Accurately predicting mortality risk in intensive care unit (ICU) patients is essential for clinical decision-making. Although large language models (LLMs) show strong potential in structured medical prediction tasks, their outputs may exhibit biases related to demographic attributes such as sex, age, and race, limiting their reliability in fairness-critical clinical settings. Existing debiasing methods often degrade predictive performance, making it difficult to balance fairness and accuracy. In this study, we systematically analyze fairness issues in LLM-based ICU mortality prediction and propose a clinically adaptive prompting framework that improves both performance and fairness without model retraining. We first design a multi-dimensional bias assessment scheme to identify subgroup disparities. Based on this, we introduce CAse Prompting (CAP), a training-free framework that integrates existing debiasing strategies and further guides models using similar historical misprediction cases paired with correct outcomes to correct biased reasoning. We evaluate CAP on the MIMIC-IV dataset. Results show that AUROC improves from 0.806 to 0.873 and AUPRC from 0.497 to 0.694. Meanwhile, prediction disparities are substantially reduced across demographic groups, with reductions exceeding 90% in sex and certain White-Black comparisons. Feature reliance analysis further reveals highly consistent attention patterns across groups, with similarity above 0.98. These findings demonstrate that fairness and performance in LLM-based clinical prediction can be jointly optimized through carefully designed prompting, offering a practical paradigm for developing reliable and equitable clinical decision-support systems.


翻译:准确预测重症监护病房(ICU)患者的死亡风险对临床决策至关重要。尽管大型语言模型(LLM)在结构化医疗预测任务中展现出强大潜力,但其输出可能表现出与性别、年龄和种族等人口统计学属性相关的偏差,限制了其在注重公平性的临床环境中的可靠性。现有去偏方法往往降低预测性能,难以平衡公平性与准确性。本研究系统分析了基于LLM的ICU死亡率预测中的公平性问题,并提出一种无需模型重训练即可提升性能与公平性的临床自适应提示框架。我们首先设计多维度偏差评估方案以识别子群体差异,进而提出无训练框架CAP(Case Prompting),该框架整合现有去偏策略,并利用类似历史误预测案例及其正确结果引导模型修正有偏推理。在MIMIC-IV数据集上评估CAP,结果显示AUROC从0.806提升至0.873,AUPRC从0.497提升至0.694;同时,各人口群体间的预测差异大幅降低,性别及特定白人与黑人群体比较中降幅超90%。特征依赖性分析进一步揭示各群体注意力模式高度一致,相似度超过0.98。这些发现表明,通过精心设计的提示可同时优化基于LLM的临床预测公平性与性能,为开发可靠、公平的临床决策支持系统提供实用范式。

0
下载
关闭预览

相关内容

医学领域大型语言模型的新进展
专知会员服务
25+阅读 · 2025年10月5日
面向统计学家的大型语言模型概述
专知会员服务
32+阅读 · 2025年3月16日
大规模语言模型推理的进展综述
专知会员服务
57+阅读 · 2025年2月8日
大型语言模型高效推理综述
专知会员服务
64+阅读 · 2024年4月23日
大型语言模型的高效提示方法综述
专知会员服务
75+阅读 · 2024年4月2日
大型语言模型在预测和异常检测中的应用综述
专知会员服务
70+阅读 · 2024年2月19日
大型语言模型公平性
专知会员服务
41+阅读 · 2023年8月31日
「知识增强预训练语言模型」最新研究综述
专知
18+阅读 · 2022年11月18日
自然语言处理中的语言模型预训练方法
PaperWeekly
14+阅读 · 2018年10月21日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
医学领域大型语言模型的新进展
专知会员服务
25+阅读 · 2025年10月5日
面向统计学家的大型语言模型概述
专知会员服务
32+阅读 · 2025年3月16日
大规模语言模型推理的进展综述
专知会员服务
57+阅读 · 2025年2月8日
大型语言模型高效推理综述
专知会员服务
64+阅读 · 2024年4月23日
大型语言模型的高效提示方法综述
专知会员服务
75+阅读 · 2024年4月2日
大型语言模型在预测和异常检测中的应用综述
专知会员服务
70+阅读 · 2024年2月19日
大型语言模型公平性
专知会员服务
41+阅读 · 2023年8月31日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员