Whole slide image (WSI) has been widely used to assist automated diagnosis under the deep learning fields. However, most previous works only discuss the SINGLE task setting which is not aligned with real clinical setting, where pathologists often conduct multiple diagnosis tasks simultaneously. Also, it is commonly recognized that the multi-task learning paradigm can improve learning efficiency by exploiting commonalities and differences across multiple tasks. To this end, we present a novel multi-task framework (i.e., MulGT) for WSI analysis by the specially designed Graph-Transformer equipped with Task-aware Knowledge Injection and Domain Knowledge-driven Graph Pooling modules. Basically, with the Graph Neural Network and Transformer as the building commons, our framework is able to learn task-agnostic low-level local information as well as task-specific high-level global representation. Considering that different tasks in WSI analysis depend on different features and properties, we also design a novel Task-aware Knowledge Injection module to transfer the task-shared graph embedding into task-specific feature spaces to learn more accurate representation for different tasks. Further, we elaborately design a novel Domain Knowledge-driven Graph Pooling module for each task to improve both the accuracy and robustness of different tasks by leveraging different diagnosis patterns of multiple tasks. We evaluated our method on two public WSI datasets from TCGA projects, i.e., esophageal carcinoma and kidney carcinoma. Experimental results show that our method outperforms single-task counterparts and the state-of-theart methods on both tumor typing and staging tasks.


翻译:整张组织切片图像已被广泛应用于深度学习领域中,以协助自动化诊断。然而,先前的大多数研究仅讨论了单个任务设置,这与真实的临床设置不符,病理学家通常同时进行多项诊断任务。同时,人们普遍认为,多任务学习范式可以通过利用多个任务之间的共性和区别来提高学习效率。为此,我们提出了一种新颖的基于图转换器的多任务框架(MulGT),配备了面向任务的知识注入和基于领域知识驱动的图形池化模块,用于WSI分析。基本上,我们的框架使用图神经网络和Transformer作为构建基础,能够学习任务不可知的低级本地信息以及任务特定的高级全局表示。考虑到WSI分析中的不同任务依赖于不同的特征和属性,我们还设计了一种新颖的面向任务的知识注入模块,将任务共享的图嵌入传输到任务特定的特征空间中,以学习更准确的不同任务表示。此外,我们精心设计了一个新颖的基于领域知识驱动的图形池化模块,用于每个任务,通过利用多个任务的不同诊断模式来提高不同任务的准确性和鲁棒性。我们在来自TCGA项目的两个公共WSI数据集,即食道癌和肾癌上评估了我们的方法。实验结果表明,我们的方法在肿瘤类型和分期任务上优于单任务对应方法和现有最先进的方法。

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