An Explainable Multimodal Artificial Intelligence Model Integrating Histopathological Microenvironment and EHR Phenotypes for Germline Genetic Testing in Breast Cancer

可解释性 遗传建筑学 基因检测 计算生物学 个性化医疗 生殖系 乳腺癌 计算机科学 人工智能 机器学习 医学 表型 生物信息学 生物 癌症 内科学 遗传学 基因
作者
Zijian Yang,Changyuan Guo,J. Li,Yalun Li,Lei Zhong,Pengming Pu,Tongxuan Shang,Cong Lin,Yongxin Zhou,Guangdong Qiao,Ziqi Jia,Hengyi Xu,Heng Cao,Yansong Huang,Tianyi Liu,Jian Liang,Jiang Wu,Dongxu Ma,Yuchen Liu,Renping Zhou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202502833
摘要

Abstract Genetic testing for pathogenic germline variants is critical for the personalized management of high‐risk breast cancers, guiding targeted therapies and cascade testing for at‐risk families. In this study, MAIGGT (Multimodal Artificial Intelligence Germline Genetic Testing) is proposed, a deep learning framework that integrates histopathological microenvironment features from whole‐slide images with clinical phenotypes from electronic health records for precise prescreening of germline BRCA1/2 mutations. Leveraging a multi‐scale Transformer‐based deep generative architecture, MAIGGT employs a cross‐modal latent representation unification mechanism to capture complementary biological insights from multimodal data. MAIGGT is rigorously validated across three independent cohorts and demonstrated robust performance with areas under receiver operating characteristic curves of 0.925 (95% CI 0.868 – 0.982), 0.845 (95% CI 0.779 – 0.911), and 0.833 (0.788 – 0.878), outperforming single‐modality models. Mechanistic interpretability analyses revealed that BRCA1/2 ‐mutated associated tumors may exhibit distinct microenvironment patterns, including increased inflammatory cell infiltration, stromal proliferation and necrosis, and nuclear heterogeneity. By bridging digital pathology with clinical phenotypes, MAIGGT establishes a new paradigm for cost‐effective, scalable, and biologically interpretable prescreening of hereditary breast cancer, with the potential to significantly improve the accessibility of genetic testing in routine clinical practice.
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