DrHouse:一种融合智能设备数据和专家知识的LLM诊断推理系统

大型语言模型(LLMs)有可能彻底改变数字医疗的面貌。然而,当前基于LLM的虚拟医生系统存在一个问题,即它们依赖于患者主观描述的症状,从而增加了误诊的风险。为了解决这个问题,我们开发了一种新型LLM基于多轮咨询虚拟医生系统,DrHouseDrHouse。该系统有三个突出的特点:首先,它可以利用智能设备收集的日常数据,提高诊断的准确性和可靠性。其次,它可以实时更新医学知识库,例如Up-to-Date和PubMed,确保诊断标准始终处于前沿。最后,它可以同时评估多种潜在疾病和可能性,提供更加细腻和知情的医疗评估。通过与用户的多轮交互,DrHouse可以确定下一步骤,例如收集更多数据或进行实验室测试,并逐步改进诊断结果。我们的实验结果表明,DrHouse可以提高诊断准确性最高18.8%,超过当前基准线。此外,用户研究结果也表明,DrHouse得到了医疗专家和患者的广泛认可。

一、研究目标与实际问题

研究目标

研究目标本论文旨在通过构建一个名为DrHouse的基于大型语言模型(LLM)的虚拟医生系统,解决传统虚拟医生过度依赖患者主观症状描述导致的误诊风险,提高诊断准确性和可靠性。

实际问题

实际问题:现有的基于LLM的虚拟医生主要依赖于患者的主观症状描述,忽略了客观数据的价值,尤其是来自智能设备(如智能手表、可穿戴传感器)的传感器数据,这增加了诊断的不确定性。

问题的重要性

意义:随着智能设备的普及和医疗信息化的发展,利用传感器数据辅助诊断成为一个新的问题和机遇。通过整合传感器数据和专家知识,可以提高虚拟医生的诊断能力,为患者提供更准确、及时的医疗服务,对医疗产业的数字化转型具有重要意义。

二、新思路、方法与模型

新思路

新思路:本文提出了将传感器数据融入多轮诊断过程中的新思路,通过智能设备收集的传感器数据,如心率、呼吸率、血氧饱和度等,辅助虚拟医生做出更准确的诊断。

方法与模型

方法:DrHouse系统采用多源知识检索方法,同时检索最新的医学知识和患者传感器数据知识。系统通过迭代地询问患者症状、检索相关医学知识和传感器数据,逐步细化诊断。

模型:系统构建了基于LLM(GPT-4等)的诊断推理模型,通过知识融合和并发检查潜在疾病及其可能性,为每种疾病生成可解释的诊断结果。

特点与优势

特点

  • 客观性:整合传感器数据,提高诊断的客观性。
  • 动态性:根据诊断过程中的交互信息动态更新诊断指南树。
  • 可解释性:为每种疾病提供概率估计和解释。

优势:与仅依赖患者主观描述的传统虚拟医生相比,DrHouse能够更有效地利用传感器数据,提高诊断准确性,并减少不必要的实验室检查。

三、实验设计与结果

实验设计

数据集:在三个公共医疗对话数据集上进行评估,并通过创建合成患者档案(包含诊断对话和真实传感器数据)进行现实世界评估。

性能指标:包括诊断指南的遵循性、传感器数据的利用率、诊断准确性三个维度。

实验结果

结果:实验结果表明,DrHouse在诊断准确率上比最先进的基线方法高出18.8%,且在诊断过程中更好地遵循了诊断指南,更有效地利用了传感器数据。

支持科学假设

支持:实验结果有效支持了通过整合传感器数据和专家知识可以提高虚拟医生诊断准确性的科学假设。

四、贡献与影响

贡献

技术贡献

  • 提出了首个整合传感器数据和专家知识的多轮诊断虚拟医生系统。
  • 开发了多源知识检索和知识融合方法,实现传感器数据和医学知识的有效整合。

实践贡献

  • 为患者提供了更准确、及时的在线医疗服务。
  • 为医生提供了诊断参考,减轻了工作负担。

影响

对AI领域:推动了LLM在医疗领域的应用,展示了AI技术辅助医疗诊断的巨大潜力。

对产业界:促进了医疗信息化和数字化转型,为医疗行业提供了新的增长点。

应用场景与商业机会

应用场景:远程医疗、在线健康咨询、慢性病管理等。

商业机会:开发基于DrHouse技术的医疗服务平台,为医疗机构、保险公司、患者提供增值服务。

五、未来探索与挑战

未来探索

技术问题:如何提高传感器数据的准确性和可靠性,进一步降低诊断不确定性。

应用场景:探索更多适用于DrHouse系统的医疗应用场景,如精神健康评估、康复管理等。

挑战

技术挑战:如何更好地整合多源异构数据,提高系统的泛化能力和鲁棒性。

隐私挑战:如何在利用传感器数据的同时保护患者隐私,满足合规性要求。

六、不足与存疑

不足

实验数据集:目前实验主要基于公开数据集和合成数据,缺少现实世界大规模应用的验证。

技术细节:论文未详细讨论传感器数据质量的量化评估方法,以及如何精确融合不同来源的知识。

存疑

系统稳定性:基于云服务的LLM推理延迟可能影响用户体验,需要进一步研究如何优化系统性能。


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