【纯干货】医疗视觉大模型2023年进展简述|Medical Vision-language Models (VLM)

本文概述了医学视觉大模型的发展,强调其在辅助诊断中的潜力,如生成非结构化报告、零样本学习和跨地区应用。然而,文章也讨论了通用性、模型解释性和数据隐私等挑战。

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如有 Medical Image Analysis, Clinical Data Mining, AI in Healtcare, LLMs合作或共同学习意向,欢迎pm私信我,我给你发社交账号~~

Aims: 帮助大家更快地了解目前处在起步阶段的“医学视觉大模型”。可以当作“Perspective article”来阅读。


医学图像辅助诊断是指使用计算机技术(如图像处理、模式识别等)来分析医学成像数据(如X射线、CT、MRI、Histology、Endoscope等),旨在从医学图像中提取有用的特征信息,以帮助诊断疾病和评估治疗效果。这一领域的历史可以追溯到20世纪初,当时X射线和其他放射学技术的发展使得医生开始能够非侵入性地观察人体内部结构。早期,辅助诊断技术主要包括图像增强、降噪和对比度调整。后来,随着数字成像技术的兴起、计算能力的提升和人工智能算法的发展,更高级的技术如三维重建、图像配准、疾病分类、病灶检测与分割、定量分析、可穿戴设备与手术导航等被提出和广泛应用于癌症检测与治疗、神经疾病诊断、心血管疾病评估等诸多医疗细分领域。许多医院和诊所已经将这些技术及其衍生的各种医学图像计算软件整合到日常诊疗流程中,以提高诊断的准确性和患者的治疗效果。Alexander等人(McKinsey & Company, 麦肯锡公司)在2023年一项针对美国 50 名放射科医生的调查中发现(点击跳转至该篇论文),90% 的人表示他们的工作量在过去 3 年里随着扫描次数的增多而有所增加(医学图像干预&辅助诊断的需求还在持续增加)。而医学图像辅助诊断技术的应用则极大地减轻了放射科医生的工作负担,同时使得临床医生可以在更短的时间内获得更准确、包含更多数据和信息的影像诊断报告。MIT调查发现,2020年至2023年美国实施人工智能的医院数量增加了3倍(数据来源是MIT的一个培训/某报刊,点此跳转)。医学图像处理技术逐渐成为了现代医学不可或缺的一部分。根据Global Market Insights (GMI)的报道,2022年人工智能医疗影像市场价值为13.8亿美元,预计2023年至2032年复合年增长率将超过30.5%。

这篇综述内容非常新,强推,易于理解和入门 —— Vision-Language Models for Vision Tasks: A Survey (点击跳转到论文PDF)

传统医学图像辅助诊断方法需要使用特定于任务的标记数据对每个特定任务进行微调(即:fine-tuning for each specific task),而使用 VLM 的新学习范式(paradigm)可以有效利用网络数据(web data)和零样本预测(zero-shot),而无需特定于任务的微调(即:without task-specific fine-tuning)。个人认为,这是医疗视觉大模型区别于传统模型的最大优势,拥有很大的潜力!具体而言,从医学领域预先训练的视觉语言模型中提取知识需要精心设计的提示。 这些提示使用跨领域共享的表达属性,使模型能够传递知识并增强其泛化能力。 这种方法允许视觉语言模型在很少或没有图像样本的情况下识别新物体。 研究表明该技术在领域适应方面的有效性,例如检测医学图像中的对象,包括摄影、内窥镜检查、细胞学、组织病理学和放射学。 这些方法通过精心设计的医疗提示在零样本和少样本性能方面表现出显着优势。

2023年最新医学视觉大模型项目链接 🔗
谷歌 Med-PaLM 2https://sites.research.google/med-palm/
斯坦福大学 GMAIhttps://news.stanford.edu/2023/04/12/advances-generalizable-medical-ai/
微软 LLaVA-Medhttps://github.com/microsoft/LLaVA-Med
上海AI实验室 OpenMEDLab浦医https://stcsm.sh.gov.cn/xwzx/kjzl/20230630/c783c30d8e62494e83073535f841675f.html
北京大学 Qilin-Med-VLhttps://ar5iv.labs.arxiv.org/html/2310.17956#:~:text=The%20first%20large,feature%20alignment%20and%20instruction%20tuning

上述5个是笔者找到的最具代表性的5款针对医学的视觉大模型。欢迎在评论区补充和更新!

Medical VLMs的优势可以概括为

  1. 可以生成非结构化辅助诊断报告(传统的深度学习与医学图像分析方法生成的辅助诊断报告一般是结构化的,即:事先确定并编码要输出的Report的结构与内容)。
  2. 可以通过交互式对话来学习医学图像中的新疾病的特征(例如:罕见病zero-shot场景)。
  3. 促进地区医疗公平(落后国家也更容易享受到一些新兴的foundation models带来的AI利好)。
  4. 传统深度学习/医学图像处理的模型基本都是针对单一疾病的专属模型,虽然准确性高,但耗资巨大。相比之下,医疗视觉大模型是整合了多功能、多疾病、多任务、多模态影像的AI基础大模型,面对few-shot和zero-shot场景也能展现出很鲁棒的表现。结合大模型与传统的医学图像分析模型,针对常见的疾病作出最准确、完整的全流程辅助诊断和决策支持。
  5. 可以为传统的人机交互或可穿戴设备赋能。例如:前人已经将微软HoloLens XR虚拟现实设备结合医学图像辅助诊断软件,用于辅助手术、手术导航等场景。结合大模型的能力会让原有的使用流程更进一步!此外,远程医疗(Telemedicine)和手术机器人或许也会因此而受益。
  6. 其它医疗视觉大模型的优势,可以阅读“上海人工智能实验室”发表的这篇报道,写的很清晰!

缺点与挑战:

  1. 通用性问题。如何保证模型在多样化数据、未知新疾病数据上的有效性?
  2. 如何确保其成为“可信赖的人工智能”,具有较好的模型解释性,不作出对患者具有危害性的决策意见。
  3. 法律伦理、数据隐私(欧盟GDPR、新加坡PDPR等)挑战。
<think>嗯,用户想了解视觉语言大模型VLM)的学习路径和资源。首先,我需要整理现有的引用内容,看看里面提到哪些关键点。引用1提到了PyTorch构建VLM的教程和视频资源,引用2讨论了链式推理在VLM中的应用,引用3则详细说明了VLM的预训练策略、训练阶段和数据需求。这些应该是回答的基础。 接下来,用户需要的是学习路线,包括书籍、教程、课程等资源。根据引用3的结构,可能应该分阶段来规划学习路径,比如先基础知识,再进阶学习,然后实践和深入研究。需要确保每个阶段都有对应的资源推荐,比如书籍推荐《深度学习入门》和《计算机视觉》,课程可能包括李飞飞的CS231n,或者吴恩达的深度学习课程。 然后,资源推荐部分要涵盖开源项目,比如CLIP、BLIP,以及PyTorch和Hugging Face库,这些都是构建VLM常用的工具。此外,用户提到的引用1中的视频教程应该被包含进去,作为专门整理的学习资源。 还要考虑用户可能的背景,是否需要先补充基础知识,比如深度学习、计算机视觉和自然语言处理。然后进阶到VLM的具体内容,比如模型架构、预训练策略,再到应用和优化技巧。最后,实践部分可能需要推荐数据集和实战项目,帮助用户巩固知识。 另外,用户的问题中生成的相关问题需要覆盖VLM的核心技术、优化方法、应用场景以及学习难点,这样他们可以进一步探索。要确保引用正确,每个引用对应到回答中的相应部分,比如引用3提到的预训练阶段,在回答中要标注引用标识。 可能还需要检查是否有其他资源未被引用但常用的,比如论文、GitHub项目,但根据给定的引用,可能需要限制在已有信息内。最后,确保回答结构清晰,分阶段和模块,便于用户逐步学习。</think>以下是针对视觉语言大模型VLM)的系统化学习路径规划与资源推荐: ### 一、基础知识准备阶段 1. **深度学习基础** - 必学内容:神经网络基础、反向传播、CNN/RNN/Transformer架构 - 推荐资源: - 图书:《深度学习入门:基于Python的理论与实现》[^3] - 课程:吴恩达《深度学习专项课程》(Coursera) 2. **计算机视觉基础** - 重点掌握:图像特征提取、目标检测、视觉表征学习 - 推荐实践:PyTorch框架下的图像分类项目[^1] 3. **自然语言处理基础** - 核心知识点:词嵌入、注意力机制、生成式模型 - 推荐课程:斯坦福CS224n《自然语言处理与深度学习》 ### 二、VLM核心技术进阶 1. **模型架构专题** - 关键组件学习: - 视觉编码器:CLIP/SigLIP实现原理 - 语言解码器:Llama/GPT结构解析 - 跨模态投影器:向量空间对齐技术 - 推荐论文:《Learning Transferable Visual Models From Natural Language Supervision》 2. **训练策略精讲** ```python # 典型的三阶段训练代码结构示例 class VLM(nn.Module): def __init__(self): self.vision_encoder = FrozenCLIP() # 冻结的视觉编码器 self.text_decoder = LlamaForCausalLM() self.projection = LearnableProjector() # 可训练投影器 ``` - 阶段1:仅训练投影器(1-2周) - 阶段2:联合微调解码器(3-4周) - 阶段3:指令微调(2-3周) 3. **链式推理强化** - 重点突破:CoT(Chain-of-Thought)在跨模态任务中的应用[^2] - 案例实践:VQA任务中的分步推理实现 ### 三、优质学习资源导航 | 资源类型 | 推荐内容 | 特点说明 | |---------|---------|---------| | **视频教程** | [VLM全栈开发教程](引用1) | 含完整路线图与项目实战 | | **开源项目** | CLIP/BLIP代码库 | 官方实现+社区改进版 | | **论文合集** | arXiv最新论文集 | 跟踪SOTA模型进展 | | **实践平台** | Kaggle VLM竞赛 | 真实场景数据挑战 | ### 四、实战提升路径 1. **基础实验** - 使用HuggingFace库复现BLIP模型 - 在COCO数据集上完成图文匹配任务 2. **进阶挑战** - 实现自定义投影器模块 - 探索多模态指令微调策略[^3] 3. **创新方向** - 改进跨模态注意力机制 - 设计新型链式推理框架 ### 五、常见学习误区提醒 1. **不要跳过预训练阶段**:直接微调现成模型会导致基础不牢 2. **警惕数据泄露**:注意训练/验证集划分比例 3. **硬件准备建议**:至少需要16GB显存的GPU进行中等规模实验
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