Owing to the success of transformer models, recent works study their applicability in 3D medical segmentation tasks. Within the transformer models, the self-attention mechanism is one of the main building blocks that strives to capture long-range dependencies, compared to the local convolutional-based design. However, the self-attention operation has quadratic complexity which proves to be a computational bottleneck, especially in volumetric medical imaging, where the inputs are 3D with numerous slices. In this paper, we propose a 3D medical image segmentation approach, named UNETR++, that offers both high-quality segmentation masks as well as efficiency in terms of parameters and compute cost. The core of our design is the introduction of a novel efficient paired attention (EPA) block that efficiently learns spatial and channel-wise discriminative features using a pair of inter-dependent branches based on spatial and channel attention. Our spatial attention formulation is efficient having linear complexity with respect to the input sequence length. To enable communication between spatial and channel-focused branches, we share the weights of query and key mapping functions that provide a complimentary benefit (paired attention), while also reducing the overall network parameters. Our extensive evaluations on three benchmarks, Synapse, BTCV and ACDC, reveal the effectiveness of the proposed contributions in terms of both efficiency and accuracy. On Synapse dataset, our UNETR++ sets a new state-of-the-art with a Dice Similarity Score of 87.2%, while being significantly efficient with a reduction of over 71% in terms of both parameters and FLOPs, compared to the best existing method in the literature. Code: https://github.com/Amshaker/unetr_plus_plus.

Fully Convolutional Neural Networks (FCNNs) with contracting and expanding paths have shown prominence for the majority of medical image segmentation applications since the past decade. In FCNNs, the encoder plays an integral role by learning both global and local features and contextual representations which can be utilized for semantic output prediction by the decoder. Despite their success, the locality of convolutional layers in FCNNs, limits the capability of learning long-range spatial dependencies. Inspired by the recent success of transformers for Natural Language Processing (NLP) in long-range sequence learning, we reformulate the task of volumetric (3D) medical image segmentation as a sequence-to-sequence prediction problem. We introduce a novel architecture, dubbed as UNEt TRansformers (UNETR), that utilizes a transformer as the encoder to learn sequence representations of the input volume and effectively capture the global multi-scale information, while also following the successful "U-shaped" network design for the encoder and decoder. The transformer encoder is directly connected to a decoder via skip connections at different resolutions to compute the final semantic segmentation output. We have validated the performance of our method on the Multi Atlas Labeling Beyond The Cranial Vault (BTCV) dataset for multiorgan segmentation and the Medical Segmentation Decathlon (MSD) dataset for brain tumor and spleen segmentation tasks. Our benchmarks demonstrate new state-of-the-art performance on the BTCV leaderboard. Code: https://monai.io/research/unetr

Transformer-based models, capable of learning better global dependencies, have recently demonstrated exceptional representation learning capabilities in computer vision and medical image analysis. Transformer reformats the image into separate patches and realize global communication via the self-attention mechanism. However, positional information between patches is hard to preserve in such 1D sequences, and loss of it can lead to sub-optimal performance when dealing with large amounts of heterogeneous tissues of various sizes in 3D medical image segmentation. Additionally, current methods are not robust and efficient for heavy-duty medical segmentation tasks such as predicting a large number of tissue classes or modeling globally inter-connected tissues structures. Inspired by the nested hierarchical structures in vision transformer, we proposed a novel 3D medical image segmentation method (UNesT), employing a simplified and faster-converging transformer encoder design that achieves local communication among spatially adjacent patch sequences by aggregating them hierarchically. We extensively validate our method on multiple challenging datasets, consisting anatomies of 133 structures in brain, 14 organs in abdomen, 4 hierarchical components in kidney, and inter-connected kidney tumors). We show that UNesT consistently achieves state-of-the-art performance and evaluate its generalizability and data efficiency. Particularly, the model achieves whole brain segmentation task complete ROI with 133 tissue classes in single network, outperforms prior state-of-the-art method SLANT27 ensembled with 27 network tiles, our model performance increases the mean DSC score of the publicly available Colin and CANDI dataset from 0.7264 to 0.7444 and from 0.6968 to 0.7025, respectively.

视觉变形金刚（VIT）S表现出可观的全球和本地陈述的自我监督学习表现，可以转移到下游应用程序。灵感来自这些结果，我们介绍了一种新的自我监督学习框架，具有用于医学图像分析的定制代理任务。具体而言，我们提出：（i）以新的3D变压器为基础的型号，被称为往返变压器（Swin Unet），具有分层编码器，用于自我监督的预训练; （ii）用于学习人类解剖学潜在模式的定制代理任务。我们展示了来自各种身体器官的5,050个公共可用的计算机断层扫描（CT）图像的提出模型的成功预培训。通过微调超出颅穹窿（BTCV）分割挑战的预先调整训练模型和来自医疗细分牌组（MSD）数据集的分割任务，通过微调训练有素的模型来验证我们的方法的有效性。我们的模型目前是MSD和BTCV数据集的公共测试排行榜上的最先进的（即第1号）。代码：https://monai.io/research/swin-unetr.

计算机辅助医学图像分割已广泛应用于诊断和治疗，以获得靶器官和组织的形状和体积的临床有用信息。在过去的几年中，基于卷积神经网络（CNN）的方法（例如，U-Net）占主导地位，但仍遭受了不足的远程信息捕获。因此，最近的工作提出了用于医学图像分割任务的计算机视觉变压器变体，并获得了有希望的表现。这种变压器通过计算配对贴片关系来模拟远程依赖性。然而，它们促进了禁止的计算成本，尤其是在3D医学图像（例如，CT和MRI）上。在本文中，我们提出了一种称为扩张变压器的新方法，该方法在本地和全球范围内交替捕获的配对贴片关系进行自我关注。灵感来自扩张卷积核，我们以扩张的方式进行全球自我关注，扩大接收领域而不增加所涉及的斑块，从而降低计算成本。基于这种扩展变压器的设计，我们构造了一个用于3D医学图像分割的U形编码器解码器分层体系结构。 Synapse和ACDC数据集的实验表明，我们的D-Ager Model从头开始培训，以低计算成本从划痕训练，优于各种竞争力的CNN或基于变压器的分段模型，而不耗时的每训练过程。

卷积神经网络（CNN）已成为医疗图像分割任务的共识。但是，由于卷积操作的性质，它们在建模长期依赖性和空间相关性时受到限制。尽管最初开发了变压器来解决这个问题，但它们未能捕获低级功能。相比之下，证明本地和全球特征对于密集的预测至关重要，例如在具有挑战性的环境中细分。在本文中，我们提出了一种新型方法，该方法有效地桥接了CNN和用于医学图像分割的变压器。具体而言，我们使用开创性SWIN变压器模块和一个基于CNN的编码器设计两个多尺度特征表示。为了确保从上述两个表示获得的全局和局部特征的精细融合，我们建议在编码器编码器结构的跳过连接中提出一个双层融合（DLF）模块。在各种医学图像分割数据集上进行的广泛实验证明了Hiformer在计算复杂性以及定量和定性结果方面对其他基于CNN的，基于变压器和混合方法的有效性。我们的代码可在以下网址公开获取：https：//github.com/amirhossein-kz/hiformer

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。

在过去的几年中，卷积神经网络（CNN），尤其是U-NET，一直是医学图像处理时代的流行技术。具体而言，开创性的U-NET及其替代方案成功地设法解决了各种各样的医学图像分割任务。但是，这些体系结构在本质上是不完美的，因为它们无法表现出长距离相互作用和空间依赖性，从而导致具有可变形状和结构的医学图像分割的严重性能下降。针对序列到序列预测的初步提议的变压器已成为替代体系结构，以精确地模拟由自我激进机制辅助的全局信息。尽管设计了可行的设计，但利用纯变压器来进行图像分割目的，可能导致限制的定位容量，导致低级功能不足。因此，一系列研究旨在设计基于变压器的U-NET的强大变体。在本文中，我们提出了Trans-Norm，这是一种新型的深层分割框架，它随同将变压器模块合并为标准U-NET的编码器和跳过连接。我们认为，跳过连接的方便设计对于准确的分割至关重要，因为它可以帮助扩展路径和收缩路径之间的功能融合。在这方面，我们从变压器模块中得出了一种空间归一化机制，以适应性地重新校准跳过连接路径。对医学图像分割的三个典型任务进行了广泛的实验，证明了透气的有效性。代码和训练有素的模型可在https://github.com/rezazad68/transnorm上公开获得。

Convolutional Neural Networks (CNNs) with U-shaped architectures have dominated medical image segmentation, which is crucial for various clinical purposes. However, the inherent locality of convolution makes CNNs fail to fully exploit global context, essential for better recognition of some structures, e.g., brain lesions. Transformers have recently proven promising performance on vision tasks, including semantic segmentation, mainly due to their capability of modeling long-range dependencies. Nevertheless, the quadratic complexity of attention makes existing Transformer-based models use self-attention layers only after somehow reducing the image resolution, which limits the ability to capture global contexts present at higher resolutions. Therefore, this work introduces a family of models, dubbed Factorizer, which leverages the power of low-rank matrix factorization for constructing an end-to-end segmentation model. Specifically, we propose a linearly scalable approach to context modeling, formulating Nonnegative Matrix Factorization (NMF) as a differentiable layer integrated into a U-shaped architecture. The shifted window technique is also utilized in combination with NMF to effectively aggregate local information. Factorizers compete favorably with CNNs and Transformers in terms of accuracy, scalability, and interpretability, achieving state-of-the-art results on the BraTS dataset for brain tumor segmentation and ISLES'22 dataset for stroke lesion segmentation. Highly meaningful NMF components give an additional interpretability advantage to Factorizers over CNNs and Transformers. Moreover, our ablation studies reveal a distinctive feature of Factorizers that enables a significant speed-up in inference for a trained Factorizer without any extra steps and without sacrificing much accuracy. The code and models are publicly available at https://github.com/pashtari/factorizer.

对医学图像的器官或病变的准确分割对于可靠的疾病和器官形态计量学的可靠诊断至关重要。近年来，卷积编码器解码器解决方案在自动医疗图像分割领域取得了重大进展。由于卷积操作中的固有偏见，先前的模型主要集中在相邻像素形成的局部视觉提示上，但无法完全对远程上下文依赖性进行建模。在本文中，我们提出了一个新型的基于变压器的注意力指导网络，称为Transattunet，其中多层引导注意力和多尺度跳过连接旨在共同增强语义分割体系结构的性能。受到变压器的启发，具有变压器自我注意力（TSA）和全球空间注意力（GSA）的自我意识注意（SAA）被纳入Transattunet中，以有效地学习编码器特征之间的非本地相互作用。此外，我们还使用解码器块之间的其他多尺度跳过连接来汇总具有不同语义尺度的上采样功能。这样，多尺度上下文信息的表示能力就可以增强以产生判别特征。从这些互补组件中受益，拟议的Transattunet可以有效地减轻卷积层堆叠和连续采样操作引起的细节损失，最终提高医学图像的细分质量。来自不同成像方式的多个医疗图像分割数据集进行了广泛的实验表明，所提出的方法始终优于最先进的基线。我们的代码和预培训模型可在以下网址找到：https：//github.com/yishuliu/transattunet。

本文提出了一种用于体积医学图像分割的变压器架构。设计用于体积分割的计算高效的变压器架构是一个具有挑战性的任务。它需要在编码本地和全局空间线索中保持复杂的平衡，并沿着体积数据的所有轴保留信息。所提出的体积变压器具有U形编码器解码器设计，其整体处理输入体素。我们的编码器具有两个连续的自我注意层，同时编码本地和全球性提示，我们的解码器具有基于新颖的并联窗口的自我和跨关注块，以通过归类傅立叶位置编码来捕获边界改进的精细细节。我们所提出的设计选择导致计算上有效的架构，其表明脑肿瘤分割（BRATS）2021的有希望的结果，以及用于肿瘤细分的医学分割牌照（胰腺和肝脏）数据集。我们进一步表明，我们的模型在数据集中传输了更好的地传输的表示，并且对数据损坏具有稳健性。 \ href {https://github.com/himashi92/vt-unet} {我们的代码实现是公开可用的}。

变压器在计算机视觉中的成功吸引了医学成像社区越来越多的关注。特别是对于医学图像细分，已经介绍了许多基于卷积神经网络（CNN）和变压器的出色混合体系结构，并取得了令人印象深刻的性能。但是，将模块化变压器嵌入CNN中的大多数方法都难以发挥其全部潜力。在本文中，我们提出了一种新型的医学图像分割的混合体系结构，称为Phtrans，该架构可与主要构建基块中的变形金刚和CNN杂交，以产生来自全球和本地特征的层次结构表示，并适应性地汇总它们，旨在完全利用其优势以获得更好的优势。细分性能。具体而言，phtrans遵循U形编码器编码器设计，并在深层阶段引入平行的Hybird模块，其中卷积块和经过修改的3D SWIN变压器分别学习本地特征和全局依赖性，然后统一尺寸，统一尺寸输出以实现特征聚合。超出颅库和自动化心脏诊断挑战数据集以外的多ATLA标签的广泛实验结果证实了其有效性，始终超过了最先进的方法。该代码可在以下网址获得：https：//github.com/lseventeen/phtrans。

Transformers have recently gained attention in the computer vision domain due to their ability to model long-range dependencies. However, the self-attention mechanism, which is the core part of the Transformer model, usually suffers from quadratic computational complexity with respect to the number of tokens. Many architectures attempt to reduce model complexity by limiting the self-attention mechanism to local regions or by redesigning the tokenization process. In this paper, we propose DAE-Former, a novel method that seeks to provide an alternative perspective by efficiently designing the self-attention mechanism. More specifically, we reformulate the self-attention mechanism to capture both spatial and channel relations across the whole feature dimension while staying computationally efficient. Furthermore, we redesign the skip connection path by including the cross-attention module to ensure the feature reusability and enhance the localization power. Our method outperforms state-of-the-art methods on multi-organ cardiac and skin lesion segmentation datasets without requiring pre-training weights. The code is publicly available at https://github.com/mindflow-institue/DAEFormer.

特征图的分辨率对于医学图像分割至关重要。大多数现有用于医疗图像分割的基于变压器的网络都是U-NET样体系结构，其中包含一个编码器，该编码器利用一系列变压器块将输入医疗图像从高分辨率表示形式转换为低分辨率特征图和解码器这逐渐从低分辨率特征图中恢复了高分辨率表示。与以前的研究不同，在本文中，我们利用高分辨率网络（HRNET）的网络设计样式，用变压器块替换卷积层，并从变压器块生成的不同分辨率特征图中连续交换信息。本文介绍的新基于变压器的网络表示为高分辨率SWIN Transformer网络（HRSTNET）。广泛的实验表明，HRSTNET可以与基于最新的变压器类似于脑肿瘤分割的U-NET样结构（BRATS）2021和Medical Sementation Decathlon的肝数据集实现可比的性能。 HRSTNET代码将在https://github.com/auroua/hrstnet上公开获得。

多年来，卷积神经网络（CNN）已成为多种计算机视觉任务的事实上的标准。尤其是，基于开创性体系结构（例如具有跳过连接的U形模型）或具有金字塔池的Artous卷积的深度神经网络已针对广泛的医学图像分析任务量身定制。此类架构的主要优点是它们容易拘留多功能本地功能。然而，作为一般共识，CNN无法捕获由于卷积操作的固有性能的内在特性而捕获长期依赖性和空间相关性。另外，从全球信息建模中获利的变压器源于自我发项机制，最近在自然语言处理和计算机视觉方面取得了出色的表现。然而，以前的研究证明，局部和全局特征对于密集预测的深层模型至关重要，例如以不同的形状和配置对复杂的结构进行分割。为此，本文提出了TransDeeplab，这是一种新型的DeepLab样纯变压器，用于医学图像分割。具体而言，我们用移动的窗口利用层次旋转式变形器来扩展DeepLabV3并建模非常有用的空间金字塔池（ASPP）模块。对相关文献的彻底搜索结果是，我们是第一个用基于纯变压器模型对开创性DeepLab模型进行建模的人。关于各种医学图像分割任务的广泛实验证明，我们的方法在视觉变压器和基于CNN的方法的合并中表现出色或与大多数当代作品相提并论，并显着降低了模型复杂性。代码和训练有素的模型可在https://github.com/rezazad68/transdeeplab上公开获得

目的：在手术规划之前，CT图像中肝血管的分割是必不可少的，并引起了医学图像分析界的广泛兴趣。由于结构复杂，对比度背景下，自动肝脏血管分割仍然特别具有挑战性。大多数相关的研究采用FCN，U-Net和V-Net变体作为骨干。然而，这些方法主要集中在捕获多尺度局部特征，这可能导致由于卷积运营商有限的地区接收领域而产生错误分类的体素。方法：我们提出了一种强大的端到端血管分割网络，通过将SWIN变压器扩展到3D并采用卷积和自我关注的有效组合，提出了一种被称为电感偏置的多头注意船网（IBIMHAV-NET）的稳健端到端血管分割网络。在实践中，我们介绍了Voxel-Wise嵌入而不是修补程序嵌入，以定位精确的肝脏血管素，并采用多尺度卷积运营商来获得局部空间信息。另一方面，我们提出了感应偏置的多头自我关注，其学习从初始化的绝对位置嵌入的归纳偏置相对位置嵌入嵌入。基于此，我们可以获得更可靠的查询和键矩阵。为了验证我们模型的泛化，我们测试具有不同结构复杂性的样本。结果：我们对3Dircadb数据集进行了实验。四种测试病例的平均骰子和敏感性为74.8％和77.5％，超过现有深度学习方法的结果和改进的图形切割方法。结论：拟议模型IBIMHAV-Net提供一种具有交错架构的自动，精确的3D肝血管分割，可更好地利用CT卷中的全局和局部空间特征。它可以进一步扩展到其他临床数据。

最新的语义分段方法采用具有编码器解码器架构的U-Net框架。 U-Net仍然具有挑战性，具有简单的跳过连接方案来模拟全局多尺度上下文：1）由于编码器和解码器级的不兼容功能集的问题，并非每个跳过连接设置都是有效的，甚至一些跳过连接对分割性能产生负面影响; 2）原始U-Net比某些数据集上没有任何跳过连接的U-Net更糟糕。根据我们的调查结果，我们提出了一个名为Uctransnet的新分段框架（在U-Net中的提议CTRANS模块），从引导机制的频道视角。具体地，CTRANS模块是U-NET SKIP连接的替代，其包括与变压器（命名CCT）和子模块通道 - 明智的跨关注进行多尺度信道交叉融合的子模块（命名为CCA）以指导熔融的多尺度通道 - 明智信息，以有效地连接到解码器功能以消除歧义。因此，由CCT和CCA组成的所提出的连接能够替换原始跳过连接以解决精确的自动医学图像分割的语义间隙。实验结果表明，我们的UCTRANSNET产生更精确的分割性能，并通过涉及变压器或U形框架的不同数据集和传统架构的语义分割来实现一致的改进。代码：https：//github.com/mcgregorwwwww/uctransnet。

变压器在自然语言处理中的成功最近引起了计算机视觉领域的关注。由于能够学习长期依赖性，变压器已被用作广泛使用的卷积运算符的替代品。事实证明，这种替代者在许多任务中都取得了成功，其中几种最先进的方法依靠变压器来更好地学习。在计算机视觉中，3D字段还见证了使用变压器来增加3D卷积神经网络和多层感知器网络的增加。尽管许多调查都集中在视力中的变压器上，但由于与2D视觉相比，由于数据表示和处理的差异，3D视觉需要特别注意。在这项工作中，我们介绍了针对不同3D视觉任务的100多种变压器方法的系统和彻底审查，包括分类，细分，检测，完成，姿势估计等。我们在3D Vision中讨论了变形金刚的设计，该设计使其可以使用各种3D表示形式处理数据。对于每个应用程序，我们强调了基于变压器的方法的关键属性和贡献。为了评估这些方法的竞争力，我们将它们的性能与12个3D基准测试的常见非转化方法进行了比较。我们通过讨论3D视觉中变压器的不同开放方向和挑战来结束调查。除了提出的论文外，我们的目标是频繁更新最新的相关论文及其相应的实现：https：//github.com/lahoud/3d-vision-transformers。

前列腺癌是美国男性癌症死亡的第二大原因。前列腺MRI的诊断通常依赖于准确的前列腺区域分割。但是，最新的自动分割方法通常无法产生前列腺区域的含有良好的体积分割，因为某些切片的前列腺MRI（例如碱基和顶点片）比其他切片更难分割。可以通过考虑相邻切片之间的跨片段关系来克服这一困难，但是当前的方法不能完全学习和利用这种关系。在本文中，我们提出了一种新型的跨板夹心注意机制，我们在变压器模块中使用该机制，以系统地学习不同尺度的跨斜纹关系。该模块可以在任何基于Skip Connections的现有基于学习的细分框架中使用。实验表明，我们的跨板块注意力能够捕获前列腺区域分割中的跨板片信息，并提高当前最新方法的性能。我们的方法提高了外围区域的分割精度，从而使所有前列腺切片（Apex，Mid-Gland和Base）的分割结果保持一致。

集成多模式数据以改善医学图像分析，最近受到了极大的关注。但是，由于模态差异，如何使用单个模型来处理来自多种模式的数据仍然是一个开放的问题。在本文中，我们提出了一种新的方案，以实现未配对多模式医学图像的更好的像素级分割。与以前采用模式特异性和模态共享模块的以前方法不同，以适应不同方式的外观差异，同时提取共同的语义信息，我们的方法基于具有精心设计的外部注意模块（EAM）的单个变压器来学习在训练阶段，结构化的语义一致性（即语义类表示及其相关性）。在实践中，可以通过分别在模态级别和图像级别实施一致性正则化来逐步实现上述结构化语义一致性。采用了提出的EAM来学习不同尺度表示的语义一致性，并且一旦模型进行了优化，就可以丢弃。因此，在测试阶段，我们只需要为所有模态预测维护一个变压器，这可以很好地平衡模型的易用性和简单性。为了证明所提出的方法的有效性，我们对两个医学图像分割方案进行了实验：（1）心脏结构分割，（2）腹部多器官分割。广泛的结果表明，所提出的方法的表现优于最新方法，甚至通过极有限的训练样本（例如1或3个注释的CT或MRI图像）以一种特定的方式来实现竞争性能。