Teil 5 · Machine Learning und KI in der Medizin
Übungen
33 · Retrieval-Augmented Generation und Leitlinien-Q&A
Übung 1: Fehleranalyse in einer RAG-Pipeline
Ein klinisches Assistenzsystem soll Fragen zu Leitlinien beantworten. Ein Arzt stellt die Frage: „Wie hoch ist die Initialdosis von Amoxicillin bei ambulant erworbener Pneumonie laut Leitlinie?“ Der Chatbot antwortet: „Diese Information ist in den bereitgestellten Dokumenten nicht enthalten.“ Bei der Überprüfung der Vektordatenbank stellst du fest, dass das Leitlinien-PDF sehr wohl einen Absatz zur Dosierung von Amoxicillin enthält.
- Welche zwei Hauptfehlerquellen (Retrieval-Fehler vs. Generations-Fehler) könnten diese Falschantwort erklären?
- Wie würdest du systematisch untersuchen, wo der Fehler liegt?
Übung 2: Prompt-Design zur Halluzinationsvermeidung
Ein LLM soll Leitlinienfragen beantworten. Entwirf einen strukturierten Prompt (System-Prompt + User-Prompt-Template), der folgende Kriterien erfüllt:
- Das LLM darf nur Fakten aus dem mitgelieferten Kontext nutzen.
- Wenn die Antwort im Kontext steht, muss der genaue Satz als Zitat angegeben werden.
- Wenn die Antwort nicht im Kontext steht, muss das LLM mit einem standardisierten Satz antworten und darf keine externen medizinischen Kenntnisse hinzuziehen.
Übung 3: recall@k und precision@k von Hand berechnen
Ein RAG-System für Leitlinienfragen wird gegen ein kleines Gold-Set geprüft. Für jede Frage ist genau ein belegender Gold-Chunk bekannt. Der Retriever gibt pro Frage die Top-3-Chunks zurück:
| Frage | Gold-Chunk | Top-3 Treffer (Rang 1–3) |
|---|---|---|
| F1 | C7 | C7, C2, C9 |
| F2 | C4 | C1, C4, C8 |
| F3 | C11 | C3, C6, C2 |
| F4 | C5 | C5, C12, C4 |
- Bestimme für jede Frage recall@3 und precision@3.
- Berechne den Makro-Durchschnitt von recall@3 und precision@3 über alle vier Fragen. Berechne zusätzlich recall@1.
- Für welche Frage kann die Antwort des LLM unmöglich belegt (grounded) sein, und warum?
Übung 4: Konfidenz-Schwelle als Sicherheitsnetz — Konfusionsmatrix von Hand
Der Grundsatz aus dem Modul: Liegt der Top-1-Ähnlichkeitsscore unter der Schwelle, verweigert das System die Antwort („nicht im Kontext"). Die Schwelle sei τ = 0,20. „Positiv" bedeutet: die Frage ist im Korpus beantwortbar (in-context). Für sechs Testfragen liegen Top-1-Score und wahres Label vor:
| Frage | Top-1-Score | Wahres Label |
|---|---|---|
| Q1 | 0,35 | in-context |
| Q2 | 0,22 | in-context |
| Q3 | 0,14 | in-context |
| Q4 | 0,28 | außer-context |
| Q5 | 0,10 | außer-context |
| Q6 | 0,05 | außer-context |
- Klassifiziere jede Frage als TP, FP, FN oder TN (das System antwortet, wenn Score ≥ τ).
- Berechne Precision, Recall und F1 der Entscheidung „antworten".
- Welche Fehlklassifikation ist klinisch gefährlicher – und in welche Richtung müsste man τ verschieben, um sie zu senken? Welchen Preis zahlt man dafür?