Predicting tumour mutational burden from histopathological images using multiscale deep learning

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作者
Mika Sarkin Jain,Tarik F. Massoud
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:2 (6): 356-362 被引量:86
标识
DOI:10.1038/s42256-020-0190-5
摘要

Tumour mutational burden (TMB) is an important biomarker for predicting the response to immunotherapy in patients with cancer. Gold-standard measurement of TMB is performed using whole exome sequencing (WES), which is not available at most hospitals because of its high cost, operational complexity and long turnover times. We have developed a machine learning algorithm, Image2TMB, which can predict TMB from readily available lung adenocarcinoma histopathological images. Image2TMB integrates the predictions of three deep learning models that operate at different resolution scales (×5, ×10 and ×20 magnification) to determine if the TMB of a cancer is high or low. On a held-out set of patients, Image2TMB achieves an area under the precision recall curve of 0.92, an average precision of 0.89, and has the predictive power of a targeted sequencing panel of ~100 genes. This study demonstrates that it is possible to infer genomic features from histopathology images, and potentially opens avenues for exploring genotype–phenotype relationships. Tumour mutational burden (TMB) shows promise as a biomarker in cancer immunotherapy, but it usually requires whole-exome sequencing, which is costly, time-consuming and unavailable at most hospitals. The authors develop a machine learning algorithm that uses standard H&E histopathological images to quickly, inexpensively and accurately predict TMB. The approach may have applications as a tool to screen and prioritize patient samples and subsequent treatments.
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