心室心动过速（VT）可能是全世界425万人心脏死亡的原因之一。治疗方法是导管消融，以使异常触发区域失活。为了促进和加快消融过程中的定位，我们提出了基于卷积神经网络（CNN）的两种新型定位技术。与现有方法相反，例如使用ECG成像，我们的方法被设计为独立于患者特异性的几何形状，直接适用于表面ECG信号，同时还提供了二元透射位置。一种方法输出排名的替代解决方案。可以在通用或患者的几何形状上可视化结果。对CNN进行了仅包含模拟数据的数据集培训，并在模拟和临床测试数据上进行了评估。在模拟数据上，中值测试误差低于3mm。临床数据上的中位定位误差低至32mm。在所有临床病例中，多达82％的透壁位置被正确检测到。使用排名的替代溶液，在临床数据上，前3个中值误差下降到20mm。这些结果证明了原理证明使用CNN来定位激活源，而无需固有的患者特定的几何信息。此外，提供多种解决方案可以帮助医生在多个可能的位置中找到实际激活源。通过进一步的优化，这些方法具有加快临床干预措施的高潜力。因此，他们可以降低程序风险并改善VT患者的结局。

Mechanistic cardiac electrophysiology models allow for personalized simulations of the electrical activity in the heart and the ensuing electrocardiogram (ECG) on the body surface. As such, synthetic signals possess known ground truth labels of the underlying disease and can be employed for validation of machine learning ECG analysis tools in addition to clinical signals. Recently, synthetic ECGs were used to enrich sparse clinical data or even replace them completely during training leading to improved performance on real-world clinical test data. We thus generated a novel synthetic database comprising a total of 16,900 12 lead ECGs based on electrophysiological simulations equally distributed into healthy control and 7 pathology classes. The pathological case of myocardial infraction had 6 sub-classes. A comparison of extracted features between the virtual cohort and a publicly available clinical ECG database demonstrated that the synthetic signals represent clinical ECGs for healthy and pathological subpopulations with high fidelity. The ECG database is split into training, validation, and test folds for development and objective assessment of novel machine learning algorithms.

我们提出了Fibernet，一种估计\ emph {in-Vivo}的方法，从电动激活的多个导管记录中，人心房的心脏纤维结构。心脏纤维在心脏的电力功能中起着核心作用，但是它们很难确定体内，因此在现有心脏模型中很少有特定于患者的特定于患者。 Fibernet通过解决物理知识的神经网络的逆问题来学习纤维布置。逆问题等于从一组稀疏激活图中识别心脏传播模型的传导速度张量。多个地图的使用可以同时识别传导速度张量（包括局部纤维角）的所有组件。我们对合成2-D和3-D示例，扩散张量纤维和患者特异性病例进行广泛测试。我们表明，在存在噪声的情况下，也足以准确捕获纤维。随着地图的较少，正则化的作用变得突出。此外，我们表明拟合的模型可以稳健地重现看不见的激活图。我们设想，纤维网将帮助创建特定于患者的个性化医学模型。完整代码可在http://github.com/fsahli/fibernet上找到。

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。

Atrial Fibrillation (AF) is characterized by disorganised electrical activity in the atria and is known to be sustained by the presence of regions of fibrosis (scars) or functional cellular remodeling, both of which may lead to areas of slow conduction. Estimating the effective conductivity of the myocardium and identifying regions of abnormal propagation is therefore crucial for the effective treatment of AF. We hypothesise that the spatial distribution of tissue conductivity can be directly inferred from an array of concurrently acquired contact electrograms (EGMs). We generate a dataset of simulated cardiac AP propagation using randomised scar distributions and a phenomenological cardiac model and calculate contact electrograms at various positions on the field. A deep neural network, based on a modified U-net architecture, is trained to estimate the location of the scar and quantify conductivity of the tissue with a Jaccard index of $91$%. We adapt a wavelet-based surrogate testing analysis to confirm that the inferred conductivity distribution is an accurate representation of the ground truth input to the model. We find that the root mean square error (RMSE) between the ground truth and our predictions is significantly smaller ($p_{val}=0.007$) than the RMSE between the ground truth and surrogate samples.

语义图像分割是手术中的背景知识和自治机器人的重要前提。本领域的状态专注于在微创手术期间获得的传统RGB视频数据，但基于光谱成像数据的全景语义分割并在开放手术期间获得几乎没有注意到日期。为了解决文献中的这种差距，我们正在研究基于在开放手术环境中获得的猪的高光谱成像（HSI）数据的以下研究问题：（1）基于神经网络的HSI数据的充分表示是完全自动化的器官分割，尤其是关于数据的空间粒度（像素与Superpixels与Patches与完整图像）的空间粒度？ （2）在执行语义器官分割时，是否有利用HSI数据使用HSI数据，即RGB数据和处理的HSI数据（例如氧合等组织参数）？根据基于20猪的506个HSI图像的全面验证研究，共注释了19个类，基于深度的学习的分割性能 - 贯穿模态 - 与输入数据的空间上下文一致。未处理的HSI数据提供优于RGB数据或来自摄像机提供商的处理数据，其中优势随着输入到神经网络的输入的尺寸而增加。最大性能（应用于整个图像的HSI）产生了0.89（标准偏差（SD）0.04）的平均骰子相似度系数（DSC），其在帧间间变异性（DSC为0.89（SD 0.07）的范围内。我们得出结论，HSI可以成为全自动手术场景理解的强大的图像模型，其具有传统成像的许多优点，包括恢复额外功能组织信息的能力。

Computational fluid dynamics (CFD) is a valuable asset for patient-specific cardiovascular-disease diagnosis and prognosis, but its high computational demands hamper its adoption in practice. Machine-learning methods that estimate blood flow in individual patients could accelerate or replace CFD simulation to overcome these limitations. In this work, we consider the estimation of vector-valued quantities on the wall of three-dimensional geometric artery models. We employ group-equivariant graph convolution in an end-to-end SE(3)-equivariant neural network that operates directly on triangular surface meshes and makes efficient use of training data. We run experiments on a large dataset of synthetic coronary arteries and find that our method estimates directional wall shear stress (WSS) with an approximation error of 7.6% and normalised mean absolute error (NMAE) of 0.4% while up to two orders of magnitude faster than CFD. Furthermore, we show that our method is powerful enough to accurately predict transient, vector-valued WSS over the cardiac cycle while conditioned on a range of different inflow boundary conditions. These results demonstrate the potential of our proposed method as a plugin replacement for CFD in the personalised prediction of hemodynamic vector and scalar fields.

患者特异性的心脏计算模型对于使用数字双胞胎的精密医学和silico临床试验的有效实现至关重要。心脏数字双胞胎可以为个别患者提供心脏功能的非侵入性特征，因此对于患者特定的诊断和治疗分层有希望。然而，目前的解剖学和功能性孪生阶段的工作流，指的是模型解剖结构和临床数据的参数的推断，并不足够有效，稳健且准确。在这项工作中，我们提出了一个基于深度学习的特定于患者的计算模型，该模型可以融合解剖学和电生理信息，以推理心室激活特性，即传导速度和根节点。激活特性可以提供对心脏电生理功能的定量评估，以指导介入。我们采用Eikonal模型来生成具有地面真实特性的模拟心电图（ECG），以训练推理模型，在此还考虑了特定的患者信息。为了进行评估，我们在模拟数据上测试模型，并以快速的计算时间获得通常有希望的结果。

心房颤动的计算模型已成功地用于预测最佳消融部位。评估消融模式的效果的关键步骤是从不同，潜在的随机的位置加速模型以确定是否可以在ATRIA中诱导心律失常。在这项工作中，我们建议使用黎曼歧管的多保真高斯过程分类，以有效地确定心律失常是诱导性诱导的区域内的区域。我们构建一个直接在心房表面上运行的概率分类器。我们利用较低的分辨率模型来探索心房表面，并与高分辨率模型无缝结合，以识别诱导区域。当用40个样本培训时，我们的多保真性分级器显示了比使用作为基线心房颤动模型的最近邻分类器的均衡精度，并且在心房颤动的情况下具有9％。我们希望这种新技术将允许更快，更精确地对心房颤动的计算模型临床应用。

动态MRI可以捕获具有高对比度的软组织器官中的时间解剖变化，但是获得的序列通常遭受有限的体积覆盖，这使得器官形状轨迹的高分辨率重建在时间研究中的主要挑战。由于腹部器官形状的变异性跨越时间和受试者，本研究的目的是朝向3D致密速度测量来完全覆盖整个表面并提取有意义的特征，其特征在于观察到的器官变形并实现临床作用或决定。我们在深呼吸运动期间提出了一种用于表征膀胱表面动力学的管道。对于紧凑的形状表示，首先使用重建的时间体积来使用LDDMM框架建立专用的动态4D网状序列。然后，我们从诸如网格伸长和失真的机械参数执行器官动力学的统计表征。由于我们将器官引用作为非平面，因此我们还使用平均曲率变化为度量来量化表面演变。然而，曲率的数值计算强烈地取决于表面参数化。为了应对这一依赖性，我们采用了一种用于表面变形分析的新方法。独立于参数化并最小化测地曲线的长度，通过最小化Dirichlet能量，它使表面曲线平滑地朝向球体。 eulerian PDE方法用于从曲线缩短流中导出形状描述符。使用Laplace Beltrami操作员特征函数来计算各个运动模式之间的接口，用于球形映射。用于提取用于局部控制的模拟形状轨迹的表征相关曲线的应用演示了所提出的形状描述符的稳定性。

胎儿超声（US）中胎盘的自动分割由于（i）（i）胎盘外观的高度多样性而具有挑战性我们禁止在妊娠晚期进行整个胎盘评估的观点。在这项工作中，我们通过多任务学习方法解决了这三个挑战，该方法结合了单个卷积神经网络中胎盘位置（例如，前，后部）和语义胎盘分段的分类。通过分类任务，模型可以从更大，更多样化的数据集中学习，同时在有限的训练集条件下提高分割任务的准确性。通过这种方法，我们研究了多个评估者的注释的变异性，并表明我们的自动分割（前胎盘的骰子为0.86，后胎盘的骰子为0.83），与观察者内和观察者间的变异性相比，我们的自动段性能达到了人级的性能。最后，我们的方法可以使用由三个阶段组成的多视图US采集管道提供整个胎盘分割：多探针图像采集，图像融合和图像分段。这会导致对较大结构（例如胎盘中的胎盘）的高质量分割，其图像伪像降低，这超出了单个探针的视野。

心脏电生理学领域试图摘要，描述并最终模拟心跳的电气特性。随着近期心脏电生理学的进展，模型与以往更强大和描述。然而，为了前进到逆电生理学建模领域，即从诸如ECG的电测量中创建模型，较少调查的模拟ECGS的平滑度W.R.T.需要进一步探索模型参数。本文在整个管道方面讨论了描述了描述生理参数的方式，我们到达模拟的心电图。采用这种管道，我们创建了一种简化理想化的左心室模型的测试台，并通过平滑成本函数来证明高效逆建模的最重要因素。这些知识对于在未来的优化和机器学习方法中设计和创建逆模型非常重要。

心脏周围环境的脂肪沉积与诸如动脉粥样硬化，颈动脉僵硬，冠状动脉钙化，心房颤动等许多健康风险因素相关。这些存款与肥胖有所不相关，这加强了其直接分割以进一步定量。然而，由于所需的人类工作量和医生和技术人员的后续高成本，这些脂肪的手动分割尚未在临床实践中被广泛部署。在这项工作中，我们提出了一种统一的方法，用于自主分割和两种类型的心脏脂肪量化。分段脂肪被称为心外膜和纵隔，并通过心包彼此分开。很多努力都致力于实现最小的用户干预。所提出的方法主要包括注册和分类算法以执行所需的分割。我们比较了多种分类算法对此任务的性能，包括神经网络，概率模型和决策树算法。所提出的方法的实验结果表明，心外膜和纵隔脂肪的平均准确性为98.5％（如果特征正常化，则为99.5％），其平均阳性率为98.0％。平均而言，骰子相似度指数等于97.6％。

我们提出了一种基于体积的基于网格的算法，用于参数化胎盘到扁平模板，以实现局部解剖结构和功能的有效可视化。 MRI显示潜在作为研究工具，因为它提供与胎盘功能直接相关的信号。然而，由于胎盘体内形状的弯曲和高度变化，解释和可视化这些图像是困难的。我们通过绘制胎盘来解决解释挑战，以便它类似于熟悉的离体形状。我们将参数化作为优化问题，用于将体积网格表示的胎盘形状映射到扁平模板。我们采用对称的Dirichlet Energy来控制整个体积的局部变形。在梯度下降优化期间，映射中的局部注射是由约束的线路搜索强制执行的。我们使用从大胆的MRI图像中提取的111个胎盘形状的研究研究验证了我们的方法。我们的映射在匹配模板时实现了子体素准确性，同时保持整个音量的低失真。我们展示了胎盘的扁平化程度如何改善解剖学和功能的可视化。我们的代码在https://github.com/mabulnaga/plentaa-flatteny自由提供。

视觉的触觉传感器由于经济实惠的高分辨率摄像机和成功的计算机视觉技术而被出现为机器人触摸的有希望的方法。但是，它们的物理设计和他们提供的信息尚不符合真实应用的要求。我们提供了一种名为Insight的强大，柔软，低成本，视觉拇指大小的3D触觉传感器：它不断在其整个圆锥形感测表面上提供定向力分布图。围绕内部单眼相机构造，传感器仅在刚性框架上仅成型一层弹性体，以保证灵敏度，鲁棒性和软接触。此外，Insight是第一个使用准直器将光度立体声和结构光混合的系统来检测其易于更换柔性外壳的3D变形。通过将图像映射到3D接触力的空间分布（正常和剪切）的深神经网络推断力信息。洞察力在0.4毫米的总空间分辨率，力量幅度精度约为0.03 n，并且对于具有不同接触面积的多个不同触点，在0.03-2 n的范围内的5度大约5度的力方向精度。呈现的硬件和软件设计概念可以转移到各种机器人部件。

基于治疗期间的单投影图像的器官形状重建具有广泛的临床范围，例如在图像引导放射治疗和手术指导中。我们提出了一种图形卷积网络，该网络实现了用于单视点2D投影图像的3D器官网格的可变形登记。该框架使得能够同时训练两种类型的变换：从2D投影图像到位移图，以及从采样的每周顶点特征到满足网格结构的几何约束的3D位移。假设申请放射治疗，验证了2D / 3D可变形的登记性能，用于尚未瞄准迄今为止，即肝脏，胃，十二指肠和肾脏以及胰腺癌的多个腹部器官。实验结果表明，考虑多个器官之间的关系的形状预测可用于预测临床上可接受的准确性的数字重建射线照片的呼吸运动和变形。

本文介绍了频率卷积神经网络（CNN），用于快速，无创的​​2D剪切波速度（VS）成像的近表面地质材料。在频速度域中运行，可以在用于生成CNN输入的线性阵列，主动源实验测试配置中具有显着的灵活性，这些配置是归一化的分散图像。与波场图像不同，标准化的分散图像对实验测试配置相对不敏感，可容纳各种源类型，源偏移，接收器数量和接收器间距。我们通过将其应用于经典的近乎表面地球物理学问题，即成像两层，起伏的土壤 - 旁质界面的界面来证明频率CNN的有效性。最近，通过开发一个时间距离CNN来研究这个问题，该问题表现出了很大的希望，但在使用不同的现场测试配置方面缺乏灵活性。本文中，新的频道CNN显示出与时距CNN的可比精度，同时提供了更大的灵活性来处理各种现场应用程序。使用100,000个合成近表面模型对频率速度CNN进行了训练，验证和测试。首先，使用训练集的合成近表面模型测试了提议的频率CNN跨各种采集配置概括跨各种采集配置的能力，然后应用于在Austin的Hornsby Bend在Austin的Hornsby Bend收集的实验场数据美国德克萨斯州，美国。当针对更广泛的地质条件范围充分开发时，提出的CNN最终可以用作当前伪2D表面波成像技术的快速，端到端替代方案，或开发用于完整波形倒置的启动模型。

The International Workshop on Reading Music Systems (WoRMS) is a workshop that tries to connect researchers who develop systems for reading music, such as in the field of Optical Music Recognition, with other researchers and practitioners that could benefit from such systems, like librarians or musicologists. The relevant topics of interest for the workshop include, but are not limited to: Music reading systems; Optical music recognition; Datasets and performance evaluation; Image processing on music scores; Writer identification; Authoring, editing, storing and presentation systems for music scores; Multi-modal systems; Novel input-methods for music to produce written music; Web-based Music Information Retrieval services; Applications and projects; Use-cases related to written music. These are the proceedings of the 3rd International Workshop on Reading Music Systems, held in Alicante on the 23rd of July 2021.

本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。