Histology analysis of the tumor micro-environment integrated with genomic assays is the gold standard for most cancers in modern medicine. This paper proposes a Gene-induced Multimodal Pre-training (GiMP) framework, which jointly incorporates genomics and Whole Slide Images (WSIs) for classification tasks. Our work aims at dealing with the main challenges of multi-modality image-omic classification w.r.t. (1) the patient-level feature extraction difficulties from gigapixel WSIs and tens of thousands of genes, and (2) effective fusion considering high-order relevance modeling. Concretely, we first propose a group multi-head self-attention gene encoder to capture global structured features in gene expression cohorts. We design a masked patch modeling paradigm (MPM) to capture the latent pathological characteristics of different tissues. The mask strategy is randomly masking a fixed-length contiguous subsequence of patch embeddings of a WSI. Finally, we combine the classification tokens of paired modalities and propose a triplet learning module to learn high-order relevance and discriminative patient-level information.After pre-training, a simple fine-tuning can be adopted to obtain the classification results. Experimental results on the TCGA dataset show the superiority of our network architectures and our pre-training framework, achieving 99.47% in accuracy for image-omic classification. The code is publicly available at https://github.com/huangwudiduan/GIMP.


翻译:肿瘤微环境组织学分析与基因组检测相结合是现代医学中大多数癌症的金标准。本文提出了一种基因诱导的多模态预训练(GiMP)框架,该框架将基因组学与全切片图像(WSIs)联合用于分类任务。我们的工作旨在解决多模态图像-组学分类的主要挑战,包括:(1)从千兆像素级别的WSIs和数万个基因中提取患者级别特征的困难;(2)考虑高阶相关性建模的有效融合。具体地,我们首先提出一种分组多头自注意力基因编码器,以捕获基因表达谱中的全局结构化特征。我们设计了一种掩码块建模范式(MPM),用于捕获不同组织的潜在病理特征。掩码策略是随机掩码WSI中固定长度的连续子序列块嵌入。最后,我们结合配对模态的分类令牌,并提出一种三元组学习模块,以学习高阶相关性和具有判别性的患者级别信息。预训练后,可通过简单微调获得分类结果。在TCGA数据集上的实验结果表明,我们的网络架构和预训练框架具有优越性,在图像-组学分类任务中达到了99.47%的准确率。代码已在https://github.com/huangwudiduan/GIMP 公开。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《同步多无人机系统中的故障与通信》
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:23
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
7+阅读 · 7月28日
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
5+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
9+阅读 · 7月27日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员