Transformer-based biomarker prediction from colorectal cancer histology: A large-scale multicentric study

可解释性 概化理论 结直肠癌 医学 微卫星不稳定性 深度学习 计算机科学 人工智能 肿瘤科 内科学 癌症 生物 基因 统计 微卫星 等位基因 生物化学 数学
作者
Sophia J. Wagner,Daniel Reisenbüchler,Nicholas Paul West,Jan Moritz Niehues,Jiefu Zhu,Sebastian Foersch,Gregory Patrick Veldhuizen,Philip Quirke,Heike Irmgard Grabsch,Piet A. van den Brandt,Gordon G. A. Hutchins,Susan D. Richman,Tanwei Yuan,Rupert Langer,Josien C.A. Jenniskens,Kelly Offermans,Wolfram Mueller,Richard G. Gray,Stephen B. Gruber,Joel K. Greenson
出处
期刊:Cancer Cell [Cell Press]
卷期号:41 (9): 1650-1661.e4 被引量:274
标识
DOI:10.1016/j.ccell.2023.08.002
摘要

Deep learning (DL) can accelerate the prediction of prognostic biomarkers from routine pathology slides in colorectal cancer (CRC). However, current approaches rely on convolutional neural networks (CNNs) and have mostly been validated on small patient cohorts. Here, we develop a new transformer-based pipeline for end-to-end biomarker prediction from pathology slides by combining a pre-trained transformer encoder with a transformer network for patch aggregation. Our transformer-based approach substantially improves the performance, generalizability, data efficiency, and interpretability as compared with current state-of-the-art algorithms. After training and evaluating on a large multicenter cohort of over 13,000 patients from 16 colorectal cancer cohorts, we achieve a sensitivity of 0.99 with a negative predictive value of over 0.99 for prediction of microsatellite instability (MSI) on surgical resection specimens. We demonstrate that resection specimen-only training reaches clinical-grade performance on endoscopic biopsy tissue, solving a long-standing diagnostic problem.
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