Conditional generative adversarial network driven radiomic prediction of mutation status based on magnetic resonance imaging of breast cancer
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Breast Cancer (BC) is a highly heterogeneous and complex disease. Personalized treatment options require the integration of multi-omic data and consideration of phenotypic variability. Radiogenomics aims to merge medical images with genomic measurements but encounter challenges due to unpaired data consisting of imaging, genomic, or clinical outcome data. In this study, we propose the utilization of a well-trained conditional generative adversarial network (cGAN) to address the unpaired data issue in radiogenomic analysis of BC. The generated images will then be used to predict the mutations status of key driver genes and BC subtypes. METHODS: We integrated the paired MRI and multi-omic (mRNA gene expression, DNA methylation, and copy number variation) profiles of 61 BC patients from The Cancer Imaging Archive (TCIA) and The Cancer Genome Atlas (TCGA). To facilitate this integration, we employed a Bayesian Tensor Factorization approach to factorize the multi-omic data into 17 latent features. Subsequently, a cGAN model was trained based on the matched side-view patient MRIs and their corresponding latent features to predict MRIs for BC patients who lack MRIs. Model performance was evaluated by calculating the distance between real and generated images using the Fréchet Inception Distance (FID) metric. BC subtype and mutation status of driver genes were obtained from the cBioPortal platform, where 3 genes were selected based on the number of mutated patients. A convolutional neural network (CNN) was constructed and trained using the generated MRIs for mutation status prediction. Receiver operating characteristic area under curve (ROC-AUC) and precision-recall area under curve (PR-AUC) were used to evaluate the performance of the CNN models for mutation status prediction. Precision, recall and F1 score were used to evaluate the performance of the CNN model in subtype classification. RESULTS: The FID of the images from the well-trained cGAN model based on the test set is 1.31. The CNN for TP53, PIK3CA, and CDH1 mutation prediction yielded ROC-AUC values 0.9508, 0.7515, and 0.8136 and PR-AUC are 0.9009, 0.7184, and 0.5007, respectively for the three genes. Multi-class subtype prediction achieved precision, recall and F1 scores of 0.8444, 0.8435 and 0.8336 respectively. The source code and related data implemented the algorithms can be found in the project GitHub at https://github.com/mattthuang/BC_RadiogenomicGAN . CONCLUSION: Our study establishes cGAN as a viable tool for generating synthetic BC MRIs for mutation status prediction and subtype classification to better characterize the heterogeneity of BC in patients. The synthetic images also have the potential to significantly augment existing MRI data and circumvent issues surrounding data sharing and patient privacy for future BC machine learning studies.
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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 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».