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:全切片图像(WSI)已广泛用于深度学习领域下的自动辅助诊断。然而,大多数先前的工作只讨论单一任务设置,这与真实的临床情况不一致,其中病理学家经常同时进行多项诊断任务。同时,多任务学习范式可以通过利用多个任务之间的共性和差异来提高学习效率。为此,我们提出了一种特别设计的MulGT多任务框架进行WSI分析,该框架配备了针对任务感知的知识注入和面向领域知识驱动的图汇聚模块的图变换器。基本上,我们的框架使用图神经网络和变换器作为构建基础,能够学习与任务无关的低级局部信息以及与任务相关的高级全局表示。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任务感知的知识注入模块,将任务共享的图嵌入传输到任务特定的特征空间以学习不同任务的更准确表示。此外,我们还精心设计了面向领域知识驱动的图汇聚模块,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TCGA项目的两个公共WSI数据集(即食管癌和肾癌)上评估了我们的方法。实验结果表明,我们的方法在肿瘤分类和分期任务上优于单任务对应物和最先进的方法。

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