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    SELMA3D2024——3D光片显微镜图像自监督分割

    在现代生物学研究领域,可视化和理解组织和生物体内复杂结构的能力至关重要。经过组织透明化和特定结构染色后的光片显微镜 (LSM) 提供了一种高效、高对比度和超高分辨率的方法,可用于可视化各种样本中的各种生物结构,例如细胞和亚细胞结构、细胞器和过程。在组织透明化步骤中,在保持样本完整性和标记结构荧光的同时,原本不透明的生物样本变得透明,从而使光线能够更深入地穿透组织。在结构染色步骤中,可以使用各种染料、荧光团或抗体来选择性地标记样本内的特定生物结构并增强其在显微镜下的对比度。通过与结构染色和组织透明化步骤相结合,LSM 为研究人员提供了前所未有的能力,能够以高空间分辨率可视化复杂的生物结构,为神经科学、免疫学、肿瘤学和心脏病学等各种生物医学研究领域提供新的见解。在不同的生物医学研究领域中,为了分析 LSM 图像,分割在识别和区分不同的生物结构方面起着关键且必不可少的作用。对于非常小规模的 LSM 图像,可以手动进行图像分割。然而,在整个器官或身体 LSM 情况下,手动分割非常耗时,单个图像可能有 10000^3 体素,因此对自动分割方法的需求很高。基于深度学习的分割方法的最新进展为 LSM 图像的自动分割提供了有希望的解决方案。虽然这些方法的分割性能与专家人类注释者相当,但它们的成功很大程度上依赖于从大量手动注释图像训练集中进行监督学习,这些图像特定于一种结构染色。然而,对各种 LSM 图像分割任务进行大规模注释提出了巨大的挑战。在这种情况下,自监督学习被证明是有利的,因为它允许深度学习模型在大规模、未注释的数据集上进行预训练,学习 LSM 图像数据的有用和通用表示。随后,该模型可以在较小的标记数据集上进行微调,以完成特定的分割任务。值得注意的是,尽管存在大量不同生物结构的 LSM 数据,但自监督学习尚未在 LSM 领域得到广泛探索。LSM 图像的一些特性(例如高信噪比)使数据特别适合自监督学习。

    01

    翻译:The Log-Structured Merge-Tree (LSM-Tree)

    高性能事务系统应用程序通常在提供活动跟踪的历史记录表;同时,事务系统生成$日志记录,用于系统恢复。这两种生成的信息都可以受益于有效的索引。众所周知的设置中的一个例子是TPC-a基准应用程序,该应用程序经过修改以支持对特定账户的账户活动历史记录的有效查询。这需要在快速增长的历史记录表上按帐户id进行索引。不幸的是,基于磁盘的标准索引结构(如B树)将有效地使事务的输入/输出成本翻倍,以实时维护此类索引,从而使系统总成本增加50%。显然,需要一种以低成本维护实时索引的方法。日志结构合并树(LSM树)是一种基于磁盘的数据结构,旨在为长时间内经历高记录插入(和删除)率的文件提供低成本索引。LSM树使用一种延迟和批量索引更改的算法,以一种类似于合并排序的有效方式将基于内存的组件的更改级联到一个或多个磁盘组件。在此过程中,所有索引值都可以通过内存组件或其中一个磁盘组件连续进行检索(除了非常短的锁定期)。与传统访问方法(如B-树)相比,该算法大大减少了磁盘臂的移动,并将在使用传统访问方法进行插入的磁盘臂成本超过存储介质成本的领域提高成本性能。LSM树方法还推广到插入和删除以外的操作。然而,在某些情况下,需要立即响应的索引查找将失去输入/输出效率,因此LSM树在索引插入比检索条目的查找更常见的应用程序中最有用。例如,这似乎是历史表和日志文件的常见属性。第6节的结论将LSM树访问方法中内存和磁盘组件的混合使用与混合方法在内存中缓冲磁盘页面的常见优势进行了比较。

    05

    深入理解什么是LSM-Tree

    十多年前,谷歌发布了大名鼎鼎的"三驾马车"的论文,分别是GFS(2003年),MapReduce(2004年),BigTable(2006年),为开源界在大数据领域带来了无数的灵感,其中在 “BigTable” 的论文中很多很酷的方面之一就是它所使用的文件组织方式,这个方法更一般的名字叫 Log Structured-Merge Tree。在面对亿级别之上的海量数据的存储和检索的场景下,我们选择的数据库通常都是各种强力的NoSQL,比如Hbase,Cassandra,Leveldb,RocksDB等等,这其中前两者是Apache下面的顶级开源项目数据库,后两者分别是Google和Facebook开源的数据库存储引擎。而这些强大的NoSQL数据库都有一个共性,就是其底层使用的数据结构,都是仿照“BigTable”中的文件组织方式来实现的,也就是我们今天要介绍的LSM-Tree。

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