Combining CNN-based histologic whole slide image analysis and patient data to improve skin cancer classification

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Julia Höhn - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Eva Krieghoff-Henning - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Tanja B. Jutzi - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Christof von Kalle - , Berliner Institut für Gesundheitsforschung in der Charité (Autor:in)
  • Jochen S. Utikal - , Universität Heidelberg, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Friedegund Meier - , Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Hauttumorzentrum, Nationales Centrum für Tumorerkrankungen Dresden, Universitäts KrebsCentrum Dresden (Autor:in)
  • Frank F. Gellrich - , Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Hauttumorzentrum, Nationales Centrum für Tumorerkrankungen Dresden, Universitäts KrebsCentrum Dresden (Autor:in)
  • Sarah Hobelsberger - , Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Hauttumorzentrum, Nationales Centrum für Tumorerkrankungen Dresden, Universitäts KrebsCentrum Dresden (Autor:in)
  • Axel Hauschild - , Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Campus Kiel (Autor:in)
  • Justin G. Schlager - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Lars French - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Lucie Heinzerling - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Max Schlaak - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Kamran Ghoreschi - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Franz J. Hilke - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Gabriela Poch - , Charité – Universitätsmedizin Berlin (Autor:in)
  • Heinz Kutzner - , Medizinisches Versorgungszentrum (MVZ) Dermapathologie Friedrichshafen/Bodensee PartG (Autor:in)
  • Markus V. Heppt - , Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Autor:in)
  • Sebastian Haferkamp - , Universität Regensburg (Autor:in)
  • Wiebke Sondermann - , Universität Duisburg-Essen (Autor:in)
  • Dirk Schadendorf - , Universität Duisburg-Essen (Autor:in)
  • Bastian Schilling - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Matthias Goebeler - , Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Autor:in)
  • Achim Hekler - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Stefan Fröhling - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Daniel B. Lipka - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Jakob N. Kather - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Dieter Krahl - , Private Laboratory of Dermatohistopathology (Autor:in)
  • Gerardo Ferrara - , Ospedale di Macerata (Autor:in)
  • Sarah Haggenmüller - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Titus J. Brinker - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)

Abstract

Background: Clinicians and pathologists traditionally use patient data in addition to clinical examination to support their diagnoses. Objectives: We investigated whether a combination of histologic whole slides image (WSI) analysis based on convolutional neural networks (CNNs) and commonly available patient data (age, sex and anatomical site of the lesion) in a binary melanoma/nevus classification task could increase the performance compared with CNNs alone. Methods: We used 431 WSIs from two different laboratories and analysed the performance of classifiers that used the image or patient data individually or three common fusion techniques. Furthermore, we tested a naive combination of patient data and an image classifier: for cases interpreted as ‘uncertain’ (CNN output score <0.7), the decision of the CNN was replaced by the decision of the patient data classifier. Results: The CNN on its own achieved the best performance (mean ± standard deviation of five individual runs) with AUROC of 92.30% ± 0.23% and balanced accuracy of 83.17% ± 0.38%. While the classification performance was not significantly improved in general by any of the tested fusions, naive strategy of replacing the image classifier with the patient data classifier on slides with low output scores improved balanced accuracy to 86.72% ± 0.36%. Conclusion: In most cases, the CNN on its own was so accurate that patient data integration did not provide any benefit. However, incorporating patient data for lesions that were classified by the CNN with low ‘confidence’ improved balanced accuracy.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)94-101
Seitenumfang8
FachzeitschriftEuropean journal of cancer
Jahrgang149
PublikationsstatusVeröffentlicht - Mai 2021
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

ORCID /0000-0002-2164-4644/work/148607193
Scopus 85103699179
PubMed 33838393
ORCID /0000-0003-4340-9706/work/159608223

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • Convolutional neural networks, Data fusion, Histologic whole slide images, Patient data, Skin cancer classification