Assessment of emerging pretraining strategies in interpretable multimodal deep learning for cancer prognostication

计算机科学 人工智能 杠杆(统计) 机器学习 深度学习 医学诊断 数据科学 医学 病理
作者
Zarif L. Azher,Anish Suvarna,Jiqing Chen,Ze Zhang,Brock C. Christensen,Lucas A. Salas,Louis Vaickus,Joshua J. Levy
出处
期刊:Biodata Mining [Springer Nature]
卷期号:16 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1186/s13040-023-00338-w
摘要

Abstract Background Deep learning models can infer cancer patient prognosis from molecular and anatomic pathology information. Recent studies that leveraged information from complementary multimodal data improved prognostication, further illustrating the potential utility of such methods. However, current approaches: 1) do not comprehensively leverage biological and histomorphological relationships and 2) make use of emerging strategies to “pretrain” models (i.e., train models on a slightly orthogonal dataset/modeling objective) which may aid prognostication by reducing the amount of information required for achieving optimal performance. In addition, model interpretation is crucial for facilitating the clinical adoption of deep learning methods by fostering practitioner understanding and trust in the technology. Methods Here, we develop an interpretable multimodal modeling framework that combines DNA methylation, gene expression, and histopathology (i.e., tissue slides) data, and we compare performance of crossmodal pretraining, contrastive learning, and transfer learning versus the standard procedure. Results Our models outperform the existing state-of-the-art method (average 11.54% C-index increase), and baseline clinically driven models (average 11.7% C-index increase). Model interpretations elucidate consideration of biologically meaningful factors in making prognosis predictions. Discussion Our results demonstrate that the selection of pretraining strategies is crucial for obtaining highly accurate prognostication models, even more so than devising an innovative model architecture, and further emphasize the all-important role of the tumor microenvironment on disease progression.
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