Abstract 2435: Automatic detection of prostate cancer in 3D pathology datasets based on synthetic immunolabeling of cytokeratins
Notice bibliographique
Résumé
Abstract For AI-analysis of 3D pathology datasets, delineating benign and cancerous tissue regions is often a critical first step. For prostate cancer (PCa) this can be challenging due to the complex intermixing of benign and cancerous glands in 3D. Automated detection of cancerous glands could improve the efficiency and accuracy of downstream computational tasks, such as risk stratification using 3D histomorphometric features. For example, we previously developed machine classifiers based on 3D glandular and nuclear morphologies in PCa biopsies but relied on pathologists to manually identify cancer-enriched volumes for analysis, which was tedious and could introduce bias. Here, we present an approach to automatically identify cancer-enriched regions in 3D pathology datasets of prostate tissue. The tissues are labeled with inexpensive small-molecule fluorescence analogs of H&E staining and are imaged with open-top light-sheet (OTLS) microscopy. Generative adversarial networks were used to train separate models to convert our H&E-analog datasets into synthetic 3D immunofluorescence datasets of two distinct biomarkers: a low-molecular weight cytokeratin (CK8) expressed by luminal epithelial cells found in all prostate glands, and a high-molecular weight cytokeratin (CK5) expressed by basal epithelial cells that are only found in benign prostate glands. Each 3D image-translation model was trained on OTLS microscopy images of prostate tissues that were tri-labeled with fluorescent analogs of H&E plus the antibody of interest (i.e. CK5 or CK8). The models achieved high accuracy for synthetic immunolabeling in held-out validation datasets (Dice scores of 0.72 and 0.83 respectively). By training these models to predict the expression of each CK target directly from H&E-analog datasets, we can avoid the time and cost of immunolabeling large intact tissues. The 3D image-translation models were applied to 3D pathology datasets of 3-mm diameter punch biopsies extracted from archived prostatectomies from 100 PCa patients with known biochemical recurrence outcomes. Using the predicted expression of CK5 and CK8, we developed a simple algorithm to generate a spatial heatmap of cancer-enriched regions throughout each biopsy. For validation, we compared these 3D heatmaps against annotations from 3 GU pathologists of 40 regions of interest, yielding an average Dice score of 0.82. We plan to show improved prognostication with classifiers trained on 3D histomorphometric features derived from cancer-enriched regions (identified by our method) vs. all regions of a prostate specimen. Citation Format: Robert B. Serafin, Jennifer Salguero-Lopez, Rui Wang, Sarah Chow, Elena Baraznenok, Lydia Lan, Kevin W. Bishop, Michelle Downes, Xavier Farre, Lawrence D. True, Anant Madabhushi, Jonathan T. Liu. Automatic detection of prostate cancer in 3D pathology datasets based on synthetic immunolabeling of cytokeratins [abstract]. In: Proceedings of the American Association for Cancer Research Annual Meeting 2025; Part 1 (Regular Abstracts); 2025 Apr 25-30; Chicago, IL. Philadelphia (PA): AACR; Cancer Res 2025;85(8_Suppl_1):Abstract nr 2435.
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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 | 0,001 |
| 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) | 0,002 | 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 ».