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。

Accurate diagnosis and prognosis of Alzheimer's disease are crucial to develop new therapies and reduce the associated costs. Recently, with the advances of convolutional neural networks, methods have been proposed to automate these two tasks using structural MRI. However, these methods often suffer from lack of interpretability, generalization, and can be limited in terms of performance. In this paper, we propose a novel deep framework designed to overcome these limitations. Our framework consists of two stages. In the first stage, we propose a deep grading model to extract meaningful features. To enhance the robustness of these features against domain shift, we introduce an innovative collective artificial intelligence strategy for training and evaluating steps. In the second stage, we use a graph convolutional neural network to better capture AD signatures. Our experiments based on 2074 subjects show the competitive performance of our deep framework compared to state-of-the-art methods on different datasets for both AD diagnosis and prognosis.

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。

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

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。

功能磁共振成像（fMRI）的功能连通性网络（FCN）数据越来越多地用于诊断脑疾病。然而，最新的研究用来使用单个脑部分析地图集以一定的空间尺度构建FCN，该空间尺度很大程度上忽略了层次范围内不同空间尺度的功能相互作用。在这项研究中，我们提出了一个新型框架，以对脑部疾病诊断进行多尺度FCN分析。我们首先使用一组定义明确的多尺地图像来计算多尺度FCN。然后，我们利用多尺度地图集中各个区域之间具有生物学意义的大脑分层关系，以跨多个空间尺度进行淋巴结池，即“ Atlas指导的池”。因此，我们提出了一个基于多尺度的层次图形卷积网络（MAHGCN），该网络（MAHGCN）建立在图形卷积和ATLAS引导的池上，以全面地从多尺度FCN中详细提取诊断信息。关于1792名受试者的神经影像数据的实验证明了我们提出的方法在诊断阿尔茨海默氏病（AD），AD的前驱阶段（即轻度认知障碍[MCI]）以及自闭症谱系障碍（ASD），，AD的前瞻性阶段（即，轻度认知障碍[MCI]），，精度分别为88.9％，78.6％和72.7％。所有结果都显示出我们提出的方法比其他竞争方法具有显着优势。这项研究不仅证明了使用深度学习增强的静止状态fMRI诊断的可行性，而且还强调，值得探索多尺度脑层次结构中的功能相互作用，并将其整合到深度学习网络体系结构中，以更好地理解有关的神经病理学。脑疾病。

Late-life depression (LLD) is a highly prevalent mood disorder occurring in older adults and is frequently accompanied by cognitive impairment (CI). Studies have shown that LLD may increase the risk of Alzheimer's disease (AD). However, the heterogeneity of presentation of geriatric depression suggests that multiple biological mechanisms may underlie it. Current biological research on LLD progression incorporates machine learning that combines neuroimaging data with clinical observations. There are few studies on incident cognitive diagnostic outcomes in LLD based on structural MRI (sMRI). In this paper, we describe the development of a hybrid representation learning (HRL) framework for predicting cognitive diagnosis over 5 years based on T1-weighted sMRI data. Specifically, we first extract prediction-oriented MRI features via a deep neural network, and then integrate them with handcrafted MRI features via a Transformer encoder for cognitive diagnosis prediction. Two tasks are investigated in this work, including (1) identifying cognitively normal subjects with LLD and never-depressed older healthy subjects, and (2) identifying LLD subjects who developed CI (or even AD) and those who stayed cognitively normal over five years. To the best of our knowledge, this is among the first attempts to study the complex heterogeneous progression of LLD based on task-oriented and handcrafted MRI features. We validate the proposed HRL on 294 subjects with T1-weighted MRIs from two clinically harmonized studies. Experimental results suggest that the HRL outperforms several classical machine learning and state-of-the-art deep learning methods in LLD identification and prediction tasks.

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。

临床实践中使用的医学图像是异质的，与学术研究中研究的扫描质量不同。在解剖学，伪影或成像参数不寻常或方案不同的极端情况下，预处理会分解。最需要对这些变化的方法可靠。提出了一种新颖的深度学习方法，以将人脑快速分割为132个区域。提出的模型使用有效的U-NET型网络，并从不同视图和分层关系的交点上受益，以在端到端训练期间融合正交2D平面和脑标签。部署了弱监督的学习，以利用部分标记的数据来进行整个大脑分割和颅内体积（ICV）的估计。此外，数据增强用于通过生成具有较高的脑扫描的磁共振成像（MRI）数据来扩展模型训练，同时保持数据隐私。提出的方法可以应用于脑MRI数据，包括头骨或任何其他工件，而无需预处理图像或性能下降。与最新的一些实验相比，使用了不同的Atlases的几项实验，以评估受过训练模型的分割性能，并且与不同内部和不同内部和不同内部方法的现有方法相比，结果显示了较高的分割精度和鲁棒性。间域数据集。

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。

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。

机器学习在医学图像分析中发挥着越来越重要的作用，产卵在神经影像症的临床应用中的新进展。之前有一些关于机器学习和癫痫的综述，它们主要专注于电生理信号，如脑电图（EEG）和立体脑电图（SEENG），同时忽略癫痫研究中神经影像的潜力。 NeuroImaging在确认癫痫区域的范围内具有重要的优点，这对于手术后的前诊所评估和评估至关重要。然而，脑电图难以定位大脑中的准确癫痫病变区。在这篇综述中，我们强调了癫痫诊断和预后在癫痫诊断和预后的背景下神经影像学和机器学习的相互作用。我们首先概述癫痫诊所，MRI，DWI，FMRI和PET中使用的癫痫和典型的神经影像姿态。然后，我们在将机器学习方法应用于神经影像数据的方法：i）将手动特征工程和分类器的传统机器学习方法阐述了两种方法，即卷积神经网络和自动化器等深度学习方法。随后，详细地研究了对癫痫，定位和横向化任务等分割，本地化和横向化任务的应用，以及与诊断和预后直接相关的任务。最后，我们讨论了目前的成就，挑战和潜在的未来方向，希望为癫痫的计算机辅助诊断和预后铺平道路。

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。

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。

深层神经网络目前提供了最先进，最精确的机器学习模型，以区分患有阿尔茨海默氏病和健康对照的受试者的结构MRI扫描。不幸的是，由于这些多层和非线性模型的复杂性，这些模型捕获的微妙的大脑改变很难解释。已经提出了几种热图方法来解决此问题并分析从深神经网络中提取的成像模式，但是到目前为止，尚未对这些方法进行定量比较。在这项工作中，我们通过从ADNI数据集的T1 MRI扫描中得出卷积神经网络（CNN）的热图来探讨这些问题，并通过将这些热图与对应于支持向量机（SVM）系数的脑图进行比较。研究了三种突出的热图方法：层次相关性传播（LRP），综合梯度（IG）和引导GRAD-CAM（GGC）。与先前在视觉上或定性评估热图的质量的研究相反，我们通过与大型荟萃分析的地面图相重叠，从而获得了精确的定量措施，该量度合并了77个基于Voxel的形态计量学（VBM）研究，独立于ADNI。我们的结果表明，所有三个热图方法都能够捕获涵盖荟萃分析图的大脑区域，并获得了比SVM系数更好的结果。其中，IG产生了与独立荟萃分析的最佳重叠的热图。

机器学习和计算机视觉技术近年来由于其自动化，适合性和产生惊人结果的能力而迅速发展。因此，在本文中，我们调查了2014年至2022年之间发表的关键研究，展示了不同的机器学习算法研究人员用来分割肝脏，肝肿瘤和肝脉管结构的研究。我们根据感兴趣的组织（肝果，肝肿瘤或肝毒剂）对被调查的研究进行了划分，强调了同时解决多个任务的研究。此外，机器学习算法被归类为受监督或无监督的，如果属于某个方案的工作量很大，则将进一步分区。此外，对文献和包含上述组织面具的网站发现的不同数据集和挑战进行了彻底讨论，强调了组织者的原始贡献和其他研究人员的贡献。同样，在我们的评论中提到了文献中过度使用的指标，这强调了它们与手头的任务的相关性。最后，强调创新研究人员应对需要解决的差距的关键挑战和未来的方向，例如许多关于船舶分割挑战的研究的稀缺性以及为什么需要早日处理他们的缺席。

Purpose: Hard-to-interpret Black-box Machine Learning (ML) were often used for early Alzheimer's Disease (AD) detection. Methods: To interpret eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), Random Forest (RF), and Support Vector Machine (SVM) black-box models a workflow based on Shapley values was developed. All models were trained on the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) dataset and evaluated for an independent ADNI test set, as well as the external Australian Imaging and Lifestyle flagship study of Ageing (AIBL), and Open Access Series of Imaging Studies (OASIS) datasets. Shapley values were compared to intuitively interpretable Decision Trees (DTs), and Logistic Regression (LR), as well as natural and permutation feature importances. To avoid the reduction of the explanation validity caused by correlated features, forward selection and aspect consolidation were implemented. Results: Some black-box models outperformed DTs and LR. The forward-selected features correspond to brain areas previously associated with AD. Shapley values identified biologically plausible associations with moderate to strong correlations with feature importances. The most important RF features to predict AD conversion were the volume of the amygdalae, and a cognitive test score. Good cognitive test performances and large brain volumes decreased the AD risk. The models trained using cognitive test scores significantly outperformed brain volumetric models ($p<0.05$). Cognitive Normal (CN) vs. AD models were successfully transferred to external datasets. Conclusion: In comparison to previous work, improved performances for ADNI and AIBL were achieved for CN vs. Mild Cognitive Impairment (MCI) classification using brain volumes. The Shapley values and the feature importances showed moderate to strong correlations.

晚期钆增强磁共振成像（LGE MRI）通常用于可视化和量化左心房（LA）疤痕。疤痕的位置和程度提供了心理生理学和心房颤动进展的重要信息（AF）。因此，LGE MRI的La Scar分段和量化可用于AF患者的计算机辅助诊断和治疗分层。由于手动描绘可能是耗时的，并且经过专家内和专家间变异性，因此非常需要自动化这种计算，这然而仍然仍然具有挑战性和研究。本文旨在为La腔，墙壁，瘢痕和消融差距分割和LGE MRI的定量提供系统审查，以及AF研究的相关文献。具体而言，我们首先总结AF相关的成像技术，特别是LGE MRI。然后，我们详细介绍了四个计算任务的方法，并总结了每个任务中应用的验证策略。最后，概述了未来可能的未来发展，简要调查了上述方法的潜在临床应用。审查表明，该主题的研究仍处于早期阶段。虽然已经提出了几种方法，但特别是对于LA分割，由于与图像采集的高度变化相关的性能问题和图像采集差异有关的性能问题，仍有很大的算法发展。

用于预测神经影像数据的深度学习算法在各种应用中显示出巨大的希望。先前的工作表明，利用数据的3D结构的深度学习模型可以在几个学习任务上胜过标准机器学习。但是，该领域的大多数先前研究都集中在成年人的神经影像学数据上。在一项大型纵向发展研究的青少年大脑和认知发展（ABCD）数据集中，我们检查了结构性MRI数据，以预测性别并确定与性别相关的大脑结构变化。结果表明，性别预测准确性异常高（> 97％），训练时期> 200，并且这种准确性随着年龄的增长而增加。大脑区域被确定为研究的任务中最歧视性的，包括主要的额叶区域和颞叶。当评估年龄增加两年的性别预测变化时，揭示了一组更广泛的视觉，扣带和孤立区域。我们的发现表明，即使在较小的年龄范围内，也显示出与性别相关的结构变化模式。这表明，通过查看这些变化与不同的行为和环境因素如何相关，可以研究青春期大脑如何变化。

阿尔茨海默病（AD）是一种不可逆的神经发电疾病的大脑。疾病可能会导致记忆力损失，难以沟通和迷失化。对于阿尔茨海默病的诊断，通常需要一系列尺度来临床评估诊断，这不仅增加了医生的工作量，而且还使诊断结果高度主观。因此，对于阿尔茨海默病，成像手段寻找早期诊断标志物已成为一个首要任务。在本文中，我们提出了一种新颖的3DMGNET架构，该架构是多基体和卷积神经网络的统一框架，以诊断阿尔茨海默病（AD）。该模型使用Open DataSet（ADNI DataSet）培训，然后使用较小的DataSet进行测试。最后，该模型为AD VS NC分类实现了92.133％的精度，并显着降低了模型参数。