Abstract 4970: Multi-modal machine learning approaches for predicting cancer type and Gleason grade leveraging public TCGA data
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Introduction: To better understand the complex and challenging nature of diseases such as cancer and for improved diagnosis, it may require the combination of multiple data modalities, such as histopathological images and omics data such as RNA-seq. By integrating these heterogeneous but complementary data, a multimodal approach unites both worlds and could achieve better synergistic results compared to using a single modality. The growing availability of large datasets such as The Cancer Genome Atlas (TCGA) with more than 10000 patients made it possible to combine different modalities to train machine learning algorithms which offers great potential to address challenging cancer related research. In this proof of concept initiative we use machine learning approaches within an open-source framework in order to leverage the potential of multimodality (Histopathology Whole Slide Images (WSI) and Genomics/RNA-seq) to build predictive AI models for cancer type and prostate Gleason score, and provide a potential to develop a quality control step. Method: We used matched WSI and RNA-Seq profiles from TCGA, including 11093 samples and 30 cancer types to develop a pancancer classification model using both modalities. For prostate Gleason score prediction 401 patients were available. Both datasets were split into a train (70%) and test (30%) components. We used a late fusion approach where we combined the RNA-seq model (linear SVM) with the WSI model (Resnet18) by multiplying the probability scores of each single-modality model. Model performance was measured with the F1 metric. Results: For cancer type prediction, the multimodality model achieved an F1 score of 0.95 on the test set. About 40% of the cancer types benefited from a synergistic effect by combining the two modalities. Cancer types and percent increase in F1 scores, respectively, that benefit most by combining modalities are: Cervical squamous cell carcinoma and endocervical adenocarcinoma (4.23%), Cholangiosarcoma (6.66%) and Uterine carcinosarcoma (4%). Interestingly, in other cancer types the combination did not result in improved predictive scores compared to a single modality model, e.g. in Rectum adenocarcinoma, Sarcoma or Stomach adenocarcinoma. For Prostate cancer grading, Gleason score prediction of patterns 3/4/5, combined multi modality model earned 0.73 F1 outperforming the single modality models. Conclusion: By combining histopathology imaging and omics modalities we demonstrated synergistic effects in predictive power for both cancer-related research questions. We show improved predictive performance in 40% of the classified cancer types by taking both modalities. Imaging or omics modalities alone can be sufficient in some cases and their strengths are very problem-specific. Citation Format: Christian Wohlfart, Eldad Klaiman, Jacub Witkowski, Michael King, Jacob Gildenblat, Ofir Etz-Hadar, Mohammad Ashtari, Antoaneta Vladimirova. Multi-modal machine learning approaches for predicting cancer type and Gleason grade leveraging public TCGA data [abstract]. In: Proceedings of the American Association for Cancer Research Annual Meeting 2024; Part 1 (Regular Abstracts); 2024 Apr 5-10; San Diego, CA. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2024;84(6_Suppl):Abstract nr 4970.
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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 | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 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 ».