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.

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。

数据采集​​和注释中的困难基本上限制了3D医学成像应用的训练数据集的样本尺寸。结果，在没有足够的预训练参数的情况下，构建来自划痕的高性能3D卷积神经网络仍然是一项艰巨的任务。以前关于3D预培训的努力经常依赖于自我监督的方法，它在未标记的数据上使用预测或对比学习来构建不变的3D表示。然而，由于大规模监督信息的不可用，从这些学习框架获得语义不变和歧视性表示仍然存在问题。在本文中，我们重新审视了一种创新但简单的完全监督的3D网络预训练框架，以利用来自大型2D自然图像数据集的语义监督。通过重新设计的3D网络架构，重新设计的自然图像用于解决数据稀缺问题并开发强大的3D表示。四个基准数据集上的综合实验表明，所提出的预先接受的模型可以有效地加速收敛，同时还提高了各种3D医学成像任务，例如分类，分割和检测的准确性。此外，与从头划伤的训练相比，它可以节省高达60％的注释工作。在NIH Deeplesion数据集上，它同样地实现了最先进的检测性能，优于早期的自我监督和完全监督的预训练方法，以及从头训练进行培训的方法。为了促进3D医疗模型的进一步发展，我们的代码和预先接受的模型权重在https://github.com/urmagicsmine/cspr上公开使用。

在深度学习研究中，自学学习（SSL）引起了极大的关注，引起了计算机视觉和遥感社区的兴趣。尽管计算机视觉取得了很大的成功，但SSL在地球观测领域的大部分潜力仍然锁定。在本文中，我们对在遥感的背景下为计算机视觉的SSL概念和最新发展提供了介绍，并回顾了SSL中的概念和最新发展。此外，我们在流行的遥感数据集上提供了现代SSL算法的初步基准，从而验证了SSL在遥感中的潜力，并提供了有关数据增强的扩展研究。最后，我们确定了SSL未来研究的有希望的方向的地球观察（SSL4EO），以铺平了两个领域的富有成效的相互作用。

监督的深度学习模型取决于大量标记的数据。不幸的是，收集和注释包含所需更改的零花态样本是耗时和劳动密集型的。从预训练模型中转移学习可有效减轻遥感（RS）变化检测（CD）中标签不足。我们探索在预训练期间使用语义信息的使用。不同于传统的监督预训练，该预训练从图像到标签，我们将语义监督纳入了自我监督的学习（SSL）框架中。通常，多个感兴趣的对象（例如，建筑物）以未经切割的RS图像分布在各个位置。我们没有通过全局池操纵图像级表示，而是在每个像素嵌入式上引入点级监督以学习空间敏感的特征，从而使下游密集的CD受益。为了实现这一目标，我们通过使用语义掩码在视图之间的重叠区域上通过类平衡的采样获得了多个点。我们学会了一个嵌入式空间，将背景和前景点分开，并将视图之间的空间对齐点齐聚在一起。我们的直觉是导致的语义歧视性表示与无关的变化不变（照明和无关紧要的土地覆盖）可能有助于改变识别。我们在RS社区中免费提供大规模的图像面罩，用于预训练。在三个CD数据集上进行的大量实验验证了我们方法的有效性。我们的表现明显优于Imagenet预训练，内域监督和几种SSL方法。经验结果表明我们的预训练提高了CD模型的概括和数据效率。值得注意的是，我们使用20％的培训数据获得了比基线（随机初始化）使用100％数据获得竞争结果。我们的代码可用。

We present a self-supervised Contrastive Video Representation Learning (CVRL) method to learn spatiotemporal visual representations from unlabeled videos. Our representations are learned using a contrastive loss, where two augmented clips from the same short video are pulled together in the embedding space, while clips from different videos are pushed away. We study what makes for good data augmentations for video self-supervised learning and find that both spatial and temporal information are crucial. We carefully design data augmentations involving spatial and temporal cues. Concretely, we propose a temporally consistent spatial augmentation method to impose strong spatial augmentations on each frame of the video while maintaining the temporal consistency across frames. We also propose a sampling-based temporal augmentation method to avoid overly enforcing invariance on clips that are distant in time. On Kinetics-600, a linear classifier trained on the representations learned by CVRL achieves 70.4% top-1 accuracy with a 3D-ResNet-50 (R3D-50) backbone, outperforming ImageNet supervised pre-training by 15.7% and SimCLR unsupervised pre-training by 18.8% using the same inflated R3D-50. The performance of CVRL can be further improved to 72.9% with a larger R3D-152 (2× filters) backbone, significantly closing the gap between unsupervised and supervised video representation learning. Our code and models will be available at https://github.com/tensorflow/models/tree/master/official/.

高质量注释的医学成像数据集的稀缺性是一个主要问题，它与医学成像分析领域的机器学习应用相撞并阻碍了其进步。自我监督学习是一种最近的培训范式，可以使学习强大的表示无需人类注释，这可以被视为有效的解决方案，以解决带注释的医学数据的稀缺性。本文回顾了自我监督学习方法的最新研究方向，用于图像数据，并将其专注于其在医学成像分析领域的应用。本文涵盖了从计算机视野领域的最新自我监督学习方法，因为它们适用于医学成像分析，并将其归类为预测性，生成性和对比性方法。此外，该文章涵盖了40个在医学成像分析中自学学习领域的最新研究论文，旨在阐明该领域的最新创新。最后，本文以该领域的未来研究指示结束。

自我监督的对比表示学习提供了从未标记的医学数据集中学习有意义的视觉表示的优势，以进行转移学习。但是，将当前的对比度学习方法应用于医疗数据而不考虑其特定区域的解剖学特征可能会导致视觉表示，这些视觉表示在外观和语义上是不一致的。在本文中，我们建议通过解剖学对比度学习（AWCL）改善医学图像的视觉表示，该学习结合了解剖学信息，以以对比度学习方式增强正/阴性对采样。为自动化的胎儿超声成像任务展示了所提出的方法，从而使从解剖学上相似的相同或不同的超声扫描实现了正对，这些扫描在解剖学上相似，可以将其拉在一起，从而改善了表示的学习。我们从经验上研究了与粗粒和细粒度的粒度纳入解剖信息的效果，以进行对比学习，并发现使用细粒度的解剖学信息的学习能够保留阶层内差异比其对应物更有效。我们还分析了解剖比对我们的AWCL框架的影响，发现使用更独特但解剖学上的样品构成阳性对的影响会带来更好的质量表示。大规模胎儿超声数据集的实验表明，我们的方法对学习表征有效，可以很好地转移到三个临床下游任务，并且与受监督的Imagenet和当前的先进对比度学习方法相比，取得了优越的性能。特别是，在跨域分割任务上，AWCL的表现优于Imagenet监督方法，高于13.8％，基于最先进的对比度方法的方法为7.1％。

Computational pathology can lead to saving human lives, but models are annotation hungry and pathology images are notoriously expensive to annotate. Self-supervised learning has shown to be an effective method for utilizing unlabeled data, and its application to pathology could greatly benefit its downstream tasks. Yet, there are no principled studies that compare SSL methods and discuss how to adapt them for pathology. To address this need, we execute the largest-scale study of SSL pre-training on pathology image data, to date. Our study is conducted using 4 representative SSL methods on diverse downstream tasks. We establish that large-scale domain-aligned pre-training in pathology consistently out-performs ImageNet pre-training in standard SSL settings such as linear and fine-tuning evaluations, as well as in low-label regimes. Moreover, we propose a set of domain-specific techniques that we experimentally show leads to a performance boost. Lastly, for the first time, we apply SSL to the challenging task of nuclei instance segmentation and show large and consistent performance improvements under diverse settings.

在过去几年中，无监督的学习取得了很大的进展，特别是通过对比的自我监督学习。用于基准测试自我监督学习的主导数据集已经想象，最近的方法正在接近通过完全监督培训实现的性能。然而，ImageNet DataSet在很大程度上是以对象为中心的，并且目前尚不清楚这些方法的广泛不同的数据集和任务，这些方法是非以对象为中心的，例如数字病理学。虽然自我监督的学习已经开始在这个领域探讨了令人鼓舞的结果，但有理由看起来更接近这个环境与自然图像和想象成的不同。在本文中，我们对组织病理学进行了对比学学习的深入分析，引脚指向对比物镜的表现如何不同，由于组织病理学数据的特征。我们提出了一些考虑因素，例如对比目标和超参数调整的观点。在大量的实验中，我们分析了组织分类的下游性能如何受到这些考虑因素的影响。结果指出了对比学习如何减少数字病理中的注释工作，但需要考虑特定的数据集特征。为了充分利用对比学习目标，需要不同的视野和超参数校准。我们的结果为实现组织病理学应用的自我监督学习的全部潜力铺平了道路。

Deep transfer learning (DTL) has formed a long-term quest toward enabling deep neural networks (DNNs) to reuse historical experiences as efficiently as humans. This ability is named knowledge transferability. A commonly used paradigm for DTL is firstly learning general knowledge (pre-training) and then reusing (fine-tuning) them for a specific target task. There are two consensuses of transferability of pre-trained DNNs: (1) a larger domain gap between pre-training and downstream data brings lower transferability; (2) the transferability gradually decreases from lower layers (near input) to higher layers (near output). However, these consensuses were basically drawn from the experiments based on natural images, which limits their scope of application. This work aims to study and complement them from a broader perspective by proposing a method to measure the transferability of pre-trained DNN parameters. Our experiments on twelve diverse image classification datasets get similar conclusions to the previous consensuses. More importantly, two new findings are presented, i.e., (1) in addition to the domain gap, a larger data amount and huge dataset diversity of downstream target task also prohibit the transferability; (2) although the lower layers learn basic image features, they are usually not the most transferable layers due to their domain sensitivity.

背景：宫颈癌严重影响了女性生殖系统的健康。光学相干断层扫描（OCT）作为宫颈疾病检测的非侵入性，高分辨率成像技术。然而，OCT图像注释是知识密集型和耗时的，这阻碍了基于深度学习的分类模型的培训过程。目的：本研究旨在基于自我监督学习，开发一种计算机辅助诊断（CADX）方法来对体内宫颈OCT图像进行分类。方法：除了由卷积神经网络（CNN）提取的高电平语义特征外，建议的CADX方法利用了通过对比纹理学习来利用未标记的宫颈OCT图像的纹理特征。我们在中国733名患者的多中心临床研究中对OCT图像数据集进行了十倍的交叉验证。结果：在用于检测高风险疾病的二元分类任务中，包括高级鳞状上皮病变和宫颈癌，我们的方法实现了0.9798加号或减去0.0157的面积曲线值，灵敏度为91.17加或对于OCT图像贴片，减去4.99％，特异性为93.96加仑或减去4.72％;此外，它在测试集上的四位医学专家中表现出两种。此外，我们的方法在使用交叉形阈值投票策略的118名中国患者中达到了91.53％的敏感性和97.37％的特异性。结论：所提出的基于对比 - 学习的CADX方法表现优于端到端的CNN模型，并基于纹理特征提供更好的可解释性，其在“见和治疗”的临床协议中具有很大的潜力。

Recent advances in self-supervised learning (SSL) in computer vision are primarily comparative, whose goal is to preserve invariant and discriminative semantics in latent representations by comparing siamese image views. However, the preserved high-level semantics do not contain enough local information, which is vital in medical image analysis (e.g., image-based diagnosis and tumor segmentation). To mitigate the locality problem of comparative SSL, we propose to incorporate the task of pixel restoration for explicitly encoding more pixel-level information into high-level semantics. We also address the preservation of scale information, a powerful tool in aiding image understanding but has not drawn much attention in SSL. The resulting framework can be formulated as a multi-task optimization problem on the feature pyramid. Specifically, we conduct multi-scale pixel restoration and siamese feature comparison in the pyramid. In addition, we propose non-skip U-Net to build the feature pyramid and develop sub-crop to replace multi-crop in 3D medical imaging. The proposed unified SSL framework (PCRLv2) surpasses its self-supervised counterparts on various tasks, including brain tumor segmentation (BraTS 2018), chest pathology identification (ChestX-ray, CheXpert), pulmonary nodule detection (LUNA), and abdominal organ segmentation (LiTS), sometimes outperforming them by large margins with limited annotations.

Jitendra Malik once said, "Supervision is the opium of the AI researcher". Most deep learning techniques heavily rely on extreme amounts of human labels to work effectively. In today's world, the rate of data creation greatly surpasses the rate of data annotation. Full reliance on human annotations is just a temporary means to solve current closed problems in AI. In reality, only a tiny fraction of data is annotated. Annotation Efficient Learning (AEL) is a study of algorithms to train models effectively with fewer annotations. To thrive in AEL environments, we need deep learning techniques that rely less on manual annotations (e.g., image, bounding-box, and per-pixel labels), but learn useful information from unlabeled data. In this thesis, we explore five different techniques for handling AEL.

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％。

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。

这项工作提出了一种新型的自我监督的预训练方法，以学习有效的表示，而没有在组织病理学医学图像上使用放大倍率的因素进行标签。其他最先进的工作主要集中在完全监督的学习方法上，这些学习方法严重依赖人类注释。但是，标记和未标记数据的稀缺性是组织病理学的长期挑战。当前，没有标签的表示学习仍未探索组织病理学领域。提出的方法是放大事先的对比相似性（MPC），可以通过利用放大倍率，电感转移和减少人类先验的宽度乳腺癌数据集中的无标签来进行自我监督的学习。当仅20％的标签用于微调和表现以前的工作中，在完全监督的学习环境中，该方法与恶性分类的最新学习相匹配。它提出了一个假设，并提供了经验证据来支持，从而减少人类优先导致自学​​中有效表示学习。这项工作的实施可在github-https：//github.com/prakashchhipa/magnification-prior-self-supervised-method上在线获得。

丰富的时间信息和视角中的变化使视频数据成为使用无监督的对比度学习（UCL）技术学习图像表示的有吸引力的选择。最先进的（SOTA）对比度学习技术将视频中的帧视为嵌入空间中的阳性，而其他视频的框架则被视为负面因素。我们观察到，与自然场景视频中对象的多种视图不同，超声（US）视频捕获了器官的不同2D片。因此，即使是相同的美国视频的暂时遥远框架之间几乎没有相似之处。在本文中，我们建议相反使用诸如硬底面的框架。我们主张在UCL框架中对硬度敏感的负挖掘课程进行挖掘，并在硬度敏感的负面挖掘课程中挖掘，以学习丰富的图像表示。我们部署框架以从美国视频中学习胆囊（GB）恶性肿瘤的表示。我们还构建了第一个大型US视频数据集，其中包含64个视频和15,800帧，用于学习GB表示。我们表明，经过我们框架训练的标准RESNET50骨干线可以提高使用SOTA UCL技术预测的模型的准确性，并在Imagenet上对ImageNet上的有监督的预处理模型提高了GB恶性检测任务的预期模型，提高了2-6％。我们进一步验证了方法在COVID-19病理的公开肺图像数据集上的普遍性，与SOTA相比，改善了1.5％。源代码，数据集和模型可在https://gbc-iitd.github.io/usucl上找到。

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。

机器学习的最新进展表明，通过自我监督的学习获得的预训练表示形式可以通过小型培训数据实现高精度。与视觉和自然语言处理域不同，基于IMU的应用程序的预培训是具有挑战性的，因为只有少数公开可用的数据集具有足够的规模和多样性来学习可推广的表示。为了克服这个问题，我们提出了IMG2IMU，这是一种新颖的方法，可以适应从大规模图像到不同弹药的IMU感应任务的预训练表示。我们将传感器数据转换为可解释的频谱图，以便模型利用从视觉中获得的知识。此外，我们将对比度学习应用于我们旨在学习用于解释传感器数据的表示形式。我们对五个IMU感应任务的广泛评估表明，IMG2IMU始终优于基准，这说明视力知识可以纳入一些用于IMU感应任务的学习环境中。