KR20230019477A - Method and apparatus for diagnosis of kidney cancer using artificial neural network - Google Patents

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Abstract

A method and an apparatus for diagnosing renal cancer are provided. The method for diagnosing renal cancer according to an embodiment of the present invention comprises: a step of acquiring a plurality of images of a cross-section of the kidney and imaging meta-data, and pre-processing the plurality of images to acquire a plurality of image patches of a designated size; a step of inputting the plurality of image patches into a neural network model based on an edge gated convolutional neural network (EG-CNN) to estimate a tumor region corresponding to each of the plurality of image patches; a step of determining whether the tumor is benign or malignant using the estimated tumor region and the imaging meta-data; a step of measuring an uncertainty value of the neural network model and an uncertainty value of the plurality of images based on the estimation results of the neural network model; a step of changing at least one image among the plurality of images based on the uncertainty value of the plurality of images; and a step of changing a labeling policy of the neural network model based on the uncertainty value of the neural network model. The method for diagnosing renal cancer can accurately detect the area of the tumor, and accurately determine whether the tumor is malignant or benign, thereby diagnosing renal cancer.

Description

인공신경망을 이용한 신장암의 진단 방법 및 그 장치{Method and apparatus for diagnosis of kidney cancer using artificial neural network}Method and apparatus for diagnosis of kidney cancer using artificial neural network

본 발명은 인공신경망을 이용한 신장암의 진단 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for diagnosing renal cancer using an artificial neural network.

신장암은 전이위험성으로 인해 조직검사를 권하지 않는 학계 추세에 따라, 수술 전 방사선 검사만으로 수술을 결정하고 있다. 그러나, 방사선 검사 예측력은 병리검사에 비해 상대적으로 저조하고, 수술 후 병리결과에서만 그 결과를 확인할 수 있다는 단점이 있다. 수술 전 방사선학적 검사에서 내린 진단을 기반으로 수술이 결정되므로, 양성질환에 대해 신장절제술이 진행되어 약 20% 정도의 환자가 불필요한 수술을 받고 있으며, 이러한 결과는 방사선학적 검사의 불확실성에 의한 것이다. 따라서, CT 이미지를 기반으로 한 진단 예측 능력을 향상시킬 인공지능 기술이 필요하다.In accordance with the academic trend of not recommending a biopsy for renal cancer due to the risk of metastasis, surgery is decided only with preoperative radiographs. However, there is a disadvantage in that the predictive power of radiographic examination is relatively low compared to pathology examination, and the result can be confirmed only after the pathology result after surgery. Since surgery is decided based on the diagnosis made in radiographic examination before surgery, nephrectomy is performed for benign diseases, and about 20% of patients undergo unnecessary surgery, and these results are due to the uncertainty of radiographic examination. Therefore, there is a need for an artificial intelligence technology to improve diagnostic prediction capabilities based on CT images.

이러한 기술적 배경 하에서, CT 이미지를 기반으로 한 진단 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나(등록특허 10-2020-010661), 아직은 미비한 실정이다.Under such a technical background, research on a diagnosis method based on CT images is being actively conducted (Patent Registration 10-2020-010661), but it is still incomplete.

본 발명의 실시예들은 획득한 이미지를 이용하여 종양의 영역을 정확하게 검출하고, 해당 종양의 악성 및 양성 여부를 정확하게 판단하여 신장암을 진단하는 방법 및 그 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a method and apparatus for diagnosing renal cancer by accurately detecting a tumor region using an acquired image and accurately determining whether the tumor is malignant or benign.

일 양상은, 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 신장암의 진단 방법에 있어서, 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득하고, 상기 복수의 이미지를 전처리하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득하는 단계; 상기 복수의 이미지 패치를 edge-gated CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 신경망 모델에 입력하여, 상기 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 종양 영역을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 종양 영역 및 상기 촬영 메타 데이터를 이용하여 상기 종양의 악성 또는 양성 여부를 결정하는 단계;를 포함하는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one aspect, in a method for diagnosing kidney cancer performed by a computing device, a plurality of images obtained by photographing a cross section of a kidney and photographic metadata are acquired, and a plurality of image patches ( obtaining a patch); estimating a tumor region corresponding to each of the plurality of image patches by inputting the plurality of image patches to a neural network model based on an edge-gated convolutional neural network (CNN); and determining whether the tumor is malignant or benign using the estimated tumor region and the imaging metadata.

일 실시예에서, 상기 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지는, 다이콤(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일로부터 획득한 CT 이미지 및 상기 신장에 대한 라벨링 이미지를 포함하고, 상기 촬영 메타 데이터는, 상기 복수의 이미지 각각에 대한 픽셀 간격 데이터 및 이미지의 깊이 데이터를 포함하는, In one embodiment, the plurality of images of the cross section of the kidney include a CT image obtained from a Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) file and a labeling image of the kidney, and the photographic metadata Including pixel interval data and depth data of the image for each of the plurality of images,

신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.It is to provide a method for diagnosing renal cancer.

일 실시예에서, 상기 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계는, 상기 복수의 이미지에 포함된 제1 이미지에 대하여 데이터 증대(Data Augmentation)을 수행하여, 상기 제1 이미지로부터 복수의 이미지를 생성하고, 상기 생성된 복수의 이미지를 전처리 하여 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 증대는, 상기 이미지의 공간 확대, 컬러 증강, 소음 증강 및 크롭핑(cropping) 중 하나 이상을 포함하는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one embodiment, the acquiring of the plurality of image patches may include generating a plurality of images from the first images by performing data augmentation on a first image included in the plurality of images; Preprocessing the generated plurality of images to obtain a plurality of image patches, wherein the data augmentation includes at least one of spatial expansion, color enhancement, noise enhancement, and cropping of the image, It is to provide a method for diagnosing renal cancer.

일 실시예에서, 상기 복수의 이미지는, 상기 신장의 단면을 촬영한 복수의 3D 이미지이고, 상기 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계는, 상기 복수의 3D 이미지에 대하여 깊이(depth) 방향으로 슬라이드하며 지정된 크기의 상기 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계를 포함하는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one embodiment, the plurality of images are a plurality of 3D images obtained by photographing cross sections of the kidney, and the obtaining of the plurality of image patches may include sliding in a depth direction with respect to the plurality of 3D images. It is to provide a method for diagnosing renal cancer, comprising obtaining the plurality of image patches having a designated size.

일 실시예에서, 상기 신경망 모델의 추정 결과를 기초로 신경망 모델의 불확실성 수치 및 복수의 이미지의 불확실성 수치를 측정하는 단계; 상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하는 단계; 및 상기 신경망 모델의 불확실성 수치를 기초로 상기 신경망 모델의 라벨링 정책을 변경하는 단계;를 추가적으로 포함하는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one embodiment, measuring the uncertainty value of the neural network model and the uncertainty value of the plurality of images based on the estimation result of the neural network model; changing at least one image among the plurality of images based on uncertainty values of the plurality of images; and changing a labeling policy of the neural network model based on the uncertainty value of the neural network model.

일 실시예에서, 상기 신경망 모델은, 학습 단계 및 추론 단계에서 드롭 아웃(Dropout)을 수행하고, 상기 신경망 모델의 불확실성 수치는, 상기 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 확률 분포에 대한 분산값을 기초로 측정되는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one embodiment, the neural network model performs dropout in a learning step and an inference step, and the uncertainty value of the neural network model is a variance value of a probability distribution of resultant data in an inference step of the neural network model. It is to provide a method for diagnosing renal cancer, which is measured based on.

일 실시예에서, 상기 복수의 이미지의 불확실성 수치는, 상기 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 분산 추정값을 기초로 측정되는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one embodiment, a method for diagnosing renal cancer is provided in which uncertainty values of the plurality of images are measured based on a variance estimation value of result data in an inference step of the neural network model.

일 실시예에서, 상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하는 단계는, 상기 복수의 이미지의 불확실성 수치가 기준값 이상인 하나 이상의 이미지를 검출하는 단계; 상기 검출된 이미지의 상기 종양 영역에 대한 사용자 입력을 기초로, 상기 검출된 이미지를 변경하는 단계를 포함하고, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In an embodiment, the changing of at least one image among the plurality of images based on uncertainty values of the plurality of images may include: detecting one or more images having uncertainty values of the plurality of images equal to or greater than a reference value; and changing the detected image based on a user input for the tumor region of the detected image, and providing a method for diagnosing renal cancer.

일 실시예에서, 상기 변경된 라벨링 정책에 따라 복수의 이미지의 가중치를 설정하고, 상기 변경된 이미지에 대하여 변경 전 이미지보다 큰 가중치를 부여하여 상기 신경망 모델을 학습시키는 단계를 더 포함하는, 신장암의 진단 방법을 제공하는 것이다.In one embodiment, diagnosis of renal cancer further comprising setting weights of a plurality of images according to the changed labeling policy and assigning a greater weight to the changed images than images before the change to train the neural network model. is to provide a way

또 다른 양상은, 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는, 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득하고 상기 복수의 이미지를 전처리 하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득하고, 상기 복수의 이미지 패치를 edge-gated CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 신경망 모델에 입력하여 상기 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 종양 영역을 추정하고, 상기 추정된 종양 영역 및 상기 촬영 메타 데이터를 이용하여 상기 종양의 양성 또는 악성 여부를 결정하고, 상기 신경망 모델의 추정 결과를 기초로 신경망 모델의 불확실성 수치 및 복수의 이미지의 불확실성 수치를 측정하고, 상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하고, 상기 신경망 모델의 불확실성 수치를 기초로 상기 신경망 모델의 라벨링 정책을 변경하는, 신장암의 진단 장치를 제공하는 것이다.Another aspect includes a processor, wherein the processor obtains a plurality of images of a cross-section of the kidney and photographic metadata, and pre-processes the plurality of images to obtain a plurality of image patches having a designated size. and inputs the plurality of image patches to an edge-gated convolutional neural network (CNN)-based neural network model to estimate a tumor region corresponding to each of the plurality of image patches, and the estimated tumor region and the photographing metadata determining whether the tumor is benign or malignant by using a tumor, measuring an uncertainty value of a neural network model and uncertainty values of a plurality of images based on an estimation result of the neural network model, and determining whether the tumor is benign or malignant based on the uncertainty values of the plurality of images. It is to provide an apparatus for diagnosing renal cancer, which changes at least one of the images of , and changes a labeling policy of the neural network model based on an uncertainty value of the neural network model.

또 다른 양상은, 컴퓨터를 이용하여 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a computer program stored in a recording medium in order to execute the method of any one of claims 1 to 8 using a computer.

도 1은 일 실시예에 따른 신장암의 진단 장치를 포함하는 종양 판별 시스템의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 신장암 진단 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 하드웨어 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 신장암 진단 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 하드웨어 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 신장암 진단 방법의 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 신경망 입력 데이터의 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 입력데이터를 전처리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 인공 신경망의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram illustrating an example of a system for determining a tumor including an apparatus for diagnosing renal cancer according to an embodiment.
2 is a hardware configuration diagram illustrating an internal configuration of an apparatus for diagnosing kidney cancer according to an exemplary embodiment.
3 is a hardware block diagram illustrating the configuration and operation of an apparatus for diagnosing kidney cancer according to an exemplary embodiment.
4 is a flow chart of a method for diagnosing renal cancer according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating an example of neural network input data according to an embodiment.
6 is a diagram for explaining a method of preprocessing input data according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram for explaining the structure of an artificial neural network according to an embodiment.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 본 발명에서 개시하는 인공 지능(artificial intelligence, AI)은 인공적인-- 지능 또는 이를 만들 수 있는 방법론을 연구하는 분야를 의미할 수 있고, 기계 학습(machine learning)은 인공지능 기술의 한 분야로서 컴퓨팅 장치가 데이터를 통해 학습하여 특정 대상 혹은 조건을 이해할 수 있게 하거나 데이터의 패턴을 찾아내 분류하는 기술적 방식으로써 컴퓨터가 데이터를 분석할 수 있게 하는 알고리즘일 수 있다. 본 발명에서 개시하는 기계 학습은 인공지능 모델을 학습하기 위한 동작 방법을 포함하는 의미로서 이해될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable any person skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented from one embodiment to another without departing from the spirit and scope of the present invention. It should also be understood that the location or arrangement of individual components within each embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the detailed description to be described later is not performed in a limiting sense, and the scope of the present invention should be taken as encompassing the scope claimed by the claims and all scopes equivalent thereto. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar elements throughout the various aspects. Artificial intelligence (AI) disclosed in the present invention may mean a field of researching artificial intelligence or a methodology for creating it, and machine learning is a field of artificial intelligence technology, and computing It can be an algorithm that allows a device to learn from data to understand a specific object or condition, or a computer to analyze data in a technical way to find and classify patterns in data. Machine learning disclosed in the present invention can be understood as meaning including an operating method for learning an artificial intelligence model.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention.

이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 신장암의 진단 장치를 포함하는 양성 또는 악성 종양 판별 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Referring to FIG. 1 , a benign or malignant tumor determination system including an apparatus for diagnosing renal cancer according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

일 실시예에 따른 신장암 진단 장치(200)는 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지(110)를 입력 데이터(100)로 이용할 수 있다. 신장암 진단 장치(200)는 네트워크(10)를 통하여 외부 서버로부터 입력 데이터(100)를 수신할 수 있다. 이 경우 외부 서버는 예를 들어 병원 서버이고, 신장암 진단 장치(200)는 병원 서버로부터 의료 영상 포맷 표준인 입력 데이터(100)를 획득할 수 있다. 이 경우 입력 데이터(100)에 포함된 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지를 포함하는 입력 데이터(100)는 다이콤 파일(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 포맷일 수 있고 CT 이미지, 환자 정보, 측정 데이터 및 촬영 정보를 포함할 수 있다. 다만 이는 일 예시일 뿐 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 입력 데이터(100)의 형태는 JPG, PNG, TIF등 다양한 이미지 파일 형태일 수 있음은 물론이다. 일 실시예에서 입력 데이터(100)는 3 차원 이미지 데이터를 포함할 수 있고, 이 경우, 이미지의 볼륨을 구성하는 각각의 복셀은 픽셀의 배열 형태일 수 있다. 전술한 입력 데이터(100)를 이용하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 종양 영역을 검출하는 인공 신경망은 지도 학습(supervised learning)을 수행할 수 있다.The apparatus 200 for diagnosing kidney cancer according to an embodiment may use a plurality of images 110 obtained by photographing a cross section of a kidney as input data 100 . The renal cancer diagnosis apparatus 200 may receive input data 100 from an external server through the network 10 . In this case, the external server is, for example, a hospital server, and the renal cancer diagnosis apparatus 200 may obtain input data 100 that is a standard medical image format from the hospital server. In this case, the input data 100 including a plurality of images of cross-sections of the kidneys included in the input data 100 may be in a Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) format, and may include CT images and patient information. , measurement data and photographing information. However, this is only an example, and the form of the input data 100 according to some embodiments of the present invention may be in the form of various image files such as JPG, PNG, TIF, of course. In one embodiment, the input data 100 may include 3D image data, and in this case, each voxel constituting the volume of the image may be in the form of an array of pixels. An artificial neural network that detects a tumor region using the above-described input data 100 according to some embodiments of the present invention may perform supervised learning.

입력 데이터(100)를 수신한 신장암 진단 장치(200)는 edge-gated CNN(EG-CNN) 기반의 인공 신경망을 이용하여 각각의 이미지에 포함된 종양 영역을 검출할 수 있다. EG-CNN을 기반으로 이용함으로써, 3차원 이미지 형태로 획득되는 CT 데이터에 대한 정확한 분석이 가능해진다. 다만 통상의 기술자에 의해 추가적인 전처리 과정을 수행하여 기타 다른 종류의 CNN 기반의 신경망을 이용하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 신장암의 진단 방법을 수행할 수도 있을 것이다. 보다 상세하게는, 신장암 진단 장치(200)는 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득하고, 상기 복수의 이미지를 전처리 하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득하고, 복수의 패치 이미지를 EG-CNN(Edge Gated Convolutional Neural Network) 기반의 신경망 모델에 입력하여, 상기 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 종양 영역을 추정하며, 추정된 종양 영역 및 상기 촬영 메타 데이터를 이용하여 상기 종양의 양성 또는 악성 여부를 판단하고, 신경망 모델의 추정 결과를 기초로 신경망 모델의 불확실성 수치 및 복수의 이미지의 불확실성 수치를 측정하고, 입력 데이터의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하고, 신경망 모델의 불확실성 수치를 기초로 상기 신경망 모델의 라벨링 정책을 변경할 수 있다.Upon receiving the input data 100, the renal cancer diagnosis apparatus 200 may detect a tumor region included in each image using an artificial neural network based on an edge-gated CNN (EG-CNN). By using EG-CNN as a basis, it is possible to accurately analyze CT data acquired in the form of a 3D image. However, the method for diagnosing renal cancer according to some embodiments of the present invention may be performed using other types of CNN-based neural networks by performing an additional preprocessing process by a person skilled in the art. More specifically, the apparatus for diagnosing kidney cancer 200 acquires a plurality of images of a cross-section of the kidney and photographic metadata, pre-processes the plurality of images to obtain a plurality of image patches having a designated size, , A plurality of patch images are input to a neural network model based on Edge Gated Convolutional Neural Network (EG-CNN), a tumor area corresponding to each of the plurality of image patches is estimated, and the estimated tumor area and the shooting metadata are used. to determine whether the tumor is benign or malignant, measure the uncertainty value of the neural network model and the uncertainty value of a plurality of images based on the estimation result of the neural network model, and at least one of the plurality of images based on the uncertainty value of the input data One image may be changed, and a labeling policy of the neural network model may be changed based on an uncertainty value of the neural network model.

또한, 일 실시예에서 검출된 종양 영역에 대한 데이터를 이용하여 종양에 대응되는 2D 이미지 또는 3D 모델(300)을 생성하여 디스플레이에 표시할 수 있다. 이 경우 디스플레이에 표시된 2D 이미지 또는 3D 모델(300)에 대한 사용자 입력에 응답하여 검출된 종양 영역에 대한 데이터를 수정할 수 있고, 상기 수정된 데이터를 다시 인공 신경망의 입력 데이터로서 이용할 수 있다.In addition, in one embodiment, a 2D image or 3D model 300 corresponding to the tumor may be generated using data on the detected tumor region and displayed on a display. In this case, data on the detected tumor region may be corrected in response to a user input on the 2D image or 3D model 300 displayed on the display, and the corrected data may be used as input data of the artificial neural network.

이하 도 2를 참조하여 신장암 진단 장치(200)의 내부 구성에 대하여 상세히 설명한다.The internal configuration of the renal cancer diagnosis apparatus 200 will be described in detail with reference to FIG. 2 .

일 실시예에서 신장암 여부를 진단하는 장치인 신장암 진단 장치(200)는 입출력 인터페이스(201), 메모리(202), 프로세서(203) 및 통신 모듈(204)을 포함할 수 있다. 메모리(202)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(202)에는 신장암 진단 장치(200)를 제어하기 위한 프로그램 코드 및 설정, 카메라 영상, 그리고 물체의 포즈 데이터가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다.In one embodiment, the renal cancer diagnosis apparatus 200, which is a device for diagnosing renal cancer, may include an input/output interface 201, a memory 202, a processor 203, and a communication module 204. The memory 202 is a computer-readable recording medium, and may include a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a permanent mass storage device such as a disk drive. In addition, the memory 202 may temporarily or permanently store program codes and settings for controlling the renal cancer diagnosis apparatus 200 , camera images, and pose data of an object.

프로세서(203)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(202) 또는 통신 모듈(204)에 의해 프로세서(203)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(203)는 메모리(202)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.The processor 203 may be configured to process commands of a computer program by performing basic arithmetic, logic, and input/output operations. Instructions may be provided to processor 203 by memory 202 or communication module 204 . For example, processor 203 may be configured to execute instructions received according to program codes stored in a recording device such as memory 202 .

통신 모듈(204)은 네트워크(10)를 통해 외부 서버와 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 상술한 외부 서버는 예를 들어 의료 이미지를 제공하는 병원 서버일 수 잇다. 일례로, 신장암 진단 장치(200)의 프로세서(203)가 메모리(202)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이 통신 모듈(204)의 제어에 따라 네트워크(10)를 통해 외부 서버로 전달될 수 있다. 역으로, 외부 서버의 프로세서의 제어에 따라 제공되는 제어 신호나 명령, 컨텐츠, 파일 등이 네트워크(10)를 거쳐 통신 모듈(204)을 통해 신장암 진단 장치(200)로 수신될 수 있다. 예를 들어 통신 모듈(204)을 통해 수신된 외부 서버의 제어 신호나 명령 등은 프로세서(203)나 메모리(202)로 전달될 수 있고, 컨텐츠나 파일 등은 신장암 진단 장치(200)이 더 포함할 수 있는 저장 매체로 저장될 수 있다. 또한, 통신 모듈(204)의 통신 방식은 제한되지 않지만, 네트워크(10)는 근거리 무선통신망일 수 있다. 예를 들어, 네트워크(10)는 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), Wifi 통신망일 수 있다. The communication module 204 may provide functionality for communicating with an external server via the network 10 . The aforementioned external server may be, for example, a hospital server providing medical images. For example, a request generated by the processor 203 of the renal cancer diagnosis apparatus 200 according to a program code stored in a recording device such as the memory 202 is sent to the outside through the network 10 under the control of the communication module 204. can be forwarded to the server. Conversely, control signals, commands, contents, files, etc. provided under the control of the processor of the external server may be received by the renal cancer diagnosis apparatus 200 through the communication module 204 via the network 10 . For example, a control signal or command from an external server received through the communication module 204 may be transmitted to the processor 203 or memory 202, and content or files may be further transferred to the renal cancer diagnosis apparatus 200. It can be stored in a storage medium that can include. In addition, the communication method of the communication module 204 is not limited, but the network 10 may be a local area wireless communication network. For example, the network 10 may be a Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), or Wifi communication network.

또한, 입출력 인터페이스(201)는 사용자의 입력을 수신하고, 출력 데이터를 디스플레이 할 수 있다. 일 실시예에 따른 입출력 인터페이스(201)는 디스플레이에 종양에 대응하는 2D 이미지 또는 3D 모델을 표시할 수 있다. 또는 사용자로부터 검출된 종양 영역에 피드백 정보를 입력 받을 수 있다.Also, the input/output interface 201 may receive a user's input and display output data. The input/output interface 201 according to an embodiment may display a 2D image or a 3D model corresponding to a tumor on a display. Alternatively, feedback information on the detected tumor region may be input from the user.

도시되지는 않았으나 일 실시예에 따른 신장암 진단 장치(200)는 카메라 모듈을 더 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 하나 이상의 개별 카메라를 포함하는 카메라 모듈일 수 있다. 일 예로, 카메라 모듈은 신장암 진단 장치(200)에 내장된 카메라 모듈일 수 있고, 별도로 구비된 카메라 장치와의 연결되는 모듈일 수도 있다. 이 경우, 카메라 모듈로부터 획득한 신장의 단면을 촬영한 이미지는 메모리(202)또는 신장암 진단 장치(200)가 더 포함하는 저장 매체에 저장될 수 있다.Although not shown, the apparatus 200 for diagnosing kidney cancer according to an embodiment may further include a camera module. A camera module may be a camera module that includes one or more individual cameras. For example, the camera module may be a camera module built into the renal cancer diagnosis apparatus 200 or may be a module connected to a separately provided camera device. In this case, the image of the cross section of the kidney obtained from the camera module may be stored in the memory 202 or a storage medium further included in the renal cancer diagnosis apparatus 200 .

또한, 다른 실시예들에서 신장암 진단 장치(200)는 도 2의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래의 기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 신장암 진단 장치(200)는 사용자 단말의 내부 구성요소들에 전력을 공급하는 배터리 및 충전 장치를 포함할 수 있고, 상술한 입출력 장치 중 적어도 일부를 포함하도록 구현되거나 또는 트랜시버(transceiver), GPS(Global Positioning System) 모듈, 각종 센서, 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.Also, in other embodiments, the renal cancer diagnosis apparatus 200 may include more components than those shown in FIG. 2 . However, there is no need to clearly show most of the conventional technical components. For example, the renal cancer diagnosis apparatus 200 may include a battery and a charging device for supplying power to internal components of a user terminal, implemented to include at least some of the above-described input/output devices, or a transceiver. ), a Global Positioning System (GPS) module, various sensors, and other components such as a database may be further included.

도 3은 일 실시예에 따른 신장암 진단 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 하드웨어 블록도이다.3 is a hardware block diagram illustrating the configuration and operation of an apparatus for diagnosing kidney cancer according to an exemplary embodiment.

일 실시예에서 신장암 진단 장치(200)는 데이터 획득부(210), 데이터 전처리부(211), 인공신경망부(220), 불확실성 측정부(230), 인공신경망 갱신부(240) 및 양성 및 악성 종양 결정 연산부(250)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the renal cancer diagnosis apparatus 200 includes a data acquisition unit 210, a data pre-processing unit 211, an artificial neural network unit 220, an uncertainty measuring unit 230, an artificial neural network updating unit 240, and positive and negative A malignant tumor determination operation unit 250 may be included.

일 실시예에서 데이터 획득부(210)는 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득할 수 있다. 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지는, 다이콤(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일로부터 획득한 CT 이미지 및 상기 신장의 단면에 대한 라벨링 이미지를 포함할 수 있다. 다만 이는 일 예시일 뿐 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 입력 데이터(100)의 형태는 JPG, PNG, TIF등 다양한 이미지 파일 형태일 수 있음은 물론이다. 라벨링 이미지는 종양 영역이 표시된 이미지로, 인공 신경망을 통해 추정하고자 하는 종양 영역에 대한 정답 데이터일 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 종양 영역을 추정하는 인공 신경망은 전술한 라벨링 데이터를 이용하여 지도 학습(supervised learning)을 수행할 수 있다. In an embodiment, the data acquisition unit 210 may acquire a plurality of images of a kidney cross-section and photographing metadata. The plurality of images obtained by photographing the cross section of the kidney may include a CT image obtained from a Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) file and a labeling image of the cross section of the kidney. However, this is only an example, and the form of the input data 100 according to some embodiments of the present invention may be in the form of various image files such as JPG, PNG, TIF, of course. The labeling image is an image in which a tumor region is displayed, and may be correct answer data for a tumor region to be estimated through an artificial neural network. Accordingly, an artificial neural network for estimating a tumor area according to some embodiments of the present invention may perform supervised learning using the aforementioned labeling data.

일 실시예에서 데이터 전처리부(211)는 인공신경망의 학습에 필요한 충분한 데이터의 확보를 위한 데이터 증대(Data Augmentation)를 수행할 수 있다. 또한, 일 실시예에서 데이터 전처리부(211)는 복수의 이미지를 전처리하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득할 수 있다. 일 실시예에서 학습 데이터를 증대하는 데이터 전처리부(211)는 공간 확대(Spatial Augmentation), 컬러 증강(Color Augmentation), 소음 증강(Noise Augmentation) 및 크롭핑(Cropping)중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 또한 복수의 이미지 패치를 생성하는 데이터 전처리부(211)는 동일한 크기를 갖는 복수의 이미지 패치를 생성하기 위한 이미지 리사이징(re-sizing) 및 인공 신경망에 적합한 형태의 이미지 패치 추출을 수행할 수 있다.In one embodiment, the data pre-processing unit 211 may perform data augmentation to secure sufficient data required for learning of the artificial neural network. Also, in one embodiment, the data preprocessing unit 211 may obtain a plurality of image patches having a designated size by preprocessing a plurality of images. In an embodiment, the data pre-processor 211 that augments learning data may perform at least one of spatial augmentation, color augmentation, noise augmentation, and cropping. . In addition, the data pre-processing unit 211 generating a plurality of image patches may perform image re-sizing to generate a plurality of image patches having the same size and image patch extraction in a form suitable for an artificial neural network.

일 실시예에서 인공신경망부(220)는 신경망 학습부(221) 및 종양 영역 추론부(222)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 인공신경망부(220)는 EG-CNN(Edge Gated Convolitional Neural Network)기반의 인공 신경망을 이용하여 학습 단계 및 추론 단계를 수행할 수 있다. 일 실시예에서 신경망 학습부(221)는 데이터 획득부(210)에서 획득한 복수의 CT 이미지 및 복수의 라벨링 이미지를 기초로 생성된 이미지 패치를 이용하여 전술한 인공 신경망의 학습을 수행할 수 있다. 또한, 일 실시예에서 종양 영역 추론부(222)는 복수의 CT 이미지를 기초로 생성된 복수의 이미지 패치를 이용하여 각각의 이미지 패치에 대응되는 종양 영역을 추론할 수 있다.In one embodiment, the artificial neural network unit 220 may include a neural network learning unit 221 and a tumor region inference unit 222 . In one embodiment, the artificial neural network unit 220 may perform a learning step and an inference step using an artificial neural network based on an edge gated convolitional neural network (EG-CNN). In an embodiment, the neural network learning unit 221 may perform the aforementioned artificial neural network learning using an image patch generated based on a plurality of CT images and a plurality of labeling images acquired by the data acquisition unit 210. . Also, in an embodiment, the tumor region inference unit 222 may infer a tumor region corresponding to each image patch using a plurality of image patches generated based on a plurality of CT images.

한편 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전술한 EG-CNN 기반의 인공 신경망은 과적합(overfitting) 문제를 방지하기 위해 드롭 아웃(Dropout)을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면 상술한 인공 신경망은 학습 단계 및 추론 단계에서 모두 드롭 아웃을 수행할 수 있다. 이 때, 인공 신경망은 확률 분포의 표본을 기초로 무작위로 추론 단계를 수행할 수 있다.Meanwhile, the above-described EG-CNN-based artificial neural network according to some embodiments of the present invention may perform dropout to prevent an overfitting problem. According to an embodiment, the above-described artificial neural network may perform dropout in both a learning step and an inference step. At this time, the artificial neural network may randomly perform an inference step based on a sample of a probability distribution.

일 실시예에서 불확실성 측정부(230)는 입력 데이터 및 인공 신경망 모델의 불확실성 수치를 측정할 수 있다. 입력 데이터 및 인공 신경망 모델의 불확실성 수치란 오류가 발생한 입력 데이터 및 인공 신경망 모델의 특정 원인을 탐색할 수 있는지를 의미하는 수치이다. 따라서 일 실시예에 따른 불확실성 측정부(230)는 데이터 부족 또는 모든 데이터를 분석하기 어려운 구조 등으로 인한 신경망 모델의 불확실성 수치를 측정할 수 있다. 이 경우, 불확실성 측정부(230)는 상술한 인공 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 확률 분포에 대한 분산값을 기초로 신경망의 불확실성 수치를 측정할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 불확실성 측정부(230)는 무작위성 데이터로 인해 동일한 불확실성 수치를 가졌음에도 상이한 레이블링이 수행된 경우로 인한 데이터의 불확실성 수치를 측정할 수 있다. 이 경우 불확실성 측정부(230)는 전술한 인공 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 분산 추정값을 기초로 복수의 이미지의 불확실성 수치를 측정할 수 있다.In one embodiment, the uncertainty measurer 230 may measure uncertainty values of the input data and the artificial neural network model. The uncertainty value of the input data and the artificial neural network model is a value indicating whether a specific cause of the input data and artificial neural network model in which an error occurred can be searched for. Accordingly, the uncertainty measurement unit 230 according to an embodiment may measure the uncertainty value of the neural network model due to lack of data or a structure in which it is difficult to analyze all data. In this case, the uncertainty measurement unit 230 may measure the uncertainty value of the neural network based on the variance value of the probability distribution of result data in the inference step of the artificial neural network model described above. In addition, the uncertainty measurer 230 according to an embodiment may measure the uncertainty value of the data due to the case where different labeling is performed even though the random data has the same uncertainty value. In this case, the uncertainty measurer 230 may measure the uncertainty values of the plurality of images based on the estimated variance of the resulting data in the inference step of the artificial neural network model described above.

일 실시예에서 인공신경망 갱신부(240)는 종양 영역 추론부(222)에서 복수의 이미지 각각에 대하여 추정한 종양 영역을 수정할 수 있다. 보다 상세하게 인공신경망 갱신부(240)는 인공 신경망 모델의 불확실성을 기초로 이미지에서 검출된 종양 영역을 수정할 수 있다. 이 경우 신장암 진단 장치(200)는 입출력 인터페이스를 이용하여 사용자로부터 수정된 종양 영역에 대한 정보를 획득할 수 있다. In one embodiment, the artificial neural network updating unit 240 may correct the tumor area estimated by the tumor area inference unit 222 for each of a plurality of images. In more detail, the artificial neural network updating unit 240 may correct the tumor region detected in the image based on the uncertainty of the artificial neural network model. In this case, the renal cancer diagnosis apparatus 200 may obtain information on the corrected tumor region from the user using an input/output interface.

또한 인공신경망 갱신부(240)는 입력 데이터의 불확실성 수치를 기초로 전술한 인공신경망 모델의 라벨링 정책을 변경할 수 있다. 또한, 인공신경망 갱신부(240)는 변경된 라벨링 정책에 따라 복수의 이미지 각각에 대한 가중치를 설정하고, 추정된 종양 영역이 수정된 이미지에 대하여 다른 이미지보다 더 큰 가중치를 부여하여 인공 신경망의 학습 데이터로 이용할 수 있다.In addition, the artificial neural network updating unit 240 may change the above-described labeling policy of the artificial neural network model based on the uncertainty value of the input data. In addition, the artificial neural network updating unit 240 sets a weight for each of a plurality of images according to the changed labeling policy, and assigns a higher weight to an image in which the estimated tumor region is corrected than other images so as to obtain learning data of the artificial neural network. can be used as

일 실시예에서 양성 및 악성 종양 결정 연산부(250)는 복수의 이미지 패치 각각에 대하여 인공신경망부(220)를 이용하여 추정된 종양 영역 및 복수의 이미지에 대한 촬영 메타 데이터를 이용하여 종양의 양성 또는 악성 여부를 결정하고 신장암 여부를 진단할 수 있다.In one embodiment, the benign and malignant tumor determination operation unit 250 determines whether a tumor is positive or malignant by using the tumor area estimated using the artificial neural network 220 for each of a plurality of image patches and the metadata for a plurality of images. It can determine malignancy and diagnose kidney cancer.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신장암 진단 방법의 순서도이다.4 is a flow chart of a method for diagnosing renal cancer according to an embodiment of the present invention.

단계 S110에서, 신장암 진단 장치는 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득할 수 있다.In step S110, the apparatus for diagnosing kidney cancer may obtain a plurality of images obtained by photographing a cross-section of the kidney and photographing metadata.

상기 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지는 다이콤(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일로부터 획득한 CT 이미지 및 상기 신장의 단면에 대한 라벨링 이미지를 포함할 수 있다. 다만 이는 일 예시일 뿐 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 입력 데이터(100)의 형태는 JPG, PNG, TIF등 다양한 이미지 파일 형태일 수 있음은 물론이다. 또한, 촬영 메타 데이터는 복수의 이미지 각각에 대한 픽셀 간격 데이터 및 이미지 슬라이스의 깊이 데이터를 포함할 수 있다.The plurality of images obtained by photographing the cross section of the kidney may include a CT image obtained from a Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) file and a labeling image of the cross section of the kidney. However, this is only an example, and the form of the input data 100 according to some embodiments of the present invention may be in the form of various image files such as JPG, PNG, TIF, of course. Also, the shooting metadata may include pixel interval data for each of a plurality of images and depth data of an image slice.

일 실시예에서 전술한 복수의 이미지는 상기 신장의 단면을 촬영한 복수의 3D 이미지일 수 있다. 라벨링 이미지는 신장의 단면이 표시된 이미지로, 인공 신경망을 통해 추정하고자 하는 신장의 단면 중 종양 영역에 대한 정답 데이터일 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 종양 영역을 추정하는 인공 신경망은 전술한 라벨링 데이터를 이용하여 지도 학습(supervised learning)을 수행할 수 있다. 보다 상세한 설명은 이하 도 5에서 후술한다.In one embodiment, the plurality of images described above may be a plurality of 3D images obtained by photographing a cross section of the kidney. The labeling image is an image in which a cross section of a kidney is displayed, and may be correct answer data for a tumor region of a cross section of a kidney to be estimated through an artificial neural network. Accordingly, an artificial neural network for estimating a tumor area according to some embodiments of the present invention may perform supervised learning using the aforementioned labeling data. A more detailed description will be given later with reference to FIG. 5 .

단계 S120에서, 신장암 진단 장치는 복수의 이미지를 전처리 하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득할 수 있다. 보다 상세하게 신장암 진단 장치는 복수의 이미지 각각에 대하여 데이터 증대(Data Augmentation)을 수행하여, 복수의 이미지를 생성하고 상기 생성된 복수의 이미지를 전처리 하여 복수의 이미지 패치를 획득할 수 있다. 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 학습 데이터가 부족한 경우, 데이터 증대를 수행할 수 있다. 이 경우 신장암 진단 장치는 공간 확대, 컬러 증강, 소음 증강 및 크롭핑(cropping) 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 일 실시예에서 공간 확대는 복수의 이미지 각각에 대한 미러링, 등록 오류 시뮬레이션을 위한 채널 변환, 탄성 변형, 회전, 스케일링 및 리샘플링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 이는 공간 확대의 일 예시일 뿐, 본 발명에 따른 실시예들이 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다. 일 실시예에서 컬러 증강은 밝기의 가산, 밝기의 곱셈, 대비 조절 및 감마 조절 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 이는 컬러 증강의 일 예시일 뿐, 본 발명에 따른 실시예들이 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다. 일 실시예에서 소음 증강은 가우스 잡음(Gaussian Noise) 및 리키아 노이즈(Rician Noise) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 다만 이는 소음 증강의 일 예시일 뿐, 본 발명에 따른 실시예들이 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다. 일 실시예에서 크롭핑은 랜덤 크로핑 및 센터 크로핑 중 하나일 수 있다. 다만 이는 크로핑의 일 예시일 뿐, 본 발명에 따른 실시예들이 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.In step S120, the apparatus for diagnosing kidney cancer may obtain a plurality of image patches having a designated size by pre-processing the plurality of images. In more detail, the apparatus for diagnosing kidney cancer may perform data augmentation on each of a plurality of images to generate a plurality of images and pre-process the generated plurality of images to obtain a plurality of image patches. In one embodiment, the apparatus for diagnosing renal cancer may perform data augmentation when learning data is insufficient. In this case, the renal cancer diagnosis apparatus may perform at least one of space expansion, color enhancement, noise enhancement, and cropping. In an embodiment, spatial expansion may include at least one of mirroring for each of a plurality of images, channel conversion for registration error simulation, elastic deformation, rotation, scaling, and resampling. However, note that this is only an example of space expansion, and embodiments according to the present invention are not limited thereto. In an embodiment, color enhancement may include at least one of brightness addition, brightness multiplication, contrast adjustment, and gamma adjustment. However, it should be noted that this is only an example of color enhancement, and embodiments according to the present invention are not limited thereto. In one embodiment, noise enhancement may use at least one of Gaussian noise and Rician noise. However, note that this is only one example of noise enhancement, and embodiments according to the present invention are not limited thereto. Cropping in one embodiment may be one of random cropping and center cropping. However, note that this is only an example of cropping, and embodiments according to the present invention are not limited thereto.

또한, 상기 신장암 진단 장치는 동일한 크기를 갖는 복수의 이미지 패치를 생성하기 위한 이미지 리사이징(re-sizing) 및 인공 신경망에 적합한 형태의 이미지 패치 추출을 수행할 수 있다. 또한, 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 3D CT 이미지에 대하여 깊이(depth) 방향으로 슬라이드 하며 복수의 이미지 패치를 획득할 수 있다. 또한 신장암 진단 장치는 정해진 패치 사이즈에 대하여 지정된 비율만큼 오버랩핑(overlapping)을 수행하여 복수의 이미지 패치를 생성할 수 있다. 뿐만 아니라, 신장암 진단 장치는 컨벌루션(Convolution) 연산을 통해 데이터의 크기가 줄어드는 것을 방지하기 위하여 지정된 크기의 이미지 패치를 생성하기 위한 패딩(padding)을 추가할 수 있다. 예를 들어, 신장암 진단 장치는 너비 및/또는 높이에 대한 대칭 패딩(symmetric padding)을 추가할 수 있고, EG CNN 기반의 인공 신경망의 입력 데이터 형태를 맞추기 위해 깊이에 대한 제로 패딩을 추가할 수 있다. 이 경우, 추가되는 패딩 데이터는 '0'데이터일 수 있다.In addition, the apparatus for diagnosing kidney cancer may perform image re-sizing to generate a plurality of image patches having the same size and image patch extraction in a form suitable for an artificial neural network. Also, in one embodiment, the apparatus for diagnosing kidney cancer may obtain a plurality of image patches by sliding in a depth direction with respect to the 3D CT image. Also, the apparatus for diagnosing renal cancer may generate a plurality of image patches by performing overlapping at a specified ratio with respect to a determined patch size. In addition, the apparatus for diagnosing renal cancer may add padding to generate an image patch having a designated size in order to prevent data size from being reduced through a convolution operation. For example, a renal cancer diagnosis device may add symmetric padding for width and/or height, and add zero padding for depth to match the shape of input data of an artificial neural network based on EG CNN. there is. In this case, the added padding data may be '0' data.

단계 S130에서, 신장암 진단 장치는 복수의 패치 이미지를 EG CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 신경망 모델에 입력할 수 있다. 상기 신경망 모델은 과적합 문제의 발생을 방지하기 위해 학습 단계 및 추론 단계에서 드롭 아웃(Dropout)을 수행할 수 있다. 또한 일 실시예에 따른 신경망 모델은 Reduction cell을 포함하는 인코딩(encoding) 레이어와 Expansion cell을 포함하는 디코딩(decoding) 레이어를 포함할 수 있다.In step S130, the apparatus for diagnosing renal cancer may input a plurality of patch images to a neural network model based on an EG convolutional neural network (EG CNN). The neural network model may perform dropout in a learning step and an inference step in order to prevent an overfitting problem from occurring. Also, a neural network model according to an embodiment may include an encoding layer including reduction cells and a decoding layer including expansion cells.

단계 S140에서, 신장암 진단 장치는 EG CNN 기반의 신경망을 이용하여 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 종양 영역을 추정할 수 있다. 일 실시예에 따라 종양 영역을 추정하는 인공 신경망은 복수의 이미지 패치 각각에 대하여 종양 영역을 추정할 수 있다. 또한, 신장암 진단 장치는 결과 데이터에 대하여 데이터 후처리를 더 수행할 수 있다. 예를 들어 신장암 진단 장치는 깊이 스플라인(Depth spline), 깊이 스티칭(Depth stitching) 및 언패딩(Unpadding) 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 결과 데이터에 대하여 깊이 스플라인을 수행하여 각 이미지 패치의 중심에서 멀어질수록 낮은 추론 가중치를 부여할 수 있다. 이를 통해 결과 데이터를 이용하여 자연스러운 스티칭 결과물을 획득할 수 있다. 또한 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 결과 데이터에 대한 깊이 스티칭을 수행하여, 새로운 볼륨을 구성할 수 있다. 그리고 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 데이터 전처리 단계에서 추가한 패딩을 제어하는 언패딩(Un-Padding)을 수행할 수도 있다.In step S140, the apparatus for diagnosing renal cancer may estimate a tumor region corresponding to each of a plurality of image patches using an EG CNN-based neural network. According to an embodiment, an artificial neural network for estimating a tumor area may estimate a tumor area for each of a plurality of image patches. Also, the apparatus for diagnosing renal cancer may further perform data post-processing on result data. For example, the renal cancer diagnosis apparatus may perform at least one of depth spline, depth stitching, and unpadding. In an embodiment, the apparatus for diagnosing renal cancer may perform a depth spline on the resulting data and assign a lower inference weight as the distance from the center of each image patch increases. Through this, it is possible to obtain a natural stitching result using result data. Also, according to an embodiment, the apparatus for diagnosing kidney cancer may construct a new volume by performing depth stitching on result data corresponding to each of a plurality of image patches. In one embodiment, the renal cancer diagnosis apparatus may perform un-padding to control the padding added in the data pre-processing step.

단계 S150에서, 신장암 진단 장치는 추정된 종양 영역 및 촬영 메타 데이터를 이용하여 종양의 악성 또는 양성 여부를 결정할 수 있다. 보다 상세하게 신장암 진단 장치는 촬영 메타 데이터에 포함된 픽셀의 간격, 이미지 슬라이스의 두께 및 이미지 패치에 포함된 복셀의 개수를 이용하여 종양의 악성 또는 양성 여부를 연산할 수 있다.In step S150, the apparatus for diagnosing renal cancer may determine whether the tumor is malignant or benign using the estimated tumor area and imaging metadata. In more detail, the apparatus for diagnosing kidney cancer may calculate whether the tumor is malignant or benign by using the pixel interval, the thickness of the image slice, and the number of voxels included in the image patch included in the photographing metadata.

단계 S160에서, 신장암 진단 장치는 신경망 모델의 추정 결과를 기초로 신경망 모델의 불확실성 수치 및 복수의 이미지 패치 각각의 불확실성 수치를 측정할 수 있다. 일 실시예에서 신경망 모델의 불확실성 수치는 상기 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 확률 분포에 대한 분산값을 기초로 측정될 수 있다. 또한 복수의 이미지 패치 각각의 불확실성 수치는 상기 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 분산 추정값을 기초로 측정될 수 있다.In step S160, the apparatus for diagnosing renal cancer may measure an uncertainty value of the neural network model and an uncertainty value of each of the plurality of image patches based on the estimation result of the neural network model. In an embodiment, the uncertainty value of the neural network model may be measured based on a variance value of a probability distribution of result data in an inference step of the neural network model. In addition, the uncertainty value of each of the plurality of image patches may be measured based on a variance estimation value of result data in the inference step of the neural network model.

단계 S170에서, 신장암 진단 장치는 인공 신경망 모델의 불확실성 수치를 기초로 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경할 수 있다. 신장암 진단 장치는 모델의 불확실성 수치를 기반으로 수정이 필요한 데이터 선정할 수 있다. 또한, 신장암 진단 장치는 데이터의 불확실성 수치를 기반으로 레이블 정책 수립할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 신경망은 수정된 데이터를 이용한 신경망 모델 업데이트 (active learning)를 수행할 수 있다. 즉 신장암 진단 장치는 입력 데이터의 불확실성 수치가 기준값 이상인 하나 이상의 이미지를 검출하고, 상기 검출된 이미지의 상기 종양 영역에 대한 사용자 입력을 기초로, 상기 검출된 이미지를 변경할 수 있다.In step S170, the apparatus for diagnosing kidney cancer may change at least one image among a plurality of images based on the uncertainty value of the artificial neural network model. The renal cancer diagnosis device can select data that needs correction based on the uncertainty value of the model. In addition, the renal cancer diagnosis apparatus may establish a label policy based on the uncertainty value of the data. Through this, the neural network according to some embodiments of the present invention can perform active learning using the modified data. That is, the apparatus for diagnosing renal cancer may detect one or more images in which the uncertainty value of the input data is greater than or equal to a reference value, and change the detected image based on a user input for the tumor region of the detected image.

단계 S180에서, 신장암 진단 장치는 입력 데이터의 불확실성 수치를 기초로 신경망 모델의 라벨링 정책을 변경할 수 있다. 일 실시예에 따른 신장암 진단 장치는 변경된 라벨링 정책에 따라 입력 데이터 각각에 대한 라벨링을 수행하고, 라벨이 수정된 입력 데이터에 하여 라벨이 수정되지 않은 입력 데이터보다 더 큰 가중치를 부여하여 상기 신경망 모델을 학습시킬 수 있다.In step S180, the apparatus for diagnosing renal cancer may change the labeling policy of the neural network model based on the uncertainty value of the input data. An apparatus for diagnosing renal cancer according to an embodiment performs labeling on each input data according to a changed labeling policy, assigns a greater weight to input data with corrected labels than input data without corrected labels, and obtains the neural network model. can be learned.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경망 입력 데이터의 예시를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing an example of neural network input data according to an embodiment of the present invention.

(a)는 신장의 단면을 촬영한 이미지 데이터이고, (a)와 같은 복수의 이미지 데이터는 다이콤(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일로부터 획득할 수 있다. 다만 이는 일 예시일 뿐 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 입력 데이터(100)의 형태는 JPG, PNG, TIF등 다양한 이미지 파일 형태일 수 있음은 물론이다. 또한, 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 다이콤 파일로부터 복수의 이미지 각각에 대한 촬영 메타 데이터를 더 획득할 수 있다. 촬영 메타 데이터는 예를 들어 복수의 이미지 각각의 픽셀의 크기, 이미지의 깊이(depth) 정보, 복셀의 크기 및 개수에 관한 정보를 더 포함할 수 있다.(a) is image data of a cross section of a kidney, and a plurality of image data such as (a) can be obtained from a DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) file. However, this is only an example, and the form of the input data 100 according to some embodiments of the present invention may be in the form of various image files such as JPG, PNG, TIF, of course. In addition, in an embodiment, the apparatus for diagnosing kidney cancer may further obtain photographic metadata for each of a plurality of images from the DICOM file. The photographing metadata may further include, for example, pixel size of each of a plurality of images, depth information of the image, and information on the size and number of voxels.

(b)는 초록색으로 종양 영역, 붉은색으로 신장 영역을 표시한 데이터이다. (b)는 인공 신경망을 통해 추론하고자 하는 종양 영역에 대한 정답 데이터로, 종양 영역이 표시된 라벨링 데이터일 수 있다. 일 실시예에 따른 신경망 모델은 (b)와 같은 라벨링 데이터를 이용하여 지도(supervised) 학습을 수행할 수 있다. 다만, 다른 실시예에서 종양 영역을 검출하는 신경망 모델은 (a)와 같은 이미지만을 이용하여 비지도(un-supervised) 학습을 수행할 수 있음은 물론이다.(b) is data showing the tumor area in green and the kidney area in red. (b) is answer data for a tumor region to be inferred through an artificial neural network, and may be labeling data in which the tumor region is indicated. The neural network model according to an embodiment may perform supervised learning using labeling data as shown in (b). However, it goes without saying that in another embodiment, the neural network model for detecting the tumor region can perform un-supervised learning using only the image shown in (a).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력데이터를 전처리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 충분한 양의 학습 데이터를 확보하기 위해 데이터 증대를 수행할 수 있다. 신장암 진단 장치는 공간 확대, 컬러 증강, 소음 증강 및 크롭핑(cropping) 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 일 실시예에서 공간 확대는 복수의 이미지 각각에 대한 미러링, 등록 오류 시뮬레이션을 위한 채널 변환, 탄성 변형, 회전, 스케일링 및 리샘플링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 컬러 증강은 밝기의 가산, 밝기의 곱셈, 대비 조절 및 감마 조절 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 소음 증강은 가우스 잡음(Gaussian Noise) 및 Rician 노이즈 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 일 실시예에서 크롭핑은 랜덤 크로핑 및 센터 크로핑 중 하나일 수 있다. 예를 들어 (b)에 도시된 이미지는 (a)에 대하여 회전을 수행한 경우의 예시이고, (c)에 도시된 이미지는 (a)의 밝기를 낮춘 경우의 예시이며, (d)에 도시된 이미지는 센터 크로핑을 수행한 경우의 예시이다. 이와 같이 일 실시예에 따른 신장암 진단 장치는, 획득한 이미지를 다양한 방법으로 변형하여 인공 신경망에 필요한 충분한 양의 학습 데이터를 획득할 수 있다.6 is a diagram for explaining a method of pre-processing input data according to an embodiment of the present invention. In one embodiment, the apparatus for diagnosing kidney cancer may perform data augmentation to secure a sufficient amount of learning data. The apparatus for diagnosing kidney cancer may perform one or more of space expansion, color enhancement, noise enhancement, and cropping. In an embodiment, spatial expansion may include at least one of mirroring for each of a plurality of images, channel conversion for registration error simulation, elastic deformation, rotation, scaling, and resampling. In an embodiment, color enhancement may include at least one of brightness addition, brightness multiplication, contrast adjustment, and gamma adjustment. In one embodiment, noise enhancement may use at least one of Gaussian noise and Rician noise. Cropping in one embodiment may be one of random cropping and center cropping. For example, the image shown in (b) is an example of performing rotation with respect to (a), the image shown in (c) is an example of lowering the brightness of (a), and the image shown in (d) The image shown is an example of performing center cropping. As described above, the apparatus for diagnosing kidney cancer according to an embodiment may acquire a sufficient amount of learning data necessary for an artificial neural network by transforming an acquired image in various ways.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 신경망의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에서 복수의 이미지를 기초로 생성된 이미지 패치들(501a, 501b)을 입력 받은 신경망(500)은 각각의 이미지 패치에 대응되는 종양 영역(502a, 502b)을 추출할 수 있다. 예를 들어 제1 이미지 패치(501a)를 기초로 제1 이미지 패치(501a)에 대응되는 종양 영역(502a)을 검출할 수 있고, 제2 이미지 패치(501b)를 기초로 제2 이미지 패치(501b)에 대응되는 종양 영역(502b)을 추출할 수 있다.7 is a diagram for explaining the structure of an artificial neural network according to an embodiment of the present invention. In an embodiment, the neural network 500 receiving image patches 501a and 501b generated based on a plurality of images may extract tumor regions 502a and 502b corresponding to the respective image patches. For example, the tumor region 502a corresponding to the first image patch 501a may be detected based on the first image patch 501a, and the second image patch 501b may be detected based on the second image patch 501b. ), the tumor region 502b corresponding to may be extracted.

또한, 일 실시예에서 신장암 진단 장치는 신경망 모델 및 입력 데이터에 대한 불확실성 수치를 측정할 수 있다. 모델의 불확실성은 데이터 부족 또는 데이터 전부의 표현이 어려운 구조의 신경망으로 인해 발생한다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 인공 신경망 모델은 과적합 문제의 발생을 방지하기 위해 학습 단계 및 추론 단계에서 드롭 아웃(Dropout)을 수행할 수 있다. 보다 상세하게 신장암 진단 장치는 확률 분포의 표본을 기초로 랜덤 예측을 수행할 수 있고, k개의 thinned neural net을 샘플링하여 각각의 예측값의 평균치를 이용하여 전술한 랜덤 예측이 수행될 수 있다. 이 경우 확률 분포는 신경망 모델의 추론 단계에서 획득한 결과 데이터의 확률 분포일 수 있고, 이 때의 평균값을 예측값으로 획득할 수 있으며, 이 때의 분산값을 불확실성 수치로 간주할 수 있다.In addition, in one embodiment, the apparatus for diagnosing kidney cancer may measure an uncertainty value for a neural network model and input data. Uncertainty in the model is caused by the lack of data or the structure of the neural network, which makes it difficult to represent all of the data. Accordingly, the artificial neural network model according to some embodiments of the present invention may perform dropout in the learning phase and the inference phase in order to prevent an overfitting problem from occurring. In more detail, the apparatus for diagnosing kidney cancer may perform random prediction based on a probability distribution sample, and may perform the above-described random prediction by sampling k thinned neural nets and using an average value of each predicted value. In this case, the probability distribution may be a probability distribution of result data obtained in the inference step of the neural network model, an average value at this time may be obtained as a predicted value, and a variance value at this time may be regarded as an uncertainty value.

입력 데이터의 불확실성은 데이터의 생성 과정에서 발생하는 무작위성으로 인해 발생한다. 보다 상세하게, 확률로 표현하기 어려운 무작위성 데이터들에 포함된 제1 데이터 및 제2 데이터의 불확실성 수치가 동일한 경우를 예로 들면, 전술한 제1 데이터 및 제2 데이터의 불확실성 수치가 동일함에도 불구하고 상기 제1 데이터 및 제2 데이터는 지정된 확률에 따라 획득된 데이터가 아니므로 서로 상이한 레이블이 적용될 수 있다. 이 같이 입력 데이터의 불확실성이 발생한 경우 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 신장암 진단 장치는 분산 추정(Variance estimation)을 통해 상술한 입력 데이터의 불확실성 수치를 측정할 수 있다.Uncertainty in input data is caused by randomness in the data generation process. In more detail, taking, for example, the case where the uncertainty values of the first data and the second data included in the random data that are difficult to express in terms of probability are the same, even though the uncertainty values of the aforementioned first data and the second data are the same, Since the first data and the second data are not data obtained according to a specified probability, different labels may be applied to each other. When such uncertainty of the input data occurs, the apparatus for diagnosing kidney cancer according to some embodiments of the present invention may measure the uncertainty value of the above-described input data through variance estimation.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The devices described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA) , a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software. For convenience of understanding, there are cases in which one processing device is used, but those skilled in the art will understand that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include. For example, a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. The device can be commanded. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. Computer readable media may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (9)

컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법에 있어서,
신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득하고, 상기 복수의 이미지를 전처리하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득하는 단계;
상기 복수의 이미지 패치를 edge-gated CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 인공 신경망 모델에 입력하여, 상기 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 종양 영역을 추정하는 단계; 및
상기 추정된 종양 영역 및, 상기 복수의 이미지 각각에 대한 픽셀의 간격 데이터, 이미지의 깊이 데이터, 이미지 슬라이스의 두께 및 이미지 패치에 포함된 복셀의 개수를 포함하는 상기 촬영 메타 데이터를 이용하여 인공 지능에 의해 상기 종양의 악성 또는 양성 여부를 결정하는 단계;를 포함하는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법으로서,
상기 신경망 모델의 추정 결과를 기초로 신경망 모델의 불확실성 수치 및 복수의 이미지의 불확실성 수치를 측정하는 단계;
상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하는 단계; 및
상기 신경망 모델의 불확실성 수치를 기초로 상기 신경망 모델의 라벨링 정책을 변경하는 단계;를 추가적으로 포함하고,
상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하는 단계는
상기 복수의 이미지의 불확실성 수치가 기준값 이상인 하나 이상의 이미지를 검출하는 단계;
상기 검출된 이미지의 상기 종양 영역에 대한 사용자 입력을 기초로, 상기 검출된 이미지를 변경하는 단계를 포함하는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
A method for providing information necessary for diagnosis of renal cancer performed by a computing device,
obtaining a plurality of images of a cross-section of the kidney and photographing meta data, and pre-processing the plurality of images to obtain a plurality of image patches having a designated size;
estimating a tumor region corresponding to each of the plurality of image patches by inputting the plurality of image patches to an artificial neural network model based on an edge-gated convolutional neural network (CNN); and
artificial intelligence using the shooting metadata including the estimated tumor region and pixel interval data, image depth data, thickness of an image slice, and number of voxels included in an image patch for each of the plurality of images. determining whether the tumor is malignant or benign by
As a method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer,
measuring uncertainty values of a neural network model and uncertainty values of a plurality of images based on estimation results of the neural network model;
changing at least one image among the plurality of images based on uncertainty values of the plurality of images; and
Further comprising: changing a labeling policy of the neural network model based on the uncertainty value of the neural network model;
Changing at least one image among the plurality of images based on the uncertainty values of the plurality of images
detecting at least one image having an uncertainty value of the plurality of images equal to or greater than a reference value;
Based on a user input for the tumor region of the detected image, changing the detected image,
A method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer.
청구항 1에 있어서, 상기 신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지는,
다이콤(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 파일로부터 획득한 CT 이미지 및 상기 신장에 대한 라벨링 이미지를 포함하는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
The method according to claim 1, wherein a plurality of images obtained by photographing the cross section of the kidney,
Including a CT image obtained from a Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) file and a labeling image for the kidney,
A method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계는,
상기 복수의 이미지에 포함된 제1 이미지에 대하여 데이터 증대(Data Augmentation)을 수행하여, 상기 제1 이미지로부터 복수의 이미지를 생성하고, 상기 생성된 복수의 이미지를 전처리 하여 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계를 포함하고,
상기 데이터 증대는,
상기 이미지의 공간 확대, 컬러 증강, 소음 증강 및 크롭핑(cropping) 중 하나 이상을 포함하는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
The method of claim 1,
Acquiring the plurality of image patches,
Performing data augmentation on a first image included in the plurality of images to generate a plurality of images from the first image, and pre-processing the generated plurality of images to obtain a plurality of image patches contains steps,
The data augmentation,
Including one or more of spatial enlargement, color enhancement, noise enhancement and cropping of the image,
A method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 이미지는,
상기 신장의 단면을 촬영한 복수의 3D 이미지이고,
상기 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계는,
상기 복수의 3D 이미지에 대하여 깊이(depth) 방향으로 슬라이드하며 지정된 크기의 상기 복수의 이미지 패치를 획득하는 단계를 포함하는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
The method of claim 1,
The plurality of images,
A plurality of 3D images of a cross section of the kidney,
Acquiring the plurality of image patches,
Sliding in a depth direction with respect to the plurality of 3D images and acquiring the plurality of image patches of a specified size,
A method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer.
청구항 4에 있어서,
상기 신경망 모델은,
학습 단계 및 추론 단계에서 드롭 아웃(Dropout)을 수행하고,
상기 신경망 모델의 불확실성 수치는,
상기 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 확률 분포에 대한 분산값을 기초로 측정되는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
The method of claim 4,
The neural network model,
Perform dropout in the learning phase and inference phase,
The uncertainty value of the neural network model is,
Measured based on the variance value of the probability distribution of the resulting data in the inference step of the neural network model,
A method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer.
청구항 5에 있어서,
상기 복수의 이미지의 불확실성 수치는,
상기 신경망 모델의 추론 단계에서의 결과 데이터의 분산 추정값을 기초로 측정되는,
신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
The method of claim 5,
The uncertainty values of the plurality of images are,
Measured based on the estimated variance of the resulting data in the inference step of the neural network model,
A method for providing information necessary for the diagnosis of renal cancer.
청구항 1에 있어서,
상기 변경된 라벨링 정책에 따라 복수의 이미지의 가중치를 설정하고, 상기 변경된 이미지에 대하여 변경 전 이미지보다 큰 가중치를 부여하여 상기 신경망 모델을 학습시키는 단계를 더 포함하는, 신장암의 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법.
The method of claim 1,
Providing information necessary for diagnosing renal cancer, further comprising setting weights of a plurality of images according to the changed labeling policy and assigning a greater weight to the changed images than images before the change to train the neural network model. How to.
프로세서;를 포함하고,
상기 프로세서는,
신장의 단면을 촬영한 복수의 이미지 및 촬영 메타 데이터를 획득하고 상기 복수의 이미지를 전처리 하여 지정된 크기의 복수의 이미지 패치(patch)를 획득하고, 상기 복수의 이미지 패치를 edge-gated CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 인공 신경망 모델에 입력하여 상기 복수의 이미지 패치 각각에 대응되는 종양 영역을 추정하고,
상기 추정된 종양 영역 및, 상기 복수의 이미지 각각에 대한 픽셀의 간격 데이터, 이미지의 깊이 데이터, 이미지 슬라이스의 두께 및 이미지 패치에 포함된 복셀의 개수를 포함하는 상기 촬영 메타 데이터를 이용하여 인공 지능에 의해 상기 종양의 악성 또는 양성 여부를 결정하고, 상기 신경망 모델의 추정 결과를 기초로 신경망 모델의 불확실성 수치 및 복수의 이미지의 불확실성 수치를 측정하고, 상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하고, 상기 신경망 모델의 불확실성 수치를 기초로 상기 신경망 모델의 라벨링 정책을 변경하는, 신장암의 진단 장치로서
상기 복수의 이미지의 불확실성 수치를 기초로 상기 복수의 이미지 중 적어도 하나의 이미지를 변경하는 것은
상기 복수의 이미지의 불확실성 수치가 기준값 이상인 하나 이상의 이미지를 검출하고;
상기 검출된 이미지의 상기 종양 영역에 대한 사용자 입력을 기초로, 상기 검출된 이미지를 변경하는 것을 포함하는, 신장암의 진단 장치.
Including; processor;
the processor,
Acquiring a plurality of images of a kidney cross-section and photographing metadata, pre-processing the plurality of images to obtain a plurality of image patches of a designated size, and edge-gated CNN (Convolutional Neural Network) based artificial neural network model to estimate a tumor region corresponding to each of the plurality of image patches,
artificial intelligence using the shooting metadata including the estimated tumor region and pixel interval data, image depth data, thickness of an image slice, and number of voxels included in an image patch for each of the plurality of images. determining whether the tumor is malignant or benign, measuring an uncertainty value of the neural network model and uncertainty values of a plurality of images based on an estimation result of the neural network model, and determining the plurality of images based on the uncertainty values of the plurality of images. An apparatus for diagnosing renal cancer, which changes at least one of the images and changes a labeling policy of the neural network model based on an uncertainty value of the neural network model.
Changing at least one image of the plurality of images based on the uncertainty value of the plurality of images
detecting one or more images in which an uncertainty value of the plurality of images is greater than or equal to a reference value;
and changing the detected image based on a user input for the tumor region of the detected image.
컴퓨터를 이용하여 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a recording medium to execute the method of any one of claims 1 to 7 using a computer.
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