While Multi-Task Learning (MTL) offers inherent advantages in complex domains such as medical imaging by enabling shared representation learning, effectively balancing task contributions remains a significant challenge. This paper addresses this critical issue by introducing DeepChest, a novel, computationally efficient and effective dynamic task-weighting framework specifically designed for multi-label chest X-ray (CXR) classification. Unlike existing heuristic or gradient-based methods that often incur substantial overhead, DeepChest leverages a performance-driven weighting mechanism based on effective analysis of task-specific loss trends. Given a network architecture (e.g., ResNet18), our model-agnostic approach adaptively adjusts task importance without requiring gradient access, thereby significantly reducing memory usage and achieving a threefold increase in training speed. It can be easily applied to improve various state-of-the-art methods. Extensive experiments on a large-scale CXR dataset demonstrate that DeepChest not only outperforms state-of-the-art MTL methods by 7% in overall accuracy but also yields substantial reductions in individual task losses, indicating improved generalization and effective mitigation of negative transfer. The efficiency and performance gains of DeepChest pave the way for more practical and robust deployment of deep learning in critical medical diagnostic applications. The code is publicly available at https://github.com/youssefkhalil320/DeepChest-MTL


翻译:尽管多任务学习(MTL)在医学影像等复杂领域中通过实现共享表征学习具有内在优势,但有效平衡任务贡献仍是一个重大挑战。本文通过引入DeepChest来解决这一关键问题,这是一种新颖、计算高效且有效的动态任务加权框架,专为多标签胸部X光(CXR)分类而设计。与现有常产生大量开销的启发式或基于梯度的方法不同,DeepChest利用基于任务特定损失趋势有效分析的性能驱动加权机制。给定网络架构(如ResNet18),我们的模型无关方法无需梯度访问即可自适应调整任务重要性,从而显著降低内存使用并将训练速度提高三倍。该方法可轻松应用于改进各种最先进方法。在大规模CXR数据集上的大量实验表明,DeepChest不仅在整体准确率上优于最先进的MTL方法7%,还实现了各任务损失的大幅降低,表明其提升了泛化能力并有效缓解了负迁移。DeepChest在效率和性能上的提升为深度学习在关键医学诊断应用中更实用、更稳健的部署铺平了道路。代码公开于https://github.com/youssefkhalil320/DeepChest-MTL

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