扩散MRI拖拉术是一种用于定量映射大脑结构连接性的高级成像技术。全脑拖拉机（WBT）数据包含数十万个单独的纤维流线（估计的大脑连接），并且通常会对这些数据进行分类，以创建用于数据分析应用（例如疾病分类）的紧凑表示形式。在本文中，我们提出了一种新颖的无拟合WBT分析框架Tractoformer，该框架在单个纤维流线的水平上利用拖拉术信息，并提供了使用变压器注意机制来解释结果的自然机制。 Tractoformer包括两个主要贡献。首先，我们提出了一个新颖而简单的2D图像表示WBT，Tractobedding，以编码3D纤维空间关系以及可以从单个纤维（例如FA或MD）计算的任何感兴趣的特征。其次，我们设计了一个基于视觉变压器（VIT）的网络，其中包括：1）数据增强以克服小数据集上过度适应模型的数据，2）识别判别纤维以解释结果，3）合奏学习以从不同大脑区域。在合成数据实验中，TractoFormer成功地识别了具有模拟组差异的判别纤维。在比较几种方法的疾病分类实验中，tractoformer在分类精神分裂症与对照方面达到了最高的精度。在左半球额叶和顶浅的白质区域中鉴定出判别性纤维，这些区域以前已被证明在精神分裂症患者中受到影响。

扩散MRI拖拉术是一种先进的成像技术，可实现大脑白质连接的体内映射。白质拟层将拖拉机分类为簇或解剖学上有意义的区域。它可以量化和可视化全脑拖拉学。当前，大多数拟层方法都集中在深白质（DWM）上，而由于其复杂性，更少的方法解决了浅表白质（SWM）。我们提出了一种新型的两阶段深度学习的框架，即浅表白质分析（SUPWMA​​），该框架对全脑拖拉机的198个SWM簇进行了有效且一致的分析。一个基于点云的网络适应了我们的SWM分析任务，并且监督的对比度学习可以在SWM的合理流线和离群值之间进行更多的歧视性表示。我们在大规模拖拉机数据集上训练模型，包括来自标签的SWM簇和解剖学上难以置信的流线样本的简化样品，我们对六个不同年龄和健康状况的独立获取的数据集进行测试（包括新生儿和具有空间型脑肿瘤的患者） ）。与几种最先进的方法相比，SupWMA在所有数据集上获得了高度一致，准确的SWM分析结果，在整个健康和疾病的寿命中都良好的概括。另外，SUPWMA​​的计算速度比其他方法快得多。

白质纤维聚类（WMFC）是白质细胞的重要策略，可以对健康和疾病中的白质连接进行定量分析。 WMFC通常以无监督的方式进行，而无需标记地面真相数据。尽管广泛使用的WMFC方法使用经典的机器学习技术显示出良好的性能，但深度学习的最新进展揭示了朝着快速有效的WMFC方向发展。在这项工作中，我们为WMFC，深纤维聚类（DFC）提出了一个新颖的深度学习框架，该框架解决了无监督的聚类问题，作为具有特定领域的借口任务，以预测成对的光纤距离。这使纤维表示能够在WMFC中学习已知的挑战，即聚类的敏感性对沿纤维的点排序的敏感性。我们设计了一种新颖的网络体系结构，该网络体系结构代表输入纤维作为点云，并允许从灰质拟合中纳入其他输入信息来源。因此，DFC利用有关白质纤维几何形状和灰质解剖结构的组合信息来改善纤维簇的解剖相干性。此外，DFC通过拒绝簇分配概率低的纤维来以自然方式进行异常去除。我们评估了三个独立获取的队列的DFC，包括来自220名性别，年龄（年轻和老年人）的220名个人的数据，以及不同的健康状况（健康对照和多种神经精神疾病）。我们将DFC与几种最先进的WMFC算法进行比较。实验结果表明，DFC在集群紧凑，泛化能力，解剖相干性和计算效率方面的表现出色。

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。

无创医学神经影像学已经对大脑连通性产生了许多发现。开发了几种实质技术绘制形态，结构和功能性脑连接性，以创建人脑中神经元活动的全面路线图。依靠其非欧国人数据类型，图形神经网络（GNN）提供了一种学习深图结构的巧妙方法，并且它正在迅速成为最先进的方法，从而导致各种网络神经科学任务的性能增强。在这里，我们回顾了当前基于GNN的方法，突出了它们在与脑图有关的几种应用中使用的方式，例如缺失的脑图合成和疾病分类。最后，我们通过绘制了通往网络神经科学领域中更好地应用GNN模型在神经系统障碍诊断和人群图整合中的路径。我们工作中引用的论文列表可在https://github.com/basiralab/gnns-inns-intwork-neuroscience上找到。

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.

主要的神经影像学研究推动了1.0 mm以下的3T MRI采集分辨率，以改善结构定义和形态学。然而，只有很少的时间 - 密集的自动化图像分析管道已被验证为高分辨率（雇用）设置。另一方面，有效的深度学习方法很少支持多个固定分辨率（通常1.0 mm）。此外，缺乏标准的杂交数据分辨率以及具有足够覆盖的扫描仪，年龄，疾病或遗传方差的多样化数据的有限可用性会带来额外的，未解决的挑战培训网络。将分辨率独立于基于深度学习的分割，即在一系列不同的体素大小上以其本地分辨率进行分辨率的能力，承诺克服这些挑战，但目前没有这种方法。我们现在通过向决议独立的分割任务（VINN）引入VINOSEIZED独立的神经网络（VINN）来填补这个差距，并呈现FastSurfervinn，（i）建立并实施决议独立，以获得深度学习作为同时支持0.7-1.0 mm的第一种方法分割，（ii）显着优于跨决议的最先进方法，（iii）减轻雇用数据集中存在的数据不平衡问题。总体而言，内部分辨率 - 独立性相互益处雇用和1.0 mm MRI分割。通过我们严格验证的FastSurfervinn，我们将为不同的神经视线镜分析分发一个快速工具。此外，VINN架构表示更广泛应用的有效分辨率的分段方法

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。

白质图微观结构已显示出影响认知表现的神经心理学评分。但是，尚未尝试从白质图数据中预测这些分数。在本文中，我们提出了一个基于深度学习的框架，用于使用从扩散磁共振成像（DMRI）片段估计的微观结构测量结果进行神经心理学评分的预测，该框架的重点是基于接受语言的关键纤维纤维小道的接受性词汇评估任务的性能弓形筋膜（AF）。我们直接利用来自纤维道中所有点的信息，而无需按照传统上沿着光纤的平均数据进行扩散MRI Tractometry方法所要求的。具体而言，我们将AF表示为点云，每个点都有微观结构测量，从而可以采用基于点的神经网络。我们通过拟议的配对 - 塞亚姆损失来改善预测性能，该损失利用了有关连续神经心理学评分之间差异的信息。最后，我们提出了一种关键区域定位（CRL）算法来定位包含对预测结果有很大贡献的点的信息解剖区域。我们的方法对来自人类Connectome项目数据集的806名受试者的数据进行了评估。结果表明，与基线方法相比，神经心理评分的预测表现优异。我们发现，AF中的关键区域在受试者之间非常一致，额叶皮质区域的强大贡献最多（即，尾部中间额叶，pars opercularis和pars triangularis）与关键区域有着强烈的影响用于语言过程。

功能连接（FC）研究已经证明了通过FMRI相关矩阵的无向加权图来研究脑及其疾病的总体价值。然而，与FC的大多数工作都取决于连接的方式，还取决于FC矩阵的手册后HOC分析。在这项工作中，我们提出了一个深入的学习架构Braingnn，它可以学习连接结构，作为学习对象的一部分。它同时将图形神经网络应用于此学习图，并学习选择对预测任务重要的大脑区域的稀疏子集。我们展示了在精神分裂症FMRI数据集中的模型的最先进的分类性能，并证明了内省如何导致紊乱的相关结果。模型学到的图表表现出强烈的阶级歧视，相关地区的稀疏子集与精神分裂症文献一致。

Mapping the connectome of the human brain using structural or functional connectivity has become one of the most pervasive paradigms for neuroimaging analysis. Recently, Graph Neural Networks (GNNs) motivated from geometric deep learning have attracted broad interest due to their established power for modeling complex networked data. Despite their superior performance in many fields, there has not yet been a systematic study of how to design effective GNNs for brain network analysis. To bridge this gap, we present BrainGB, a benchmark for brain network analysis with GNNs. BrainGB standardizes the process by (1) summarizing brain network construction pipelines for both functional and structural neuroimaging modalities and (2) modularizing the implementation of GNN designs. We conduct extensive experiments on datasets across cohorts and modalities and recommend a set of general recipes for effective GNN designs on brain networks. To support open and reproducible research on GNN-based brain network analysis, we host the BrainGB website at https://braingb.us with models, tutorials, examples, as well as an out-of-box Python package. We hope that this work will provide useful empirical evidence and offer insights for future research in this novel and promising direction.

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。

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。

在过去的十年中，卷积神经网络（Convnets）主导了医学图像分析领域。然而，发现脉搏的性能仍然可以受到它们无法模拟图像中体素之间的远程空间关系的限制。最近提出了众多视力变压器来解决哀悼缺点，在许多医学成像应用中展示最先进的表演。变压器可以是用于图像配准的强烈候选者，因为它们的自我注意机制能够更精确地理解移动和固定图像之间的空间对应。在本文中，我们呈现透射帧，一个用于体积医学图像配准的混合变压器-Cromnet模型。我们还介绍了三种变速器的变形，具有两个散晶变体，确保了拓扑保存的变形和产生良好校准的登记不确定性估计的贝叶斯变体。使用来自两个应用的体积医学图像的各种现有的登记方法和变压器架构进行广泛验证所提出的模型：患者间脑MRI注册和幻影到CT注册。定性和定量结果表明，传输和其变体导致基线方法的实质性改进，展示了用于医学图像配准的变压器的有效性。

从磁共振成像（MRI）数据（称为颅骨条状）中去除非脑信号是许多神经图像分析流的组成部分。尽管它们很丰富，但通常是针对具有特定采集特性的图像量身定制的，即近乎各向异性的分辨率和T1加权（T1W）MRI对比度，这些分辨率在研究环境中很普遍。结果，现有的工具倾向于适应其他图像类型，例如在诊所常见的快速旋转回声（FSE）MRI中获得的厚切片。尽管近年来基于学习的大脑提取方法已获得吸引力，但这些方法面临着类似的负担，因为它们仅对训练过程中看到的图像类型有效。为了在成像协议的景观中实现强大的颅骨缠身，我们引入了Synthstrip，这是一种快速，基于学习的脑萃取工具。通过利用解剖学分割来生成具有解剖学，强度分布和远远超过现实医学图像范围的完全合成训练数据集，Synthstrip学会了成功推广到各种真实获得的大脑图像，从而消除了使用训练数据的需求目标对比。我们证明了合成条的功效对受试者人群的各种图像采集和决议的功效，从新生儿到成人。我们显示出与流行的颅骨基线的准确性的实质性提高 - 所有这些基线都采用单个训练有素的模型。我们的方法和标记的评估数据可在https://w3id.org/synthstrip上获得。

White matter bundle segmentation is a cornerstone of modern tractography to study the brain's structural connectivity in domains such as neurological disorders, neurosurgery, and aging. In this study, we present FIESTA (FIber gEneration and bundle Segmentation in Tractography using Autoencoders), a reliable and robust, fully automated, and easily semi-automatically calibrated pipeline based on deep autoencoders that can dissect and fully populate WM bundles. Our framework allows the transition from one anatomical bundle definition to another with marginal calibrating time. This pipeline is built upon FINTA, CINTA, and GESTA methods that demonstrated how autoencoders can be used successfully for streamline filtering, bundling, and streamline generation in tractography. Our proposed method improves bundling coverage by recovering hard-to-track bundles with generative sampling through the latent space seeding of the subject bundle and the atlas bundle. A latent space of streamlines is learned using autoencoder-based modeling combined with contrastive learning. Using an atlas of bundles in standard space (MNI), our proposed method segments new tractograms using the autoencoder latent distance between each tractogram streamline and its closest neighbor bundle in the atlas of bundles. Intra-subject bundle reliability is improved by recovering hard-to-track streamlines, using the autoencoder to generate new streamlines that increase each bundle's spatial coverage while remaining anatomically meaningful. Results show that our method is more reliable than state-of-the-art automated virtual dissection methods such as RecoBundles, RecoBundlesX, TractSeg, White Matter Analysis and XTRACT. Overall, these results show that our framework improves the practicality and usability of current state-of-the-art bundling framework

High Resolution (HR) medical images provide rich anatomical structure details to facilitate early and accurate diagnosis. In MRI, restricted by hardware capacity, scan time, and patient cooperation ability, isotropic 3D HR image acquisition typically requests long scan time and, results in small spatial coverage and low SNR. Recent studies showed that, with deep convolutional neural networks, isotropic HR MR images could be recovered from low-resolution (LR) input via single image super-resolution (SISR) algorithms. However, most existing SISR methods tend to approach a scale-specific projection between LR and HR images, thus these methods can only deal with a fixed up-sampling rate. For achieving different up-sampling rates, multiple SR networks have to be built up respectively, which is very time-consuming and resource-intensive. In this paper, we propose ArSSR, an Arbitrary Scale Super-Resolution approach for recovering 3D HR MR images. In the ArSSR model, the reconstruction of HR images with different up-scaling rates is defined as learning a continuous implicit voxel function from the observed LR images. Then the SR task is converted to represent the implicit voxel function via deep neural networks from a set of paired HR-LR training examples. The ArSSR model consists of an encoder network and a decoder network. Specifically, the convolutional encoder network is to extract feature maps from the LR input images and the fully-connected decoder network is to approximate the implicit voxel function. Due to the continuity of the learned function, a single ArSSR model can achieve arbitrary up-sampling rate reconstruction of HR images from any input LR image after training. Experimental results on three datasets show that the ArSSR model can achieve state-of-the-art SR performance for 3D HR MR image reconstruction while using a single trained model to achieve arbitrary up-sampling scales.

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

在神经影像分析中，功能磁共振成像（fMRI）可以很好地评估没有明显结构病变的脑疾病的大脑功能变化。到目前为止，大多数基于研究的FMRI研究将功能连接性作为疾病分类的基本特征。但是，功能连接通常是根据感兴趣的预定义区域的时间序列计算的，并忽略了每个体素中包含的详细信息，这可能会导致诊断模型的性能恶化。另一个方法论上的缺点是训练深模型的样本量有限。在这项研究中，我们提出了Brainformer，这是一种用于单个FMRI体积的脑疾病分类的一般混合变压器架构，以充分利用素食细节，并具有足够的数据尺寸和尺寸。脑形形式是通过对每个体素内的局部提示进行建模的3D卷积，并捕获两个全球注意力障碍的遥远地区之间的全球关系。局部和全局线索通过单流模型在脑形中汇总。为了处理多站点数据，我们提出了一个归一化层，以将数据标准化为相同的分布。最后，利用一种基于梯度的定位图可视化方法来定位可能的疾病相关生物标志物。我们在五个独立获取的数据集上评估了脑形形成器，包括Abide，ADNI，MPILMBB，ADHD-200和ECHO，以及自闭症疾病，阿尔茨海默氏病，抑郁症，注意力缺陷多动障碍和头痛疾病。结果证明了脑形对多种脑疾病的诊断的有效性和普遍性。脑形物可以在临床实践中促进基于神经成像的精确诊断，并激励FMRI分析中的未来研究。代码可在以下网址获得：https：//github.com/ziyaozhangforpcl/brainformer。