都用于培训和评估。结果表明，整个团队和跨任务的性能都有很大的差异，对于任务1- EPV和任务2-微型微型且对任务3 -lacunes尚无实际的结果，其结果尤其有望。它还强调了可能阻止个人级别使用的情况的性能不一致，同时仍证明在人群层面上有用。

Over the years, Machine Learning models have been successfully employed on neuroimaging data for accurately predicting brain age. Deviations from the healthy brain aging pattern are associated to the accelerated brain aging and brain abnormalities. Hence, efficient and accurate diagnosis techniques are required for eliciting accurate brain age estimations. Several contributions have been reported in the past for this purpose, resorting to different data-driven modeling methods. Recently, deep neural networks (also referred to as deep learning) have become prevalent in manifold neuroimaging studies, including brain age estimation. In this review, we offer a comprehensive analysis of the literature related to the adoption of deep learning for brain age estimation with neuroimaging data. We detail and analyze different deep learning architectures used for this application, pausing at research works published to date quantitatively exploring their application. We also examine different brain age estimation frameworks, comparatively exposing their advantages and weaknesses. Finally, the review concludes with an outlook towards future directions that should be followed by prospective studies. The ultimate goal of this paper is to establish a common and informed reference for newcomers and experienced researchers willing to approach brain age estimation by using deep learning models

早期发现阿尔茨海默氏病对于部署干预措施和减慢疾病进展至关重要。在过去的十年中，已经探索了许多机器学习和深度学习算法，目的是为阿尔茨海默氏症建立自动检测。数据增强技术和先进的深度学习体系结构的进步已经在该领域开辟了新的边界，研究正在快速发展。因此，这项调查的目的是概述有关阿尔茨海默氏病诊断深度学习模型的最新研究。除了对众多数据源，神经网络架构以及常用的评估措施进行分类外，我们还对实施和可重复性进行了分类。我们的目标是协助感兴趣的研究人员跟上最新的发展，并将早期的调查作为基准。此外，我们还指出了该主题的未来研究方向。

多发性硬化症（MS）是中枢神经系统的慢性炎症和退行性疾病，其特征在于，白色和灰质的外观与个体患者的神经症状和标志进行地平整相关。磁共振成像（MRI）提供了详细的体内结构信息，允许定量和分类MS病变，其批判性地通知疾病管理。传统上，MS病变在2D MRI切片上手动注释，一个流程效率低，易于观察室内误差。最近，已经提出了自动统计成像分析技术以基于MRI体素强度检测和分段段病变。然而，它们的有效性受到MRI数据采集技术的异质性和MS病变的外观的限制。通过直接从图像学习复杂的病变表现，深度学习技术已经在MS病变分割任务中取得了显着的突破。在这里，我们提供了全面审查最先进的自动统计和深度学习MS分段方法，并讨论当前和未来的临床应用。此外，我们审查了域适应等技术策略，以增强现实世界临床环境中的MS病变分段。

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。

阿尔茨海默氏病的准确诊断和预后对于开发新疗法和降低相关成本至关重要。最近，随着卷积神经网络的进步，已经提出了深度学习方法，以使用结构MRI自动化这两个任务。但是，这些方法通常缺乏解释性和泛化，预后表现有限。在本文中，我们提出了一个旨在克服这些局限性的新型深框架。我们的管道包括两个阶段。在第一阶段，使用125个3D U-NET来估计整个大脑的体voxelwise等级得分。然后将所得的3D地图融合，以构建一个可解释的3D分级图，以指示结构水平的疾病严重程度。结果，临床医生可以使用该地图来检测受疾病影响的大脑结构。在第二阶段，分级图和受试者的年龄用于使用图卷积神经网络进行分类。基于216名受试者的实验结果表明，与在不同数据集上进行AD诊断和预后的最新方法相比，我们的深框架的竞争性能。此外，我们发现，使用大量的U-NET处理不同的重叠大脑区域，可以提高所提出方法的概括能力。

放射线学使用定量医学成像特征来预测临床结果。目前，在新的临床应用中，必须通过启发式试验和纠正过程手动完成各种可用选项的最佳放射组方法。在这项研究中，我们提出了一个框架，以自动优化每个应用程序的放射线工作流程的构建。为此，我们将放射线学作为模块化工作流程，并为每个组件包含大量的常见算法。为了优化每个应用程序的工作流程，我们使用随机搜索和结合使用自动化机器学习。我们在十二个不同的临床应用中评估我们的方法，从而在曲线下导致以下区域：1）脂肪肉瘤（0.83）； 2）脱粘型纤维瘤病（0.82）; 3）原发性肝肿瘤（0.80）; 4）胃肠道肿瘤（0.77）； 5）结直肠肝转移（0.61）; 6）黑色素瘤转移（0.45）; 7）肝细胞癌（0.75）; 8）肠系膜纤维化（0.80）; 9）前列腺癌（0.72）； 10）神经胶质瘤（0.71）; 11）阿尔茨海默氏病（0.87）;和12）头颈癌（0.84）。我们表明，我们的框架具有比较人类专家的竞争性能，优于放射线基线，并且表现相似或优于贝叶斯优化和更高级的合奏方法。最后，我们的方法完全自动优化了放射线工作流的构建，从而简化了在新应用程序中对放射线生物标志物的搜索。为了促进可重复性和未来的研究，我们公开发布了六个数据集，框架的软件实施以及重现这项研究的代码。

视网膜光学相干断层扫描（OCT）和光学相干断层扫描（OCTA）是（早期）诊断阿尔茨海默氏病（AD）的有前途的工具。这些非侵入性成像技术比替代神经影像工具更具成本效益，更容易获得。但是，即使对于训练有素的从业人员来说，解释和分类OCT设备进行的多层扫描也是耗时和挑战。关于机器学习和深度学习方法的调查，涉及对诸如青光眼等各种疾病的OCT扫描自动分析。但是，目前的文献缺乏对使用OCT或OCTA诊断阿尔茨海默氏病或​​认知障碍的广泛调查。这促使我们进行了针对需要介绍该问题的机器/深度学习科学家或从业者的全面调查。本文包含1）对阿尔茨海默氏病和认知障碍的医学背景介绍及其使用OCT和八八片成像方式的诊断，2）从自动分析的角度审查有关该问题的各种技术建议和子问题的回顾，3 ）对最近的深度学习研究和可用的OCT/OCTA数据集的系统综述，旨在诊断阿尔茨海默氏病和认知障碍。对于后者，我们使用发布或灭亡软件来搜索来自Scopus，PubMed和Web Science等各种来源的相关研究。我们遵循PRISMA方法筛选了3073参考的初始库，并确定了直接针对AD诊断的十项相关研究（n = 10，3073分）。我们认为缺乏开放的OCT/OCTA数据集（关于阿尔茨海默氏病）是阻碍该领域进展的主要问题。

阿尔茨海默氏病（AD）是最常见的神经退行性疾病，具有最复杂的病原体之一，使有效且临床上可行的决策变得困难。这项研究的目的是开发一个新型的多模式深度学习框架，以帮助医疗专业人员进行AD诊断。我们提出了一个多模式的阿尔茨海默氏病诊断框架（MADDI），以准确检测成像，遗传和临床数据中的AD和轻度认知障碍（MCI）。 Maddi是新颖的，因为我们使用跨模式的注意力，它捕获了模态之间的相互作用 - 这种域中未探讨的方法。我们执行多级分类，这是一项艰巨的任务，考虑到MCI和AD之间的相似之处。我们与以前的最先进模型进行比较，评估注意力的重要性，并检查每种模式对模型性能的贡献。 Maddi在持有的测试集中对MCI，AD和控件进行了96.88％的精度分类。在检查不同注意力方案的贡献时，我们发现跨模式关注与自我注意力的组合表现出了最佳状态，并且模型中没有注意力层表现最差，而F1分数差异为7.9％。我们的实验强调了结构化临床数据的重要性，以帮助机器学习模型将其背景化和解释其余模式化。广泛的消融研究表明，未访问结构化临床信息的任何多模式混合物都遭受了明显的性能损失。这项研究证明了通过跨模式的注意组合多种输入方式的优点，以提供高度准确的AD诊断决策支持。

Color fundus photography and Optical Coherence Tomography (OCT) are the two most cost-effective tools for glaucoma screening. Both two modalities of images have prominent biomarkers to indicate glaucoma suspected. Clinically, it is often recommended to take both of the screenings for a more accurate and reliable diagnosis. However, although numerous algorithms are proposed based on fundus images or OCT volumes in computer-aided diagnosis, there are still few methods leveraging both of the modalities for the glaucoma assessment. Inspired by the success of Retinal Fundus Glaucoma Challenge (REFUGE) we held previously, we set up the Glaucoma grAding from Multi-Modality imAges (GAMMA) Challenge to encourage the development of fundus \& OCT-based glaucoma grading. The primary task of the challenge is to grade glaucoma from both the 2D fundus images and 3D OCT scanning volumes. As part of GAMMA, we have publicly released a glaucoma annotated dataset with both 2D fundus color photography and 3D OCT volumes, which is the first multi-modality dataset for glaucoma grading. In addition, an evaluation framework is also established to evaluate the performance of the submitted methods. During the challenge, 1272 results were submitted, and finally, top-10 teams were selected to the final stage. We analysis their results and summarize their methods in the paper. Since all these teams submitted their source code in the challenge, a detailed ablation study is also conducted to verify the effectiveness of the particular modules proposed. We find many of the proposed techniques are practical for the clinical diagnosis of glaucoma. As the first in-depth study of fundus \& OCT multi-modality glaucoma grading, we believe the GAMMA Challenge will be an essential starting point for future research.

本文提出了第二版的头部和颈部肿瘤（Hecktor）挑战的概述，作为第24届医学图像计算和计算机辅助干预（Miccai）2021的卫星活动。挑战由三个任务组成与患有头颈癌（H＆N）的患者的PET / CT图像的自动分析有关，专注于oropharynx地区。任务1是FDG-PET / CT图像中H＆N主肿瘤肿瘤体积（GTVT）的自动分割。任务2是来自同一FDG-PET / CT的进展自由生存（PFS）的自动预测。最后，任务3与任务2的任务2与参与者提供的地面真理GTVT注释相同。这些数据从六个中心收集，总共325个图像，分为224个培训和101个测试用例。通过103个注册团队和448个结果提交的重要参与，突出了对挑战的兴趣。在第一任务中获得0.7591的骰子相似度系数（DSC），分别在任务2和3中的0.7196和0.6978的一致性指数（C-Index）。在所有任务中，发现这种方法的简单性是确保泛化性能的关键。 PFS预测性能在任务2和3中的比较表明，提供GTVT轮廓对于实现最佳结果，这表明可以使用完全自动方法。这可能避免了对GTVT轮廓的需求，用于可重复和大规模的辐射瘤研究的开头途径，包括千元潜在的受试者。

背景：虽然卷积神经网络（CNN）实现了检测基于磁共振成像（MRI）扫描的阿尔茨海默病（AD）痴呆的高诊断准确性，但它们尚未应用于临床常规。这是一个重要原因是缺乏模型可理解性。最近开发的用于导出CNN相关性图的可视化方法可能有助于填补这种差距。我们调查了具有更高准确性的模型还依赖于先前知识预定义的判别脑区域。方法：我们培训了CNN，用于检测痴呆症和Amnestic认知障碍（MCI）患者的N = 663 T1加权MRI扫描的AD，并通过交叉验证和三个独立样本验证模型的准确性= 1655例。我们评估了相关评分和海马体积的关联，以验证这种方法的临床效用。为了提高模型可理解性，我们实现了3D CNN相关性图的交互式可视化。结果：跨三个独立数据集，组分离表现出广告痴呆症与控制的高精度（AUC $ \ GEQUQ $ 0.92）和MCI与控制的中等精度（AUC $ \约0.75美元）。相关性图表明海马萎缩被认为是广告检测的最具信息性因素，其其他皮质和皮质区域中的萎缩额外贡献。海马内的相关评分与海马体积高度相关（Pearson的r $ \大约$ -0.86，p <0.001）。结论：相关性地图突出了我们假设先验的地区的萎缩。这加强了CNN模型的可理解性，这些模型基于扫描和诊断标签以纯粹的数据驱动方式培训。

机器学习透明度（ML），试图揭示复杂模型的工作机制。透明ML承诺推进人为因素在目标用户中以人为本的人体目标的工程目标。从以人为本的设计视角，透明度不是ML模型的属性，而是一种能力，即算法与用户之间的关系;因此，与用户的迭代原型和评估对于获得提供透明度的充足解决方案至关重要。然而，由于有限的可用性和最终用户，遵循了医疗保健和医学图像分析的人以人为本的设计原则是具有挑战性的。为了调查医学图像分析中透明ML的状态，我们对文献进行了系统审查。我们的评论在医学图像分析应用程序的透明ML的设计和验证方面揭示了多种严重的缺点。我们发现，大多数研究到达迄今为止透明度作为模型本身的属性，类似于任务性能，而不考虑既未开发也不考虑最终用户也不考虑评估。此外，缺乏用户研究以及透明度声明的偶发验证将当代研究透明ML的医学图像分析有可能对用户难以理解的风险，因此临床无关紧要。为了缓解即将到来的研究中的这些缺点，同时承认人以人为中心设计在医疗保健中的挑战，我们介绍了用于医学图像分析中的透明ML系统的系统设计指令。 Intrult指南建议形成的用户研究作为透明模型设计的第一步，以了解用户需求和域要求。在此过程之后，会产生支持设计选择的证据，最终增加了算法提供透明度的可能性。

如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。

扩散张量成像（DTI）已被用于研究神经退行性疾病对神经途径的影响，这可能导致这些疾病的更可靠和早期诊断，以及更好地了解它们如何影响大脑。我们介绍了一种基于标记为DTI光纤数据和相应统计数据的智能视觉分析系统，用于研究患者组。系统的AI增强界面通过组织和整体分析空间引导用户，包括统计特征空间，物理空间和不同组的患者的空间。我们使用自定义机器学习管道来帮助缩小此大型分析空间，然后通过一系列链接可视化务实拨动它。我们使用来自Parkinson进展标记倡议的研究数据库的实际数据进行多种案例研究。

阿尔茨海默氏病和额颞痴呆是两种主要痴呆症。它们的准确诊断和分化对于确定特定干预和治疗至关重要。然而，由于临床症状的类似模式，在疾病的早期，这两种痴呆症的鉴别诊断仍然很困难。因此，多种类型痴呆的自动分类具有重要的临床价值。到目前为止，尚未积极探索这一挑战。最近在医学图像领域进行深度学习的发展已经证明了各种分类任务的高性能。在本文中，我们建议利用两种类型的生物标志物：结构分级和结构萎缩。为此，我们首先建议训练大型3D U-NET的合奏，以局部区分健康与痴呆症解剖模式。这些模型的结果是一个可解释的3D分级图，能够指示异常的大脑区域。该地图也可以使用图形卷积神经网络在各种分类任务中被利用。最后，我们建议将深度分级和基于萎缩的分类结合起来，以改善痴呆型识别。与最先进的疾病检测任务和鉴别诊断任务相比，提出的框架表现出竞争性能。

COVID-19的大流行提出了对多个领域决策者的流行预测的重要性，从公共卫生到整个经济。虽然预测流行进展经常被概念化为类似于天气预测，但是它具有一些关键的差异，并且仍然是一项非平凡的任务。疾病的传播受到人类行为，病原体动态，天气和环境条件的多种混杂因素的影响。由于政府公共卫生和资助机构的倡议，捕获以前无法观察到的方面的丰富数据来源的可用性增加了研究的兴趣。这尤其是在“以数据为中心”的解决方案上进行的一系列工作，这些解决方案通过利用非传统数据源以及AI和机器学习的最新创新来增强我们的预测能力的潜力。这项调查研究了各种数据驱动的方法论和实践进步，并介绍了一个概念框架来导航它们。首先，我们列举了与流行病预测相关的大量流行病学数据集和新的数据流，捕获了各种因素，例如有症状的在线调查，零售和商业，流动性，基因组学数据等。接下来，我们将讨论关注最近基于数据驱动的统计和深度学习方法的方法和建模范式，以及将机械模型知识域知识与统计方法的有效性和灵活性相结合的新型混合模型类别。我们还讨论了这些预测系统的现实部署中出现的经验和挑战，包括预测信息。最后，我们重点介绍了整个预测管道中发现的一些挑战和开放问题。

开发旨在增强胎儿监测的创新信息学方法是生殖医学研究的新领域。已经对人工智能（AI）技术进行了几项评论，以改善妊娠结局。他们的限制是专注于特定数据，例如怀孕期间母亲的护理。这项系统的调查旨在探讨人工智能（AI）如何通过超声（US）图像帮助胎儿生长监测。我们使用了八个医学和计算机科学书目数据库，包括PubMed，Embase，Psycinfo，ScienceDirect，IEEE Explore，ACM图书馆，Google Scholar和Web of Science。我们检索了2010年至2021年之间发表的研究。从研究中提取的数据是使用叙述方法合成的。在1269项检索研究中，我们包括了107项与调查中有关该主题的查询的不同研究。我们发现，与3D和4D超声图像（n = 19）相比，2D超声图像更受欢迎（n = 88）。分类是最常用的方法（n = 42），其次是分割（n = 31），与分割（n = 16）集成的分类和其他其他杂项，例如对象检测，回归和增强学习（n = 18）。妊娠结构域中最常见的区域是胎儿头（n = 43），然后是胎儿（n = 31），胎儿心脏（n = 13），胎儿腹部（n = 10），最后是胎儿的面孔（n = 10）。在最近的研究中，深度学习技术主要使用（n = 81），其次是机器学习（n = 16），人工神经网络（n = 7）和增强学习（n = 2）。 AI技术在预测胎儿疾病和鉴定怀孕期间胎儿解剖结构中起着至关重要的作用。需要进行更多的研究来从医生的角度验证这项技术，例如试点研究和有关AI及其在医院环境中的应用的随机对照试验。