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PathBench: Advancing the Benchmark of Large Multimodal Models for Pathology Image Understanding已掌握的信息
核心评测基准 (Benchmarks) 已明确: 已识别出两个核心的、具有代表性的医学影像多模态大模型评测基准。其一是覆盖面极广的 GMAI-MMBench,它整合了284个数据集,涵盖38种影像模态和18个临床任务,以视觉问答(VQA)形式进行评测,并提供多粒度的评估方式。其二是专注于病理学领域的 PathBench,它在“图像块”和“全切片”两个层级上对模型进行评估,并推出了专门的 PatchVQA
数据集以防止模型走捷径。此外,还初步识别了如 MultiMedBench
、OmniMedVQA
、IMIS-Bench
等其他相关基准。
代表性方法与模型 (Methods) 已初步收集: 已经识别出几种关键的方法和模型。例如,谷歌的通用生物医学AI系统 Med-PaLM M;英伟达的开源医疗影像框架 MONAI,该框架正向多模态和代理式AI发展;以及一些企业发布的专用模型,如深睿医疗用于三维通用分割的 SAMI 模型和砺进科技关于影像报告生成的专利技术。同时,在评测基准的论文中也提及了 LLaVA-Med
、RadFM
等模型。
领域关键挑战与趋势已浮现: 现有研究普遍认为,医学领域的评测比通用领域更具挑战性,主要因为数据获取难、标注成本高、临床关联性要求严。因此,当前的研究趋势是构建更全面、更贴近临床场景、评估维度更多样的评测基准,并发展针对特定医学领域(如病理、眼科)或特定任务(如分割、报告生成)的专用模型。
下一步行动计划
深化核心Benchmark分析:
GMAI-MMBench
和 PathBench
,深入阅读其原始论文(arXiv:2408.03361, IEEE TMI 论文等),系统性地提取并整理其设计理念、覆盖的影像模态、具体评测任务、评估指标、数据集构成及获取方式。MultiMedBench
, OmniMedVQA
)进行对比,制作一个全面的对比表格,清晰地展示各个基准的特点、优势与适用范围,为报告提供核心图表。构建方法类工作知识图谱:
Med-PaLM M
, SAMI
, LLaVA-Med
)和技术(如MONAI框架),查找其原始论文或技术报告。梳理每项工作的核心架构、技术创新点(如模型结构、训练策略、数据应用方式)、所使用的数据集以及在关键Benchmark上的性能表现。构建并撰写研究报告:
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medical imaging multimodal large language models methods Med-PaLM M LLaVA-Med我需要查找更多关于Med-PaLM M的详细信息,这是一个重要的医学多模态大模型。
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Med-PaLM M multimodal biomedical AI system MultiMedBench我需要继续搜索更多关于医学影像多模态大模型的方法类工作,特别是一些最新的研究和技术。
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medical imaging multimodal large language models methods 2024 2025我需要查找更多关于OmniMedVQA的信息,这是一个重要的医学影像多模态评测基准。
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OmniMedVQA: A New Large-Scale Comprehensive Evaluation Benchmark for Medical LVLM已掌握的信息
核心评测基准 (Benchmarks) 已明确: 已识别出多个关键的医学影像多模态评测基准。其中,GMAI-MMBench 以其全面的覆盖范围著称,整合了284个数据集、38种影像模态和18项临床任务;PathBench 则深度聚焦于病理学领域,创新地在“图像块”和“全切片”两个层级进行评估;谷歌为 Med-PaLM M 模型专门构建了 MultiMedBench,涵盖影像、文本和基因组学等14项任务;OmniMedVQA 也是一个大规模的医学视觉问答(VQA)基准,源于73个真实医疗场景的数据集。
代表性方法与模型 (Methods) 已涌现: 掌握了该领域几个标志性的模型和技术路线。Med-PaLM M 是谷歌推出的通用生物医学AI系统,它使用单一模型权重处理包括影像、基因组在内的多模态数据。LLaVA-Med 提出了一种高性价比的课程学习方法,利用PubMed的大规模图文数据进行微调。此外,2024-2025年的新进展揭示了新的研究方向,如 UltraMedical 专注于通过高质量偏好数据集构建专业的通用模型,而 MedM2G 则探索了基于扩散模型的统一多模态生成框架。
主要研究趋势已清晰: 当前研究正从针对单一任务的“专家模型”向能够处理多种任务和模态的“通用模型”演进。高质量、贴近临床、多维度的评测基准是推动领域发展的关键。同时,以数据为中心的AI方法论(如构建高质量的指令和偏好数据集)正成为提升模型能力的核心驱动力。视觉问答(VQA)、报告生成和疾病诊断是当前最主流的应用任务。
下一步行动计划
系统化梳理与对比核心Benchmark:
GMAI-MMBench
、PathBench
、MultiMedBench
和 OmniMedVQA
的原始论文和技术文档。构建关键方法的技术图谱:
Med-PaLM M
、LLaVA-Med
、UltraMedical
、MedM2G
等代表性方法,系统性地梳理其技术细节。构建并撰写研究报告:
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随着多模态大语言模型(MLLMs)在医疗领域的应用日益广泛,针对医学影像的专业评测基准也不断涌现。这些基准测试对于评估模型在真实医疗场景中的表现至关重要,因为医学影像具有获取难度高、专业性强、模态多样等特点知乎。目前,已有多个代表性的医学影像多模态评测基准,它们从不同维度对模型能力进行全面评估。
以下是四个最具代表性的医学影像多模态评测基准的详细对比:
比较维度 | GMAI-MMBench | PathBench | MultiMedBench | OmniMedVQA |
---|---|---|---|---|
发布机构/团队 | 上海人工智能实验室、华盛顿大学、莫纳什大学等 | IEEE Transactions on Medical Imaging发表 | 谷歌研究院和DeepMind | CVPR 2024发表 |
发布年份 | 2024 | 2025 | 2023 | 2024 |
覆盖的医学影像模态数量 | 38种 | 1种 | 7种 | 12种 |
具体包含的主要模态类型 | X射线、CT、MRI、超声、PET等 | 病理切片图像 | 放射学(CT、MRI、X光)、病理学、皮肤病学、乳房X光等 | 多种医学影像模态 |
评测任务类型 | 18种临床相关视觉问答任务 | 病理图像分类、描述、全切片图像分类 | 14种任务,包括问答、报告生成、视觉问答、图像分类、基因组变异检测等 | 医学视觉问答(VQA) |
数据集规模 | 来自284个数据集 | 包含PatchVQA(5,382图像,6,335问题) | 12个开源数据集 | 118,010图像,127,995问答对 |
评估的主要指标 | 多粒度评估(图像级、轮廓级、掩模级等) | 图像块级和全切片级的理解能力 | 多任务性能、零样本泛化能力 | 医学视觉问答准确率 |
特色/创新点 | 迄今覆盖面最广的医疗基准,支持多粒度感知能力评估,允许用户自定义评估任务 | 首个同时在图像块和全切片两个层级评估模型的基准,引入干扰选项防止捷径学习 | 首个跨医学影像、临床文本和基因组学的多模态基准,专为评估通用生物医学AI系统设计 | 所有图像均来自真实医疗场景,覆盖20多个人体解剖区域,适合评估LVLMs在医学领域的应用 |
从上表可以看出,这些评测基准各有侧重:GMAI-MMBench覆盖了最广泛的医学影像模态;PathBench专注于病理学领域的深度评估;MultiMedBench是首个跨医学影像、临床文本和基因组学的综合基准;而OmniMedVQA则提供了大规模的真实医疗场景视觉问答数据。
GMAI-MMBench是由上海人工智能实验室联合华盛顿大学、莫纳什大学、华东师范大学等多所科研单位推出的全面评估医疗多模态大模型的基准。该基准通过搜集来自全球的284个下游任务数据集,并改造成涵盖38种不同影像模态、18个科室和18个临床相关任务的多模态VQA问答知乎。
GMAI-MMBench的一个重要创新是支持4种不同数据粒度的问答评估,能够有效地测试交互式多模态大模型的能力。这解决了当前医疗多模态大模型测试基准面临的模态数量和任务数量不足的问题知乎。
PathBench专注于病理学领域,是首个同时在"图像块"和"全切片"两个层级评估模型的基准。该基准包含三个子集,旨在完善和增强对大型多模态模型(LMMs)的验证ieeexplore.ieee.org。
在图像块级别,PathBench引入了PatchVQA数据集,包含5,382张图像和6,335个多项选择问题,这些问题经过专业设计,防止模型通过捷径学习获得答案。在全切片级别,PathBench提供了详细的WSI报告数据集,通过创新方法整合了详细的图像块描述ieeexplore.ieee.org。
MultiMedBench是谷歌研究院和DeepMind团队开发的多模态生物医学基准,包含14个多样化任务,涵盖医学问答、乳腺摄影和皮肤病学图像解释、放射学报告生成和摘要、基因组变异检测等arxiv.org。
该基准的独特之处在于它不仅覆盖了医学影像,还包括临床文本和基因组学数据,是首个专为评估通用生物医学AI系统设计的综合基准。MultiMedBench由12个去标识化的数据集组成,涵盖7种生物医学数据模态知乎。
OmniMedVQA是一个大规模的医学视觉问答基准,收集自73个不同的医学数据集,包含118,010张图像和127,995个问答项,覆盖12种不同的医学影像模态,涉及20多个人体解剖区域huggingface.co。
该基准的所有图像均来自真实医疗场景,确保了与医学领域需求的一致性,适合评估大型视觉语言模型(LVLMs)在医学领域的应用huggingface.co。OmniMedVQA的评估结果揭示了当前LVLM在理解真实医学图像方面的局限性huggingface.co。
随着医学影像多模态评测基准的发展,各研究机构也相继推出了针对医学影像的多模态大模型。这些模型采用不同的技术路线,在医学影像理解、诊断和报告生成等方面展现出强大的能力。
以下是四个代表性医学影像多模态大模型的详细对比:
比较维度 | Med-PaLM M | LLaVA-Med | UltraMedical | MedM2G |
---|---|---|---|---|
开发机构/团队 | 谷歌研究院和DeepMind | 微软研究院 | 清华大学C3I研究所 | CVPR 2024发表 |
发布年份 | 2023 | 2023 | 2024 | 2024 |
基础架构/基座模型 | PaLM-E(多模态语言模型),使用ViT作为视觉编码器 | 基于LLaVA架构,使用CLIP ViT-L/14作为视觉编码器,Vicuna-13B作为语言模型 | 基于Llama-3系列 | 基于扩散模型的多流框架 |
模型规模 | 三种规格:PaLM-E 12B (PaLM 8B + ViT 4B)、PaLM-E 84B (PaLM 62B + ViT 22B)、PaLM-E 562B (PaLM 540B + ViT 22B) | 约13B参数 | 8B和70B两个版本 | 未明确指出 |
训练数据来源 | MultiMedBench(12个开源数据集) | PMC-15M(来自PubMed Central的1500万生物医学图像-文本对) | 高质量人工数据集和合成数据集,包含医学检查问题、PubMed文献研究和开放式问题 | 10个医学影像数据集 |
支持的主要模态 | 医学影像(CT、MRI、X光等)、临床文本、基因组学 | 医学影像和文本 | 主要是医学文本,但也支持医学影像理解 | CT、MRI、X射线等医学影像 |
核心技术创新 | 单一模型权重处理多种生物医学任务,端到端微调,使用特定任务指令和一次性示例 | 课程学习方法(先通过图题对齐学习生物医学词汇,再使用GPT-4生成的指令数据学习开放性对话),成本效益高(15小时训练) | 以数据为中心的方法,构建高质量偏好数据集,结合专业技能与一般技能,训练医学奖励模型 | 统一的医学多模态生成框架,包括中心对齐策略、医学视觉不变性保持、多模态交互扩散策略 |
主要应用任务 | 医学图像分类、医学问答、视觉问答、放射学报告生成和摘要、基因组变异检测等14种任务 | 生物医学图像视觉问答、开放性医学对话 | 医学问答、医学推理、医学影像理解 | 医学图像到图像生成、报告生成、医学图像生成 |
性能表现/评测结果 | 在MultiMedBench的所有任务上接近或超越SOTA,在胸部X光报告生成上,临床医生在40.5%的病例中更偏好Med-PaLM M的报告 | 在三个标准生物医学视觉问答数据集上,某些指标上优于先前的监督式最先进方法 | 8B模型显著超越MedPaLM 1、Gemini-1.0、GPT-3.5和Meditron-70B;70B模型在MedQA-USMLE任务中取得86.5分,是开源LLM中最高的结果 | 在10个数据集上的5个医疗生成任务中表现优于最先进的方法 |
从上表可以看出,这些模型采用了不同的技术路线:Med-PaLM M基于PaLM-E架构,是首个通用生物医学AI系统;LLaVA-Med采用课程学习方法,具有高成本效益;UltraMedical以数据为中心,构建高质量偏好数据集;而MedM2G则基于扩散模型,提出了统一的医学多模态生成框架。
Med-PaLM M是谷歌研究院和DeepMind团队开发的多模态生成模型,能够灵活编码和解释包括临床语言、影像和基因组在内的生物医学数据PingWest品玩。它是首个多任务、多模态的生物医学AI系统,可以使用同一组模型权重执行医学图像分类、医学问答、视觉问答、放射学报告生成和摘要、基因组变异检测等多种任务arxiv.org。
Med-PaLM M的基本架构是PaLM-E(多模态语言模型),并采用ViT预训练模型作为视觉编码器,具体实现了三种组合:PaLM-E 12B、PaLM-E 84B和PaLM-E 562B澎湃新闻。在性能评估方面,Med-PaLM M在MultiMedBench的所有任务上接近或超越了现有的SOTA,在胸部X光报告生成上,临床医生在40.5%的病例中更偏好Med-PaLM M的报告澎湃新闻。
LLaVA-Med是微软研究院开发的生物医学视觉-语言对话助手,其关键思想是利用从PubMed Central提取的大规模、广覆盖的生物医学图题数据集,使用GPT-4从图题中自我指导生成开放性指令遵循数据,并使用一种新颖的课程学习方法对大型通用领域的视觉-语言模型进行微调知乎。
该模型首先通过图题对齐学习生物医学词汇,然后使用GPT-4生成的指令遵循数据来掌握开放性对话语义,广泛模拟外行人逐渐习得生物医学知识的过程知乎。这使得研究团队能够在不到15小时的时间内(使用八个A100显卡)训练出LLaVA-Med知乎。在三个标准生物医学视觉问答数据集上,微调后的LLaVA-Med在某些指标上优于先前的监督式最先进方法知乎。
UltraMedical是清华大学C3I研究所开发的专业医疗大模型,基于Llama-3系列,提供8B和70B两个版本知乎。该模型采用以数据为中心的方法,通过结合人工和合成的生物医学指令,构建了一个大规模、多样化和高质量的数据集,内容涵盖医学检查问题、PubMed文献研究以及开放式问题知乎。
UltraMedical的一个重要创新是训练了医学奖励模型,并基于该奖励模型的偏好,通过自生成的响应策略不断优化模型知乎。在性能方面,8B模型显著超越了MedPaLM 1、Gemini-1.0、GPT-3.5和Meditron-70B;而70B模型在MedQA-USMLE任务中取得了86.5的成绩,是开源LLM中最高的结果知乎。
MedM2G是一个统一的医学多模态生成框架,是首个在一个统一的模型中对齐、提取和生成医学多模态的医学生成模型知乎。该模型采用基于扩散模型的多流框架,通过三个步骤实现多模态生成:对齐、提取和生成知乎。
MedM2G的核心创新包括:中心对齐策略,通过在输入和输出共享空间中采用的中心对齐方法,实现所有模态的一致性;医学视觉不变性保持,通过最小化两个增强视图的非对角元素来保持医学视觉不变性;多模态交互扩散策略,通过自适应表示和可共享的交叉注意子层条件到每个跨模态扩散器,增强医学跨模态交互能力知乎。在实验方面,MedM2G在10个数据集上的5个医疗生成任务中表现优于最先进的方法知乎。
医学影像多模态大模型在医疗领域有着广泛的应用前景:
医学影像报告生成:模型可以根据医学影像自动生成结构化的报告,提高放射科医生的工作效率。例如,浙江飞图影像科技有限公司开发的基于大语言模型的医学影像报告生成方法,能够获取患者的原始影像数据和临床背景文本,从海量历史数据中筛选相关案例,最终生成医学影像报告金融界。
医学诊断辅助:多模态大模型可以分析医学影像,辅助医生进行疾病诊断。Med-PaLM 2在医学考试问题上的表现达到"专家"水准,准确率超过85%今日头条。
医学教育与培训:这些模型可以用于医学生的教育和培训,帮助他们理解复杂的医学影像和相关知识。
医学研究:多模态大模型可以分析大量医学影像和文献数据,发现潜在的研究方向和临床相关性。
尽管医学影像多模态大模型取得了显著进展,但仍面临诸多挑战:
数据隐私与安全:医学数据的敏感性要求模型在处理过程中必须严格保护患者隐私。尽管专有模型具有强大的功能,但由于医疗数据的敏感性,它们面临着潜在的数据泄露和患者信息暴露的风险知乎。
模型可解释性:在医疗决策中,模型的可解释性至关重要,但当前的多模态大模型往往是"黑盒"式的,缺乏足够的可解释性。
医学专业性:医学领域的专业性要求模型具有深厚的医学知识和理解能力,这对模型的训练和优化提出了更高要求。
模型幻觉:Med-PaLM等模型存在生成错误信息(即"胡言乱语")的风险,这在医疗领域可能导致严重后果百度百科。
医学影像多模态大模型的未来发展趋势主要包括:
通用化与专业化并行:一方面,像Med-PaLM M这样的通用生物医学AI系统将继续发展,能够处理多种医学任务;另一方面,针对特定医学领域(如病理学、放射学)的专业模型也将不断涌现。
数据中心化方法:如UltraMedical所示,以数据为中心的方法,特别是构建高质量的医学指令和偏好数据集,将成为提升模型能力的重要途径知乎。
多模态融合深化:未来的模型将更深入地融合医学影像、临床文本、基因组学等多种模态的数据,提供更全面的医学分析和决策支持。
临床实践整合:随着模型性能的提升和可靠性的增强,这些模型将逐步整合到临床实践中,成为医生的得力助手。例如,Med-PaLM已在梅奥诊所等顶级医疗机构进行测试百度百科。
医学影像多模态大模型评测基准和方法类工作已经取得了显著进展。评测基准从不同维度对模型能力进行全面评估,而方法类工作则采用多种技术路线,不断提升模型的性能和适用性。尽管面临诸多挑战,但随着技术的不断发展和临床实践的深入整合,医学影像多模态大模型有望在未来医疗领域发挥更加重要的作用,为医学诊断、治疗和研究带来革命性的变化。