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Enregistrement W2921197949 · doi:10.1001/jamanetworkopen.2019.0442

Comparison of Artificial Intelligence Techniques to Evaluate Performance of a Classifier for Automatic Grading of Prostate Cancer From Digitized Histopathologic Images

2019· article· en· W2921197949 sur OpenAlexaffabout
Guy Nir, Davood Karimi, S. Larry Goldenberg, Ladan Fazli, Brian Skinnider, Peyman Tavassoli, Dmitry Turbin, Carlos F. Villamil, Gang Wang, Darby J. S. Thompson, Peter C. Black, Septimiu E. Salcudean

Notice bibliographique

RevueJAMA Network Open · 2019
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAI in cancer detection
Établissements canadiensRichmond HospitalVancouver Coastal HealthSimon Fraser UniversityBC Cancer AgencyVancouver General HospitalUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMcNemar's testArtificial intelligenceProstatectomyProstate cancerClassifier (UML)Convolutional neural networkGrading (engineering)Computer scienceMedicinePattern recognition (psychology)Machine learningCancerMathematicsStatisticsInternal medicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Importance: Proper evaluation of the performance of artificial intelligence techniques in the analysis of digitized medical images is paramount for the adoption of such techniques by the medical community and regulatory agencies. Objectives: To compare several cross-validation (CV) approaches to evaluate the performance of a classifier for automatic grading of prostate cancer in digitized histopathologic images and compare the performance of the classifier when trained using data from 1 expert and multiple experts. Design, Setting, and Participants: This quality improvement study used tissue microarray data (333 cores) from 231 patients who underwent radical prostatectomy at the Vancouver General Hospital between June 27, 1997, and June 7, 2011. Digitized images of tissue cores were annotated by 6 pathologists for 4 classes (benign and Gleason grades 3, 4, and 5) between December 12, 2016, and October 5, 2017. Patches of 192 µm2 were extracted from these images. There was no overlap between patches. A deep learning classifier based on convolutional neural networks was trained to predict a class label from among the 4 classes (benign and Gleason grades 3, 4, and 5) for each image patch. The classification performance was evaluated in leave-patches-out CV, leave-cores-out CV, and leave-patients-out 20-fold CV. The analysis was performed between November 15, 2018, and January 1, 2019. Main Outcomes and Measures: The classifier performance was evaluated by its accuracy, sensitivity, and specificity in detection of cancer (benign vs cancer) and in low-grade vs high-grade differentiation (Gleason grade 3 vs grades 4-5). The statistical significance analysis was performed using the McNemar test. The agreement level between pathologists and the classifier was quantified using a quadratic-weighted κ statistic. Results: On 333 tissue microarray cores from 231 participants with prostate cancer (mean [SD] age, 63.2 [6.3] years), 20-fold leave-patches-out CV resulted in mean (SD) accuracy of 97.8% (1.2%), sensitivity of 98.5% (1.0%), and specificity of 97.5% (1.2%) for classifying benign patches vs cancerous patches. By contrast, 20-fold leave-patients-out CV resulted in mean (SD) accuracy of 85.8% (4.3%), sensitivity of 86.3% (4.1%), and specificity of 85.5% (7.2%). Similarly, 20-fold leave-cores-out CV resulted in mean (SD) accuracy of 86.7% (3.7%), sensitivity of 87.2% (4.0%), and specificity of 87.7% (5.5%). Results of McNemar tests showed that the leave-patches-out CV accuracy, sensitivity, and specificity were significantly higher than those for both leave-patients-out CV and leave-cores-out CV. Similar results were observed for classifying low-grade cancer vs high-grade cancer. When trained on a single expert, the overall agreement in grading between pathologists and the classifier ranged from 0.38 to 0.58; when trained using the majority vote among all experts, it was 0.60. Conclusions and Relevance: Results of this study suggest that in prostate cancer classification from histopathologic images, patch-wise CV and single-expert training and evaluation may lead to a biased estimation of classifier's performance. To allow reproducibility and facilitate comparison between automatic classification methods, studies in the field should evaluate their performance using patient-based CV and multiexpert data. Some of these conclusions may be generalizable to other histopathologic applications and to other applications of machine learning in medicine.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,017
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,039
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,092

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0170,039
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0030,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,069
Tête enseignante GPT0,370
Écart entre enseignants0,300 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations111
Publié2019
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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