预训练对于深度学习模型的表现至关重要，尤其是在有限的培训数据的医学图像分析任务中。但是，现有的预训练方法是不灵活的，因为其他网络体系结构不能重复使用一个模型的预训练权重。在本文中，我们提出了一个体系结构 - 无限量化器，它可以在一次预先训练后才良好地初始化任何给定的网络体系结构。所提出的初始器是一个超网络，将下游体系结构作为输入图，并输出相应体系结构的初始化参数。我们通过多种医学成像方式，尤其是在数据限制的领域中，通过广泛的实验结果来展示高档化器的有效性和效率。此外，我们证明，可以将所提出的算法重复使用，作为同一模态的任何下游体系结构和任务（分类和分割）的有利的插件初始化器。

自我监督的学习（SSL）为更好的利用未标记的数据开辟了巨大的机会。对于缺乏注释，通常已知的医学图像分析至关重要。然而，当我们尝试在SSL中使用尽可能多的未标记的医学图像时，打破维度屏障（即，使得可以共同使用2D和3D图像）成为必须的。在本文中，我们提出了一个基于学生教师范式的普遍的自我监督变压器（USST）框架，旨在利用大量未标记的医疗数据，以多种维度来学习丰富的代表。为此，我们将金字塔变压器U-NET（PTU）设计为骨干，由可切换贴片嵌入（SPE）层和变压器层组成。 SPE层根据输入维度切换到2D或3D贴片嵌入。之后，无论其原始尺寸如何，图像都被转换为序列。然后，变压器层以序列到序列方式模拟长期依赖性，从而使您能够学习来自2D和3D图像的表示。与当前维度特定的SSL相比，USST有两个明显的优点：（1）\ TextBF {更有效} - 可以从越来越多的数据中学习表示; （2）\ textBF {更多功能} - 可以传输到各种下游任务。结果表明，USST在六个2D / 3D医学图像分类和分割任务中提供了有希望的结果，表现出大量监督的想象式预训练和高级SSL对应。

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。

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.

为医学图像评估构建准确和强大的人工智能系统，不仅需要高级深度学习模型的研究和设计，还需要创建大型和策划的注释训练示例。然而，构造这种数据集通常非常昂贵 - 由于注释任务的复杂性和解释医学图像所需的高度专业知识（例如，专家放射科医师）。为了对此限制来说，我们提出了一种基于对比学习和在线特征聚类的丰富图像特征自我监督学习方法。为此目的，我们利用各种方式的大超过100,000,000个医学图像的大型训练数据集，包括放射线照相，计算机断层扫描（CT），磁共振（MR）成像和超声检查。我们建议使用这些功能来指导在各种下游任务的监督和混合自我监督/监督制度的模型培训。我们突出了这种策略对射线照相，CT和MR：1的挑战性图像评估问题的许多优点，与最先进的（例如，检测3-7％的AUC升压为3-7％胸部射线照相扫描的异常和脑CT的出血检测）; 2）与使用无预先训练（例如，83％，在培训MR扫描MR扫描中的脑转移的模型时，在训练期间训练期间的模型收敛在训练期间的培训期高达85％。 3）对各种图像增强的鲁棒性增加，例如在场中看到的数据变化的强度变化，旋转或缩放反射。

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.

Collecting large-scale medical datasets with fully annotated samples for training of deep networks is prohibitively expensive, especially for 3D volume data. Recent breakthroughs in self-supervised learning (SSL) offer the ability to overcome the lack of labeled training samples by learning feature representations from unlabeled data. However, most current SSL techniques in the medical field have been designed for either 2D images or 3D volumes. In practice, this restricts the capability to fully leverage unlabeled data from numerous sources, which may include both 2D and 3D data. Additionally, the use of these pre-trained networks is constrained to downstream tasks with compatible data dimensions. In this paper, we propose a novel framework for unsupervised joint learning on 2D and 3D data modalities. Given a set of 2D images or 2D slices extracted from 3D volumes, we construct an SSL task based on a 2D contrastive clustering problem for distinct classes. The 3D volumes are exploited by computing vectored embedding at each slice and then assembling a holistic feature through deformable self-attention mechanisms in Transformer, allowing incorporating long-range dependencies between slices inside 3D volumes. These holistic features are further utilized to define a novel 3D clustering agreement-based SSL task and masking embedding prediction inspired by pre-trained language models. Experiments on downstream tasks, such as 3D brain segmentation, lung nodule detection, 3D heart structures segmentation, and abnormal chest X-ray detection, demonstrate the effectiveness of our joint 2D and 3D SSL approach. We improve plain 2D Deep-ClusterV2 and SwAV by a significant margin and also surpass various modern 2D and 3D SSL approaches.

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。

大脑网络将大脑区域之间的复杂连接性描述为图形结构，这为研究脑连接素提供了强大的手段。近年来，图形神经网络已成为使用结构化数据的普遍学习范式。但是，由于数据获取的成本相对较高，大多数大脑网络数据集的样本量受到限制，这阻碍了足够的培训中的深度学习模型。受元学习的启发，该论文以有限的培训示例快速学习新概念，研究了在跨数据库中分析脑连接组的数据有效培训策略。具体而言，我们建议在大型样本大小的数据集上进行元训练模型，并将知识转移到小数据集中。此外，我们还探索了两种面向脑网络的设计，包括Atlas转换和自适应任务重新启动。与其他训练前策略相比，我们的基于元学习的方法实现了更高和稳定的性能，这证明了我们提出的解决方案的有效性。该框架还能够以数据驱动的方式获得有关数据集和疾病之间相似之处的新见解。

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.

转移学习已成为减轻医疗分类任务中缺乏标记数据的标准做法。虽然FineEning使用受监督的想象佩尔预押的下游任务预磨损的功能是简单的，并且在许多作品中进行了广泛的调查，但对自我监督预测的有用性很少有研究。在本文中，我们评估了通过从三种自我监督技术（SIMCLR，SWAV和DINO）对所选医疗分类任务的三种自我监控技术（SIMCLRR，SWAV和DINO）初始化的模型的性能来评估想象成自我监督的可转换性。所选择的任务涵盖Sentinel腋窝淋巴结图像中的肿瘤检测，眼底图像中的糖尿病视网膜病变分类以及胸部X射线图像中的多种病理条件分类。我们展示了自我监督的佩戴模型产生比其监督对应物更丰富的嵌入式，这鉴于线性评估和FineTuning均有益处下游任务。例如，考虑到在织物上的数据的线性评估，我们在糖尿病视网膜病变分类任务中看到高达14.79％的提高，肿瘤分类任务中的5.4％，肺炎中的7.03％AUC检测和9.4％的AUC在胸部X射线的病理条件下检测。此外，我们将动态视觉元嵌入（DVME）引入端到端的转移学习方法，融合来自多种型号的佩尔净化的嵌入物。我们表明，与使用单个掠过的模型方法相比，DVME获得的集体表示导致所选任务的性能的显着改进，并且可以推广到预磨料模型的任何组合。

Increasing model, data and compute budget scale in the pre-training has been shown to strongly improve model generalization and transfer learning in vast line of work done in language modeling and natural image recognition. However, most studies on the positive effect of larger scale were done in scope of in-domain setting, with source and target data being in close proximity. To study effect of larger scale for both in-domain and out-of-domain setting when performing full and few-shot transfer, we combine here for the first time large, openly available medical X-Ray chest imaging datasets to reach a scale for medical imaging domain comparable to ImageNet-1k, routinely used for pre-training in natural image domain. We then conduct supervised pre-training, while varying network size and source data scale and domain, being either large natural (ImageNet-1k/21k) or large medical chest X-Ray datasets, and transfer pre-trained models to different natural or medical targets. We observe strong improvement due to larger pre-training scale for intra-domain natural-natural and medical-medical transfer. For inter-domain natural-medical transfer, we find improvements due to larger pre-training scale on larger X-Ray targets in full shot regime, while for smaller targets and for few-shot regime the improvement is not visible. Remarkably, large networks pre-trained on very large natural ImageNet-21k are as good or better than networks pre-trained on largest available medical X-Ray data when performing transfer to large X-Ray targets. We conclude that substantially increasing model and generic, medical domain-agnostic natural image source data scale in the pre-training can enable high quality out-of-domain transfer to medical domain specific targets, removing dependency on large medical domain-specific source data often not available in the practice.

目前，在有监督的学习下，由大规模自然界数据集预测的模型，然后在一些特定的任务标签数据上进行微调，这是主导知识转移学习的范式。它已达到遥感域（RSD）中任务感知模型培训的共识解决方案的状态。不幸的是，由于不同类别的成像数据和数据注释的严峻挑战，因此没有足够大且均匀的遥感数据集来支持RSD中的大规模预处理。此外，通过监督学习，然后直接对不同的下游任务进行微调，在大规模自然场景数据集上进行了预处理的模型似乎是一种粗略的方法，这很容易受到不可避免的标记噪声，严重的域间隙和任务意识到的差异的影响。因此，在本文中，考虑了一个简洁有效的知识转移学习策略，称为连续预审计（CSPT），考虑了不停止在自然语言处理中预处理的想法（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT）（CSPT），那么在本文中。 NLP），可以逐渐弥合域间隙并将知识从自然场景域转移到RSD。拟议的CSPT还可以发布未标记数据的巨大潜力，以进行任务感知模型培训。最后，在RSD的十二个数据集上进行了广泛的实验，涉及三种类型的下游任务（例如，场景分类，对象检测和土地覆盖分类）和两种类型的成像数据（例如，光学和SAR）。结果表明，通过利用拟议的CSPT进行任务感知模型培训，RSD中的几乎所有下游任务都可以胜过先前的监督预处理的方法，然后再进行预先调整，甚至超过了最先进的方法（SOTA）（SOTA）（SOTA）性能没有任何昂贵的标签消费和仔细的模型设计。

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。

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。

深度学习已被广​​泛用于医学图像分割，并且录制了录制了该领域深度学习的成功的大量论文。在本文中，我们使用深层学习技术对医学图像分割的全面主题调查。本文进行了两个原创贡献。首先，与传统调查相比，直接将深度学习的文献分成医学图像分割的文学，并为每组详细介绍了文献，我们根据从粗略到精细的多级结构分类目前流行的文献。其次，本文侧重于监督和弱监督的学习方法，而不包括无监督的方法，因为它们在许多旧调查中引入而且他们目前不受欢迎。对于监督学习方法，我们分析了三个方面的文献：骨干网络的选择，网络块的设计，以及损耗功能的改进。对于虚弱的学习方法，我们根据数据增强，转移学习和交互式分割进行调查文献。与现有调查相比，本调查将文献分类为比例不同，更方便读者了解相关理由，并将引导他们基于深度学习方法思考医学图像分割的适当改进。

预训练在机器学习的不同领域表现出成功，例如计算机视觉，自然语言处理（NLP）和医学成像。但是，尚未完全探索用于临床数据分析。记录了大量的临床记录，但是对于在小型医院收集的数据或处理罕见疾病的数据仍可能稀缺数据和标签。在这种情况下，对较大的未标记临床数据进行预训练可以提高性能。在本文中，我们提出了专为异质的多模式临床数据设计的新型无监督的预训练技术，用于通过蒙版语言建模（MLM）启发的患者预测，通过利用对人群图的深度学习来启发。为此，我们进一步提出了一个基于图形转换器的网络，该网络旨在处理异质临床数据。通过将基于掩盖的预训练与基于变压器的网络相结合，我们将基于掩盖的其他域中训练的成功转化为异质临床数据。我们使用三个医学数据集Tadpole，Mimic-III和一个败血症预测数据集，在自我监督和转移学习设置中展示了我们的预训练方法的好处。我们发现，我们提出的培训方法有助于对患者和人群水平的数据进行建模，并提高所有数据集中不同微调任务的性能。

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。

Recently, the self-supervised pre-training paradigm has shown great potential in leveraging large-scale unlabeled data to improve downstream task performance. However, increasing the scale of unlabeled pre-training data in real-world scenarios requires prohibitive computational costs and faces the challenge of uncurated samples. To address these issues, we build a task-specific self-supervised pre-training framework from a data selection perspective based on a simple hypothesis that pre-training on the unlabeled samples with similar distribution to the target task can bring substantial performance gains. Buttressed by the hypothesis, we propose the first yet novel framework for Scalable and Efficient visual Pre-Training (SEPT) by introducing a retrieval pipeline for data selection. SEPT first leverage a self-supervised pre-trained model to extract the features of the entire unlabeled dataset for retrieval pipeline initialization. Then, for a specific target task, SEPT retrievals the most similar samples from the unlabeled dataset based on feature similarity for each target instance for pre-training. Finally, SEPT pre-trains the target model with the selected unlabeled samples in a self-supervised manner for target data finetuning. By decoupling the scale of pre-training and available upstream data for a target task, SEPT achieves high scalability of the upstream dataset and high efficiency of pre-training, resulting in high model architecture flexibility. Results on various downstream tasks demonstrate that SEPT can achieve competitive or even better performance compared with ImageNet pre-training while reducing the size of training samples by one magnitude without resorting to any extra annotations.