PediatricsGPT:用于儿科应用的中文医疗助手大型语言模型

开发智能儿科咨询系统在提高诊断效率方面具有广阔前景,尤其是在医疗资源匮乏的中国。尽管最近中文医学大型语言模型(LLMs)取得了进展,但在儿科应用中的表现仍不尽如人意,原因在于指令数据不足和训练过程不够完善。为了解决这些问题,本文构建了 PedCorpus,这是一个包含超过 30 万条来自儿科教科书、指南和知识图谱资源的高质量多任务指令数据集,以满足多样化的诊断需求。基于 PedCorpus,我们提出了 PediatricsGPT,这是首个通过系统且稳健的训练流程构建的中文儿科大型语言模型助手。在连续预训练阶段,我们引入了一种混合指令预训练机制,以解决 LLM 在医学领域适应过程中的知识不一致问题。接下来,我们采用全参数监督微调(SFT)将通用医学知识整合到模型中。然后,我们设计了直接跟随偏好优化,以提升模型生成类似儿科医生的人文响应。在参数高效的二次 SFT 阶段,我们提出了通用与特定专家策略相结合的方法,以解决医学全科医生和儿科专家能力之间的冲突。根据各种指标、GPT-4 和医生在不同下游任务中的评估结果,PediatricsGPT 在各方面都优于以往的中文医学 LLMs。我们的模型和数据集将开源,以促进社区开发。

1. 论文研究目标及问题

  • 研究目标:开发智能儿科咨询系统,提高诊断效率,特别是在医疗资源稀缺的中国。
  • 实际问题:现有LLMs在儿科医疗领域表现不佳,由于儿科专业知识的缺乏和训练过程的脆弱性。
  • 是否是新问题:儿科医疗资源的稀缺性一直是行业面临的挑战,结合LLMs的儿科应用是相对较新的研究方向。
  • 对产业发展的意义:有助于推动医疗信息化发展,提升儿科医疗服务质量,优化医疗资源配置。

2. 论文提出的新思路、方法及模型

  • 新思路:构建高质量儿科医疗指令数据集PedCorpus,以支持多任务的儿科诊断需求。
  • 方法:提出了PediatricsGPT模型,基于系统性和鲁棒性的训练流程,包括连续预训练、全参数监督微调、人类偏好对齐和参数高效二次微调。
  • 模型关键:PediatricsGPT结合了儿科专业知识和医学通识,通过混合指令预训练机制弥合了基础模型内部知识与注入医学知识之间的不一致性。
  • 特点和优势:与之前的医疗LLMs相比,PediatricsGPT在儿科专业领域的表现更优,通过多方面的实验验证其有效性。

3. 实验设计及结果

  • 实验设计:论文在多个儿科医疗基准上进行了实验,包括知识问答、基于证据的诊断和治疗推荐任务。
  • 实验数据:使用了超过30万条来自儿科教科书、指南和知识图谱的指令数据,以及真实医患对话数据。
  • 实验结果:PediatricsGPT在各项指标上均优于现有中文医疗LLMs,与GPT-3.5-turbo相比也展现出竞争性能。

4. 论文贡献、业界影响及应用场景

  • 论文贡献:提出并验证了PediatricsGPT模型,为儿科医疗领域提供了一种新的智能助手解决方案。
  • 业界影响:有助于提升儿科医疗服务的智能化水平,优化医疗资源配置,提高诊断效率和患者满意度。
  • 应用场景:适用于在线医疗咨询、儿科诊断辅助、治疗推荐等多个场景。
  • 工程师应关注:模型的训练流程、数据集的构建方法、模型在真实场景中的应用效果及优化。

5. 未来研究方向和挑战

  • 未来探索问题:包括模型的安全性和鲁棒性提升、跨语言支持、多模态交互等。
  • 挑战:如何有效应对模型操纵、隐私保护、数据偏见等问题。
  • 新技术和投资机会:围绕智能医疗、健康大数据、隐私计算等领域的技术创新和商业模式探索。

6. 论文的不足及存疑

  • 不足:论文主要关注中文环境下的儿科医疗应用,对多语言支持和全球推广的考虑不足。
  • 存疑:模型在实际部署中可能面临的安全风险、数据隐私保护等问题需要进一步验证和研究。

7. 从非技术背景读者角度的启发

  • 学到什么:了解LLMs在医疗领域的潜力和挑战,认识到数据质量和模型训练流程对模型性能的重要性。
  • 启发:思考如何将先进技术应用于实际问题解决中,关注跨学科融合的创新机会。
  • 需补充知识:医学基础知识、人工智能原理及医疗信息化发展趋势。

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