MedTsLLM: Medical Time Series Analysis Using Multimodal LLMs

作者
Nimeesha Chan,Felix Parker,Chi Zhang,William Ralph Bennett,Mung Yao Jia,James C. Fackler,Kimia Ghobadi
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:PP: 1-14
标识
DOI:10.1109/jbhi.2025.3621512
摘要

Traditional machine learning approaches for biomedical time series analysis face fundamental limitations when integrating the heterogeneous data types essential for comprehensive clinical understanding. Physiological signals must be interpreted within rich clinical contexts that include patient history, current medications, and treatment protocols-information typically stored as unstructured text that conventional time series models cannot effectively utilize. We propose MedTsLLM, a multimodal model that aims to address this critical gap by integrating numerical physiological signals with natural language clinical information through large language models (LLMs). Our framework incorporates patch reprogramming for time series-LLM alignment and introduces two key innovations: novel covariate handling strategies that capture complex physiological relationships, and contextual prompting mechanisms that incorporate patient-specific information. MedTsLLM addresses four clinically significant tasks within a unified architecture: semantic segmentation, boundary detection, anomaly detection, and classification. Through comprehensive evaluation across diverse medical domains, including ECG analysis, respiratory monitoring, and cardiac arrhythmia detection, our approach consistently outperforms state-of-the-art baselines across all tasks and datasets. These results demonstrate the transformative potential of multimodal LLMs for biomedical signal analysis, enabling clinicians to extract deeper insights from physiological data while leveraging comprehensive clinical context to enhance diagnostic accuracy, patient monitoring, and personalized treatment decisions.
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