JP2021189093A - Diagnostic device for autoimmune bullosis - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自己免疫性水疱症を診断する診断装置、方法及びプログラム、並びに、自己免疫性水疱症を診断するための機械学習モデルの生成方法、プログラム及び装置に関する。 The present invention relates to a diagnostic device, method and program for diagnosing autoimmune vesicular disease, and a method, program and device for generating a machine learning model for diagnosing autoimmune vesicular disease.
自己免疫性水疱症とは、自己の身体の組織に反応して抗体(自己抗体)が出現し、これが自己の組織を傷害する自己免疫性疾患の1つであり、自己免疫により皮膚に水疱を生じる疾患である。自己免疫性水疱症の診断は、主として蛍光抗体法により行われる。非特許文献1に示されるように、蛍光抗体法には、直接法と間接法とがある。前者は、患者の皮膚の生検により行われ、採取された皮膚に沈着した自己抗体を蛍光色素で標識し、これを蛍光顕微鏡で観察する方法である。一方、後者は、健常なヒトの皮膚の切片に患者の血清を反応させ、患者の血中の自己抗体を蛍光色素で標識し、これを蛍光顕微鏡で観察する方法である。
Autoimmune blister disease is one of the autoimmune diseases in which an antibody (autoantibody) appears in response to the tissue of one's own body and damages one's own tissue. It is a disease that occurs. Diagnosis of autoimmune vesicular disease is mainly made by immunofluorescence. As shown in
しかし、蛍光色素で標識された自己抗体を蛍光顕微鏡で観察しても、蛍光抗体法の経験に乏しい医師や研究者等の診断者には、自己免疫性水疱症の診断はしばしば困難である。また、熟練の診断者間でも、診断結果にバラつきが生じる。 However, even if an autoantibody labeled with a fluorescent dye is observed with a fluorescence microscope, it is often difficult for a diagnostician such as a doctor or a researcher who has little experience with the fluorescent antibody method to diagnose autoimmune vesicular disease. In addition, the diagnosis results vary among skilled diagnosticians.
本発明の目的は、自己免疫性水疱症の正確で一貫した診断を可能にすることにある。 An object of the present invention is to enable an accurate and consistent diagnosis of autoimmune vesicular disease.
第1観点に係る診断装置は、自己免疫性水疱症を診断する診断装置であって、蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像を取得する取得部と、前記蛍光抗体画像を所定の機械学習モデルに入力し、前記機械学習モデルの出力として前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成する診断部とを備える。 The diagnostic device according to the first aspect is a diagnostic device for diagnosing autoimmune vesicular disease, in which an acquisition unit for acquiring a fluorescent antibody image obtained by an immunofluorescent antibody method and the fluorescent antibody image are used as a predetermined machine learning model. It is provided with a diagnostic unit that inputs and generates information on the diagnosis result of the autoimmune vesicular disease as an output of the machine learning model.
第2観点に係る診断装置は、第1観点に係る診断装置であって、前記診断結果の情報には、前記自己免疫性水疱症が陽性か陰性かを示す情報が含まれる。 The diagnostic device according to the second aspect is the diagnostic device according to the first aspect, and the information of the diagnosis result includes information indicating whether the autoimmune vesicular disease is positive or negative.
第3観点に係る診断装置は、第2観点に係る診断装置であって、前記診断結果の情報には、多段階に規定される陽性のレベルを示す情報が含まれる。 The diagnostic device according to the third aspect is the diagnostic device according to the second aspect, and the information of the diagnosis result includes information indicating a positive level defined in multiple stages.
第4観点に係る診断装置は、第3観点に係る診断装置であって、前記診断結果の情報には、前記多段階に規定される陽性のレベルのそれぞれに該当する確率を示す情報が含まれる。 The diagnostic device according to the fourth aspect is the diagnostic device according to the third aspect, and the information of the diagnosis result includes information indicating the probability corresponding to each of the positive levels defined in the multistage. ..
第5観点に係る診断装置は、第1観点から第4観点のいずれかに係る診断装置であって、 前記診断結果の情報には、前記自己免疫性水疱症の種類を示す情報が含まれる。 The diagnostic apparatus according to the fifth aspect is the diagnostic apparatus according to any one of the first aspect to the fourth aspect, and the information of the diagnosis result includes information indicating the type of the autoimmune vesicular disease.
第6観点に係る診断プログラムは、自己免疫性水疱症を診断する診断プログラムであって、蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像を取得することと、前記蛍光抗体画像を所定の機械学習モデルに入力し、前記機械学習モデルの出力として前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成することとをコンピュータに実行させる。 The diagnostic program according to the sixth aspect is a diagnostic program for diagnosing autoimmune vesicular disease, in which a fluorescent antibody image obtained by an immunofluorescent antibody method is acquired and the fluorescent antibody image is input to a predetermined machine learning model. Then, the computer is made to generate the information of the diagnosis result of the autoimmune vesicular disease as the output of the machine learning model.
第7観点に係る診断方法は、自己免疫性水疱症を診断する診断方法であって、蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像を取得することと、前記蛍光抗体画像を所定の機械学習モデルに入力し、前記機械学習モデルの出力として前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成することとを含む。 The diagnostic method according to the seventh aspect is a diagnostic method for diagnosing autoimmune vesicular disease, in which a fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method is acquired and the fluorescent antibody image is input to a predetermined machine learning model. However, the output of the machine learning model includes generating information on the diagnosis result of the autoimmune vesicular disease.
第8観点に係る機械学習モデルの生成方法は、自己免疫性水疱症を診断するための機械学習モデルの生成方法であって、蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像と、専門家が診断した前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数取得することと、前記多数のデータセットを教師データとして、前記蛍光抗体画像を入力とし、前記診断結果の情報を出力とする機械学習モデルを学習させることとを含む。 The method for generating a machine learning model according to the eighth aspect is a method for generating a machine learning model for diagnosing autoimmune vesicular disease, and the fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method and the above-mentioned diagnosed by an expert. A machine that acquires a large number of data sets including information on the diagnosis results of autoimmune vesicular disease, uses the large number of data sets as teacher data, inputs the fluorescent antibody image, and outputs the information on the diagnosis results. Includes training a learning model.
第9観点に係る機械学習モデルの生成方法は、第8観点に係る生成方法であって、前記多数のデータセットには、同じ前記蛍光抗体画像に対し、第1の専門家が診断した前記診断結果の情報を含むデータセットと、第2の専門家が診断した前記診断結果の情報を含む別のデータセットとが含まれる。 The method for generating the machine learning model according to the ninth aspect is the generation method according to the eighth aspect, and the diagnosis diagnosed by the first expert with respect to the same fluorescent antibody image in the large number of data sets. It includes a dataset containing information on the results and another dataset containing information on the results of the diagnosis diagnosed by a second expert.
第10観点に係る機械学習モデルの生成プログラムは、自己免疫性水疱症を診断するための機械学習モデルの生成プログラムであって、蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像と、専門家が診断した前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数取得することと、前記多数のデータセットを教師データとして、前記蛍光抗体画像を入力とし、前記診断結果の情報を出力とする機械学習モデルを学習させることとをコンピュータに実行させる。 The machine learning model generation program according to the tenth aspect is a machine learning model generation program for diagnosing autoimmune vesicular disease, and the fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method and the above-mentioned diagnosed by an expert. A machine that acquires a large number of data sets including information on the diagnosis results of autoimmune vesicular disease, uses the large number of data sets as teacher data, inputs the fluorescent antibody image, and outputs the information on the diagnosis results. Let the computer do the training of the learning model.
第11観点に係る機械学習モデルの生成装置は、自己免疫性水疱症を診断するための機械学習モデルの生成装置であって、蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像と、専門家が診断した前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数取得する取得部と、 前記多数のデータセットを教師データとして、前記蛍光抗体画像を入力とし、記診断結果の情報を出力とする機械学習モデルを学習させる学習部とを備える。 The machine learning model generator according to the eleventh aspect is a machine learning model generator for diagnosing autoimmune vesicular disease, and the fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method and the above-mentioned diagnosed by an expert. An acquisition unit that acquires a large number of data sets including information on the diagnosis results of autoimmune vesicular disease, an acquisition unit that uses the large number of data sets as teacher data, an immunofluorescent antibody image as input, and information on the diagnosis results as output. It is equipped with a learning unit that trains machine learning models.
上記観点によれば、自己免疫性水疱症の正確で一貫した診断が可能になる。 From the above perspective, an accurate and consistent diagnosis of autoimmune vesicular disease is possible.
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る自己免疫性水疱症の診断装置、方法及びプログラム、並びに、自己免疫性水疱症を診断するための機械学習モデルの生成方法、プログラム及び装置について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a diagnostic device, method and program for autoimmune blister disease according to an embodiment of the present invention, and a method, program and method for generating a machine learning model for diagnosing autoimmune blister disease. The device will be described.
<1.自己免疫性水疱症の診断システムの全体構成>
図1に、本実施形態に係る自己免疫性水疱症を診断する診断装置としてのコンピュータ1を含む診断システム100の全体構成図を示す。コンピュータ1は、蛍光抗体法により得られる画像(以下、蛍光抗体画像という)に基づいて、自己免疫性水疱症を診断する装置であり、図1に示す通り、蛍光顕微鏡2とともに、診断システム100を構成する。蛍光顕微鏡2は、蛍光抗体画像を撮影するのに使用される。
<1. Overall configuration of the diagnostic system for autoimmune vesicular disease>
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a
自己免疫性水疱症とは、自己の身体の組織に反応して抗体(自己抗体)が出現し、これが自己の組織を傷害する自己免疫性疾患の1つであり、自己免疫により皮膚に水疱を生じる疾患である。自己免疫性水疱症には、様々な種類があり、大別すると、天疱瘡群及び類天疱瘡群に分類される。天疱瘡群には、粘膜優位型及び皮膚粘膜型の尋常性天疱瘡(自己抗体IgG)、落葉状天疱瘡(自己抗体IgG)、並びにIgA天疱瘡(自己抗体IgA)という種類が含まれる。類天疱瘡群には、水疱性類天疱瘡(自己抗体IgG)、妊娠性疱疹(自己抗体IgG)、粘膜類天疱瘡(自己抗体IgG、自己抗体IgA)、Lamina lucida型及びSublamina densa型の線状IgA水疱性皮膚症(自己抗体IgA)、並びに後天性表皮水疱症(自己抗体IgG)という種類が含まれる。 Autoimmune blister disease is one of the autoimmune diseases in which an antibody (autoantibody) appears in response to the tissue of one's own body and damages one's own tissue. It is a disease that occurs. There are various types of autoimmune vesicular disease, which are roughly classified into the pemphigus group and the pemphigoid group. The pemphigus group includes mucosal-dominant and mucocutaneous pemphigus vulgaris (self-antibody IgG), deciduous pemphigus (self-antibody IgG), and IgA pemphigus (self-antibody IgA). Bullous pemphigoid (self-antibody IgG), gestational eczema (self-antibody IgG), mucosal pemphigoid (self-antibody IgG, self-antibody IgA), Lamina lucida type and Sublamina densa type lines are included in the pemphigoid group. A type of IgA bullous pemphigoid (self-antibody IgA) and acquired epidermal pemphigoid (self-antibody IgG) is included.
自己免疫性水疱症の診断は、蛍光抗体法により行うことができる。蛍光抗体法には、直接法と間接法とがある。前者は、患者の皮膚の生検により行われ、採取された皮膚に沈着した自己抗体を蛍光色素で標識し、これを蛍光顕微鏡で観察する方法である。一方、後者は、健常なヒトの皮膚の切片に患者の血清を反応させ、患者の血中の自己抗体を蛍光色素で標識し、これを蛍光顕微鏡で観察する方法である。 Diagnosis of autoimmune vesicular disease can be made by immunofluorescence. The fluorescent antibody method includes a direct method and an indirect method. The former is a method in which an autoantibody deposited on the collected skin, which is performed by biopsy of the patient's skin, is labeled with a fluorescent dye and observed with a fluorescence microscope. On the other hand, the latter is a method in which a patient's serum is reacted with a section of healthy human skin, the autoantibody in the patient's blood is labeled with a fluorescent dye, and this is observed with a fluorescence microscope.
図3A及び図3Bは、直接法で得られた蛍光抗体画像の例であり、図3Aは、天疱瘡が陽性(抗表皮細胞膜抗体陽性)の場合の画像であり、図3Bは、類天疱瘡が陽性(抗表皮基底膜部抗体陽性)の場合の画像である。図4A及び図4Bは、間接法で得られた蛍光抗体画像の例であり、図4Aは、抗表皮細胞膜抗体陽性の場合の画像であり、図4Bは、抗表皮基底膜部抗体陽性の場合の画像である。 3A and 3B are examples of fluorescent antibody images obtained by the direct method, FIG. 3A is an image in the case of positive pemphigus (positive anti-epidermal cell membrane antibody), and FIG. 3B is Pemphigoid. Is a positive image (anti-epidermal basement membrane antibody positive). 4A and 4B are examples of fluorescent antibody images obtained by the indirect method, FIG. 4A is an image in the case of positive anti-epidermal cell membrane antibody, and FIG. 4B is a case of positive anti-epidermal basement membrane antibody. It is an image of.
天疱瘡は、自己抗体により、皮膚の表面に位置する表皮の細胞どうしを結合する物質が破壊され、皮膚や粘膜に水疱やびらんを生じる疾患であり、図3A及び図4Aでは、このような自己抗体が蛍光色素で標識されている様子が観察される。一方、類天疱瘡は、自己抗体により、表皮と表皮の下に位置する真皮とを結合する基底膜部のタンパクが破壊され、皮膚や粘膜に水疱やびらん、紅斑を生じる疾患であり、図3B及び図4Bでは、このような自己抗体が蛍光色素で標識されている様子が観察される。 Pemphigus is a disease in which autoantibodies destroy substances that bind cells of the epidermis located on the surface of the skin, resulting in blisters and erosions on the skin and mucous membranes. It is observed that the antibody is labeled with a fluorescent dye. Pemphigoid, on the other hand, is a disease in which the protein in the basement membrane that binds the epidermis to the dermis located below the epidermis is destroyed by self-antibodies, causing blisters, erosions, and erythema on the skin and mucous membranes. And in FIG. 4B, it is observed that such an autoantibody is labeled with a fluorescent dye.
また、間接法には、健常なヒトの皮膚を食塩水に浸漬した後、その切片に患者の血清を反応させる方法(以下、食塩水剥離法ということがある)と、この食塩水への浸漬を省略して行う方法(以下、非食塩水剥離法ということがある)とがある。図5A及び図5Bは、食塩水剥離法による蛍光抗体画像であり、図4A及び図4Bは、非食塩水剥離法による蛍光抗体画像である。ヒトの皮膚を食塩水に浸漬すると、表皮と真皮とが剥離するが、図5A及び図5Bでは、この様子が観察される。なお、類天疱瘡には、基底膜部の表皮側の物質に対する自己抗体が生成される場合と、真皮側の物質に対する自己抗体が生成される場合とがあり、食塩水剥離法では、この違いを観察することが可能になる。 Indirect methods include a method of immersing healthy human skin in a saline solution and then reacting the patient's serum with the section (hereinafter, referred to as a saline stripping method) and a method of immersing the skin in the saline solution. There is a method of omitting the above (hereinafter, may be referred to as a non-saline stripping method). 5A and 5B are fluorescent antibody images by the saline stripping method, and FIGS. 4A and 4B are fluorescent antibody images by the non-saline stripping method. When human skin is immersed in saline solution, the epidermis and dermis are exfoliated, which is observed in FIGS. 5A and 5B. In Pemphigoid, there are cases where autoantibodies to substances on the epidermis side of the basement membrane are generated and cases where autoantibodies to substances on the dermis side are generated. Can be observed.
なお、図6Aは、非食塩水剥離法により観察された蛍光抗体画像であり、天疱瘡が陰性(抗表皮細胞膜抗体陰性)かつ類天疱瘡も陰性(抗表皮基底膜部抗体陰性)の場合の画像である。図6Bは、食塩水剥離法により観察された蛍光抗体画像であり、抗表皮細胞膜抗体陰性かつ抗表皮基底膜部抗体陰性の場合の画像である。 FIG. 6A is a fluorescent antibody image observed by the non-saline stripping method, in the case where pemphigus is negative (anti-epidermal cell membrane antibody negative) and pemphigus is also negative (anti-epidermal basement membrane antibody negative). It is an image. FIG. 6B is a fluorescent antibody image observed by the saline stripping method, which is an image in the case of negative anti-epidermal cell membrane antibody and negative anti-epidermal basement membrane antibody.
コンピュータ1は、以上のような蛍光抗体画像に基づいて、自己免疫性水疱症を診断する。本実施形態でいう診断には、自己免疫性水疱症が陽性か陰性かを判別する診断、及び、自己免疫性水疱症の上述した種類を判別する診断が含まれる。また、本実施形態でいう自己免疫性水疱症の陽性の診断には、多段階に規定される陽性のレベルを判別する診断が含まれる。また、自己免疫性水疱症の種類の診断には、天疱瘡群に該当するか、類天疱瘡群に該当するかを判別する診断が含まれる。ここでの診断は、蛍光抗体画像を入力とし、以上のような診断結果の情報を出力とする機械学習モデル8を用いて行われる。機械学習モデル8は、事前学習により構築される。
The
ここでは、機械学習モデル8に基づく診断だけでなく、機械学習モデル8の学習(機械学習モデル8の生成)についても、診断システム100が行うものとする。すなわち、本実施形態に係るコンピュータ1は、本実施形態に係る機械学習モデル8の生成装置としても機能する。しかしながら、このような診断処理と事前の学習処理とは、別々のハードウェアシステムにより実行されてもよい。
Here, it is assumed that the
以下、コンピュータ1の構成について述べた後、機械学習モデル8の学習処理、及び機械学習モデル8に基づく診断処理について順に説明する。
Hereinafter, the configuration of the
<2.コンピュータの構成>
図2を参照しつつ、コンピュータ1のハードウェア構成について説明する。コンピュータ1は、汎用のコンピュータであり、例えば、デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンとして実現される。コンピュータ1は、CD−ROM、USBメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体から、或いはインターネット等のネットワークを介して、プログラム6を汎用のコンピュータにインストールすることにより製造される。プログラム6は、蛍光顕微鏡2から送られてくる蛍光抗体画像に基づいて自己免疫性水疱症を診断するためのソフトウェアであり、コンピュータ1に後述する動作を実行させる。また、プログラム6には、コンピュータ1に後述する学習処理を実行させるためのプログラムモジュールも含まれる。
<2. Computer configuration>
The hardware configuration of the
コンピュータ1は、表示部11、入力部12、記憶部13、制御部14及び通信部15を備える。これらの部11〜15は、互いにバス線16を介して接続されており、相互に通信可能である。表示部11は、液晶ディスプレイ等で構成することができ、自己免疫性水疱症の診断結果等をユーザーに対し表示する。なお、ここでいうユーザーとは、医師、研究者、患者等、自己免疫性水疱症の診断結果を必要とする者の総称である。入力部12は、マウス、キーボード、タッチパネル等で構成することができ、コンピュータ1に対するユーザーからの操作を受け付ける。
The
記憶部13は、ハードディスク、フラッシュメモリ等で構成することができる。記憶部13内には、プログラム6が格納されている。また、記憶部13内には、後述する学習処理で学習され、後述する診断処理で使用される機械学習モデル8を定義する情報が格納される。制御部14は、CPU、ROM及びRAM等から構成することができる。制御部14は、記憶部13内のプログラム6を読み出して実行することにより、仮想的に取得部14a、学習部14b、診断部14c及び表示制御部14dとして動作する。各部14a〜14dの動作の詳細については、後述する。通信部15は、外部のデバイスとの有線又は無線式の通信を可能とする通信インターフェースとして機能し、蛍光顕微鏡2に搭載される通信インターフェースに接続される。
The
<3.機械学習モデルの学習(生成)処理>
以下、図7を参照しつつ、機械学習モデル8の学習処理について説明する。自己免疫性水疱症の診断処理に用いられる機械学習モデル8は、この学習処理により生成される。機械学習モデル8は、典型的には、ニューラルネットワークにより構成され、蛍光抗体画像を入力とし、自己免疫性水疱症の診断結果の情報を出力とする。ここで使用されるニューラルネットワークの種類は、特に限定されないが、本実施形態では、特にディープラーニングに対応した複数の隠れ層を有する多層構造のディープニューラルネットワークである。
<3. Machine learning model learning (generation) processing>
Hereinafter, the learning process of the
まず、ステップS1として、機械学習モデル8を学習するための教師データを用意する。教師データは、蛍光抗体画像と、これに対応する自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数集めたものである。すなわち、様々な種類の自己免疫性水疱症に罹患している多数の患者、及び多数の健常者について、直接法及び間接法(食塩水剥離法及び非食塩水剥離法を含む)を含む蛍光抗体法により得られた蛍光抗体画像を用意する。また、これらの各蛍光抗体画像に基づいて、自己免疫性水疱症の診断に精通した熟練の医師や研究者等の専門家が診断した自己免疫性水疱症の診断結果の情報を取得する。
First, as step S1, teacher data for learning the
本実施形態では、蛍光抗体画像には、これが直接法又は非食塩水剥離法で得られた画像である場合には、これに対応する診断結果の情報として、天疱瘡(抗表皮細胞膜抗体)が陽性か陰性かを示す情報、及び、類天疱瘡(抗表皮基底膜部抗体)が陽性か陰性かを示す情報が関連付けて取得される。また、陽性のレベルは多段階に規定され、天疱瘡及び類天疱瘡のそれぞれが陽性か陰性かを示す情報には、陽性のレベルを示す情報が含まれる。本実施形態では、陰性の場合には、コード「0」が付与され、陽性の場合には、そのレベルを3段階で示すコード「1」「2」又は「3」のいずれかが付与される。すなわち、天疱瘡及び類天疱瘡のそれぞれのレベルが、レベル0の陰性を含む0〜3の4段階で評価される。なお、陽性のレベルを示す1〜3の数値は、数値が大きくなる程、陽性のレベルが進行していることを示す。
In the present embodiment, the fluorescent antibody image includes pemphigus (anti-epidermal cell membrane antibody) as information on the diagnosis result corresponding to the image obtained by the direct method or the non-saline stripping method. Information indicating whether it is positive or negative and information indicating whether pemphigus (anti-epidermal basement membrane antibody) is positive or negative are obtained in association with each other. In addition, the positive level is defined in multiple stages, and the information indicating whether each of pemphigus and pemphigus is positive or negative includes information indicating the positive level. In the present embodiment, if the result is negative, the code "0" is given, and if the result is positive, the code "1", "2" or "3" indicating the level is given in three stages. .. That is, each level of pemphigus and pemphigus is evaluated on a scale of 0 to 3, including negative level 0. The
また、本実施形態では、蛍光抗体画像には、これが食塩水剥離法で得られた画像である場合には、これに対応する診断結果の情報として、抗表皮基底膜部抗体の表皮側が陽性か陰性かを示す情報、及び、抗表皮基底膜部抗体の真皮側が陽性か陰性かを示す情報が関連付けて取得される。ここでも陽性のレベルは多段階に規定され、抗表皮基底膜部抗体の表皮側及び真皮側のそれぞれが陽性か陰性かを示す情報には、陽性のレベルを示す情報が含まれる。本実施形態では、陰性の場合には、コード「0」が付与され、陽性の場合には、そのレベルを3段階で示すコード「1」「2」又は「3」のいずれかが付与される。すなわち、抗表皮基底膜部抗体の表皮側及び真皮側のそれぞれのレベルが、レベル0の陰性を含む0〜3の4段階で評価される。なお、陽性のレベルを示す1〜3の数値は、数値が大きくなる程、陽性のレベルが進行していることを示す。
Further, in the present embodiment, if the fluorescent antibody image is an image obtained by the saline stripping method, is the epidermal side of the anti-epidermal basement membrane antibody positive as information on the diagnosis result corresponding to this? Information indicating whether the antibody is negative and information indicating whether the dermis side of the anti-epidermal basement membrane antibody is positive or negative are obtained in association with each other. Again, the positive level is defined in multiple stages, and the information indicating whether each of the epidermal side and the dermis side of the anti-epidermal basement membrane antibody is positive or negative includes information indicating the positive level. In the present embodiment, if the result is negative, the code "0" is given, and if the result is positive, the code "1", "2" or "3" indicating the level is given in three stages. .. That is, the respective levels of the anti-epidermal basement membrane antibody on the epidermal side and the dermis side are evaluated on a scale of 0 to 3 including a negative level 0. The
本実施形態では、教師データに含まれる各データセットには、以上のような診断結果の情報として、16個の値が含まれる。より具体的には、各データセットには、天疱瘡(抗表皮細胞膜抗体)のレベル0〜3、類天疱瘡(抗表皮基底膜部抗体)のレベル0〜3、抗表皮基底膜部抗体の表皮側のレベル0〜3、及び、抗表皮基底膜部抗体の真皮側のレベル0〜3について、各種類の各レベルに該当する確率を示す情報が含まれる。すなわち、ここでは、4種類×4レベルの16個の確率を示す値が取得される。なお、本実施形態では、教師データに含まれる当該確率を示す値は、0又は1の2値で表される。 In the present embodiment, each data set included in the teacher data includes 16 values as the information of the diagnosis result as described above. More specifically, each dataset includes levels 0-3 for pemphigus (anti-epidermal cell membrane antibody), levels 0-3 for pemphigoid (anti-epidermal basement membrane antibody), and anti-epidermal basement membrane antibody. Information indicating the probability of corresponding to each level of each type is included for levels 0 to 3 on the epidermal side and levels 0 to 3 on the dermis side of the anti-epidermal basement membrane antibody. That is, here, values indicating 16 probabilities of 4 types × 4 levels are acquired. In this embodiment, the value indicating the probability included in the teacher data is represented by two values of 0 or 1.
また、本実施形態で用意される教師データには、同じ1枚の蛍光抗体画像に対し、複数の専門家が診断した診断結果の情報をそれぞれ含む、複数のデータセットが含まれる。よって、例えば、教師データには、同じ1枚の蛍光抗体画像に対し、第1の専門家が診断した診断結果の情報を含むデータセットと、第2の専門家が診断した診断結果の情報を含む別のデータセットとが含まれる。第1の専門家及び第2の専門家による診断結果は、同じ場合もあれば、異なる場合もある。すなわち、自己免疫性水疱症の診断を人が行う場合、全て熟練の診断者であったとしても、診断結果が必ずしも同じになるとは限らず、バラつくことがある。本実施形態では、このようなバラつきも考慮した上で、正確な1つの診断結果を得るべく、教師データに異なる専門家による診断結果が含まれる。なお、ここでの教師データには、同じ1枚の蛍光抗体画像に対し、1人の専門家のみが診断した診断結果の情報が含まれることもあれば、3人以上の専門家が診断した診断結果の情報が含まれることもあり得る。 Further, the teacher data prepared in the present embodiment includes a plurality of data sets including information on diagnosis results diagnosed by a plurality of experts for the same one fluorescent antibody image. Therefore, for example, the teacher data includes a data set including information on the diagnosis result diagnosed by the first expert and information on the diagnosis result diagnosed by the second expert for the same one fluorescent antibody image. Contains another dataset. The diagnostic results by the first and second experts may be the same or different. That is, when a person makes a diagnosis of autoimmune vesicular disease, the diagnosis results are not always the same even if all are skilled diagnosticians, and the diagnosis results may vary. In the present embodiment, in consideration of such variations, the teacher data includes diagnostic results by different experts in order to obtain one accurate diagnostic result. In addition, the teacher data here may include information on the diagnosis result diagnosed by only one expert for the same one fluorescent antibody image, or diagnosed by three or more experts. Information on diagnostic results may also be included.
以上のようにして取得される教師データには、自己免疫性水疱症が陽性か陰性かを示す情報のみならず、その種類及び陽性のレベルを示す情報が含まれることになる。ステップS1では、このような教師データがコンピュータ1に入力される。すなわち、取得部14aが、このような教師データを取得し、記憶部13内に保存する。
The teacher data acquired as described above will include not only information indicating whether autoimmune vesicular disease is positive or negative, but also information indicating its type and positive level. In step S1, such teacher data is input to the
続くステップS2では、学習部14bが、ステップS1で取得された教師データに基づいて、機械学習モデル8を学習させる。より具体的には、学習部14bは、記憶部13内から教師データに含まれるデータセットを1つずつ取出し、当該データセットに含まれる蛍光抗体画像を現在の機械学習モデル8に入力する。本実施形態では、機械学習モデル8は、教師データに含まれる診断結果の情報と同じく、天疱瘡(抗表皮細胞膜抗体)のレベル0〜3、類天疱瘡(抗表皮基底膜部抗体)のレベル0〜3、抗表皮基底膜部抗体の表皮側のレベル0〜3、及び、抗表皮基底膜部抗体の真皮側のレベル0〜3について、各種類の各レベルに該当する確率を示す情報を出力するように構成される。すなわち、機械学習モデル8からは、4種類×4レベルの16個の確率を示す値が出力される。なお、本実施形態では、機械学習モデル8から出力される当該確率を示す値は、0又は1の2値ではなく、0〜1の間の所定の桁数の数値として表される。続いて、学習部14bは、このとき機械学習モデル8から出力される診断結果の情報(4種類×4レベルの16個の確率を表す値)と、同じデータセットに含まれる診断結果の情報(4種類×4レベルの16個の確率を表す出力値)との誤差を最小化するように、機械学習モデル8のパラメータを更新する。そして、ステップS1で取得された教師データに含まれる多数のデータセットを次々と適用しながら、機械学習モデル8を最適化してゆく。
In the following step S2, the
<4.機械学習モデルに基づく診断処理>
次に、図8を参照しつつ、機械学習モデル8に基づく自己免疫性水疱症の診断処理について説明する。
<4. Diagnostic processing based on machine learning model>
Next, the diagnostic process of autoimmune vesicular disease based on the
まず、ステップS11では、自己免疫性水疱症が疑われる患者に対し、蛍光抗体法のうち、直接法並びに間接法である食塩水剥離法及び非食塩水剥離法のいずれかが実施される。このとき、蛍光顕微鏡2により撮影された蛍光抗体画像は、コンピュータ1に入力され、取得部14aがこれを取得し、記憶部13内に保存する。
First, in step S11, one of the direct method and the indirect method, a saline stripping method and a non-saline stripping method, is carried out for a patient suspected of having autoimmune vesicular disease. At this time, the fluorescent antibody image taken by the
続くステップS12では、診断部14cが、ステップS1で取得された蛍光抗体画像に基づいて、自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成する。より具体的には、診断部14cは、記憶部13内から蛍光抗体画像を取出し、これを機械学習モデル8に入力し、機械学習モデル8の出力として、診断結果の情報(4種類×4レベルの16個の確率を表す値)を生成する。
In the following step S12, the
続くステップS13では、表示制御部14dは、機械学習モデル8から出力された診断結果の情報(4種類×4レベルの16個の確率を表す値)を出力する。より具体的には、表示制御部14dは、天疱瘡(抗表皮細胞膜抗体)のレベル0〜3、類天疱瘡(抗表皮基底膜部抗体)のレベル0〜3、抗表皮基底膜部抗体の表皮側のレベル0〜3、及び、抗表皮基底膜部抗体の真皮側のレベル0〜3について、各種類の各レベルに該当する確率を示す情報を表示する画面を作成し、これを表示部11上に表示させる。ユーザーは、同画面を見て、各種類の各レベルに該当する確率に基づいて、患者が様々な種類の自己免疫性水疱症のうちいずれに罹患しているか、又はいずれにも罹患していないかを判断する。また、患者がいずれかの種類の自己免疫性水疱症に罹患している場合には、その陽性のレベルも判断する。
In the following step S13, the
なお、ステップS13で出力されるべき情報は、以上のものに限られない。例えば、診断部14cが、機械学習モデル8から出力された診断結果の情報(4種類×4レベルの16個の確率を表す値)を加工し、この加工情報が出力されてもよい。例えば、診断部14cが、機械学習モデル8から出力された各種類の各レベルに該当する確率に基づいて、患者が様々な種類の自己免疫性水疱症のうちいずれに罹患しているか、又はいずれにも罹患していないかを判断するとともに、いずれかの種類の自己免疫性水疱症に罹患している場合には、その陽性のレベルを判断してもよい。この場合、表示制御部14dは、各種類の各レベルに該当する確率を示す情報に代えて又は加えて、この情報に基づく診断部14cによるさらなる診断結果(加工情報)を表示する画面を作成し、これを表示部11上に表示させる。
The information to be output in step S13 is not limited to the above. For example, the
また、診断部14cは、診断の対象となった蛍光抗体画像に基づいて、ヒートマップを作成し、さらにこれを表示する画面を作成し、表示部11上に表示させてもよい。ここでいうヒートマップとは、例えば、図9に示すような画像であり、診断の対象となった蛍光抗体画像上の各領域に、当該領域が機械学習モデル8から出力された診断結果に寄与した寄与率に応じた濃さの色を重ねた画像である。この場合、ユーザーは、問題の部位を容易に把握することができる。また、これを見た医師や研究者等は、自己免疫性水疱症の診断に際し、蛍光抗体画像のどのような特徴を見て診断すればよいのかを学習することができる。なお、表示部11上には、図9の例のように、このようなヒートマップを、診断の対象となった蛍光抗体画像とともに表示してもよい。
Further, the
以上により、自己免疫性水疱症について、熟練の診断者がいない場合であっても、正確な診断結果を得ることができる。また、診断者によるバラつきもなくなり、一貫した1つの診断結果を得ることができる。また、陽性のレベルを多段階に把握することができるため、回復の過程も容易に把握することができる。 As described above, accurate diagnostic results can be obtained for autoimmune vesicular disease even when there is no skilled diagnostician. In addition, there is no variation depending on the diagnostician, and one consistent diagnostic result can be obtained. Moreover, since the positive level can be grasped in multiple stages, the recovery process can be easily grasped.
<5.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
<5. Modification example>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following changes are possible. In addition, the gist of the following modifications can be combined as appropriate.
<5−1>
上記実施形態において、機械学習モデル8の学習処理において、転移学習を行ってもよい。すなわち、ステップS2において、自然や動物の画像等、自己免疫性水疱症とは関連のない様々な画像を用いて、機械学習モデル8を学習させた後に、蛍光抗体画像と診断結果の情報とを含むデータセットを用いて、機械学習モデル8を学習させるようにしてもよい。
<5-1>
In the above embodiment, transfer learning may be performed in the learning process of the
<5−2>
機械学習モデル8から出力される診断結果の情報は、上述した例に限られない。例えば、診断結果の情報として、各レベルに該当する確率を出力せずに、どのレベルに該当するかを示す情報のみを出力してもよい。また、上記実施形態では、陽性のレベルが多段階に示されたが、例えば、陽性又は陰性のいずれであるかのみを示す情報を出力してもよい。
<5-2>
The information of the diagnosis result output from the
自己免疫性水疱症が疑われる362名の患者から得られた1087枚の蛍光抗体画像と、各蛍光抗体画像に対し、2名の熟練の専門家により診断した自己免疫性水疱症の診断結果(正解データ)とを用意し、これらからなる2174組のデータセットを用意した。そして、当該データセットを用いて、上記実施形態と同様の方法で機械学習モデルを生成した。その後、異なる128組の同様のデータセットを用意し、当該データセットに含まれる蛍光抗体画像を生成された機械学習モデルに入力し、このとき出力される確率のうち、最も高い確率に対応するレベルを診断結果とした。そして、機械学習モデルによる診断結果のレベルと、同じデータセットに含まれる診断結果(正解データ)のレベルとの一致度を評価した。その結果を、図10に示す。図10からは、機械学習モデルによる診断結果と、正解データとのレベルの一致率は、78/128=0.609・・・となり、6割以上の一致率が得られた。また、レベルが1段階だけずれているものを一致したとみなした場合の一致率は、125/128=0.976・・・となり、ほぼ100%に近かった。これにより、上記実施形態に係る機械学習モデルに基づく診断の妥当性が確認された。 1087 fluorescent antibody images obtained from 362 patients with suspected autoimmune vesicular disease, and the diagnostic results of autoimmune vesicular disease diagnosed by two skilled specialists for each fluorescent antibody image ( Correct answer data) and 2174 sets of data sets consisting of these were prepared. Then, using the data set, a machine learning model was generated by the same method as in the above embodiment. After that, 128 different sets of similar data sets are prepared, the fluorescent antibody images contained in the data set are input to the generated machine learning model, and the level corresponding to the highest probability among the probabilities output at this time. Was the diagnosis result. Then, the degree of agreement between the level of the diagnosis result by the machine learning model and the level of the diagnosis result (correct answer data) included in the same data set was evaluated. The results are shown in FIG. From FIG. 10, the level of agreement between the diagnosis result by the machine learning model and the correct answer data was 78/128 = 0.609 ..., And the agreement rate of 60% or more was obtained. In addition, the matching rate when it was considered that the ones whose levels were shifted by one step were matched was 125/128 = 0.976 ..., Which was close to 100%. As a result, the validity of the diagnosis based on the machine learning model according to the above embodiment was confirmed.
100 診断システム
1 コンピュータ(自己免疫性水疱症の診断装置、機械学習モデルの生成装置)
2 蛍光顕微鏡
14 制御部
14a 取得部
14b 学習部
14c 診断部
14d 表示制御部
6 プログラム
8 機械学習モデル
100
2
Claims (11)
蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像を取得する取得部と、
前記蛍光抗体画像を所定の機械学習モデルに入力し、前記機械学習モデルの出力として前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成する診断部と
を備える、診断装置。 A diagnostic device for diagnosing autoimmune vesicular disease
An acquisition unit that acquires a fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method,
A diagnostic device comprising a diagnostic unit that inputs the fluorescent antibody image into a predetermined machine learning model and generates information on the diagnosis result of the autoimmune vesicular disease as an output of the machine learning model.
請求項1に記載の診断装置。 The information on the diagnosis result includes information indicating whether the autoimmune vesicular disease is positive or negative.
The diagnostic device according to claim 1.
請求項2に記載の診断装置。 The diagnostic result information includes information indicating the level of positive defined in multiple stages.
The diagnostic device according to claim 2.
請求項3に記載の診断装置。 The information on the diagnosis result includes information indicating the probability corresponding to each of the positive levels defined in the multistage.
The diagnostic device according to claim 3.
請求項1から4のいずれかに記載の診断装置。 The information on the diagnosis result includes information indicating the type of the autoimmune vesicular disease.
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像を取得することと、
前記蛍光抗体画像を所定の機械学習モデルに入力し、前記機械学習モデルの出力として前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成することと
をコンピュータに実行させる、診断プログラム。 A diagnostic program for diagnosing autoimmune vesicular disease
Obtaining a fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method and
A diagnostic program that inputs a fluorescent antibody image into a predetermined machine learning model and causes a computer to generate information on a diagnosis result of the autoimmune vesicular disease as an output of the machine learning model.
蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像を取得することと、
前記蛍光抗体画像を所定の機械学習モデルに入力し、前記機械学習モデルの出力として前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報を生成することと
を含む、診断方法。 It is a diagnostic method for diagnosing autoimmune vesicular disease.
Obtaining a fluorescent antibody image obtained by the fluorescent antibody method and
A diagnostic method comprising inputting the fluorescent antibody image into a predetermined machine learning model and generating information on the diagnosis result of the autoimmune vesicular disease as an output of the machine learning model.
蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像と、専門家が診断した前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数取得することと、
前記多数のデータセットを教師データとして、前記蛍光抗体画像を入力とし、前記診断結果の情報を出力とする機械学習モデルを学習させることと
を含む、生成方法。 A method for generating a machine learning model for diagnosing autoimmune vesicular disease.
To acquire a large number of data sets including fluorescent antibody images obtained by the fluorescent antibody method and information on the diagnosis results of the autoimmune vesicular disease diagnosed by an expert.
A generation method comprising training a machine learning model in which the fluorescent antibody image is input and the information of the diagnosis result is output, using the large number of data sets as teacher data.
請求項8に記載の生成方法。 The large number of data sets include a data set containing information on the diagnosis result diagnosed by the first expert and information on the diagnosis result diagnosed by the second expert for the same fluorescent antibody image. Contains another dataset,
The generation method according to claim 8.
蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像と、専門家が診断した前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数取得することと、
前記多数のデータセットを教師データとして、前記蛍光抗体画像を入力とし、前記診断結果の情報を出力とする機械学習モデルを学習させることと
をコンピュータに実行させる、生成プログラム。 A machine learning model generation program for diagnosing autoimmune vesicular disease.
Acquiring a large number of data sets including fluorescent antibody images obtained by the fluorescent antibody method and information on the diagnosis results of the autoimmune vesicular disease diagnosed by an expert, and
A generation program that causes a computer to train a machine learning model that uses the large number of data sets as teacher data, inputs the fluorescent antibody image, and outputs the information of the diagnosis result.
蛍光抗体法により得られる蛍光抗体画像と、専門家が診断した前記自己免疫性水疱症の診断結果の情報とを含むデータセットを多数取得する取得部と、
前記多数のデータセットを教師データとして、前記蛍光抗体画像を入力とし、前記診断結果の情報を出力とする機械学習モデルを学習させる学習部と
を備える、生成装置。 A machine learning model generator for diagnosing autoimmune vesicular disease.
An acquisition unit that acquires a large number of data sets including fluorescent antibody images obtained by the fluorescent antibody method and information on the diagnosis results of the autoimmune vesicular disease diagnosed by an expert.
A generation device including a learning unit for learning a machine learning model in which a large number of data sets are used as teacher data, the fluorescent antibody image is input, and information on the diagnosis result is output.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020096374A JP2021189093A (en) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | Diagnostic device for autoimmune bullosis |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023090397A1 (en) | 2021-11-22 | 2023-05-25 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | Method for separation and recovery of laminate |
-
2020
- 2020-06-02 JP JP2020096374A patent/JP2021189093A/en active Pending
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WO2023090397A1 (en) | 2021-11-22 | 2023-05-25 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | Method for separation and recovery of laminate |
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