Deep learning-inferred multiplex immunofluorescence for immunohistochemical image quantification

多路复用 免疫组织化学 污渍 染色 病理 免疫荧光 反褶积 计算机科学 人工智能 生物 医学 生物信息学 抗体 免疫学 算法
作者
Parmida Ghahremani,Yanyun Li,Arie Kaufman,R. Vanguri,Noah F. Greenwald,Michael Angelo,Travis J. Hollmann,Saad Nadeem
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:4 (4): 401-412 被引量:130
标识
DOI:10.1038/s42256-022-00471-x
摘要

Reporting biomarkers assessed by routine immunohistochemical (IHC) staining of tissue is broadly used in diagnostic pathology laboratories for patient care. To date, clinical reporting is predominantly qualitative or semi-quantitative. By creating a multitask deep learning framework referred to as DeepLIIF, we present a single-step solution to stain deconvolution/separation, cell segmentation, and quantitative single-cell IHC scoring. Leveraging a unique de novo dataset of co-registered IHC and multiplex immunofluorescence (mpIF) staining of the same slides, we segment and translate low-cost and prevalent IHC slides to more expensive-yet-informative mpIF images, while simultaneously providing the essential ground truth for the superimposed brightfield IHC channels. Moreover, a new nuclear-envelop stain, LAP2beta, with high (>95%) cell coverage is introduced to improve cell delineation/segmentation and protein expression quantification on IHC slides. By simultaneously translating input IHC images to clean/separated mpIF channels and performing cell segmentation/classification, we show that our model trained on clean IHC Ki67 data can generalize to more noisy and artifact-ridden images as well as other nuclear and non-nuclear markers such as CD3, CD8, BCL2, BCL6, MYC, MUM1, CD10, and TP53. We thoroughly evaluate our method on publicly available benchmark datasets as well as against pathologists' semi-quantitative scoring. The code, the pre-trained models, along with easy-to-run containerized docker files as well as Google CoLab project are available at https://github.com/nadeemlab/deepliif.
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