A hierarchical self‐attention‐guided deep learning framework to predict breast cancer response to chemotherapy using pre‑treatment tumor biopsies
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Pathological complete response (pCR) to neoadjuvant chemotherapy (NAC) has demonstrated a strong correlation to improved survival in breast cancer (BC) patients. However, pCR rates to NAC are less than 30%, depending on the BC subtype. Early prediction of NAC response would facilitate therapeutic modifications for individual patients, potentially improving overall treatment outcomes and patient survival. PURPOSE: This study, for the first time, proposes a hierarchical self-attention-guided deep learning framework to predict NAC response in breast cancer patients using digital histopathological images of pre-treatment biopsy specimens. METHODS: Digitized hematoxylin and eosin-stained slides of BC core needle biopsies were obtained from 207 patients treated with NAC, followed by surgery. The response to NAC for each patient was determined using the standard clinical and pathological criteria after surgery. The digital pathology images were processed through the proposed hierarchical framework consisting of patch-level and tumor-level processing modules followed by a patient-level response prediction component. A combination of convolutional layers and transformer self-attention blocks were utilized in the patch-level processing architecture to generate optimized feature maps. The feature maps were analyzed through two vision transformer architectures adapted for the tumor-level processing and the patient-level response prediction components. The feature map sequences for these transformer architectures were defined based on the patch positions within the tumor beds and the bed positions within the biopsy slide, respectively. A five-fold cross-validation at the patient level was applied on the training set (144 patients with 9430 annotated tumor beds and 1,559,784 patches) to train the models and optimize the hyperparameters. An unseen independent test set (63 patients with 3574 annotated tumor beds and 173,637 patches) was used to evaluate the framework. RESULTS: The obtained results on the test set showed an AUC of 0.89 and an F1-score of 90% for predicting pCR to NAC a priori by the proposed hierarchical framework. Similar frameworks with the patch-level, patch-level + tumor-level, and patch-level + patient-level processing components resulted in AUCs of 0.79, 0.81, and 0.84 and F1-scores of 86%, 87%, and 89%, respectively. CONCLUSIONS: The results demonstrate a high potential of the proposed hierarchical deep-learning methodology for analyzing digital pathology images of pre-treatment tumor biopsies to predict the pathological response of breast cancer to NAC.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
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 tête enseignante, 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 ».