对比度学习已在许多应用程序中有限的许多应用中有用。缺乏注释数据在医学图像分割中尤其有问题，因为很难让临床专家手动注释大量数据，例如心脏超声图像中的心脏结构。在本文中，我们认为对比训练是否有助于超声心动图图像中左心室的分割。此外，我们研究了对比预处理对两个众所周知的分割网络UNET和DEEPLABV3的影响。我们的结果表明，对比预处理有助于改善左心室分割的性能，尤其是当带注释的数据稀缺时。我们展示了如何以自我监督的方式训练模型时，与最先进的完全监督算法获得可比的结果，然后仅对5％的数据进行微调。我们表明，我们的解决方案优于当前在大型公共数据集（Echonet-Dynemic）上达到的骰子分数为0.9211的内容。我们还将解决方案在另一个较小的数据集（CAMUS）上的性能进行比较，以证明我们提出的解决方案的普遍性。该代码可在（https://github.com/biomedia-mbzuai/contrastive-echo）上获得。

监督的机器学习为各种计算机视觉问题提供了最新的解决方案。但是，对大量标记的培训数据的需求限制了这些算法在稀缺或昂贵的情况下的这些算法的功能。自我监督的学习提供了一种方法，可以通过对未标记数据的特定域进行预处理模型来降低对手动注释数据的需求。在这种方法中，标记的数据完全需要用于微调下游任务的模型。医疗图像细分是一个标签数据需要专家知识并收集大型标记数据集的领域。因此，自我监督的学习算法有望在该领域进行实质性改进。尽管如此，自我监督的学习算法很少用于预识医学图像分割网络。在本文中，我们详细阐述并分析了对下游医学图像分割的监督和自我监督预审方法的有效性，重点是收敛和数据效率。我们发现，对自然图像和目标域特异性图像进行自我监督的预测会导致最快，最稳定的下游收敛性。在我们对ACDC心脏分割数据集的实验中，与Imagenet预处理的模型相比，这种预处理的方法可实现4-5倍的微调收敛。我们还表明，这种方法需要在域特异性数据上进行少于五个时期的预处理，以在下游收敛时间进行这种改进。最后，我们发现，在低数据方案中，有监督的Imagenet预处理达到了最佳准确性，需要少于100个带注释的样品才能实现接近最小误差。

医学图像分析的申请遭受了医学专家正确注释的大量数据的急性短缺。监督的学习算法需要大量平衡数据才能学习稳健的表示。经常有监督的学习算法需要各种技术来处理不平衡的数据。另一方面，自我监督的学习算法在数据中是强大的，并且能够学习强大的表示。在这项工作中，我们使用梯度积累技术训练3D BYOL自制模型，以处理自我监督算法中通常需要的批处理中的大量样品。据我们所知，这项工作是该领域中第一个此类工作之一。我们比较了通过当代自我监督预训练的预训练方法以及用动力学400预训练的预训练的RESNET3D-18比较通过实验在ACL泪受损伤检测的下游任务中获得的结果。从下游任务实验中，很明显，所提出的框架优于现有基线。

有监督的深度学习算法具有自动化筛查，监视和分级的医学图像的巨大潜力。但是，培训表现模型通常需要大量的标记数据，这在医疗领域几乎无法获得。自我监督的对比框架通过首先从未标记的图像中学习来放松这种依赖性。在这项工作中，我们表明使用两种对比方法进行了预处理，即SIMCLR和BYOL，就与年龄相关的黄斑变性（AMD）的临床评估有关深度学习的实用性。在实验中，使用两个大型临床数据集，其中包含7,912名患者的170,427个光学相干断层扫描（OCT）图像，我们评估了从AMD阶段和类型分类到功能性终点的七个下游任务，从七个下游任务进行预处理，从在标签较少的七个任务中，六个任务中有六个显着增加。但是，标准的对比框架具有两个已知的弱点，这些弱点不利于医疗领域的预处理。用于创建正面对比对的几种图像转换不适用于灰度医学扫描。此外，医学图像通常描绘了相同的解剖区域和疾病的严重程度，从而导致许多误导性负面对。为了解决这些问题，我们开发了一种新颖的元数据增强方法，该方法利用了丰富的固有可用患者信息集。为此，我们采用了患者身份，眼睛位置（即左或右）和时间序列数据的记录，以指示典型的不可知的对比关系。通过利用这种经常被忽视的信息，我们元数据增强的对比预处理可带来进一步的好处，并且在下游七个任务中有五个任务中的五个中的五分之一。

A key requirement for the success of supervised deep learning is a large labeled dataset -a condition that is difficult to meet in medical image analysis. Selfsupervised learning (SSL) can help in this regard by providing a strategy to pre-train a neural network with unlabeled data, followed by fine-tuning for a downstream task with limited annotations. Contrastive learning, a particular variant of SSL, is a powerful technique for learning image-level representations. In this work, we propose strategies for extending the contrastive learning framework for segmentation of volumetric medical images in the semi-supervised setting with limited annotations, by leveraging domain-specific and problem-specific cues. Specifically, we propose (1) novel contrasting strategies that leverage structural similarity across volumetric medical images (domain-specific cue) and (2) a local version of the contrastive loss to learn distinctive representations of local regions that are useful for per-pixel segmentation (problem-specific cue). We carry out an extensive evaluation on three Magnetic Resonance Imaging (MRI) datasets. In the limited annotation setting, the proposed method yields substantial improvements compared to other self-supervision and semi-supervised learning techniques. When combined with a simple data augmentation technique, the proposed method reaches within 8% of benchmark performance using only two labeled MRI volumes for training, corresponding to only 4% (for ACDC) of the training data used to train the benchmark. The code is made public at https://github.com/krishnabits001/domain_specific_cl. 34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

We introduce Bootstrap Your Own Latent (BYOL), a new approach to self-supervised image representation learning. BYOL relies on two neural networks, referred to as online and target networks, that interact and learn from each other. From an augmented view of an image, we train the online network to predict the target network representation of the same image under a different augmented view. At the same time, we update the target network with a slow-moving average of the online network. While state-of-the art methods rely on negative pairs, BYOL achieves a new state of the art without them. BYOL reaches 74.3% top-1 classification accuracy on ImageNet using a linear evaluation with a ResNet-50 architecture and 79.6% with a larger ResNet. We show that BYOL performs on par or better than the current state of the art on both transfer and semi-supervised benchmarks. Our implementation and pretrained models are given on GitHub. 3 * Equal contribution; the order of first authors was randomly selected.

已经证明对比学习有效地对未标记数据的预训练图像模型有效，并且有希望的医学图像分类等任务的结果。在预训练期间使用配对文本和图像（例如放射性报告和图像）甚至进一步改善了结果。尽管如此，大多数现有方法将图像分类为下游任务，并且对于像语义分割或物体检测等本地化任务可能不是最佳的。因此，我们提出了从愿景和文本（Lovt）的局部代表学习，以实现我们最佳知识，这是针对本地化医学成像任务的第一种文本监督的预训练方法。我们的方法将实例级图像报告对比学习与图像区域和报告句子表示的局部对比学习结合起来。我们评估LOVT和常用的预培训方法，这些评估框架是由五个公共数据集的胸部X光上的18个本地化任务组成的新评估框架。虽然没有单一的最佳方法，但是，在18个研究的任务中，Lovt在11个中最佳地表现出优选的选择本地化任务的首选方法。

胸部射线照相是一种相对便宜，广泛的医疗程序，可传达用于进行诊断决策的关键信息。胸部X射线几乎总是用于诊断呼吸系统疾病，如肺炎或最近的Covid-19。在本文中，我们提出了一个自我监督的深神经网络，其在未标记的胸部X射线数据集上掠夺。学习的陈述转移到下游任务 - 呼吸系统疾病的分类。在四个公共数据集获得的结果表明，我们的方法在不需要大量标记的培训数据的情况下产生竞争力。

跨图像建立视觉对应是一项具有挑战性且必不可少的任务。最近，已经提出了大量的自我监督方法，以更好地学习视觉对应的表示。但是，我们发现这些方法通常无法利用语义信息，并且在低级功能的匹配方面过度融合。相反，人类的视觉能够将不同的物体区分为跟踪的借口。受此范式的启发，我们建议学习语义意识的细粒对应关系。首先，我们证明语义对应是通过一组丰富的图像级别自我监督方法隐式获得的。我们进一步设计了一个像素级的自我监督学习目标，该目标专门针对细粒的对应关系。对于下游任务，我们将这两种互补的对应表示形式融合在一起，表明它们是协同增强性能的。我们的方法超过了先前的最先进的自我监督方法，使用卷积网络在各种视觉通信任务上，包括视频对象分割，人姿势跟踪和人类部分跟踪。

从医用试剂染色图像中分割牙齿斑块为诊断和确定随访治疗计划提供了宝贵的信息。但是，准确的牙菌斑分割是一项具有挑战性的任务，需要识别牙齿和牙齿斑块受到语义腔区域的影响（即，在牙齿和牙齿斑块之间的边界区域中存在困惑的边界）以及实例形状的复杂变化，这些变化均未完全解决。现有方法。因此，我们提出了一个语义分解网络（SDNET），该网络介绍了两个单任务分支，以分别解决牙齿和牙齿斑块的分割，并设计了其他约束，以学习每个分支的特定类别特征，从而促进语义分解并改善该类别的特征牙齿分割的性能。具体而言，SDNET以分裂方式学习了两个单独的分割分支和牙齿的牙齿，以解除它们之间的纠缠关系。指定类别的每个分支都倾向于产生准确的分割。为了帮助这两个分支更好地关注特定类别的特征，进一步提出了两个约束模块：1）通过最大化不同类别表示之间的距离来学习判别特征表示，以了解判别特征表示形式，以减少减少负面影响关于特征提取的语义腔区域； 2）结构约束模块（SCM）通过监督边界感知的几何约束提供完整的结构信息，以提供各种形状的牙菌斑。此外，我们构建了一个大规模的开源染色牙菌斑分割数据集（SDPSEG），该数据集为牙齿和牙齿提供高质量的注释。 SDPSEG数据集的实验结果显示SDNET达到了最新的性能。

蒙面图像建模（MIM）在各种视觉任务上取得了令人鼓舞的结果。但是，学到的表示形式的有限可区分性表现出来，使一个更强大的视力学习者还有很多值得一试。为了实现这一目标，我们提出了对比度蒙面的自动编码器（CMAE），这是一种新的自我监督的预训练方法，用于学习更全面和有能力的视觉表示。通过详细统一的对比度学习（CL）和掩盖图像模型（MIM），CMAE利用了它们各自的优势，并以强大的实例可辨别性和局部的可感知来学习表示形式。具体而言，CMAE由两个分支组成，其中在线分支是不对称的编码器编码器，而目标分支是动量更新的编码器。在培训期间，在线编码器从蒙面图像的潜在表示中重建了原始图像，以学习整体特征。馈送完整图像的目标编码器通过其在线学习通过对比度学习增强了功能可区分性。为了使CL与MIM兼容，CMAE引入了两个新组件，即用于生成合理的正视图和特征解码器的像素移位，以补充对比度对的特征。多亏了这些新颖的设计，CMAE可以有效地提高了MIM对应物的表示质量和转移性能。 CMAE在图像分类，语义分割和对象检测的高度竞争基准上实现了最先进的性能。值得注意的是，CMAE-BASE在Imagenet上获得了$ 85.3 \％$ $ TOP-1的准确性和$ 52.5 \％$ MIOU的ADE20K，分别超过了$ 0.7 \％\％$ $和$ 1.8 \％$ $。代码将公开可用。

自我监督的学习（SSL）通过大量未标记的数据的先知，在各种医学成像任务上取得了出色的性能。但是，对于特定的下游任务，仍然缺乏有关如何选择合适的借口任务和实现细节的指令书。在这项工作中，我们首先回顾了医学成像分析领域中自我监督方法的最新应用。然后，我们进行了广泛的实验，以探索SSL中的四个重要问题用于医学成像，包括（1）自我监督预处理对不平衡数据集的影响，（2）网络体系结构，（3）上游任务对下游任务和下游任务和下游任务的适用性（4）SSL和常用政策用于深度学习的堆叠效果，包括数据重新采样和增强。根据实验结果，提出了潜在的指南，以在医学成像中进行自我监督预处理。最后，我们讨论未来的研究方向并提出问题，以了解新的SSL方法和范式时要注意。

3D光学相干断层扫描图像中视网膜流体的准确分割是诊断和个性化眼部疾病的关键。尽管深度学习在这项任务上取得了成功，但受过训练的监督模型通常会因不像标记示例的图像而失败，例如对于使用不同设备获取的图像。我们在此提出了一个新型的半监督学习框架，用于从新未标记的域分割体积图像。我们共同使用受监督和对比度学习，还引入了一种对比配对方案，该方案利用3D中附近切片之间的相似性。此外，我们建议通过渠道聚合作为对比特征图投影的常规空间释放聚合的替代方法。我们评估了从（标记的）源域对（未标记的）目标域的域适应方法，每个方法都包含具有不同采集设备的图像。在目标域中，我们的方法获得了比SIMCLR（最先进的对比框架）高13.8％的骰子系数，并导致结果可与该领域中有监督的训练的上限相当。在源域中，我们的模型还通过成功利用来自许多未标记的图像的信息，将结果提高了5.4％。

Well-annotated medical datasets enable deep neural networks (DNNs) to gain strong power in extracting lesion-related features. Building such large and well-designed medical datasets is costly due to the need for high-level expertise. Model pre-training based on ImageNet is a common practice to gain better generalization when the data amount is limited. However, it suffers from the domain gap between natural and medical images. In this work, we pre-train DNNs on ultrasound (US) domains instead of ImageNet to reduce the domain gap in medical US applications. To learn US image representations based on unlabeled US videos, we propose a novel meta-learning-based contrastive learning method, namely Meta Ultrasound Contrastive Learning (Meta-USCL). To tackle the key challenge of obtaining semantically consistent sample pairs for contrastive learning, we present a positive pair generation module along with an automatic sample weighting module based on meta-learning. Experimental results on multiple computer-aided diagnosis (CAD) problems, including pneumonia detection, breast cancer classification, and breast tumor segmentation, show that the proposed self-supervised method reaches state-of-the-art (SOTA). The codes are available at https://github.com/Schuture/Meta-USCL.

图像回归任务，如骨矿物密度（BMD）估计和左心室喷射分数（LVEF）预测，在计算机辅助疾病评估中起重要作用。大多数深度回归方法用单一的回归损耗函数训练神经网络，如MSE或L1损耗。在本文中，我们提出了一种用于深度图像回归的第一个对比学习框架，即adacon，其包括通过新颖的自适应边缘对比损耗和回归预测分支的特征学习分支组成。我们的方法包含标签距离关系作为学习特征表示的一部分，这允许在下游回归任务中进行更好的性能。此外，它可以用作即插即用模块，以提高现有回归方法的性能。我们展示了adacon对来自X射线图像的骨矿物密度估计和来自超声心动图象的X射线图像和左心室喷射分数预测的骨矿物密度估计的有效性。 Adacon分别导致MAE在最先进的BMD估计和LVEF预测方法中相对提高3.3％和5.9％。

我们提出了一种适用于半全球任务的自学学习（SSL）方法，例如对象检测和语义分割。我们通过在训练过程中最大程度地减少像素级局部对比度（LC）损失，代表了同一图像转换版本的相应图像位置之间的局部一致性。可以将LC-LOSS添加到以最小开销的现有自我监督学习方法中。我们使用可可，Pascal VOC和CityScapes数据集评估了两个下游任务的SSL方法 - 对象检测和语义细分。我们的方法的表现优于现有的最新SSL方法可可对象检测的方法1.9％，Pascal VOC检测1.4％，而CityScapes Sementation则为0.6％。

We introduce Bootstrap Your Own Latent (BYOL), a new approach to selfsupervised image representation learning. BYOL relies on two neural networks, referred to as online and target networks, that interact and learn from each other. From an augmented view of an image, we train the online network to predict the target network representation of the same image under a different augmented view. At the same time, we update the target network with a slow-moving average of the online network. While state-of-the art methods rely on negative pairs, BYOL achieves a new state of the art without them. BYOL reaches 74.3% top-1 classification accuracy on ImageNet using a linear evaluation with a ResNet-50 architecture and 79.6% with a larger ResNet. We show that BYOL performs on par or better than the current state of the art on both transfer and semi-supervised benchmarks. Our implementation and pretrained models are given on GitHub. 3 * Equal contribution; the order of first authors was randomly selected. 3

最近，蒙面图像建模（MIM）由于其能力从大量未标记的数据中学习而引起了人们的关注，并且已被证明对涉及自然图像的各种视觉任务有效。同时，由于未标记的图像的数量高，预计3D医学图像中的自我监督学习的潜力预计将是巨大的，以及质量标签的费用和困难。但是，MIM对医学图像的适用性仍然不确定。在本文中，我们证明了掩盖的图像建模方法还可以推进3D医学图像分析，除了自然图像。我们研究掩盖图像建模策略如何从3D医学图像分割的角度利用性能作为代表性的下游任务：i）与天真的对比度学习相比，蒙版的图像建模方法可以加快监督培训的收敛性，甚至更快（1.40美元$ \ times $ \ times $ $ $ ）并最终产生更高的骰子分数； ii）预测具有较高掩盖比和相对较小的贴片大小的原始体素值是用于医学图像建模的非平凡的自我监督借口任务； iii）重建的轻质解码器或投影头设计对于3D医学图像上的掩盖图像建模非常有力，该图像加快了训练并降低成本； iv）最后，我们还研究了在不同的实际情况下使用不同图像分辨率和标记的数据比率的MIM方法的有效性。

监管基于深度学习的方法，产生医学图像分割的准确结果。但是，它们需要大量标记的数据集，并获得它们是一种艰苦的任务，需要临床专业知识。基于半/自我监督的学习方法通​​过利用未标记的数据以及有限的注释数据来解决此限制。最近的自我监督学习方法使用对比损失来从未标记的图像中学习良好的全球层面表示，并在像想象网那样的流行自然图像数据集上实现高性能。在诸如分段的像素级预测任务中，对于学习良好的本地级别表示以及全局表示来说至关重要，以实现更好的准确性。然而，现有的局部对比损失的方法的影响仍然是学习良好本地表现的限制，因为类似于随机增强和空间接近定义了类似和不同的局部区域;由于半/自我监督设置缺乏大规模专家注释，而不是基于当地地区的语义标签。在本文中，我们提出了局部对比损失，以便通过利用从未标记的图像的未标记图像的伪标签获得的语义标签信息来学习用于分割的良好像素级别特征。特别地，我们定义了建议的损失，以鼓励具有相同伪标签/标签的像素的类似表示，同时与数据集中的不同伪标签/标签的像素的表示。我们通过联合优化标记和未标记的集合和仅限于标记集的分割损失，通过联合优化拟议的对比损失来进行基于伪标签的自培训和培训网络。我们在三个公共心脏和前列腺数据集上进行了评估，并获得高分割性能。

自我监督学习（SSL）的承诺是利用大量未标记的数据来解决复杂的任务。尽管简单，图像级学习取得了出色的进步，但最新方法显示出包括图像结构知识的优势。但是，通过引入手工制作的图像分割来定义感兴趣的区域或专门的增强策略，这些方法牺牲了使SSL如此强大的简单性和通用性。取而代之的是，我们提出了一个自我监督的学习范式，该学习范式本身会发现这种图像结构。我们的方法，ODIN，夫妻对象发现和表示网络，以发现有意义的图像分割，而无需任何监督。由此产生的学习范式更简单，更易碎，更一般，并且取得了最先进的转移学习结果，以进行对象检测和实例对可可的细分，以及对Pascal和CityScapes的语义细分，同时超过监督的预先培训，用于戴维斯的视频细分。