Abstract PO-018: Computational staining of tumor hypoxia from H&E images using convolutional neural networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Heterogeneity in the tumor environment can be driven by multiple biochemical processes, such as immune infiltration, cell-to-cell genetic variation, and oxygenation gradients. Low oxygen, termed hypoxia, has been strongly correlated with metastasis, radiation resistance, and poor prognosis. One ongoing challenge is determining the magnitude of how hypoxia influences treatment response relative to other features, such as proliferation and micro vessel density. While it is possible to stain banked tissue for these markers, it is challenging to stain for endogenous markers of hypoxia. Exogenous probes have been developed to overcome this barrier; however, most clinical samples lack such probes. Previously, we have shown that spatial distributions of hypoxia correlate with morphological features of the tumor, such as necrosis and vasculature. Some of these features can be identified in hematoxylin and eosin (H&E)-stained sections, present for nearly all tumor samples. We hypothesize that a trained machine learning algorithm can be used to accurately predict hypoxia distributions given an H&E-stained section. Colorectal, pancreatic, and ovarian cancer cell line xenografts were cut and stained for markers of hypoxia, proliferation, perfusion, vasculature, and H&E. Binary masks of necrosis were generated, and together with the H&E and hypoxia images, were used to train a convolutional neural network. Once the model had been trained, a fairly precise prediction (MSE <0.012) had been obtained relative to the ground-truth hypoxia stained images. We believe a model trained on clinical H&E and hypoxia sections can be used to accurately predict hypoxia distributions from a H&E section. Predicted hypoxia distributions from existing H&E histology can be used to evaluate the influence of hypoxia on treatment outcome, by retroactively comparing a patient’s prognosis with levels of hypoxia. Correlations between hypoxia and prognostic measures such as tumor volume after irradiation, would indicate hypoxia may have modulated the efficacy of the treatment. Thus, computational stain prediction of hypoxia can serve as an invaluable tool in closing the gap between preclinical and clinical implementations of hypoxia-targeted therapies. Citation Format: Mark Zaidi, Haotian Cui, Bo Wang, Trevor D. McKee, Bradly G. Wouters. Computational staining of tumor hypoxia from H&E images using convolutional neural networks [abstract]. In: Proceedings of the AACR Virtual Special Conference on Artificial Intelligence, Diagnosis, and Imaging; 2021 Jan 13-14. Philadelphia (PA): AACR; Clin Cancer Res 2021;27(5_Suppl):Abstract nr PO-018.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».