Learning good representation of giga-pixel level whole slide pathology images (WSI) for downstream tasks is critical. Previous studies employ multiple instance learning (MIL) to represent WSIs as bags of sampled patches because, for most occasions, only slide-level labels are available, and only a tiny region of the WSI is disease-positive area. However, WSI representation learning still remains an open problem due to: (1) patch sampling on a higher resolution may be incapable of depicting microenvironment information such as the relative position between the tumor cells and surrounding tissues, while patches at lower resolution lose the fine-grained detail; (2) extracting patches from giant WSI results in large bag size, which tremendously increases the computational cost. To solve the problems, this paper proposes a hierarchical-based multimodal transformer framework that learns a hierarchical mapping between pathology images and corresponding genes. Precisely, we randomly extract instant-level patch features from WSIs with different magnification. Then a co-attention mapping between imaging and genomics is learned to uncover the pairwise interaction and reduce the space complexity of imaging features. Such early fusion makes it computationally feasible to use MIL Transformer for the survival prediction task. Our architecture requires fewer GPU resources compared with benchmark methods while maintaining better WSI representation ability. We evaluate our approach on five cancer types from the Cancer Genome Atlas database and achieved an average c-index of $0.673$, outperforming the state-of-the-art multimodality methods.

Gigapixel全斜面图像（WSIS）上的癌症预后一直是一项艰巨的任务。大多数现有方法仅着眼于单分辨率图像。利用图像金字塔增强WSI视觉表示的多分辨率方案尚未得到足够的关注。为了探索用于提高癌症预后准确性的多分辨率解决方案，本文提出了双流构建结构，以通过图像金字塔策略对WSI进行建模。该体系结构由两个子流组成：一个是用于低分辨率WSIS，另一个是针对高分辨率的WSIS。与其他方法相比，我们的方案具有三个亮点：（i）流和分辨率之间存在一对一的关系； （ii）添加了一个平方池层以对齐两个分辨率流的斑块，从而大大降低了计算成本并启用自然流特征融合； （iii）提出了一种基于跨注意的方法，以在低分辨率的指导下在空间上在空间上进行高分辨率斑块。我们验证了三个公共可用数据集的计划，来自1,911名患者的总数为3,101个WSI。实验结果验证（1）层次双流表示比单流的癌症预后更有效，在单个低分辨率和高分辨率流中，平均C-指数上升为5.0％和1.8％ ; （2）我们的双流方案可以胜过当前最新方案，而C-Index的平均平均值为5.1％； （3）具有可观察到的生存差异的癌症疾病可能对模型复杂性具有不同的偏好。我们的计划可以作为进一步促进WSI预后研究的替代工具。

监督的学习任务，例如GigaiPixel全幻灯片图像（WSIS）等癌症存活预测是计算病理学中的关键挑战，需要对肿瘤微环境的复杂特征进行建模。这些学习任务通常通过不明确捕获肿瘤内异质性的深层多企业学习（MIL）模型来解决。我们开发了一种新颖的差异池体系结构，使MIL模型能够将肿瘤内异质性纳入其预测中。说明了基于代表性补丁的两个可解释性工具，以探测这些模型捕获的生物学信号。一项针对癌症基因组图集的4,479吉普像素WSI的实证研究表明，在MIL框架上增加方差汇总可改善五种癌症类型的生存预测性能。

Attention-based multiple instance learning (AMIL) algorithms have proven to be successful in utilizing gigapixel whole-slide images (WSIs) for a variety of different computational pathology tasks such as outcome prediction and cancer subtyping problems. We extended an AMIL approach to the task of survival prediction by utilizing the classical Cox partial likelihood as a loss function, converting the AMIL model into a nonlinear proportional hazards model. We applied the model to tissue microarray (TMA) slides of 330 lung cancer patients. The results show that AMIL approaches can handle very small amounts of tissue from a TMA and reach similar C-index performance compared to established survival prediction methods trained with highly discriminative clinical factors such as age, cancer grade, and cancer stage

已经开发了几种深度学习算法，以使用整个幻灯片图像（WSIS）预测癌症患者的存活。但是，WSI中与患者的生存和疾病进展有关的WSI中的图像表型对临床医生而言都是困难的，以及深度学习算法。用于生存预测的大多数基于深度学习的多个实例学习（MIL）算法使用顶级实例（例如Maxpooling）或顶级/底部实例（例如，Mesonet）来识别图像表型。在这项研究中，我们假设WSI中斑块得分分布的全面信息可以更好地预测癌症的生存。我们开发了一种基于分布的多构度生存学习算法（DeepDismisl）来验证这一假设。我们使用两个大型国际大型癌症WSIS数据集设计和执行实验-MCO CRC和TCGA Coad -Read。我们的结果表明，有关WSI贴片分数的分布的信息越多，预测性能越好。包括每个选定分配位置（例如百分位数）周围的多个邻域实例可以进一步改善预测。与最近发表的最新算法相比，DeepDismisl具有优越的预测能力。此外，我们的算法是可以解释的，可以帮助理解癌症形态表型与癌症生存风险之间的关系。

The survival analysis on histological whole-slide images (WSIs) is one of the most important means to estimate patient prognosis. Although many weakly-supervised deep learning models have been developed for gigapixel WSIs, their potential is generally restricted by classical survival analysis rules and fully-supervision requirements. As a result, these models provide patients only with a completely-certain point estimation of time-to-event, and they could only learn from the well-annotated WSI data currently at a small scale. To tackle these problems, we propose a novel adversarial multiple instance learning (AdvMIL) framework. This framework is based on adversarial time-to-event modeling, and it integrates the multiple instance learning (MIL) that is much necessary for WSI representation learning. It is a plug-and-play one, so that most existing WSI-based models with embedding-level MIL networks can be easily upgraded by applying this framework, gaining the improved ability of survival distribution estimation and semi-supervised learning. Our extensive experiments show that AdvMIL could not only bring performance improvement to mainstream WSI models at a relatively low computational cost, but also enable these models to learn from unlabeled data with semi-supervised learning. Our AdvMIL framework could promote the research of time-to-event modeling in computational pathology with its novel paradigm of adversarial MIL.

数据分析方法的组合，提高计算能力和改进的传感器可以实现定量颗粒状，基于细胞的分析。我们描述了与组织解释和调查AI方法有关的丰富应用挑战集，目前用于应对这些挑战。我们专注于一类针对性的人体组织分析 - 组织病理学 - 旨在定量表征疾病状态，患者结果预测和治疗转向。

病理诊所中癌症的诊断，预后和治疗性决策现在可以基于对多吉吉像素组织图像的分析，也称为全斜图像（WSIS）。最近，已经提出了深层卷积神经网络（CNN）来得出无监督的WSI表示。这些很有吸引力，因为它们不太依赖于繁琐的专家注释。但是，一个主要的权衡是，较高的预测能力通常以解释性为代价，这对他们的临床使用构成了挑战，通常通常期望决策中的透明度。为了应对这一挑战，我们提出了一个基于Deep CNN的手工制作的框架，用于构建整体WSI级表示。基于有关变压器在自然语言处理领域的内部工作的最新发现，我们将其过程分解为一个更透明的框架，我们称其为手工制作的组织学变压器或H2T。基于我们涉及各种数据集的实验，包括总共5,306个WSI，结果表明，与最近的最新方法相比，基于H2T的整体WSI级表示具有竞争性能，并且可以轻松用于各种下游分析任务。最后，我们的结果表明，H2T框架的最大14倍，比变压器模型快14倍。

组织病理学图像包含丰富的表型信息和病理模式，这是疾病诊断的黄金标准，对于预测患者预后和治疗结果至关重要。近年来，在临床实践中迫切需要针对组织病理学图像的计算机自动化分析技术，而卷积神经网络代表的深度学习方法已逐渐成为数字病理领域的主流。但是，在该领域获得大量细粒的注释数据是一项非常昂贵且艰巨的任务，这阻碍了基于大量注释数据的传统监督算法的进一步开发。最新的研究开始从传统的监督范式中解放出来，最有代表性的研究是基于弱注释，基于有限的注释的半监督学习范式以及基于自我监督的学习范式的弱监督学习范式的研究图像表示学习。这些新方法引发了针对注释效率的新自动病理图像诊断和分析。通过对130篇论文的调查，我们对从技术和方法论的角度来看，对计算病理学领域中有关弱监督学习，半监督学习以及自我监督学习的最新研究进行了全面的系统综述。最后，我们提出了这些技术的关键挑战和未来趋势。

多实施学习（MIL）被广泛用于对病理整体幻灯片图像（WSIS）的计算机辅助解释，以解决缺乏像素或贴片的注释。通常，这种方法直接应用“自然图像驱动”的MIL算法，该算法忽略了WSIS的多尺度（即金字塔）性质。现成的MIL算法通常部署在单个WSIS（例如20x放大倍率）上，而人类病理学家通常以多尺度的方式汇总全球和局部模式（例如，通过放大不同大型）。在这项研究中，我们提出了一种新型的跨尺度注意机制，以明确地将尺度间相互作用汇总到单个MIL网络的克罗恩病（CD）（CD），这是炎症性肠病的一种形式。本文的贡献是两个方面：（1）提出了一种跨尺度注意机制，以从不同分辨率的多尺度相互作用汇总特征； （2）生成差异多尺度注意的可视化，以定位可解释的病变模式。通过训练来自20名CD患者的约250,000 H＆E染色的上升结肠（AC）斑块，在不同尺度上训练30个健康对照样品，我们的方法在曲线下（AUC）得分为0.8924，与基线模型相比达到0.8924。官方实施可在https://github.com/hrlblab/cs-mil上公开获得。

多实例学习（MIL）是一种强大的工具，可以解决基于整个滑动图像（WSI）的病理学诊断中的弱监督分类。然而，目前的MIL方法通常基于独立和相同的分布假设，从而忽略不同实例之间的相关性。为了解决这个问题，我们提出了一个被称为相关的MIL的新框架，并提供了融合证明。基于此框架，我们设计了一种基于变压器的MIL（TMARMIL），其探讨了形态和空间信息。所提出的传输可以有效地处理不平衡/平衡和二元/多重分类，具有良好的可视化和可解释性。我们对三种不同的计算病理问题进行了各种实验，与最先进的方法相比，实现了更好的性能和更快的会聚。在CAMELYON16数据集中的二进制肿瘤分类的测试AUC最高可达93.09％。在TCGA-NSCLC数据集和TCGA-RCC数据集中，癌症亚型分类的AUC分别可以高达96.03％和98.82％。实现可用于：https://github.com/szc19990412/transmil。

肺癌治疗中有针对性疗法的标准诊断程序涉及组织学亚型和随后检测关键驱动因素突变，例如EGFR。即使分子分析可以发现驱动器突变，但该过程通常很昂贵且耗时。深度学习的图像分析为直接从整个幻灯片图像（WSIS）直接发现驱动器突变提供了一种更经济的替代方法。在这项工作中，我们使用具有弱监督的自定义深度学习管道来鉴定苏木精和曙红染色的WSI的EGFR突变的形态相关性，此外还可以检测到肿瘤和组织学亚型。我们通过对两个肺癌数据集进行严格的实验和消融研究来证明管道的有效性-TCGA和来自印度的私人数据集。通过管道，我们在肿瘤检测下达到了曲线（AUC）的平均面积（AUC），在TCGA数据集上的腺癌和鳞状细胞癌之间的组织学亚型为0.942。对于EGFR检测，我们在TCGA数据集上的平均AUC为0.864，印度数据集的平均AUC为0.783。我们的关键学习点包括以下内容。首先，如果要在目标数据集中微调特征提取器，则使用对组织学训练的特征提取器层没有特别的优势。其次，选择具有较高细胞的斑块，大概是捕获肿瘤区域，并不总是有帮助的，因为疾病类别的迹象可能存在于肿瘤 - 肿瘤的基质中。

Graph convolutional neural networks have shown significant potential in natural and histopathology images. However, their use has only been studied in a single magnification or multi-magnification with late fusion. In order to leverage the multi-magnification information and early fusion with graph convolutional networks, we handle different embedding spaces at each magnification by introducing the Multi-Scale Relational Graph Convolutional Network (MS-RGCN) as a multiple instance learning method. We model histopathology image patches and their relation with neighboring patches and patches at other scales (i.e., magnifications) as a graph. To pass the information between different magnification embedding spaces, we define separate message-passing neural networks based on the node and edge type. We experiment on prostate cancer histopathology images to predict the grade groups based on the extracted features from patches. We also compare our MS-RGCN with multiple state-of-the-art methods with evaluations on both source and held-out datasets. Our method outperforms the state-of-the-art on both datasets and especially on the classification of grade groups 2 and 3, which are significant for clinical decisions for patient management. Through an ablation study, we test and show the value of the pertinent design features of the MS-RGCN.

多个实例学习（MIL）是对诊断病理学的整个幻灯片图像（WSI）进行分类的强大方法。 MIL对WSI分类的基本挑战是发现触发袋子标签的\ textit {critical Instances}。但是，先前的方法主要是在独立和相同的分布假设（\ textit {i.i.d}）下设计的，忽略了肿瘤实例或异质性之间的相关性。在本文中，我们提出了一种新颖的基于多重检测的多重实例学习（MDMIL）来解决上述问题。具体而言，MDMIL是由内部查询产生模块（IQGM）和多重检测模块（MDM）构建的，并在训练过程中基于内存的对比度损失的辅助。首先，IQGM给出了实例的概率，并通过在分布分析后汇总高度可靠的功能来为后续MDM生成内部查询（IQ）。其次，在MDM中，多重检测交叉注意（MDCA）和多头自我注意力（MHSA）合作以生成WSI的最终表示形式。在此过程中，智商和可训练的变异查询（VQ）成功建立了实例之间的联系，并显着提高了模型对异质肿瘤的鲁棒性。最后，为了进一步在特征空间中实施限制并稳定训练过程，我们采用基于内存的对比损失，即使在每次迭代中有一个样本作为输入，也可以实现WSI分类。我们对三个计算病理数据集进行实验，例如CamelyOn16，TCGA-NSCLC和TCGA-RCC数据集。优越的准确性和AUC证明了我们提出的MDMIL比其他最先进方法的优越性。

变形金刚占据了自然语言处理领域，最近影响了计算机视觉区域。在医学图像分析领域中，变压器也已成功应用于全栈临床应用，包括图像合成/重建，注册，分割，检测和诊断。我们的论文旨在促进变压器在医学图像分析领域的认识和应用。具体而言，我们首先概述了内置在变压器和其他基本组件中的注意机制的核心概念。其次，我们回顾了针对医疗图像应用程序量身定制的各种变压器体系结构，并讨论其局限性。在这篇综述中，我们调查了围绕在不同学习范式中使用变压器，提高模型效率及其与其他技术的耦合的关键挑战。我们希望这篇评论可以为读者提供医学图像分析领域的读者的全面图片。

经典的多个实例学习（MIL）方法通常基于实例之间的相同和独立的分布式假设，因此忽略了个人实体以外的潜在丰富的上下文信息。另一方面，已经提出了具有全球自我发场模块的变压器来对所有实例之间的相互依赖性进行建模。但是，在本文中，我们质疑：是否需要使用自我注意力进行全球关系建模，或者我们是否可以适当地将自我注意计算限制为大规模整个幻灯片图像（WSIS）中的本地制度？我们为MIL（LA-MIL）提出了一个通用的基于局部注意力图的变压器，通过在自适应局部任意大小的自适应局部方案中明确化情境化实例，从而引入了归纳偏见。此外，有效适应的损失函数使我们可以学习表达性WSI嵌入的方法，以进行多种生物标志物的联合分析。我们证明，LA-MIL实现了最新的胃肠癌预测，从而超过了重要生物标志物（例如微卫星不稳定性的结直肠癌）的现有模型。我们的发现表明，本地自我注意力足够模型与全球模块相同的依赖性。我们的LA-MIL实施可从https://github.com/agentdr1/la_mil获得。

组织病理学图像提供了癌症诊断的明确来源，其中包含病理学家用来识别和分类恶性疾病的信息，并指导治疗选择。这些图像包含大量信息，其中大部分目前不可用人类的解释。有监督的深度学习方法对于分类任务非常有力，但它们本质上受注释的成本和质量限制。因此，我们开发了组织形态表型学习，这是一种无监督的方法，它不需要注释，并且通过小图像瓷砖中的歧视性图像特征的自我发现进行操作。瓷砖分为形态上相似的簇，这些簇似乎代表了自然选择下出现的肿瘤生长的复发模式。这些簇具有不同的特征，可以使用正交方法识别。应用于肺癌组织，我们表明它们与患者的结局紧密保持一致，组织病理学识别的肿瘤类型和生长模式以及免疫表型的转录组度量。

当肿瘤学家估计癌症患者的生存时，他们依靠多模式数据。尽管文献中已经提出了一些多模式的深度学习方法，但大多数人都依靠拥有两个或多个独立的网络，这些网络在整个模型的稍后阶段共享知识。另一方面，肿瘤学家在分析中没有这样做，而是通过多种来源（例如医学图像和患者病史）融合大脑中的信息。这项工作提出了一种深度学习方法，可以在量化癌症和估计患者生存时模仿肿瘤学家的分析行为。我们提出了TMSS，这是一种基于端到端变压器的多模式网络，用于分割和生存预测，该网络利用了变压器的优越性，这在于其能力处理不同模态的能力。该模型经过训练并验证了从头部和颈部肿瘤分割的训练数据集上的分割和预后任务以及PET/CT图像挑战（Hecktor）中的结果预测。我们表明，所提出的预后模型显着优于最先进的方法，其一致性指数为0.763 +/- 0.14，而与独立段模型相当的骰子得分为0.772 +/- 0.030。该代码公开可用。

针对组织病理学图像数据的临床决策支持主要侧重于强烈监督的注释，这提供了直观的解释性，但受专业表现的束缚。在这里，我们提出了一种可解释的癌症复发预测网络（Ecarenet），并表明没有强注释的端到端学习提供最先进的性能，而可以通过注意机制包括可解释性。在前列腺癌生存预测的用例上，使用14,479个图像和仅复发时间作为注释，我们在验证集中达到0.78的累积动态AUC，与专家病理学家（以及在单独测试中的AUC为0.77放）。我们的模型是良好的校准，输出生存曲线以及每位患者的风险分数和群体。利用多实例学习层的注意重量，我们表明恶性斑块对预测的影响较高，从而提供了对预测的直观解释。我们的代码可在www.github.com/imsb-uke/ecarenet上获得。

在深度学习方法进行自动医学图像分析的最新成功之前，从业者使用手工制作的放射线特征来定量描述当地的医学图像斑块。但是，提取区分性放射素特征取决于准确的病理定位，这在现实世界中很难获得。尽管疾病分类和胸部X射线的定位方面取得了进步，但许多方法未能纳入临床知名的领域知识。由于这些原因，我们提出了一个放射素引导的变压器（RGT），该变压器（RGT）与\ textit {global}图像信息与\ textit {local}知识引导的放射线信息信息提供准确的心肺病理学定位和分类\ textit {无需任何界限盒{ }。 RGT由图像变压器分支，放射线变压器分支以及聚集图像和放射线信息的融合层组成。 RGT使用对图像分支的自我注意事项，提取了一个边界框来计算放射线特征，该特征由放射线分支进一步处理。然后通过交叉注意层融合学习的图像和放射线特征。因此，RGT利用了一种新型的端到端反馈回路，该回路只能使用图像水平疾病标签引导精确的病理定位。 NIH CHESTXRAR数据集的实验表明，RGT的表现优于弱监督疾病定位的先前作品（在各个相交联合阈值的平均余量为3.6 \％）和分类（在接收器操作方下平均1.1 \％\％\％\％曲线）。接受代码和训练有素的模型将在接受后发布。