知识地图与学习路线
个人标识:JHT Med。重点方向:病理形态学、计算病理、分子病理、生物信息学与空间组学,以及病理图像和分子信息的联合研究。
阅读与状态说明
- 01–06 按学科组织;A、B 分别提供案例和文献入口,C 汇总现有导读与示例。
- 每篇文章只有一个学科主归属。案例、文献及其他章节引用同一篇文章的链接,不复制正文,不重复计算完成数量。
[ ]表示尚无通过本人审核并正式公开发布的对应文章;[x]必须附上已审核、已发布的真实文章链接。示例、草稿和本地预览不计为完成。- 每个复选框对应一个可独立成文的问题。后续需要拆分或合并时,先调整条目范围,再核对完成状态。
- 01、02 提供数学、计算和通用 AI 方法;03、04、05 是重点内容;06 提供研究设计、统计、评价与复现方法。可按研究问题选择阅读顺序。
01. Mathematical & Computing Foundations|数学与科研计算基础
本领域整理通用数学、编程和数据操作。模型方法见 02,统计推断与实验规范见 06。
01.1 数学基础
线性代数
- 向量的分量、维度与几何表示。
- 实数向量内积的计算与几何意义(格式示例,待审核)。
- 向量范数与长度。
- 矩阵运算与线性变换。
- 特征值、特征向量与特征分解。
- 用奇异值分解(SVD)理解主成分分析(PCA)。
概率基础
- 随机变量与常用概率分布。
- 条件概率与贝叶斯公式。
- 期望、方差与不确定性的概率表达。
- 条件独立及其含义。
微积分与优化
- 导数、偏导数与梯度。
- 链式法则与复合函数求导。
- 优化目标与梯度下降。
01.2 编程与计算环境
科研编程
- Python 容器、函数与模块。
- NumPy 数组与向量化运算。
- Pandas 表格整理与数据合并。
- R 基础与数据整理。
- Matplotlib 绘图与图形导出。
- ggplot2 图层与图形表达。
开发与运行环境
- Linux 命令行、Shell 与远程服务器操作。
- Git 与 GitHub 版本控制。
- Conda / Python 环境创建、依赖安装与导出。
- GPU 显存、算力资源与任务需求。
- CUDA 与深度学习环境的版本对应。
- PyTorch 张量与设备放置。
01.3 数据结构与管理
科研数据基础
- 表格、矩阵、稀疏矩阵与元数据。
- CSV / TSV / JSON / HDF5 的结构与适用场景。
- 样本、患者、切片、细胞等数据层级与唯一标识。
- 通用数据清理、缺失值标记、字段字典与溯源。
组织图像和组学的专用质量控制分别见 03.2 与 04;研究单位和缺失数据的统计问题见 06。
02. Artificial Intelligence & Machine Learning|人工智能与机器学习
本领域整理通用算法原理。数学与计算基础见 01;WSI 模型的专用数据组织与形态证据见 03.3;通用模型评价见 06.3。
02.1 机器学习基础
学习范式
- 监督、无监督、半监督与自监督学习的区别。
- 模型选择、过拟合与泛化。
- 特征工程、正则化与超参数优化。
训练集、验证集、测试集的划分与泄漏检查统一见 06.3;神经网络见 02.2。
经典模型
- 线性模型、逻辑回归与决策边界。
- 决策树、随机森林与梯度提升模型。
- 聚类、降维与异常检测。
02.2 深度学习原理
神经网络核心
- 感知机、多层神经网络与前向传播。
- 反向传播、自动微分与损失函数。
- 常用优化器的训练配置与比较。
- CNN、归一化、残差连接与训练稳定性。
表示学习与注意力
- Attention、Self-Attention 与 Transformer。
- Vision Transformer(ViT)及视觉表征。
- 表示学习、迁移学习、对比学习与预训练。
02.3 计算机视觉
大模型与多模态学习见 02.4。
基本任务
- 图像分类、目标检测与目标定位。
- 语义分割与实例分割的任务区别。
- 图像预处理、数据增强与域偏移。
弱监督与结构化学习
- 多实例学习(MIL)的 bag、instance 与聚合。
- 注意力 MIL、弱监督定位与局限。
- 图神经网络(GNN)与空间关系建模。
02.4 大模型与多模态学习
语言与视觉语言模型
- 语言模型、Token、预训练与生成机制。
- 提示词、上下文学习与推理评估。
- 微调、LoRA 等参数高效适配方法。
- 视觉语言模型(VLM/MLLM)与图文对齐。
检索与模型可靠性
- 向量嵌入、语义检索与 RAG。
- 幻觉、证据归因、不确定性与错误模式。
- 模型压缩、部署与推理效率概念。
03. Pathology|病理学与计算病理
本领域整理组织形态、数字切片和病理专用模型。图像—分子预测与跨模态联合建模集中在 05.4。
03.1 病理形态学与组织生物学
形态学基础
- 正常组织结构与显微镜观察尺度。
- 细胞损伤与坏死的形态特征。
- 炎症反应的组织形态与描述。
- 组织修复与纤维化的形态特征。
- 肿瘤分化、异型性、浸润及组织结构模式。
- 组织学描述术语、诊断证据链与鉴别诊断。
染色与判读基础
- HE 染色的组织观察与判读基础。
- 特殊染色的用途与判读局限。
- 免疫组化的原理、对照与判读基础。
器官与疾病专题
- 肺炎与肺组织常见炎症模式。
- 肺癌常见组织学类型与关键形态特征。
03.2 Digital Pathology|数字病理
数字化与图像格式
- WSI、金字塔结构与观察尺度(学习提问单示例,待审核)。
- 扫描分辨率、放大倍率与物理像素尺寸的记录。
- 数字切片扫描、图像格式及元数据。
- OpenSlide、QuPath 与数字切片阅读。
图像预处理与标注
- 组织区域检测、切块策略与坐标映射。
- 染色差异、伪影检测与图像质量控制。
- 组织 / 细胞 / 区域标注体系与标注一致性。
03.3 Computational Pathology|计算病理
视觉任务
- 细胞检测、计数与分割。
- 组织区域识别、组织分型与形态定量。
- Patch、WSI 与患者级预测的不同任务定义。
WSI 模型与方法
- WSI 多实例学习与层级聚合。
- 病理基础模型、特征提取与迁移。
- WSI 视觉语言模型及形态定位与推理。
形态证据与解释
- 注意力热图与形态证据核验。
- 病理模型错误的区域定位与可视化记录。
患者级数据划分、外部验证、分布变化和通用错误分析见 06.3。
03.4 Molecular Pathology|分子病理
分子机制与检测
- 分子病理基本术语与检测方法概览。
- 基因变异、拷贝数改变、融合及基因表达。
- PCR、NGS 与 FISH 的检测对象及适用场景。
- 分子标志物、肿瘤分型与临床解释。
免疫组化的原理与判读见 03.1。
分子表型与样本依据
- 组织形态与分子表型的关联及证据边界。
- 分子标签的测量依据、组织异质性与潜在混杂。
图像与分子数据的配对、预测和融合见 05.4。
04. Bioinformatics & Omics|生物信息学与组学
本领域整理分子数据、分析方法及解释边界。R / Python 与通用环境操作见 01.2;病理图像融合见 05.4。
04.1 组学基础与公共数据
数据与实验技术
- 测序基本原理、实验设计与技术偏差。
- FASTQ、BAM、VCF、表达矩阵等文件类型。
- 基因标识、注释版本与标识转换。
- GEO、SRA、TCGA 等公开数据库及数据获取。
- 批次效应、数据标准化与生物学重复。
常规转录组分析见 04.2。
04.2 Bulk Transcriptomics|常规转录组
RNA-seq 标准分析
- RNA-seq 质量控制、比对与定量。
- 归一化、差异表达、效应量与多重检验。
- GO、KEGG、GSEA 与通路解释边界。
04.3 Single-cell Omics|单细胞组学
单细胞转录组
- scRNA-seq 技术、表达矩阵及数据结构。
- 单细胞 QC、双细胞与环境 RNA 污染。
- 降维、批次整合、聚类和细胞类型注释。
- 细胞类型内差异分析、样本层级与伪重复。
下游分析
- 细胞状态、轨迹 / 拟时序分析与推断边界。
- 细胞间通信分析的模型和解释边界。
- 单细胞多组学与细胞参考图谱。
04.4 Spatial Omics|空间组学
多组学数据特性与整合方法见 04.5。
技术与数据
- 空间转录组学的主要技术路线与分辨率。
- 空间坐标、组织图像配准与质量控制。
- Spot 去卷积、细胞定位与不确定性。
空间分析
- 空间域、空间变异基因与邻域结构。
- 细胞互作、空间生态位与微环境研究。
- 单细胞与空间转录组数据整合。
04.5 其他分子组学与多组学整合
先整理下列数据类型及整合概览;具体方法随文章增加再细分。
分子数据概览
- 基因组变异与基础分析。
- 表观基因组、ATAC-seq 与染色质可及性。
- 蛋白质组学、代谢组学与数据特性比较。
多组学整合
- 多组学特征匹配、数据配对与缺失模态。
- 统计整合与表示学习整合的差异。
- 多组学研究的模型假设、验证、解释与潜在混杂。
05. Medical AI & Multimodal Integration|医学 AI 与跨模态融合
本领域整理医学任务、跨模态联合建模与临床转化。通用 AI 原理见 02,病理专用图像方法见 03,分子数据分析见 04。
05.1 Clinical AI|临床数据与预测
临床结构化数据与任务
- 电子病历、临床表型与数据标准化。
- 临床预测任务的对象、终点、预测时点与时间窗。
- 特征可获得性、缺失数据与泄漏风险。
- 生存分析、风险预测与动态预测的任务框架。
区分度、校准、阈值选择,以及跨时间、机构和人群的验证方法见 06.3。
05.2 Medical Imaging AI|医学影像 AI
影像任务与医学场景
- CT / MRI / 超声等影像数据及 AI 输入输出任务。
- 医学影像预处理、标注来源与参考标准。
- 医学影像的分布偏移与外部泛化问题。
- 影像特征与临床数据融合。
独立测试、外部验证和结果报告规范见 06.3;人机协作与临床使用情境见 05.5。
05.3 Medical LLMs & Multimodal AI|医学大模型
医学文本与视觉语言任务
- 临床文本信息提取、问答与知识检索的任务定义。
- 医学图像—文本对齐、视觉问答与报告生成。
- 医学任务的事实核验、证据位置与评价数据。
- 医学大模型的错误模式、未验证推断与适用范围。
通用 VLM 原理见 02.4;WSI 形态定位方法见 03.3。
05.4 Pathology × Omics|病理图像与组学融合
图像与分子数据联合建模
- HE 图像与分子 / 空间组学数据的样本配对和尺度对应。
- 从 HE 图像预测分子特征的任务定义与证据边界。
- 从组织形态预测空间分子表达的目标与验证。
- 图像、文本、表格与组学的跨模态对齐和融合策略。
- 缺失模态、融合模型的消融与敏感性分析。
- 细胞—组织—患者多尺度信息融合。
分子标签的测量依据见 03.4;空间数据配准与质量控制见 04.4。
05.5 Translational & Trustworthy AI|医学转化与可信 AI
研究到应用
- 临床可用性、工作流整合与人机协作研究。
- 公平性、可解释性、隐私及适用范围。
- 从回顾性验证到前瞻性评估的证据路径。
06. Research Methodology & Reproducibility|科研方法、评价与可重复性
本领域集中整理通用研究设计、统计推断、模型评价与复现规范。具体工具的学科分析方法仍在 03、04;完整项目案例见 A。
06.1 研究设计与证据
统计分析见 06.2。
研究设计
- 科研问题、假设、研究对象与方案撰写。
- 观察性研究、实验研究、队列与病例对照设计。
- 选择偏倚、混杂、因果推断与外部效度。
- 研究单位、样本量与重复测量。
06.2 生物统计与科学推断
统计分析
- 描述统计、数据分布与统计图表。
- 估计、效应量、置信区间与不确定性。
- 假设检验、P 值与结果解释。
- 多重比较、FDR 与统计功效。
- 配对、分层、层级模型与伪重复问题。
- 缺失数据的统计处理与偏倚。
- 相关、关联、预测与因果效应的区别。
06.3 AI 研究评价与基准测试
测试集和指标
- 训练集、验证集、测试集与数据泄漏。
- 分层、分组、患者级独立性与时间相关的数据划分。
- 分类、分割、检测、回归及生存任务的评价指标。
- 类别不平衡、阈值选择与校准。
- 不确定性、亚组与外部验证。
- 跨时间、机构和人群的验证与多中心评价。
严谨的实验比较
- 基线模型、消融实验与敏感性分析。
- 统计比较、置信区间和多模型多指标解释。
- 模型错误分析、分布变化、稳健性与重复性评估。
06.4 Research Engineering|科研工程与工作流
科研表达与文献阅读方法见 06.5。
可复现工作流
- 数据、代码、环境与参数的成套记录(记录示例,待审核)。
- 数据版本、代码版本与环境锁定。
- 随机性、软件依赖、运行日志与原始输出。
- GPU 批处理、实验配置与结果追踪。
- 分析流程、代码组织与可复用执行步骤。
QuPath 到模型推理、Scanpy / Seurat 等完整实践通过 A 索引收录,复用对应学科中的方法说明。
项目组织与复盘
- 项目问题、目标、里程碑与研究计划。
- 数据准备、实验设计、进展与方案变更记录。
- 结果复盘、局限与下一步计划。
失败记录与问题排查
- 报错复现、原因分析与修正过程。
- 失败实验、预期差异与排查证据的保留。
06.5 科学写作、开放科学与伦理
文献阅读与证据记录
- 文献检索、批判性阅读与证据等级。
- 研究问题、方法、结果与局限的提取。
- 图表精读与证据位置记录。
- 原文结论、个人理解与待验证推断的区分。
科研表达、管理与伦理
- 图表、方法、结果和局限的规范表达。
- 参考文献管理、DOI 核查与版权授权。
- 研究伦理、患者隐私与数据共享边界。
A. Practical Case Studies|项目与实践案例索引
以下为待整理的完整案例选题。每篇案例仍有一个学科主归属,本索引复用同一文章链接,不单独增加知识点完成数量。
- 从一张 WSI 到可视化特征与模型预测:完整流程。
- QuPath ROI 选择、图像导出与 Python 模型调用。
- 病理多模态模型本科教学能力评价:实验设计与局限。
- 稀疏 WSI 采样方案、覆盖率与模型评价示例。
- Scanpy / Seurat 单细胞分析:从表达矩阵到细胞类型注释。
- 空间转录组:图像配准与空间邻域分析实践。
- HE + 空间组学跨模态分析:完整研究案例。
论文阅读方法见 06.5,文献精读条目见 B;研究资源入口见 C。
B. Literature Library|专题文献精读索引
以下选题均待选文献,尚无正式精读文章。收录时记录论文标题、年份、主要问题和主题归属,链接到同一篇精读文章;原论文结论与个人理解分开记录。
- 计算病理代表性 MIL 论文解读(待选文献)。
- 病理基础模型代表性研究解读(待选文献)。
- 空间转录组分析方法代表性论文解读(待选文献)。
- 医学多模态融合代表性论文解读(待选文献)。
C. 现有导读与示例页面
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