当前位置:

首页 > 业界资讯 > 全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

本文中,上海交大&上海AILab发布RadiologyFoundationModel(RadFM),开源14B多模态医疗基础模型,首次支持2D/3D放射影像输入。论文链接:https://arxiv.org/abs/2308.02463代码链接:https://github.com/chaoyi-wu/RadFMPMC-InlineDataset:https://huggingface.co/datasets/chaoyi-wu/PMC-InlinePMC-CasereportDataset:https:

本文目录
    本文中,上海交大 & 上海 AI Lab 发布 Radiology Foundation Model (RadFM),开源 14B 多模态医疗基础模型,首次支持 2D/3D 放射影像输入。

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    • 论文链接:https://arxiv.org/abs/2308.02463
    • 代码链接:https://github.com/chaoyi-wu/RadFM
    • PMC-Inline Dataset:  https://huggingface.co/datasets/chaoyi-wu/PMC-Inline
    • PMC-Casereport Dataset:  https://huggingface.co/datasets/chaoyi-wu/PMC-CaseReport
    • Huggingface Model: https://huggingface.co/chaoyi-wu/RadFM

    研究背景

    GPT4 等一系列大型基础模型的迅猛发展突破了人工智能技术的边界,为众多垂直领域带来了新的发展机遇和挑战。在医学领域,构建强大而全面的基础模型,可以为临床医疗任务提供更为智能、高效的解决方案,为医护人员和患者创造更为优质的医疗体验,开启医学领域技术创新的新篇章。

    然而,当前医学领域的基础模型的构建往往面临着三个方面的挑战:

    • 缺乏用于训练的多模态数据集:由于医学本身的特殊性,医疗任务通常需要处理多模态数据,包括文本信息(电子健康记录,医学报告)、1D 信号(心电图)、2D 影像(超声、X 射线)、3D 影像(CT 或 MRI 扫描)、基因组学等。为了支持医学通用基础模型的训练,大规模多模态数据集的构建十分迫切。
    • 缺乏通用的架构设计:在临床医疗诊断中,常常需要综合考虑多个检查结果来做出全面判断,然而,以往的医疗影像分析工作通常只专注于单一模态和单一任务,需要为每个任务设计不同的架构,难以适应临床综合诊断的需求。医学领域的基础模型需要一个通用的架构,能够有效融合不同模态的信息,从而应对广泛的临床任务。
    • 缺乏有效的基准来评估模型:对模型的临床知识进行基准测试主要依赖于多种任务的数据集,而这些数据集的测试案例数量有限。目前医疗领域尚未建立一个大规模、复杂的基准,可以用于全面衡量医学基础模型在中医疗任务上的性能。

    考虑到上述挑战,研究团队聚焦于构建放射学领域的医学通用基础模型。放射学领域的图像模态种类丰富,影像与报告配对数据也相对较多,且放射学在临床场景中的应用也十分广泛,例如疾病诊断、治疗规划和患者进展监测等等。具体来说,该论文做出了如下技术贡献:

    • 数据上:提供了全新的目前世界上最大规模的医疗多模态数据集 MedMD&RadMD,是首个包含 3D 数据的大规模医疗多模态数据集,含 15.5M 2D 图像和 180k 的 3D 医疗影像。
    • 模型上:开源了 14B 多模态基础模型 RadFM,支持 2D/3D、图像 / 文本混合输入。
    • 测试上:定义了医疗基础模型五大基本任务 —— 模态识别、疾病诊断、医疗问答、报告生成和归因分析,并提供了一个全面的基准——RadBench。

    临床价值

    本文提出的基础模型 RadFM 具有巨大的临床应用意义:

    • 支持三维数据:在实际临床环境中,CT 和 MRI 被广泛使用,大多数疾病的诊断在很大程度上依赖于它们。RadFM 的模型设计能够处理真实的临床成像数据。
    • 多图像输入:合诊断通常需要输入来自各种模态的多影像作为输入,有时甚至需要历史放射图像,因此支持多图像输入 RadFM 能够很好的满足此类临床需求。
    • 交错数据格式:在临床实践中,图像分析通常需要了解患者的病史或背景。交错数据格式允许用户自由输入额外的图像背景信息,确保模型能结合多源信息完成复杂的临床决策任务。

    与现有的所有医学基础模型相比,RadFM 是第一个同时满足上述三点要求的模型,对医疗基础模型投入实际临床应用具有巨大推动作用。

    接下来将从数据、模型、测试三个角度具体介绍原文细节:

    多模态数据 MedMD&RadMD

    研究团队构建了一个当前最大规模的医疗多模态数据集 MedMD,是目前首个包含 3D 数据的大规模医疗多模态数据集,包含 15.5M 2D 图像和 180k 的 3D 医疗影像,也并附带文本描述,例如放射学报告、视觉语言指令或相对应的疾病诊断标签。

    MedMD 涵盖了人体各种放射学模态和解剖区域,横跨 17 个医疗系统,如乳腺、心脏、中枢神经系统、胸部、胃肠道、妇科、血液、头颈部、肝胆、肌肉骨骼、产科、肿瘤、儿科、脊柱、创伤、泌尿和血管,包含超过 5000 种疾病,如下图 1、2、3 所示。此外,研究团队还基于 MedMD, 给出了一个放射学多模态数据集 RadMD。

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 1: MedMD 数据样例展示全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像
    图 2: MedMD 各部分数据构成展示

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 3: RadMD 上模态、2D/3D、Anatomy 分布展示

    模型架构 RadFM

    RadFM 是一个多模态的放射学基础模型,能够将自然语言无缝地与 2D 或 3D 医学扫描相结合,并通过文本输出来解决广泛的医学任务。模型架构如下图 4 所示,研究团队首先在 MedMD 数据集上对该模型进行了预训练,然后在一个经过筛选的数据集 RadMD 上进行视觉指令微调。RadMD 包含 3M 对放射学相关的多模态数据,确保了针对特定领域的微调过程中数据集的高质量和可靠性。

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 4: RadFM 模型架构。RadFM 首先在大规模的数据集 MedMD 上进行 Pre-training 然后在 RadMD 上进行领域适配。在模型架构上,RadFM 首次支持了 2D 和 3D 自由混合,文本和图像自由混合的输入形式。

    测试基准 RadBench

    为了更好的评估放射学基础模型的性能,研究团队建立了一个全新的、综合性的评估基准,涵盖了五大临床放射任务 —— 模态识别、疾病诊断、医疗问答、报告生成和诊断归因。并与最新的开源多模态模型进行了比较,例如 Med-flamingo(斯坦福团队)和 MedVInT(上海交大 & 上海人工智能实验室)。

    模型结果

    RadBench 上自动评测与人工打分

    研究团队优先考虑了自动的评测指标进行了大规模的比较,另外,考虑到生成任务自动指标不可靠的问题,进一步引入了人工打分。在人工打分上,研究团队还与 OpenAI 发布的 GPT-4V(ision)进行了比较,平均分数超越 GPT-4V,结果如图 5、6 所示。

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 5:RadFM 在多个任务上与现有多模态医疗模型的对比,右下为人工打分(5 分制)比较

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 6 RadFM 与各大多模态基础模型的在五大任务上的对比

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 7 人工打分系统样例展示

    RadFM 结果可视化

    图 9-10 展示了 RadFM 在 Medical VQA 医疗视觉问答任务,放射报告生成任务以及推理诊断任务上的结果。从图中可以看出,该模型能够准确判断图像对应的解剖部位。然而,在具体的异常判断方面,仍然存在一些改进的空间。当模型能够提供正确的影像学特征的情况下,模型的诊断结果也会更加准确,证明了推理诊断的必要性。

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 8: RadFM 在 Medical VQA 任务上的性能展示

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 9:RadFM 在报告生成上的性能展示

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 10:RadFM 在诊断归因上的性能展示

    RadFM 的迁移性

    另外在各大公开的不同任务、不同模态(2D/3D)的 benchmark 上, RadFM 也展示了强大的可迁移性,在多个数据集上超越了现有的 SOTA 模型,结果如图 11:

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 11:RadFM 在各大 benchmark 上与 SOTA 的对比

    最后 RadFM 还涌现出了对于未见疾病的诊断能力,如图 12 所示:

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    图 12:RadFM 在 PadChest 上对于未见类直接诊断的结果,其他多模态基础模型都只能取得随机的预测结果(0.5 ACC)

    局限性

    当前医学基础模型的发展尽管取得了显著进展,却仍存在多方面的局限性,本文作者提出了如下几点方向:

    1. 模型绝对性能。虽然 RadFM 大幅超越了旧有基础模型,但多模态基础模型在零样本情况下的文本生成质量仍未能满足临床医生的期望水平。
    2. 3D 数据缺乏。比较于 2D 数据易于收集,在真实临床中广泛使用的 3D 数据在目前医学数据库中仍旧只是少数。
    3. 评测指标模糊。目前存在一个缺乏令人信服的医学文本质量比对评测指标的问题。传统的翻译指标在医疗场景下几乎失去了意义。例如,对于「病人有肺炎」和「病人无肺炎」两句话,在传统指标下可能获得极高的分数,但这种差异在医疗场景中是不可接受的。相反,「在肺部见肺炎影像特征」与「病人有肺炎」这两句信息几乎一致的话语,在现有指标下反而可能呈现较低的分数。因此,急需建立更符合医学实际需求的评测标准。

    总结

    在当前的医疗领域,已经陆续涌现了一些多模态的基础模型,例如微软的 LLaVA-Med 和谷歌的 Med-PaLM M,包括最新的 Med Flamingo。然而,这些模型都还是受限于 2D 的图像输入,且其中只有最新的 Med Flamingo 可以支持交错的图文输入。在医疗领域中,常见的诊疗影像往往是 3D 的图像,同时,诊疗任务通常需要综合多张图像来作出准确判断。

    为了解决上述问题,研究团队决定将重点放在放射影像领域,提出模型 RadFM,允许同时处理 2D 和 3D 多模态的医疗数据,例如 CT、MRI 等。而且,该模型能够综合处理多张相关影像,提供更全面和准确的信息,有望在诊断和治疗等方面取得更好的效果。同时,针对模型的评估,研究团队综合了多个挑战性的任务提出了一个新的 benchmark 以及更科学的医疗任务评测指标,以此为参考,不断优化数据与模型,欢迎大家持续关注。

    完整论文目录:

    全球首个开源多模态医疗基础模型:人工打分平均超越GPT-4V、支持2D/3D放射影像

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    业界资讯
    相关文章 更多
    Llama3训练每3小时崩一次?豆包大模型、港大团队为脆皮万卡训练提效
    Llama3训练每3小时崩一次?豆包大模型、港大团队为脆皮万卡训练提效

    伴随大模型迭代速度越来越快,训练集群规模越来越大,高频率的软硬件故障已经成为阻碍训练效率进一步提高的痛点,检查点(Checkpoint)系统在训练过程中负责状态的存储和恢复,已经成为克服训练故障、保障训练进度和提高训练效率的关键。近日,字节跳动豆包大模型团队与香港大学联合提出了ByteCheckpoint。这是一个PyTorch原生,兼容多个训练框架,支持Checkpoint的高效读写和自动重新切分的大模型Checkpointing系统,相比现有方法有显著性能提升和易用性优势。本文介绍了大模型训练提效中C

    TPAMI 2024 | ProCo: 无限contrastive pairs的长尾对比学习
    TPAMI 2024 | ProCo: 无限contrastive pairs的长尾对比学习

    AIxiv专栏是本站发布学术、技术内容的栏目。过去数年,本站AIxiv专栏接收报道了2000多篇内容,覆盖全球各大高校与企业的顶级实验室,有效促进了学术交流与传播。如果您有优秀的工作想要分享,欢迎投稿或者联系报道。投稿邮箱:liyazhou@jiqizhixin.com;zhaoyunfeng@jiqizhixin.com本论文第一作者杜超群是清华大学自动化系2020级直博生。导师为黄高副教授。此前于清华大学物理系获理学学士学位。研究兴趣为不同数据分布上的模型泛化和鲁棒性研究,如长尾学习,半监督学习,迁移

    亚马逊云创新「神经稀疏检索」:仅需要文本匹配就能实现语义搜索
    亚马逊云创新「神经稀疏检索」:仅需要文本匹配就能实现语义搜索

    AIxiv专栏是本站发布学术、技术内容的栏目。过去数年,本站AIxiv专栏接收报道了2000多篇内容,覆盖全球各大高校与企业的顶级实验室,有效促进了学术交流与传播。如果您有优秀的工作想要分享,欢迎投稿或者联系报道。投稿邮箱:liyazhou@jiqizhixin.com;zhaoyunfeng@jiqizhixin.com本文作者是来自OpenSearch中国研发团队的机器学习负责人杨扬博士以及机器学习工程师耿志超和管聪。OpenSearch是一个由亚马逊云科技发起的纯开源搜索和实时分析引擎项目。目前软件

    将图像自动文本化,图像描述质量更高、更准确了
    将图像自动文本化,图像描述质量更高、更准确了

    AIxiv专栏是本站发布学术、技术内容的栏目。过去数年,本站AIxiv专栏接收报道了2000多篇内容,覆盖全球各大高校与企业的顶级实验室,有效促进了学术交流与传播。如果您有优秀的工作想要分享,欢迎投稿或者联系报道。投稿邮箱:liyazhou@jiqizhixin.com;zhaoyunfeng@jiqizhixin.com皮仁杰:香港科技大学博士三年级学生,师从张潼教授和周晓方教授。于2024年获得苹果奖学金。目前主要研究方向是多模态大语言模型和数据为中心的AI。张鉴殊:武汉大学本科三年级学生,目前在张潼

    告别逐一标注,一个提示实现批量图片分割,高效又准确
    告别逐一标注,一个提示实现批量图片分割,高效又准确

    仅需一个任务描述,即可一键分割所有图片!SegmentationAnythingModel(SAM)的提出在图像分割领域引起了巨大的关注,其卓越的泛化性能引发了广泛的兴趣。然而,尽管如此,SAM仍面临一个无法回避的问题:为了使SAM能够准确地分割出目标物体的位置,每张图片都需要手动提供一个独特的视觉提示。如下图所示,即使点击的是同一物体(图(b)-(d)),微小位置变化都会导致分割结果的显著差异。这是因为视觉提示语义信息的缺乏,即使提供了想要分割的目标物体上,仍然可能引发歧义。框提示和涂鸦提示(图(e)(

    CVPR 2024 | 分割一切模型SAM泛化能力差?域适应策略给解决了
    CVPR 2024 | 分割一切模型SAM泛化能力差?域适应策略给解决了

    第一个针对「SegmentAnything」大模型的域适应策略来了!相关论文已被CVPR2024接收。引言大语言模型(LLMs)的成功激发了计算机视觉领域探索分割基础模型的兴趣。这些基础分割模型通常通过PromptEngineer来进行zero/few图像分割。其中,SegmentAnythingModel(SAM)是最先进的图像分割基础模型。图SAM在多个下游任务上表现不佳但是最近的研究表明,SAM在多种下游任务中并非具有很强的鲁棒性与泛化性,例如在医学图像、伪装物体、添加干扰的自然图像等领域表现较差。

    ECCV 2024 | 提升GPT-4V、Gemini检测任务性能,你需要这种提示范式
    ECCV 2024 | 提升GPT-4V、Gemini检测任务性能,你需要这种提示范式

    AIxiv专栏是本站发布学术、技术内容的栏目。过去数年,本站AIxiv专栏接收报道了2000多篇内容,覆盖全球各大高校与企业的顶级实验室,有效促进了学术交流与传播。如果您有优秀的工作想要分享,欢迎投稿或者联系报道。投稿邮箱:liyazhou@jiqizhixin.com;zhaoyunfeng@jiqizhixin.com本文作者来自浙江大学、上海人工智能实验室、香港中文大学、悉尼大学和牛津大学。作者列表:吴逸璇,王逸舟,唐诗翔,吴文灏,贺通,WanliOuyang,PhilipTorr,JianWu。其

    贾佳亚团队联手剑桥清华等共推评测新范式 一秒侦破大模型“高分低能”
    贾佳亚团队联手剑桥清华等共推评测新范式 一秒侦破大模型“高分低能”

    颠覆过往大模型评测标准,最新、最全、最权威的测评数据集MR-Ben来了!这是继今年4月发布堪称GPT-4+DALL-E-3的王炸产品超强视觉语言模型Mini-Gemini后,港中文贾佳亚团队再次提出的极具代表性的作品。在MR-Ben的“监督”下,大模型不仅要像学生那样会答题,还要像老师那样会阅卷,真实的推理能力无所遁形。MR-Ben细致地评测了不少国内外一线的开源和闭源模型,如GPT4-Turbo、Cluade3.5-Sonnet、Mistral-Large、Zhipu-GLM4、

    ICML 2024高分论文 | 零阶优化器微调大模型,大幅降低内存
    ICML 2024高分论文 | 零阶优化器微调大模型,大幅降低内存

    AIxiv专栏是本站发布学术、技术内容的栏目。过去数年,本站AIxiv专栏接收报道了2000多篇内容,覆盖全球各大高校与企业的顶级实验室,有效促进了学术交流与传播。如果您有优秀的工作想要分享,欢迎投稿或者联系报道。投稿邮箱:liyazhou@jiqizhixin.com;zhaoyunfeng@jiqizhixin.com本文共同第一作者简介:张逸骅:密歇根州立大学计算机系博士三年级学生,师从SijiaLiu教授,主要研究方向是大模型的安全、隐私和效率问题。李平治:本科毕业于中国科学技术大学,将于2024

    哈工大提出创新迭代推理框架 DPE-MNER :充分发挥多模态表示潜力
    哈工大提出创新迭代推理框架 DPE-MNER :充分发挥多模态表示潜力

    AIxiv专栏是本站发布学术、技术内容的栏目。过去数年,本站AIxiv专栏接收报道了2000多篇内容,覆盖全球各大高校与企业的顶级实验室,有效促进了学术交流与传播。如果您有优秀的工作想要分享,欢迎投稿或者联系报道。投稿邮箱:liyazhou@jiqizhixin.com;zhaoyunfeng@jiqizhixin.com该文章的作者团队来自于哈工大社会计算与信息检索研究中心,作者团队构成:郑子豪、张梓涵、王泽鑫、付瑞吉、刘铭、王仲远、秦兵。多模态表示多模态命名实体识别,作为构建多模态知识图谱的一项基础而

    查看更多
    精品专题 更多
    装机必备
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows
    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程
    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    Mac软件 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    Aperty macOS版
    Aperty macOS版
    macOS

    Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

    WINDOWS 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    PixTV 网页版
    PixTV 网页版
    Windows

    PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。