Rapidly Benchmarking Large Language Models for Diagnosing Comorbid Patients: Comparative Study Leveraging the LLM-as-a-Judge Method
Notice bibliographique
Résumé
Background: On average, 1 in 10 patients die because of a diagnostic error, and medical errors represent the third largest cause of death in the United States. While large language models (LLMs) have been proposed to aid doctors in diagnoses, no research results have been published comparing the diagnostic abilities of many popular LLMs on a large, openly accessible real-patient cohort. Objective: In this study, we set out to compare the diagnostic ability of 18 LLMs from Google, OpenAI, Meta, Mistral, Cohere, and Anthropic, using 3 prompts, 2 temperature settings, and 1000 randomly selected Medical Information Mart for Intensive Care-IV (MIMIC-IV) hospital admissions. We also explore improving the diagnostic hit rate of GPT-4o 05-13 with retrieval-augmented generation (RAG) by utilizing reference ranges provided by the American Board of Internal Medicine. Methods: We evaluated the diagnostic ability of 21 LLMs, using an LLM-as-a-judge approach (an automated, LLM-based evaluation) on MIMIC-IV patient records, which contain final diagnostic codes. For each case, a separate assessor LLM ("judge") compared the predictor LLM's diagnostic output to the true diagnoses from the patient record. The assessor determined whether each true diagnosis was inferable from the available data and, if so, whether it was correctly predicted ("hit") or not ("miss"). Diagnoses not inferable from the patient record were excluded from the hit rate analysis. The reported hit rate was defined as the number of hits divided by the total number of hits and misses. The statistical significance of the differences in model performance was assessed using a pooled z-test for proportions. Results: Gemini 2.5 was the top performer with a hit rate of 97.4% (95% CI 97.0%-97.8%) as assessed by GPT-4.1, significantly outperforming GPT-4.1, Claude-4 Opus, and Claude Sonnet. However, GPT-4.1 ranked the highest in a separate set of experiments evaluated by GPT-4 Turbo, which tended to be less conservative than GPT-4.1 in its assessments. Significant variation in diagnostic hit rates was observed across different prompts, while changes in temperature generally had little effect. Finally, RAG significantly improved the hit rate of GPT-4o 05-13 by an average of 0.8% (P<.006). Conclusions: While the results are promising, more diverse datasets and hospital pilots, as well as close collaborations with physicians, are needed to obtain a better understanding of the diagnostic abilities of these models.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,014 | 0,054 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».