Generative AI for misalignment-resistant virtual staining to accelerate histopathology workflows

工作流程 计算机科学 人工智能 生成语法 生成模型 染色 计算机视觉 组织病理学 自然语言处理 计算生物学 模式识别(心理学)
作者
Jiabo Ma,Wenqiang Li,Jinbang li,Ziyi Liu,Linshan Wu,Fengtao Zhou,Li Liang,Ronald Chan,Terence T. W. Wong,Hao Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-71038-2
摘要

Accurate histopathological diagnosis typically relies on multiple chemical stains, a process that is labor-intensive, tissue-consuming, and environmentally taxing. While virtual staining offers a faster, tissue-conserving alternative, its clinical adoption is hindered by the requirement for perfectly aligned paired data, which is difficult to obtain due to tissue distortion during chemical processing. We present a robust virtual staining framework that mitigates spatial mismatches through a cascaded registration mechanism. By decoupling image generation from spatial alignment, our method enables high-fidelity staining even from imperfectly paired or misaligned datasets without altering existing model architectures. Our approach significantly outperforms state-of-the-art models across five datasets, showing a remarkable 23.8% improvement in image quality for highly misaligned samples. In blinded evaluations, experienced pathologists achieved 52% accuracy in distinguishing virtual from chemical stains, indicating that the two were indistinguishable. This framework simplifies data acquisition and provides a scalable pathway for integrating virtual staining into routine clinical workflows. Ma, Li, and colleagues present a virtual tissue staining method that overcomes data mismatch by separating image generation from spatial alignment. This approach produces highly accurate diagnostic images that expert pathologists cannot distinguish from real chemical stains.
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