EagleCare

Augmenting ICU Monitoring with LLMs and Knowledge Graph Reasoning
Jiawei Guo#, Yang Gao#, Zihang Liu, Yihan Rao, Jiang Hu, Haishuai Wang* · Zhejiang University
2025 IEEE ICKG · DOI 10.1109/ICKG66886.2025.00024
平均相对 SOTA LLM +5.3% ICU-KG 19,022 实体 / 35,562 关系 IC Hit 84.7(+DeepSeek-R1) RAG · Intensive Care · Graph Reasoning

问题与动机

痛点

ICU 监测与多器官稳态评估耗时劳动密集;决策高度时间敏感,需跨器官、多尺度推理。

微调局限

Med-PaLM 等任务微调易灾难性遗忘;静态语料难跟上演进中的临床知识。

RAG 不足

通用 RAG 检索相互关联的多器官知识精度不足,幻觉风险上升,可靠性受损。

本文切入

构建 ICU-KG,用 LLM 引导图路径推理 + RAG 汇总,做可解释多器官评估。

数据来源:EagleCare §I Introduction

贡献一览

01ICU-KG — 自指南与重症教材构建专科知识图谱,提升可靠性、可解释性并抑制幻觉。
02图推理 RAG — 结构化检索 + ICU-KG 路径推理,支撑准确可靠的多器官评估。
03三数据集验证 — 含 ICU 专用集的医学 QA,全面优于 SOTA LLM 与多种 RAG。
04CDSS 原型 — 实时可解释推荐平台,医院环境内部署内测(Fig. 4)。

方法总览

Fig.1 EagleCare overview
Fig. 1:ICU-KG 构建(左)+ 临床决策支持流水线(右)。原文图,未重绘。

方法拆解

ICU-KG 构建

  • 来源:46 本重症书 + 8 题库 + 7 器官指南 → 2.4M samples
  • 语义切块 + embedding 定界
  • LLM 按 16 类实体抽实体/关系并生成定义
  • 规模:19,022 实体 · 35,562 关系

推理三模块

  • Keyword:Chuxin-Embedding;cosine + Levenshtein
  • Graph Reasoning:增强 BFS;embedding 预滤 + LLM 选边;max hops=3
  • Analyze & Summary:路径摘要并与 KG 交叉验证
  • 器官:心/肝/肾/消化/神经/呼吸/感染免疫
Fig.2 graph reasoning demo
Fig. 2:图推理四阶段 — Input → Reasoning Chain → Analyze → Output。例:感染指标/免疫抑制 → Sepsis、ARF。

实验设置

数据集

  • IC:315 道重症 MCQ
  • CMBExam / MMCU-Medical 重症筛选题
  • 指标:Hit / Precision / Recall

基线

  • LLM:LLaMA3.3-70B、Qwen2.5-72B、Qwen-Max、DeepSeek-R1
  • RAG:GraphRAG、HyKGE、TC-RAG
  • RAG 底座统一 Qwen2.5-72B

超参

  • 关键词数 = 3
  • 匹配 top-k = 2
  • max hops = 3;temperature = 0

主结果

84.7
IC Hit\nEagleCare+DeepSeek-R1
94.3
CMD Hit\nEagleCare+DeepSeek-R1
95.1
MMCU Hit\nEagleCare+DeepSeek-R1
+5.3%
跨全部测试 LLM\n平均相对提升
+3.6%
IC Hit vs\nvanilla DeepSeek-R1
+8.4%
IC 任务上\nQwen2.5-72B 增益

Table I — vs Base LLMs(原文表)

Table I
Table I:EagleCare 与基座 LLM。最佳配置 +DeepSeek-R1:IC 84.7 / 92.8 / 81.3。

数值摘录(IC Hit / P / R)

ModelHitPrecisionRecall
LLaMA3.3 70b72.972.570.8
Qwen2.5 72b72.973.071.2
Qwen-max79.280.480.4
DeepSeek-R1 32b74.584.269.5
DeepSeek-R181.180.682.6
EagleCare + Qwen2.5 72b81.382.079.5
EagleCare + DeepSeek-R1 32b78.581.081.0
EagleCare + DeepSeek-R184.792.881.3

Table II — 同底座 RAG 对比(原文表)

Table II
Table II:Qwen2.5-72B 底座。EagleCare Hit:IC 81.3 / CMD 88.1 / MMCU 93.2;相对最强基线 +2.2 / +1.8 / +2.7 pp。

消融 / 分析

Table III
Table III(Qwen2.5-72B,IC):w/o ICU-KG 72.9 → 完整 81.3;图谱是主增益。
72.9→81.3
去掉 ICU-KG ≈ 裸 Qwen
79.8→81.3
去掉图推理仍可用检索
P 85.7 vs 82.0
w/o GR Precision 更高
Fig.3 clinician comparison
Fig. 3:系统 vs 重症医师(心/肾/全身)。缺实时干预数据 → Urination 误判。
Fig.4 UI
Fig. 4:系统 UI — 多器官可视化 + 医师 Q&A;医院内测。

局限与启发

局限

  • 无医师实时干预接口 → 尿量等动态指标归因错误
  • QA 与 ICU-KG 不对齐时个别指标回撤(如 +Qwen2.5 MMCU Recall 77.5)
  • 在线评估多为个案对照,缺大规模前瞻终点
  • 图谱语料/代码未完全公开,复现中高难度
  • Future:扩图谱、接实时数据、自适应检索

启发

  • 专科 KG 优先于泛医学语料微调
  • 双通道锚定:embedding + 编辑距离
  • embedding 预滤 + LLM 选边 = 可控多跳
  • 路径摘要需与图谱交叉验证
  • 必须接入医嘱/干预时序
  • 小模型+强图谱可逼近大模型,利于院内部署

与医学 LLM / RAG / CVD-RAG 对照

一句话:EagleCare =「重症专科 KG + LLM 引导多跳路径 RAG + 多器官报告」。

  • 相对 Med-PaLM 类微调:知识外置到 ICU-KG,缓解灾难性遗忘。
  • 相对 GraphRAG / TC-RAG / HyKGE:同底座下 IC Hit 81.3,高于 GraphRAG 77.8、TC-RAG 79.1。
  • 对 CVD-RAG:可迁移「专科图谱 + 双通道实体锚定 + 预滤选边 + 路径交叉验证」;并补上跨器官(心–肾–感染)耦合与干预时序接入。
  • 增益量级参考:IC 上 Qwen2.5-72B Hit +8.4 pp;跨模型平均 +5.3%。

完整对照表见 notes_eaglecare.md §11。所有数字均来自 PDF Table I–III 与正文,未臆造。