Association of genomic subtypes of lower-grade gliomas with shape features automatically extracted by a deep learning algorithm

联想(心理学) 胶质瘤 深度学习 人工智能 计算生物学 关联规则学习 算法 生物 模式识别(心理学) 遗传学 计算机科学 认识论 哲学
作者
Mateusz Buda,Ashirbani Saha,Maciej A. Mazurowski
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:109: 218-225 被引量:248
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2019.05.002
摘要

Recent analysis identified distinct genomic subtypes of lower-grade glioma tumors which are associated with shape features. In this study, we propose a fully automatic way to quantify tumor imaging characteristics using deep learning-based segmentation and test whether these characteristics are predictive of tumor genomic subtypes. We used preoperative imaging and genomic data of 110 patients from 5 institutions with lower-grade gliomas from The Cancer Genome Atlas. Based on automatic deep learning segmentations, we extracted three features which quantify two-dimensional and three-dimensional characteristics of the tumors. Genomic data for the analyzed cohort of patients consisted of previously identified genomic clusters based on IDH mutation and 1p/19q co-deletion, DNA methylation, gene expression, DNA copy number, and microRNA expression. To analyze the relationship between the imaging features and genomic clusters, we conducted the Fisher exact test for 10 hypotheses for each pair of imaging feature and genomic subtype. To account for multiple hypothesis testing, we applied a Bonferroni correction. P-values lower than 0.005 were considered statistically significant. We found the strongest association between RNASeq clusters and the bounding ellipsoid volume ratio (p < 0.0002) and between RNASeq clusters and margin fluctuation (p < 0.005). In addition, we identified associations between bounding ellipsoid volume ratio and all tested molecular subtypes (p < 0.02) as well as between angular standard deviation and RNASeq cluster (p < 0.02). In terms of automatic tumor segmentation that was used to generate the quantitative image characteristics, our deep learning algorithm achieved a mean Dice coefficient of 82% which is comparable to human performance.
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