PathMMU: A Massive Multimodal Expert-Level Benchmark for Understanding and Reasoning in Pathology

Auteurs : Yuxuan Sun, Hao Wu, Chenglu Zhu, Sunyi Zheng, Qizi Chen, Kai Zhang, Yunlong Zhang, Xiaoxiao Lan, Mengyue Zheng, Jingxiong Li, Xinheng Lyu, Tao Lin, Lin Yang

107 pages, 103 figures
Licence : CC BY-NC-ND 4.0

Résumé : The emergence of large multimodal models has unlocked remarkable potential in AI, particularly in pathology. However, the lack of specialized, high-quality benchmark impeded their development and precise evaluation. To address this, we introduce PathMMU, the largest and highest-quality expert-validated pathology benchmark for LMMs. It comprises 33,573 multimodal multi-choice questions and 21,599 images from various sources, and an explanation for the correct answer accompanies each question. The construction of PathMMU capitalizes on the robust capabilities of GPT-4V, utilizing approximately 30,000 gathered image-caption pairs to generate Q\&As. Significantly, to maximize PathMMU's authority, we invite six pathologists to scrutinize each question under strict standards in PathMMU's validation and test sets, while simultaneously setting an expert-level performance benchmark for PathMMU. We conduct extensive evaluations, including zero-shot assessments of 14 open-sourced and three closed-sourced LMMs and their robustness to image corruption. We also fine-tune representative LMMs to assess their adaptability to PathMMU. The empirical findings indicate that advanced LMMs struggle with the challenging PathMMU benchmark, with the top-performing LMM, GPT-4V, achieving only a 51.7\% zero-shot performance, significantly lower than the 71.4\% demonstrated by human pathologists. After fine-tuning, even open-sourced LMMs can surpass GPT-4V with a performance of over 60\%, but still fall short of the expertise shown by pathologists. We hope that the PathMMU will offer valuable insights and foster the development of more specialized, next-generation LLMs for pathology.

Soumis à arXiv le 29 Jan. 2024

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