Deep learning-enabled assessment of cardiac allograft rejection from endomyocardial biopsies

医学 心肌内膜活检 接收机工作特性 活检 心脏移植 亚型 曲线下面积 曲线下面积 移植 病理 内科学 放射科 计算机科学 药代动力学 程序设计语言
作者
Jana Lipková,Tiffany Chen,Ming Lu,Richard J. Chen,Maha Shady,Mane Williams,Jingwen Wang,Zahra Noor,Richard N. Mitchell,Mehmet Turan,Gulfize Coskun,Funda Yılmaz,Derya Demir,Denız Nart,Kayhan Başak,Nesrin Turhan,Selvinaz Özkara,Yara Banz,Katja E. Odening,Faisal Mahmood
出处
期刊:Nature Medicine [Springer Nature]
卷期号:28 (3): 575-582 被引量:62
标识
DOI:10.1038/s41591-022-01709-2
摘要

Endomyocardial biopsy (EMB) screening represents the standard of care for detecting allograft rejections after heart transplant. Manual interpretation of EMBs is affected by substantial interobserver and intraobserver variability, which often leads to inappropriate treatment with immunosuppressive drugs, unnecessary follow-up biopsies and poor transplant outcomes. Here we present a deep learning-based artificial intelligence (AI) system for automated assessment of gigapixel whole-slide images obtained from EMBs, which simultaneously addresses detection, subtyping and grading of allograft rejection. To assess model performance, we curated a large dataset from the United States, as well as independent test cohorts from Turkey and Switzerland, which includes large-scale variability across populations, sample preparations and slide scanning instrumentation. The model detects allograft rejection with an area under the receiver operating characteristic curve (AUC) of 0.962; assesses the cellular and antibody-mediated rejection type with AUCs of 0.958 and 0.874, respectively; detects Quilty B lesions, benign mimics of rejection, with an AUC of 0.939; and differentiates between low-grade and high-grade rejections with an AUC of 0.833. In a human reader study, the AI system showed non-inferior performance to conventional assessment and reduced interobserver variability and assessment time. This robust evaluation of cardiac allograft rejection paves the way for clinical trials to establish the efficacy of AI-assisted EMB assessment and its potential for improving heart transplant outcomes.

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