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AI看病竟比医生强？哈佛、斯坦福等联合评估o1-preview 诊断准确率高达近80%

Deedy的言论引来百万围观。事实究竟如何？在解决复杂的信息学、数学和工程问题以及医疗问答方面，o1-preview模型显示出优于 GPT-4 的能力。医疗决策远非问答，o1-preview在医学上是否已全面超越人类？哈佛、斯坦福、微软等机构的多名医学、AI专家联手，在医学推理任务中评估了OpenAI的o1-preview。结果显示，模型在鉴别诊断、诊断临床推理和管理推理方面，已经超越人类；建议使用更好和更有意义的评估策略，跟上自动化系统在医疗推理基准上的进步。文章推测要使用大语言模型辅助医生，需要集成AI系统的临床试验和劳动力（再）训练。AI辅助诊断工具评估在医学顶刊《JAMA》、《JAMA·内科》和《NPJ·数字医学》，有论文已指出大语言模型已在诊断基准测试中超越了人类，包括医科学生、住院医师和主治医师。此次，针对鉴别诊断生成、推理报告、概率推理和管理推理任务，联合团队评估了o1-preview的临床多步推理能力。与医生、已有的大语言模型相比， o1-preview在鉴别诊断以及诊断和管理推理的质量都有明显提高。自20世纪50年代以来，评估鉴别诊断生成器的首要标准是《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表的临床病理学会议（CPCs）病例。这是也是评估o1-preview的第一个基准。两位医生同时评估o1-preview的鉴别诊断质量，且在143个案例中有120个结果一致。o1-preview在鉴别诊断中准确率高达78.3%（见图1）。图1：鉴别诊断（DDx）生成器和大语言模型在鉴别诊断的正确率条形图，按年份排序图1中的o1-preview的数据是基于在《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表的临床病理学会议（CPCs）病例。其他大语言模型或DDx生成器的数据是从文献中获得的。o1-preview的建议的首次诊断的正确率为52%。o1-preview在预训练截止日期前的准确率为79.8%，之后为73.5%，没有显著差异。表1展示了o1-preview可以解决而ChatGPT4无法解决的复杂案例。表1：o1-preview正确诊断出GPT-4无法解决的三个复杂病例表1中Bond Score的范围是从0到5，其中5分表示鉴别诊断列表中包含了正确的目标诊断，而0分表示鉴别诊断列表中没有接近目标的选项。o1-preview在88.6%的病例中得出了准确或非常接近准确的诊断结果，而GPT-4只有72.9%（见图 2A）。两名医生根据CPC中描述的患者实际治疗情况，对o1-preview提出的检查计划进行了评分，总计132例，其中113例两人的评分一致。在87.5%的病例中，o1-preview选择了正确的检查项目，另有11%的病例中，两位医生认为所选的检查方案是有用的，只有1.5%的病例认为是没用的（图 3）。相关例子见表2。图3：o1-preview在预测下一步应进行的诊断测试方面的性能在实验中两名医生使用“无用（unhelpful）”、“有用（helpful）”和“完全正确（exactly right）”的李克特量表对预测结果进行了测量。并从全部病例中剔除了7个病例，因为这些病例要求进行下一次检查是不合理的。表2：o1-preview 建议的测试计划与案例中使用的测试计划对比示例表2中案例得分为2分，表明测试比较好，与案例计划几乎完全相同。1分表示所建议的诊断本来是有帮助的，或者可以通过病例中没有使用的测试得出诊断结果。0分表示所建议的诊断方法没有帮助。NEJM Healer诊断案例为评估临床推理， NEJM Healer案例专门设计了虚拟患者遭遇。两位医生分别评估o1-preview的临床推理质量，在80个案例中，有79个案例达成了一致（约占99%）。在80个案例中，o1-preview在78个案例中达到了完美的R-IDEA评分，其表现远超GPT-4、主治医师和住院医师，如图4A所示。图4：图A表示在20个NEJM Healer案例中，根据回答者分层的312个R-IDEA评分分布。图B表示初诊报告（ initial triage presentation）中包含的不能遗漏诊断的比例的箱线图图B中的总样本量为70，其中包括来自主治医师、GPT-4和o1-preview的18个回答，以及来自住院医师的16个回答。o1-preview在初诊报告（ initial triage presentation）中识别“不能错过”的诊断的比例见图4B，包含“不能错过”的诊断的中位数比例为0.92，与GPT-4、主治医师或住院医师没有显著差异。灰质管理案例在真实案例基础上，25位医生专家利用共识方法开发了5个临床实例(clinical vignettes)。测试中先将临床实例呈现给模型，然后向其提出关于下一步管理的一系列问题。两位医生对o1-preview的五个案例的回应进行了评分，一致性相当大。o1-preview每个案例的中位数评分为86%（图5A），优于GPT-4、使用GPT-4的医生和使用传统资源的医生。图5：图A表示大语言模型和医生的管理推理得分的标准化箱线图。图B表示模型和医生诊断推理得分的标准化箱线图图A共包括五个案例。o1-preview为每个案例生成一个响应，GPT-4为每个案例生成五个响应，使用GPT-4的医生总有176个响应，使用传统资源的医生总有199个响应。使用混合效应模型估计，o1-preview比单独的GPT-4高出41.6%，比使用GPT-4的医生高出42.5%，比使用传统资源的医生高出49.0%。标志性诊断案例两位内科医生对o1-preview在六个诊断推理案例中的回答进行了评分，评价结果较为一致。o1-preview的中位数评分为97% （图5B）。与历史控制数据相比，比GPT-4的得分为92%，使用GPT-4的医师得分为76% ，而使用传统资源的医师为74%。使用混合效应模型估计，o1-preview与GPT-4相比表现相当（高出4.4%），比使用GPT-4的医师高18.6%，比使用传统资源的医师高20.2%。诊断概率推理案例在诊断概率推理中，总使用了五个初级保健主题的案例。以科学参考概率（scientific reference probabilities）为基准，比较了o1-preview，GPT-4和人类的概率推理能力。其中人类由553名具有全国代表性的医疗从业者组成，包括290名住院医师、202名主治医师和61名护士或医生助理。如图6和表3所示，在概率推理方面，无论在测试前还是在测试后o1-preview与GPT-4表现差不多。只有冠状动脉疾病的压力测试中，o1-preview的预测密度比模型和人类更接近参考范围。研究的局限性此研究也有四处主要的局限性。首先，o1-preview有啰嗦的倾向，可能会在试验中取得更高得分。其次，目前的研究只反映了模型性能，但现实中离不开人机交互。人机交互对开发临床决策辅助工具至关重要，下一步应该确定大语言模型（比如o1-preview）能否增强人机交互。但人类与计算机之间的交互或许是不可预测的，甚至表现良好的模型与人类交互中可能出现退化。第三，研究只考察了临床推理的五个方面；但已经发现了几十个其他任务，它们可能对实际的临床护理有更大影响。第四，研究案例集中在内科，但并不代表更广泛的医疗实践，包括多个亚专业，这些专业需要各种技能，如外科决策。研究也没有考虑诊断、患者特征或就医地点的差异。 ...

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