Deep learning based tissue analysis predicts outcome in colorectal cancer

深度学习 人工智能 结直肠癌 组织微阵列 危险系数 卷积神经网络 医学 结果(博弈论) 计算机科学 机器学习 癌症 肿瘤科 内科学 置信区间 数学 数理经济学
作者
Dmitrii Bychkov,Nina Linder,Riku Turkki,Stig Nordling,Panu E. Kovanen,Clare Verrill,Margarita Walliander,Mikael Lundin,Caj Haglund,Johan Lundin
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:405
标识
DOI:10.1038/s41598-018-21758-3
摘要

Abstract Image-based machine learning and deep learning in particular has recently shown expert-level accuracy in medical image classification. In this study, we combine convolutional and recurrent architectures to train a deep network to predict colorectal cancer outcome based on images of tumour tissue samples. The novelty of our approach is that we directly predict patient outcome, without any intermediate tissue classification. We evaluate a set of digitized haematoxylin-eosin-stained tumour tissue microarray (TMA) samples from 420 colorectal cancer patients with clinicopathological and outcome data available. The results show that deep learning-based outcome prediction with only small tissue areas as input outperforms (hazard ratio 2.3; CI 95% 1.79–3.03; AUC 0.69) visual histological assessment performed by human experts on both TMA spot (HR 1.67; CI 95% 1.28–2.19; AUC 0.58) and whole-slide level (HR 1.65; CI 95% 1.30–2.15; AUC 0.57) in the stratification into low- and high-risk patients. Our results suggest that state-of-the-art deep learning techniques can extract more prognostic information from the tissue morphology of colorectal cancer than an experienced human observer.

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