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Enregistrement W4412163778 · doi:10.1158/1557-3265.aimachine-a045

Abstract A045: Unlocking deep learning for cell-free DNA-based early colorectal cancer detection

2025· article· en· W4412163778 sur OpenAlexaboutno aff
Michael Widrich, Peter Ulz, Kaitlyn Coil, Thomas Royce, Jimmy Lin, Richard Bourgon, Anindita Dutta

Notice bibliographique

RevueClinical Cancer Research · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueCancer Genomics and Diagnostics
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésColorectal cancerCell-free fetal DNADeep learningComputational biologyCancerMedicineArtificial intelligenceBiologyOncologyCancer researchComputer scienceInternal medicineGenetics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Introduction: Colorectal cancer (CRC) is the second most common cause of cancer-related death in the US. Screening reduces cancer mortality through early detection, but only 59% of eligible individuals are up to date with recommended CRC screening. Non-invasive and more convenient tests can increase adherence to screening guidelines, and blood tests using next generation sequencing to detect cancer-associated methylation patterns in cell-free DNA (cfDNA) have recently shown great promise and are on track to or have recently achieved FDA approval. Such tests produce data for millions of cfDNA fragments (and billions of bases) per sample and require sophisticated featurization and classification algorithms. Deep learning (DL) outperforms traditional machine learning (ML) given enough training data, but application to blood-based cancer screening remains challenging due to the immense input space and low training case counts. Here, we present an interpretable fragment-level DL model that outperforms a state-of-the-art ML approach. Methods: Each sample yields millions of fragments represented as a multimodal feature based on nucleotide sequence, CpG methylation pattern at single-base resolution, and other biologically relevant characteristics. Our DL model first learns a fragment embedding; then, a specialized attention mechanism uses cancer-indicative fragments to learn a sample embedding. Finally, the sample embedding is used to predict CRC status. To assess classification accuracy, we used two independent test sets: challenging contrived positive material (plasma from an advanced-CRC subject diluted into plasma from healthy controls to a level just above the detection limit, n = 148); and a research cohort of patients with CRC (n = 211) or harder-to-detect advanced precancerous lesions (APLs, n = 388). Results: We trained DL models using 70% (DL1) or 100% (DL2) of available training data (925 cases; 3,469 controls). For each model, we set a classification threshold to yield 90% specificity in test-set controls (n = 331). DL2 was more sensitive than the ML model in contrived positives (82% vs 70%), CRCs (90% vs 88%), and APLs (30% vs 27%). Further, DL2 improved on DL1 in each positive sample type (82% vs 72%, 90% vs 89%, and 30% vs 28%, respectively), showing that DL model performance increases with volume of training data. Conclusion: A DL model that operates on millions of fragments per subject outperformed a state-of-the-art ML method when applied to an independent test cohort and exhibited improved performance as training data volume increased. For interpretability, the model can be analyzed via attention values and contribution analysis at the fragment level, providing insight into previously unrecognized cancer-associated fragment characteristics, and the sample embedding can be used to visualize sample distributions and assess model generalizability. Together, these results pave the way for effective DL in blood-based early cancer detection. Citation Format: Michael Widrich, Anooj Patel, Peter Ulz, Kaitlyn Coil, Thomas Royce, Jimmy Lin, Richard Bourgon, Anindita Dutta. Unlocking deep learning for cell-free DNA-based early colorectal cancer detection [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Artificial Intelligence and Machine Learning; 2025 Jul 10-12; Montreal, QC, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Clin Cancer Res 2025;31(13_Suppl):Abstract nr A045.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,014

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

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.

Tête enseignante Opus0,065
Tête enseignante GPT0,445
Écart entre enseignants0,380 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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