A whole-slide foundation model for digital pathology from real-world data

数字化病理学 计算机科学 基础(证据) 数据科学 病理 医学 考古 地理
作者
Hanwen Xu,Naoto Usuyama,Jaspreet Bagga,Sheng Zhang,Rajesh C. Rao,Tristan Naumann,Cliff Wong,Zelalem Gero,Javier González,裕二 池谷,XU Yan-bo,Mu Wei,Wenhui Wang,Shuming Ma,Furu Wei,Jianwei Yang,Yukui Zhang,Jianfeng Gao,Jaylen Rosemon,T. G. R. Bower,Soohee Lee,Roshanthi Weerasinghe,Bill Wright,Ari Robicsek,Brian Piening,Carlo Bifulco,Sheng Wang,Hoifung Poon
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:630 (8015): 181-188 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07441-w
摘要

Abstract Digital pathology poses unique computational challenges, as a standard gigapixel slide may comprise tens of thousands of image tiles 1–3 . Prior models have often resorted to subsampling a small portion of tiles for each slide, thus missing the important slide-level context 4 . Here we present Prov-GigaPath, a whole-slide pathology foundation model pretrained on 1.3 billion 256 × 256 pathology image tiles in 171,189 whole slides from Providence, a large US health network comprising 28 cancer centres. The slides originated from more than 30,000 patients covering 31 major tissue types. To pretrain Prov-GigaPath, we propose GigaPath, a novel vision transformer architecture for pretraining gigapixel pathology slides. To scale GigaPath for slide-level learning with tens of thousands of image tiles, GigaPath adapts the newly developed LongNet 5 method to digital pathology. To evaluate Prov-GigaPath, we construct a digital pathology benchmark comprising 9 cancer subtyping tasks and 17 pathomics tasks, using both Providence and TCGA data 6 . With large-scale pretraining and ultra-large-context modelling, Prov-GigaPath attains state-of-the-art performance on 25 out of 26 tasks, with significant improvement over the second-best method on 18 tasks. We further demonstrate the potential of Prov-GigaPath on vision–language pretraining for pathology 7,8 by incorporating the pathology reports. In sum, Prov-GigaPath is an open-weight foundation model that achieves state-of-the-art performance on various digital pathology tasks, demonstrating the importance of real-world data and whole-slide modelling.
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