JP2022148729A - X-ray age estimation learning device, x-ray age estimation device, image age estimation learning device, image age estimation device, x-ray imaging system, evaluation device, x-ray age estimation learning method, x-ray age estimation method, and program - Google Patents

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薫 伊藤
Kaoru Ito
博隆 家城
Hirotaka Ieshiro
一成 小室
Kazunari Komuro
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University of Tokyo NUC
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

To provide information useful for judging a state concerning health of a subject and determining a treatment policy.SOLUTION: An X-ray age estimation learning device includes a learning unit for learning an X-ray age estimation model showing correspondence between a feature quantity obtained from data of an X-ray image and an age of a subject by using data of an X-ray image of the subject and information on an age of the subject when the X-ray image is captured. An X-ray age estimation device includes an estimation unit for inputting the feature quantity obtained from the data of an estimation target X-ray image that is an X-ray image of the subject to be an age estimation target into a learned X-ray age estimation model to obtain estimation results of the age of the subject of an estimation target.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レントゲン年齢推定学習装置、レントゲン年齢推定装置、画像年齢推定学習装置、画像年齢推定装置、レントゲン撮影システム、評価装置、レントゲン年齢推定学習方法、レントゲン年齢推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an X-ray age estimation learning device, an X-ray age estimation learning device, an image age estimation learning device, an image age estimation device, an X-ray imaging system, an evaluation device, an X-ray age estimation learning method, an X-ray age estimation method, and a program.

従来、被験者の脈波から生体の血管年齢を測定する技術があった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been a technique for measuring the vascular age of a living body from a subject's pulse wave (see Patent Document 1, for example).

国際公開第2010/134233号WO2010/134233

血管年齢は、直感的に理解しやすいため、現在広く使われている。しかしながら、血管年齢は治療による大きな変化はみられないことが多い。そのため、医師が臨床の治療方針を転換するための情報として血管年齢が活用されることはほとんどなかった。 Vascular age is currently widely used because it is intuitively easy to understand. However, vascular age is often not significantly changed by treatment. Therefore, vascular age was rarely used as information for physicians to change their clinical treatment policy.

上記事情に鑑み、本発明は、健康に関する状態の判断や治療方針の決定に有用な情報を提供することができるレントゲン年齢推定学習装置、レントゲン年齢推定装置、画像年齢推定学習装置、画像年齢推定装置、レントゲン撮影システム、評価装置、レントゲン年齢推定学習方法、レントゲン年齢推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention provides an X-ray age estimation learning device, an X-ray age estimation device, an image age estimation learning device, and an image age estimation device that can provide useful information for judging health-related conditions and determining treatment policies. , an X-ray imaging system, an evaluation device, an X-ray age estimation learning method, an X-ray age estimation method and a program.

本発明の一態様は、被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示すレントゲン年齢推定モデルを学習する学習部、を備えるレントゲン年齢推定学習装置である。 According to one aspect of the present invention, a characteristic amount obtained from the X-ray image data and the age of the subject are obtained by using X-ray image data of a subject and information on the age of the subject when the X-ray image was taken. and a learning unit for learning an X-ray age estimation model showing the correspondence with the X-ray age estimation learning device.

本発明の一態様は、上述のレントゲン年齢推定学習装置であって、前記レントゲン画像は、胸部のレントゲン画像である。 One aspect of the present invention is the X-ray age estimation learning device described above, wherein the X-ray image is a chest X-ray image.

本発明の一態様は、被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて学習されたレントゲン年齢推定モデルであって、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す前記レントゲン年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者のレントゲン画像である推定対象レントゲン画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の前記被験者の年齢の推定結果を得る推定部、を備えるレントゲン年齢推定装置である。 One aspect of the present invention is an X-ray age estimation model that is learned using X-ray image data of a subject and information about the age of the subject when the X-ray image was taken, wherein from the X-ray image data Inputting the feature amount obtained from the data of the estimated target X-ray image, which is the X-ray image of the subject whose age is to be estimated, into the X-ray age estimation model showing the correspondence between the obtained feature amount and the age of the subject, and estimating the age. an estimating unit that obtains a result of estimating the age of the subject of interest.

本発明の一態様は、上述のレントゲン年齢推定装置であって、前記推定対象レントゲン画像において年齢推定対象の前記被験者の年齢推定に寄与した度合いが所定条件を満たす前記特徴量が得られた部分に関する情報である寄与情報を取得する寄与情報取得部、をさらに備える。 One aspect of the present invention relates to the X-ray age estimating apparatus described above, which relates to a portion of the estimation target X-ray image from which the feature amount satisfying a predetermined condition for a degree of contribution to age estimation of the subject for age estimation is obtained. A contribution information acquisition unit that acquires contribution information, which is information, is further provided.

本発明の一態様は、上述のレントゲン年齢推定装置であって、前記推定部による推定結果の前記年齢の情報、年齢推定対象の前記被験者の実年齢と前記推定部による推定結果の前記年齢との差分の情報、及び、前記寄与情報のうち一以上を出力する出力部をさらに備える。 One aspect of the present invention is the above-described X-ray age estimation apparatus, wherein the information on the age in the estimation result by the estimation unit, the actual age of the subject whose age is to be estimated, and the age in the estimation result by the estimation unit. It further comprises an output unit that outputs one or more of difference information and the contribution information.

本発明の一態様は、上述のレントゲン年齢推定装置であって、前記レントゲン画像及び前記推定対象レントゲン画像は、胸部のレントゲン画像である。 One aspect of the present invention is the X-ray age estimation device described above, wherein the X-ray image and the estimation target X-ray image are chest X-ray images.

本発明の一態様は、被験者の人体を透過撮影して得られた画像である透過撮影画像のデータと前記透過撮影画像が撮影されたときの被験者の年齢の情報とを用いて、前記透過撮影画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す年齢推定モデルを学習する学習部、を備える画像年齢推定学習装置である。 According to one aspect of the present invention, data of a transmission image obtained by transmission imaging of the human body of a subject and information on the age of the subject when the transmission image was captured are used to perform the transmission imaging. The image age estimation learning device includes a learning unit that learns an age estimation model indicating correspondence between a feature value obtained from image data and the age of the subject.

本発明の一態様は、被験者の人体を透過撮影して得られた画像である透過撮影画像のデータと前記透過撮影画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて学習された年齢推定モデルであって、前記透過撮影画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す前記年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者の透過撮影画像である推定対象画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の前記被験者の年齢の推定結果を得る推定部、を備える画像年齢推定装置である。 According to one aspect of the present invention, learning is performed using transmission image data, which is an image obtained by transmission imaging of the human body of a subject, and age information of the subject when the transmission imaging image is captured. An age estimating model, wherein the age estimating model indicates the correspondence between the feature value obtained from the data of the transmission image and the age of the subject, and the estimation target image, which is the transmission image of the subject whose age is to be estimated. The image age estimation apparatus includes an estimation unit that inputs a feature value obtained from data and obtains an estimation result of the age of the subject whose age is to be estimated.

本発明の一態様は、上記のレントゲン年齢推定装置と、被験者のレントゲン撮影を行い、前記レントゲン撮影により得られた前記被験者のレントゲン画像のデータを推定対象レントゲン画像のデータとして前記レントゲン年齢推定装置に入力するレントゲン撮影装置と、を備えるレントゲン撮影システムである。 According to one aspect of the present invention, the X-ray age estimation apparatus described above performs X-ray imaging of a subject, and the X-ray image data of the subject obtained by the X-ray imaging is sent to the X-ray age estimation apparatus as data of an estimation target X-ray image. An X-ray imaging system comprising: an X-ray imaging device for inputting;

本発明の一態様は、上記のレントゲン年齢推定装置による被験者の年齢の推定結果と、前記被験者の生体又は生活習慣に関する情報又は当該情報を表す数値とを用いて所定の演算を行った結果に基づいて、前記被験者の疾病又は病態に関する評価を行う評価部、を備える評価装置である。 One aspect of the present invention is based on the result of performing a predetermined calculation using the estimation result of the subject's age by the above-described X-ray age estimation apparatus, and the information on the subject's biological body or lifestyle habits or a numerical value representing the information. and an evaluation unit that evaluates the subject's disease or condition.

本発明の一態様は、被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示すレントゲン年齢推定モデルを学習する学習ステップ、を有するレントゲン年齢推定学習方法である。 According to one aspect of the present invention, a characteristic amount obtained from the X-ray image data and the age of the subject are obtained by using X-ray image data of a subject and information on the age of the subject when the X-ray image was taken. and a learning step of learning a Roentgen age estimation model showing a correspondence between the roentgen age estimation learning method.

本発明の一態様は、被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて学習されたレントゲン年齢推定モデルであって、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す前記レントゲン年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者のレントゲン画像である推定対象レントゲン画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の前記被験者の年齢の推定結果を得る推定ステップ、を有するレントゲン年齢推定方法である。 One aspect of the present invention is an X-ray age estimation model that is learned using X-ray image data of a subject and information about the age of the subject when the X-ray image was taken, wherein from the X-ray image data Inputting the feature amount obtained from the data of the estimated target X-ray image, which is the X-ray image of the subject whose age is to be estimated, into the X-ray age estimation model showing the correspondence between the obtained feature amount and the age of the subject, and estimating the age. obtaining an estimate of the subject's age of interest.

本発明の一態様は、コンピュータを、上述のいずれかに記載のレントゲン年齢推定学習装置として動作させるためのプログラムである。 One aspect of the present invention is a program for causing a computer to operate as any of the X-ray age estimation learning devices described above.

本発明の一態様は、コンピュータを、上述のいずれかに記載のレントゲン年齢推定装置として動作させるためのプログラムである。 One aspect of the present invention is a program for causing a computer to operate as any of the above-described X-ray age estimation devices.

本発明により、健康に関する状態の判断や治療方針の決定に有用な情報を提供することが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide useful information for judging health-related conditions and determining treatment strategies.

本発明の一実施形態によるレントゲン年齢推定システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an X-ray age estimation system according to one embodiment of the present invention; FIG. レントゲン年齢推定学習装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an X-ray age estimation learning device; FIG. レントゲン年齢推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an X-ray age estimation apparatus. レントゲン年齢推定学習装置又はレントゲン年齢推定装置として用いられるコンピュータのハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the computer used as a Roentgen age estimation learning apparatus or a Roentgen age estimation apparatus. レントゲン年齢推定学習装置の処理を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing processing of the X-ray age estimation learning device; レントゲン年齢推定装置の処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process of a radiography age estimation apparatus. レントゲン年齢推定システムを用いた実施例の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an overview of an embodiment using the Roentgen age estimation system; レントゲン年齢推定システムに用いられたデータが示す年齢構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the age structure indicated by the data used in the X-ray age estimation system; レントゲン年齢推定モデルの推定精度を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the estimation accuracy of the Roentgen age estimation model; 評価データを入力に用いて得られた胸部レントゲン年齢と実年齢の対応を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the correspondence between chest X-ray age and actual age obtained using evaluation data as input. テストデータを入力に用いて得られた胸部レントゲン年齢と実年齢の対応を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the correspondence between chest X-ray age and actual age obtained using test data as input. ヒートマップを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a heat map; 年齢差と所見ありのオッズ比との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the age difference and the odds ratio for those with findings. 年齢差と心不全のアウトカムとの関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between age difference and heart failure outcome. レントゲン撮影システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of an X-ray imaging system; FIG. 評価システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an evaluation system.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、レントゲン年齢推定システム1を示す図である。レントゲン年齢推定システム1は、レントゲン年齢推定学習装置10と、レントゲン年齢推定装置50とを有する。レントゲン年齢推定学習装置10及びレントゲン年齢推定装置50はそれぞれ、人体の内部を透過撮影して得られた画像のデータとして、レントゲン撮影を行って得られたレントゲン画像のデータを用いる場合の画像年齢推定学習装置及び画像年齢推定装置の例である。同図では、レントゲン年齢推定装置50を1台のみ示しているが、レントゲン年齢推定装置50の台数は任意である。また、レントゲン年齢推定学習装置10及びレントゲン年齢推定装置50が統合された同一の装置で実現されてもよい。 FIG. 1 is a diagram showing an X-ray age estimation system 1. As shown in FIG. The Roentgen age estimation system 1 has an Roentgen age estimation learning device 10 and an Roentgen age estimation device 50 . The X-ray age estimation learning device 10 and the X-ray age estimation device 50 respectively perform image age estimation when X-ray image data obtained by performing X-ray photography is used as image data obtained by transmissively photographing the interior of the human body. It is an example of a learning device and an image age estimation device. Although only one X-ray age estimation device 50 is shown in the figure, the number of X-ray age estimation devices 50 is arbitrary. Alternatively, the Roentgen age estimation learning device 10 and the Roentgen age estimation device 50 may be integrated into the same device.

レントゲン年齢推定学習装置10は、被験者のレントゲン画像データと年齢の情報とを含む学習データを用いてレントゲン年齢推定モデルを学習する。レントゲン画像データは、被験者をレントゲン撮影することにより得られたレントゲン画像のデータである。年齢の情報は、レントゲン撮影が行われたときの被験者の実年齢を示す。レントゲン年齢推定モデルは、レントゲン画像データから得られた特徴量と、被験者のレントゲン年齢との対応を示すモデルである。レントゲン年齢は、レントゲン画像に基づいて推定される年齢である。レントゲン年齢推定装置50は、レントゲン年齢推定学習装置10が学習したレントゲン年齢推定モデルを用いて、年齢推定対象の被験者のレントゲン画像データから、その年齢推定対象の被験者のレントゲン年齢を得る。本実施形態では、レントゲン画像データとして、胸部レントゲン画像データを用いる。胸部レントゲン画像データは、被験者の胸部をレントゲン撮影して得られた胸部レントゲン画像のデータである。胸部レントゲン画像に基づいて推定されるレントゲン年齢を、胸部レントゲン年齢と記載する。 The X-ray age estimation learning device 10 learns an X-ray age estimation model using learning data including X-ray image data and age information of a subject. The X-ray image data is X-ray image data obtained by X-raying a subject. Age information indicates the actual age of the subject when the radiograph was taken. The X-ray age estimation model is a model that indicates the correspondence between the feature value obtained from the X-ray image data and the X-ray age of the subject. The roentgen age is the age estimated based on the roentgen image. The roentgen age estimation device 50 uses the roentgen age estimation model learned by the roentgen age estimation learning device 10 to obtain the roentgen age of the age estimation target subject from the roentgen image data of the age estimation target subject. In this embodiment, chest X-ray image data is used as the X-ray image data. Chest X-ray image data is chest X-ray image data obtained by X-raying the chest of a subject. The radiographic age estimated based on chest radiographic images is referred to as chest radiographic age.

胸部レントゲン撮影は、最も広く行われている検査である。撮影により得られる胸部レントゲン画像は、早くかつ簡易に得られる上、多くの有用な情報を含んでいる。そのため、胸部レントゲン画像は、日常診療だけではなく、検診にも使用されている。胸部レントゲン画像は、循環器疾患や肺疾患などの診断やモニタに非常に重要である。しかしながら、胸部レントゲン画像の読影には専門的な経験と知識を要することに加え、所見が多岐にわたる。よって、胸部レントゲン画像は、一定の定量的なマーカーとしては使用されていなかった。これは、近年のビッグデータを用いたヘルスケア改革に、胸部レントゲン画像の情報を組み込むことを困難にしていた。 Chest radiography is the most commonly performed examination. A chest X-ray image obtained by radiography can be obtained quickly and easily, and contains a lot of useful information. Therefore, chest X-ray images are used not only for routine medical care but also for medical examinations. Chest X-ray images are very important for diagnosing and monitoring cardiovascular and pulmonary diseases. However, interpretation of chest X-ray images requires specialized experience and knowledge, and results in a wide range of findings. Therefore, chest radiographs have not been used as a constant quantitative marker. This has made it difficult to incorporate information from chest radiographs into recent big data-based healthcare reforms.

また一方で、従来から、胸部レントゲン画像には被験者の年齢によって違いがあることがわかっていた。しかしながら、その違いが具体的にどのような特徴として現れるのかは明確になっておらず、熟練した医師であっても、胸部レントゲン画像から被験者の年齢を精度よく推定することは困難であった。本実施形態のレントゲン年齢推定装置50は、年齢推定対象の被験者の胸部レントゲン画像データのみを入力に用いて、年齢推定対象の被験者の年齢の推定結果である胸部レントゲン年齢を得る。 On the other hand, conventionally, it has been known that chest X-ray images differ depending on the subject's age. However, it has not been clarified what kind of characteristics the difference appears in concrete terms, and it has been difficult even for an experienced doctor to accurately estimate the subject's age from the chest X-ray image. The X-ray age estimating apparatus 50 of the present embodiment obtains the chest X-ray age, which is the result of estimating the age of the subject whose age is to be estimated, using only the chest X-ray image data of the subject whose age is to be estimated.

また、レントゲン年齢推定装置50は、胸部レントゲン年齢の推定に寄与した胸部レントゲン画像の部分を提示する。レントゲン年齢推定装置50により推定される胸部レントゲン年齢は後述するように精度が高いため、推定された胸部レントゲン年齢が実年齢よりも高く、かつ、それらの乖離が大きい場合、なんらかの異常所見が示唆される。このような場合、胸部レントゲン年齢の推定に大きく寄与した胸部レントゲン画像の部分は、異常所見の箇所と推定される。また、実年齢と胸部レントゲン年齢との差(以下、年齢差ともいう)は、心不全のような悪いアウトカムにも関連する。これらのことから、胸部レントゲン年齢は、新しい循環器のバイオマーカーとなるだけでなく、臨床医が患者の心疾患を予測、予防、管理するために有用と考えられる。 The radiographic age estimator 50 also presents the portion of the chest radiographic image that contributed to the estimation of the chest radiographic age. Since the chest X-ray age estimated by the X-ray age estimating device 50 is highly accurate as described later, if the estimated chest X-ray age is higher than the actual age and there is a large difference between them, some kind of abnormal finding is suggested. be. In such a case, the portion of the chest X-ray image that greatly contributed to the estimation of the chest X-ray age is estimated to be the location of the abnormal findings. In addition, the difference between chronological age and chest radiograph age (hereinafter also referred to as age difference) is also associated with adverse outcomes such as heart failure. These findings suggest that chest radiographic age is not only a novel cardiovascular biomarker, but also useful for clinicians to predict, prevent, and manage heart disease in patients.

図2は、レントゲン年齢推定学習装置10の構成を示すブロック図である。レントゲン年齢推定学習装置10は、モデル記憶部11と、データ記憶部12と、変換部13と、学習データ生成部14と、学習部15と、選択部18と、出力部19とを備える。なお、データ記憶部12は、レントゲン年齢推定学習装置10の外部にあってもよい。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the X-ray age estimation learning device 10. As shown in FIG. The X-ray age estimation learning device 10 includes a model storage unit 11 , a data storage unit 12 , a conversion unit 13 , a learning data generation unit 14 , a learning unit 15 , a selection unit 18 and an output unit 19 . Note that the data storage unit 12 may be located outside the X-ray age estimation learning device 10 .

モデル記憶部11は、レントゲン年齢推定モデルを記憶する。レントゲン年齢推定モデルには、例えば、CNN(Convolutional neural network;畳み込みニューラルネットワーク)などのDNN(Deep Neural Network;深層ニューラルネットワーク)を用いることができる。モデル記憶部11は、構造が異なる複数のレントゲン年齢推定モデルを記憶してもよい。 The model storage unit 11 stores an X-ray age estimation model. A DNN (Deep Neural Network) such as a CNN (Convolutional neural network) can be used for the Roentgen age estimation model, for example. The model storage unit 11 may store a plurality of Roentgen age estimation models having different structures.

データ記憶部12は、学習データ及び検証データを記憶する。学習データは、レントゲン年齢推定モデルの学習に用いられる。検証データは、学習されたレントゲン年齢推定モデルの精度を検証するために用いられる。学習データ及び検証データは、被験者のレントゲン画像データと、被験者の年齢の情報とを含む。本実施形態で使用するレントゲン画像データは、例えば、被験者の胸部を正面からレントゲン撮影して得られた胸部レントゲン画像データである。学習データ及び検証データに含まれる年齢の情報は、レントゲン撮影が行われたときの被験者の実年齢を示す。年齢の情報として、被験者の生年月日と、レントゲン撮影が行われた日付とを示す情報を用いてもよい。 The data storage unit 12 stores learning data and verification data. The learning data is used for learning the Roentgen age estimation model. Validation data is used to validate the accuracy of the trained Roentgen age estimation model. The learning data and validation data include the subject's X-ray image data and the subject's age information. The X-ray image data used in the present embodiment is, for example, chest X-ray image data obtained by X-raying the chest of a subject from the front. The age information included in the training data and validation data indicates the actual age of the subject when the radiograph was taken. Information indicating the date of birth of the subject and the date on which the X-ray was taken may be used as the age information.

変換部13は、レントゲン年齢推定モデルへ入力する特徴量が得られるように、レントゲン画像データに所定のデータ変換を行う。なお、レントゲン画像データのデータ変換が不要な場合、レントゲン年齢推定学習装置10は、変換部13を有さなくてもよい。学習データ生成部14は、データ記憶部12に記憶されている学習データを利用して新たな学習データを生成し、生成された学習データをデータ記憶部12に書き込む。 The conversion unit 13 performs predetermined data conversion on the X-ray image data so as to obtain the feature amount to be input to the X-ray age estimation model. Note that the X-ray age estimation learning device 10 does not need to have the conversion unit 13 when data conversion of the X-ray image data is unnecessary. The learning data generation unit 14 generates new learning data using the learning data stored in the data storage unit 12 and writes the generated learning data to the data storage unit 12 .

学習部15は、学習データを用いてレントゲン年齢推定モデルを学習する。学習部15は、推定部16及び更新部17を有する。推定部16は、学習データに含まれるレントゲン画像データから特徴量を取得する。特徴量は、例えば、画素値である。推定部16は、取得した特徴量をモデル記憶部11に記憶されているレントゲン年齢推定モデルに入力し、レントゲン年齢の推定結果を得る。更新部17は、学習データに含まれるレントゲン画像データに基づいて得られたレントゲン年齢と、その学習データが示す被験者の実年齢との誤差が小さくなるように、レントゲン年齢推定モデルを更新する。レントゲン年齢推定モデルがDNNである場合、レントゲン年齢推定モデルの更新とは、ニューロン間の重みの値、すなわち、DNNを構成するニューロン間の接続関係を表す関数に用いられているパラメータの値を更新することである。 The learning unit 15 learns the Roentgen age estimation model using the learning data. The learning unit 15 has an estimating unit 16 and an updating unit 17 . The estimating unit 16 acquires feature amounts from the X-ray image data included in the learning data. A feature amount is, for example, a pixel value. The estimating unit 16 inputs the acquired feature amount to the X-ray age estimation model stored in the model storage unit 11, and obtains an estimation result of the X-ray age. The updating unit 17 updates the X-ray age estimation model so that the error between the X-ray age obtained based on the X-ray image data included in the learning data and the actual age of the subject indicated by the learning data is reduced. When the Roentgen age estimation model is a DNN, updating the Roentgen age estimation model means updating the value of the weight between neurons, that is, the value of the parameter used in the function representing the connection relationship between neurons constituting the DNN. It is to be.

選択部18は、学習部15により学習されたレントゲン年齢推定モデルが複数ある場合、各レントゲン年齢推定モデルに、検証データに含まれるレントゲン画像データから得られた特徴量を入力して、レントゲン年齢の推定結果を得る。選択部18は、推定部16にレントゲン年齢の算出を実行させてもよい。選択部18は、検証データに含まれるレントゲン画像データに基づいて得られたレントゲン年齢と、検証データが示す被験者の実年齢との誤差を算出する。選択部18は、複数のレントゲン年齢推定モデルから、統計的に誤差が最も小さいレントゲン年齢推定モデルを選択する。なお、レントゲン年齢推定モデルが一つの場合、レントゲン年齢推定学習装置10は選択部18を有さなくてもよい。また、選択部18は、各レントゲン年齢推定モデルについて算出した誤差の統計値を出力部19により出力し、ユーザが出力された誤差の統計値に基づいて選択したレントゲン年齢推定モデルの情報を図示しない入力部によりレントゲン年齢推定学習装置10に入力してもよい。 When there are a plurality of X-ray age estimation models learned by the learning unit 15, the selection unit 18 inputs the feature amount obtained from the X-ray image data included in the verification data to each X-ray age estimation model to determine the X-ray age. Get the estimated result. The selection unit 18 may cause the estimation unit 16 to calculate the X-ray age. The selection unit 18 calculates the error between the X-ray age obtained based on the X-ray image data included in the verification data and the actual age of the subject indicated by the verification data. The selection unit 18 selects the Roentgen age estimation model with the smallest statistical error from a plurality of Roentgen age estimation models. If there is only one Roentgen age estimation model, the Roentgen age estimation learning device 10 may not have the selection unit 18 . In addition, the selection unit 18 outputs the statistic value of the error calculated for each Roentgen age estimation model by the output unit 19, and the information of the Roentgen age estimation model selected by the user based on the output statistic value of the error is not shown. It may be input to the X-ray age estimation learning device 10 through the input unit.

出力部19は、各種データを出力する。出力は、ディスプレイへの表示でもよく、プリンタによる印刷でもよく、記録媒体への書き込みでもよく、レントゲン年齢推定学習装置10とネットワークを介して接続される他の装置への送信でもよい。出力部19は、選択部18が選択したレントゲン年齢推定モデルを、レントゲン年齢推定装置50又は他の装置に送信する、あるいは、記録媒体に書き込むなどして出力する。 The output unit 19 outputs various data. The output may be displayed on a display, printed by a printer, written on a recording medium, or transmitted to another device connected to the X-ray age estimation learning device 10 via a network. The output unit 19 outputs the Roentgen age estimation model selected by the selector 18 by transmitting it to the Roentgen age estimation device 50 or another device, or by writing it in a recording medium.

図3は、レントゲン年齢推定装置50の構成を示すブロック図である。レントゲン年齢推定装置50は、入力部51と、モデル記憶部52と、変換部53と、推定部54と、寄与情報取得部55と、出力部56とを備える。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the X-ray age estimation device 50. As shown in FIG. The Roentgen age estimation device 50 includes an input unit 51 , a model storage unit 52 , a conversion unit 53 , an estimation unit 54 , a contribution information acquisition unit 55 and an output unit 56 .

入力部51は、データを入力する。入力は、レントゲン年齢推定装置50とネットワークを介して接続される他の装置からの受信でもよく、記録媒体からの読み込みでもよい。入力部51は、レントゲン年齢推定学習装置10が学習したレントゲン年齢推定モデルを入力し、モデル記憶部52に書き込む。また、入力部51は、レントゲン年齢の推定対象となるレントゲン画像データを入力し、変換部53に出力する。 The input unit 51 inputs data. The input may be received from another device connected to the Roentgen age estimation device 50 via a network, or may be read from a recording medium. The input unit 51 inputs the Roentgen age estimation model learned by the Roentgen age estimation learning device 10 and writes it to the model storage unit 52 . Further, the input unit 51 inputs X-ray image data to be used for estimating the X-ray age, and outputs the X-ray image data to the conversion unit 53 .

モデル記憶部52は、レントゲン年齢推定モデルを記憶する。モデル記憶部52として、レントゲン年齢推定学習装置10が備えるモデル記憶部11を用いてもよい。変換部53は、入力部51が入力したレントゲン画像データに、レントゲン年齢推定学習装置10の変換部13が行うデータ変換と同様のデータ変換を行う。なお、レントゲン画像データのデータ変換が必要ない場合、レントゲン年齢推定装置50は、変換部53を有さなくてもよい。推定部54は、変換部53によりデータ変換されたレントゲン画像データから、レントゲン年齢推定学習装置10の推定部16と同様に特徴量を取得する。推定部54は、取得した特徴量をモデル記憶部52に記憶されているレントゲン年齢推定モデルに入力し、レントゲン年齢を得る。 The model storage unit 52 stores an X-ray age estimation model. As the model storage unit 52, the model storage unit 11 included in the X-ray age estimation learning device 10 may be used. The conversion unit 53 performs data conversion similar to the data conversion performed by the conversion unit 13 of the X-ray age estimation learning device 10 on the X-ray image data input by the input unit 51 . Note that the X-ray age estimation device 50 may not have the conversion unit 53 if data conversion of the X-ray image data is not required. The estimating unit 54 acquires a feature amount from the X-ray image data converted by the converting unit 53 in the same manner as the estimating unit 16 of the X-ray age estimation learning device 10 . The estimating unit 54 inputs the acquired feature amount to the X-ray age estimation model stored in the model storage unit 52 to obtain the X-ray age.

寄与情報取得部55は、寄与情報を取得する。寄与情報は、レントゲン年齢推定モデルを用いたレントゲン年齢の推定に寄与した度合いが所定条件を満たす特徴量が得られたレントゲン画像データの部分に関する情報である。所定条件は、寄与の度合いを複数の段階に分類する条件であってもよい。また、寄与情報は、レントゲン画像データの各部分(例えば、各画素)から得られた特徴量がレントゲン年齢の推定に寄与した度合いを表す情報でもよい。レントゲン年齢推定モデルがCNNである場合、寄与情報取得部55は、例えば、Grad-CAMにより生成されたヒートマップを寄与情報として得る。 The contribution information acquisition unit 55 acquires contribution information. The contribution information is information relating to the portion of the X-ray image data for which the feature quantity that satisfies a predetermined condition for the degree of contribution to the estimation of the X-ray age using the X-ray age estimation model is obtained. The predetermined condition may be a condition for classifying the degree of contribution into a plurality of stages. Further, the contribution information may be information representing the degree to which the feature amount obtained from each portion (for example, each pixel) of the X-ray image data contributed to the estimation of the X-ray age. When the Roentgen age estimation model is CNN, the contribution information obtaining unit 55 obtains, for example, a heat map generated by Grad-CAM as contribution information.

出力部56は、各種データを出力する。出力は、ディスプレイへの表示でもよく、プリンタによる印刷でもよく、記録媒体への書き込みでもよく、レントゲン年齢推定装置50とネットワークを介して接続される他の装置への送信でもよい。出力部56は、推定部54が推定したレントゲン年齢の情報と、寄与情報取得部55が取得した寄与情報とを出力する。 The output unit 56 outputs various data. The output may be displayed on a display, printed by a printer, written on a recording medium, or transmitted to another device connected to the X-ray age estimation device 50 via a network. The output unit 56 outputs the information on the X-ray age estimated by the estimation unit 54 and the contribution information acquired by the contribution information acquisition unit 55 .

レントゲン年齢推定学習装置10及びレントゲン年齢推定装置50の各々は、一例として、図4に示すコンピュータ80によって実現される。図4は、コンピュータ80のハードウェア構成を示す図である。コンピュータ80は、プロセッサ81と、記憶部82と、ユーザインタフェース83と、通信インタフェース84とを、バス85で接続した構成である。プロセッサ81は、演算や制御を行う。プロセッサ81は、例えば、CPU(central processing unit)やGPU(Graphics Processing Unit)である。記憶部82は、コンピュータ80をレントゲン年齢推定学習装置10又はレントゲン年齢推定装置50として機能させるためのプログラムを記憶する。プロセッサ81は、プログラムを記憶部82から読み出して実行する。さらに、記憶部82は、プロセッサ81がプログラムを実行する際のワークエリアなどを有する。ユーザインタフェース83は、キーボード、ポインティングデバイス(マウス、タブレット等)、ボタン、タッチパネル等の入力装置や、ディスプレイなどの表示装置である。通信インタフェース84は、他装置と通信可能に接続するものである。なお、レントゲン年齢推定学習装置10の機能及びレントゲン年齢推定装置50の機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。 Each of the Roentgen age estimation learning device 10 and the Roentgen age estimation device 50 is implemented by, as an example, a computer 80 shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the hardware configuration of the computer 80. As shown in FIG. The computer 80 has a configuration in which a processor 81 , a storage unit 82 , a user interface 83 and a communication interface 84 are connected via a bus 85 . The processor 81 performs calculation and control. The processor 81 is, for example, a CPU (central processing unit) or a GPU (Graphics Processing Unit). The storage unit 82 stores a program for causing the computer 80 to function as the Roentgen age estimation learning device 10 or the Roentgen age estimation device 50 . The processor 81 reads the program from the storage unit 82 and executes it. Furthermore, the storage unit 82 has a work area and the like used when the processor 81 executes the program. The user interface 83 is an input device such as a keyboard, pointing device (mouse, tablet, etc.), buttons, touch panel, etc., and a display device such as a display. The communication interface 84 is for communicably connecting with other devices. Note that all or part of the functions of the X-ray age estimation learning device 10 and the functions of the X-ray age estimation device 50 are realized by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array). hardware.

なお、レントゲン年齢推定学習装置10とレントゲン年齢推定装置50とを統合した同一の装置(以下、学習推定装置と記載)により実現する場合、モデル記憶部11とモデル記憶部52とが同一でもよく、推定部16と推定部54とが同一でもよく、出力部19と出力部56とが同一でもよい。 In addition, when the X-ray age estimation learning device 10 and the X-ray age estimation device 50 are integrated into the same device (hereinafter referred to as a learning estimation device), the model storage unit 11 and the model storage unit 52 may be the same. The estimation unit 16 and the estimation unit 54 may be the same, and the output unit 19 and the output unit 56 may be the same.

また、レントゲン年齢推定学習装置10、レントゲン年齢推定装置50、及び、学習推定装置をそれぞれ、ネットワークに接続される複数のコンピュータ装置により実現してもよい。この場合、レントゲン年齢推定学習装置10、レントゲン年齢推定装置50、及び、学習推定装置それぞれの各機能部を、それら複数のコンピュータ装置のいずれにより実現するかは任意とすることができる。また、一つの機能部を複数のコンピュータ装置により実現してもよい。 Further, the Roentgen age estimation learning device 10, the Roentgen age estimation device 50, and the learning estimation device may each be realized by a plurality of computer devices connected to a network. In this case, it is possible to arbitrarily choose which one of the plurality of computer devices realizes each functional unit of the Roentgen age estimation learning device 10, the Roentgen age estimation device 50, and the learning estimation device. Also, one functional unit may be realized by a plurality of computer devices.

例えば、レントゲン年齢推定学習装置10のデータ記憶部12と、モデル記憶部11、変換部13、学習データ生成部14、学習部15及び選択部18とを異なるコンピュータ装置により実現してもよく、データ記憶部12及び変換部13と、モデル記憶部11、学習データ生成部14、学習部15及び選択部18とを異なるコンピュータ装置により実現してもよく、データ記憶部12、変換部13及び学習データ生成部14と、モデル記憶部11、学習部15及び選択部18とを異なるコンピュータ装置により実現してもよい。また、例えば、レントゲン年齢推定装置50のモデル記憶部52と、変換部53、推定部54及び寄与情報取得部55とを異なるコンピュータ装置により実現してもよく、入力部51、変換部53及び出力部56と、モデル記憶部52、推定部54及び寄与情報取得部55とを異なるコンピュータ装置により実現してもよく、入力部51及び出力部56と、モデル記憶部52、変換部53、推定部54及び寄与情報取得部55とを異なるコンピュータ装置により実現してもよい。また、レントゲン年齢推定学習装置10のデータ記憶部12、変換部13、学習データ生成部14及び学習部15のうち一部又は全てを複数のコンピュータ装置により実現してもよい。学習部15を複数のコンピュータ装置により実現する場合、各コンピュータ装置が並列で異なる種類のレントゲン年齢推定モデルを学習してもよい。 For example, the data storage unit 12, the model storage unit 11, the conversion unit 13, the learning data generation unit 14, the learning unit 15, and the selection unit 18 of the X-ray age estimation learning device 10 may be realized by different computer devices. The storage unit 12 and the conversion unit 13, and the model storage unit 11, the learning data generation unit 14, the learning unit 15 and the selection unit 18 may be realized by different computer devices. The generation unit 14, the model storage unit 11, the learning unit 15, and the selection unit 18 may be implemented by different computer devices. Further, for example, the model storage unit 52, the conversion unit 53, the estimation unit 54, and the contribution information acquisition unit 55 of the Roentgen age estimation device 50 may be realized by different computer devices. The unit 56, the model storage unit 52, the estimation unit 54, and the contribution information acquisition unit 55 may be realized by different computer devices. 54 and the contribution information acquisition unit 55 may be implemented by different computer devices. A part or all of the data storage unit 12, the conversion unit 13, the learning data generation unit 14, and the learning unit 15 of the X-ray age estimation learning device 10 may be realized by a plurality of computer devices. When the learning unit 15 is implemented by a plurality of computer devices, each computer device may learn different types of X-ray age estimation models in parallel.

続いて、レントゲン年齢推定モデルの学習処理について説明する。以下では、レントゲン年齢推定モデルとしてDNNを用いる場合を例に説明する。レントゲン年齢推定学習装置10は、転移学習及びファインチューニングによりレントゲン年齢推定モデルを学習する。これにより、予め他の目的により学習されたDNNを改良し、最初からレントゲン年齢推定モデルとしてのDNNを学習するよりも短い時間で、かつ、少ない学習データで、レントゲン年齢推定モデルを学習することができる。 Next, learning processing of the X-ray age estimation model will be described. In the following, the case of using DNN as an X-ray age estimation model will be described as an example. The Roentgen age estimation learning device 10 learns the Roentgen age estimation model by transfer learning and fine tuning. As a result, it is possible to improve the DNN that has been learned in advance for other purposes and learn the Roentgen age estimation model in a shorter time and with less learning data than learning the DNN as the Roentgen age estimation model from the beginning. can.

図5は、レントゲン年齢推定学習装置10の処理の例を示すフロー図である。モデル記憶部11は、各パラメータに初期値が設定されたレントゲン年齢推定モデルを予め記憶する。このレントゲン年齢推定モデルは、他の目的のために学習済みのDNNの最終層、又は、最終層及び一部の層を置き換えて生成される。学習済みのDNNは、画像データから得られる特徴量を入力とする。また、レントゲン年齢推定モデルの出力層は、推定の年齢、すなわち、レントゲン年齢を出力値とする1つのニューロンである。 FIG. 5 is a flowchart showing an example of processing of the X-ray age estimation learning device 10. As shown in FIG. The model storage unit 11 stores in advance an X-ray age estimation model in which an initial value is set for each parameter. This Roentgen age estimation model is generated by replacing the final layer of the learned DNN or the final layer and some layers for other purposes. A learned DNN receives feature values obtained from image data. Also, the output layer of the Roentgen age estimation model is one neuron whose output value is the estimated age, that is, the Roentgen age.

本実施形態では、モデル記憶部11は、M種類(Mは1以上の整数)のレントゲン年齢推定モデル(1)~(M)を記憶する。レントゲン年齢推定モデル(1)~(M)には、それぞれ異なる構造のニューラルネットワークが使用される。m番目(mは1以上M以下の整数)のレントゲン年齢推定モデルを、レントゲン年齢推定モデル(m)と記載する。 In this embodiment, the model storage unit 11 stores M types (M is an integer equal to or greater than 1) of X-ray age estimation models (1) to (M). Neural networks with different structures are used for the Roentgen age estimation models (1) to (M). An m-th (m is an integer of 1 or more and M or less) Roentgen age estimation model is described as an Roentgen age estimation model (m).

変換部13は、レントゲン年齢推定モデルへ入力する特徴量が得られるよう、データ記憶部12に記憶されている学習データ及び検証データのレントゲン画像データに所定のデータ変換を行う(ステップS105)。例えば、変換部13は、レントゲン画像データを、所定のデータ形式かつ所定のデータサイズの画像データに変換する。なお、データ変換が不要の場合、レントゲン年齢推定学習装置10は、ステップS105の処理を行わなくてもよい。 The conversion unit 13 performs predetermined data conversion on the X-ray image data of the learning data and verification data stored in the data storage unit 12 so as to obtain the feature amount to be input to the X-ray age estimation model (step S105). For example, the conversion unit 13 converts X-ray image data into image data having a predetermined data format and a predetermined data size. If data conversion is unnecessary, the X-ray age estimation learning device 10 does not have to perform the process of step S105.

学習データ生成部14は、データ記憶部12から一部又は全ての学習データを読み出す。学習データ生成部14は、読み出した学習データに含まれるレントゲン画像データが示す画像を所定の角度内でランダムに傾けた画像のレントゲン画像データに置き換えて新たな学習データを生成する。学習データ生成部14は、1つの学習データから、画像の傾きの角度が異なる複数の新たな学習データを生成してもよい。学習データ生成部14は、生成した学習データを、データ記憶部12に書き込む(ステップS110)。学習データ生成部14が生成した学習データを加えて学習を行うことにより、レントゲン年齢推定モデルをより一般化し、また、オーバーフィッティングが行われないようにする。 The learning data generation unit 14 reads some or all of the learning data from the data storage unit 12 . The learning data generation unit 14 generates new learning data by replacing the image indicated by the X-ray image data included in the read learning data with the X-ray image data of an image randomly tilted within a predetermined angle. The learning data generation unit 14 may generate a plurality of new learning data with different tilt angles of the image from one learning data. The learning data generation unit 14 writes the generated learning data to the data storage unit 12 (step S110). By adding the learning data generated by the learning data generation unit 14 to learning, the X-ray age estimation model is generalized and overfitting is prevented.

学習部15は、変数mに初期値1を設定する(ステップS115)。学習部15は、学習データを用いて、レントゲン年齢推定モデル(m)の転移学習を行う(ステップS120)。すなわち、推定部16は、学習データを1つ選択し、選択した学習データから特徴量を取得する。推定部16は、取得した特徴量をレントゲン年齢推定モデル(m)に入力してレントゲン年齢の推定結果を得る。更新部17は、得られたレントゲン年齢と、選択された学習データが示す実年齢との差分が小さくなるように、レントゲン年齢推定モデル(m)のパラメータのうち、一部のパラメータの値を更新する。具体的には、更新部17は、実年齢とレントゲン年齢とを用いて算出される損失関数を最小化するように、転移学習において更新対象のパラメータの値を、最適化アルゴリズムを用いて更新する。損失関数は、例えば、MSE(mean square error;平均二乗誤差)である。転移学習において更新対象のパラメータは、レントゲン年齢推定モデル(m)の転移元の学習済みCNNに含まれないパラメータであるが、転移元のCNNに含まれる一部のパラメータを含んでもよい。学習部15は、各学習データについて、上述した推定部16によるレントゲン年齢の推定と、更新部17による更新対象のパラメータの値の更新とを繰り返す。 The learning unit 15 sets the initial value 1 to the variable m (step S115). The learning unit 15 performs transfer learning of the Roentgen age estimation model (m) using the learning data (step S120). That is, the estimation unit 16 selects one piece of learning data and acquires a feature amount from the selected learning data. The estimating unit 16 inputs the acquired feature quantity to the Roentgen age estimation model (m) to obtain the result of roentgen age estimation. The updating unit 17 updates the values of some of the parameters of the Roentgen age estimation model (m) so that the difference between the obtained Roentgen age and the real age indicated by the selected learning data becomes small. do. Specifically, the updating unit 17 updates the values of parameters to be updated in transfer learning using an optimization algorithm so as to minimize the loss function calculated using the real age and the X-ray age. . The loss function is, for example, MSE (mean square error). Parameters to be updated in transfer learning are parameters not included in the learned CNN of the transfer source of the Roentgen age estimation model (m), but may include some parameters included in the CNN of the transfer source. The learning unit 15 repeats the above-described estimation of the X-ray age by the estimation unit 16 and updating of the parameter value to be updated by the update unit 17 for each piece of learning data.

続いて、学習部15は、学習データを用いてレントゲン年齢推定モデル(m)のファインチューニングを行う(ステップS125)。すなわち、推定部16は、学習データを1つ選択し、選択した学習データから特徴量を取得する。推定部16は、取得した特徴量をレントゲン年齢推定モデル(m)に入力してレントゲン年齢の推定結果を得る。更新部17は、得られたレントゲン年齢と、選択された学習データが示す実年齢との差分が小さくなるように、レントゲン年齢推定モデル(m)の全てのパラメータの値を更新する。つまり、更新部17は、実年齢とレントゲン年齢とを用いて算出される損失関数を最小化するように、最適化アルゴリズムを用いて全パラメータの値を更新する。損失関数は、例えば、MSEである。学習部15は、各学習データについて、推定部16による推定と、更新部17による全てのパラメータの値の更新を繰り返す。 Subsequently, the learning unit 15 fine-tunes the X-ray age estimation model (m) using the learning data (step S125). That is, the estimation unit 16 selects one piece of learning data and acquires a feature amount from the selected learning data. The estimating unit 16 inputs the acquired feature quantity to the Roentgen age estimation model (m) to obtain the result of roentgen age estimation. The updating unit 17 updates the values of all the parameters of the Roentgen age estimation model (m) so that the difference between the obtained Roentgen age and the real age indicated by the selected learning data becomes small. That is, the updating unit 17 updates the values of all parameters using an optimization algorithm so as to minimize the loss function calculated using the real age and the X-ray age. The loss function is, for example, MSE. The learning unit 15 repeats estimation by the estimating unit 16 and updating of all parameter values by the updating unit 17 for each piece of learning data.

学習部15は、変数mがレントゲン年齢推定モデルのモデル数Mに達したか否かを判定する(ステップS130)。学習部15は、変数mがモデル数Mに達していないと判定した場合(ステップS130:NO)、変数mに1を加算する(ステップS135)。学習部15は、ステップS120からの処理を繰り返す。そして、学習部15は、変数mがモデル数Mに達したと判定した場合(ステップS130:YES)、ステップS140の処理に進む。 The learning unit 15 determines whether or not the variable m has reached the model number M of the Roentgen age estimation model (step S130). When the learning unit 15 determines that the variable m has not reached the number of models M (step S130: NO), it adds 1 to the variable m (step S135). The learning unit 15 repeats the processing from step S120. When the learning unit 15 determines that the variable m has reached the number of models M (step S130: YES), the process proceeds to step S140.

選択部18は、レントゲン年齢推定モデル(1)~(M)のそれぞれに、各検証データに含まれるレントゲン画像データから得られた特徴量を入力し、レントゲン年齢の推定結果を得る(ステップS140)。選択部18は、検証データに含まれるレントゲン画像データに基づいて得られたレントゲン年齢と、その検証データが示す患者の実年齢との差分を算出する。選択部18は、レントゲン年齢推定モデル(1)~(M)それぞれについて、算出した差分を用いて評価指標の値を算出する。評価指標として、例えば、MSE、RMSE(root mean squared error;二乗平均平方根誤差)、実年齢とレントゲン年齢とのピアソンの相関係数r、MAE(mean absolute error;平均絶対誤差)などを用いることができる。選択部18は、レントゲン年齢推定モデル(1)~(M)の中から、評価指標の値が最も推定精度が良いことを表すレントゲン年齢推定モデル(k)(kは1以上M以下の整数)を選択する(ステップS145)。選択部18は、複数の評価指標を組み合わせて最も精度が良いレントゲン年齢推定モデル(k)を選択してもよい。出力部19は、選択部18が推定したレントゲン年齢推定モデルを出力する。 The selection unit 18 inputs the feature amount obtained from the X-ray image data included in each verification data to each of the X-ray age estimation models (1) to (M), and obtains the X-ray age estimation result (step S140). . The selection unit 18 calculates the difference between the X-ray age obtained based on the X-ray image data included in the verification data and the actual age of the patient indicated by the verification data. The selection unit 18 calculates the value of the evaluation index using the calculated difference for each of the X-ray age estimation models (1) to (M). As evaluation indicators, for example, MSE, RMSE (root mean squared error), Pearson's correlation coefficient r between chronological age and X-ray age, MAE (mean absolute error), etc. can be used. can. The selection unit 18 selects an X-ray age estimation model (k) (k is an integer of 1 or more and M or less), which indicates that the value of the evaluation index has the highest estimation accuracy from among the X-ray age estimation models (1) to (M). is selected (step S145). The selection unit 18 may select the most accurate Roentgen age estimation model (k) by combining a plurality of evaluation indices. The output unit 19 outputs the Roentgen age estimation model estimated by the selection unit 18 .

なお、レントゲン年齢推定学習装置10は、学習データ生成部14により学習データを増強せずにレントゲン年齢推定モデルを学習してもよい。また、レントゲン年齢推定学習装置10は、転移学習を行わずにレントゲン年齢推定モデルの全パラメータの値を学習データに基づいて学習してもよい。また、レントゲン年齢推定学習装置10は、複数種類のレントゲン年齢推定モデルの学習処理を並列に行ってもよい。また、モデル数M=1である場合、レントゲン年齢推定学習装置10は、ステップS140の処理を行なわなくてもよい。この場合、ステップS145において、出力部19は、レントゲン年齢推定モデル(1)を出力する。 Note that the Roentgen age estimation learning device 10 may learn the Roentgen age estimation model without enhancing the learning data by the learning data generator 14 . Alternatively, the Roentgen age estimation learning device 10 may learn the values of all the parameters of the Roentgen age estimation model based on learning data without performing transfer learning. Further, the Roentgen age estimation learning device 10 may perform learning processing of a plurality of types of Roentgen age estimation models in parallel. Further, when the number of models M=1, the Roentgen age estimation learning apparatus 10 does not have to perform the process of step S140. In this case, in step S145, the output unit 19 outputs the Roentgen age estimation model (1).

続いて、レントゲン年齢の推定処理について説明する。レントゲン年齢推定装置50は、レントゲン年齢推定学習装置10が学習したレントゲン年齢推定モデル(k)を用いてレントゲン年齢を推定する。図6は、レントゲン年齢推定装置50の処理の例を示すフロー図である。入力部51は、レントゲン年齢推定学習装置10が出力したレントゲン年齢推定モデル(k)を入力し、モデル記憶部52に書き込む。レントゲン年齢推定装置50は、レントゲン年齢推定対象のレントゲン画像データそれぞれについて、図6の処理を行う。 Subsequently, the process of estimating the X-ray age will be described. The Roentgen age estimation device 50 estimates the Roentgen age using the Roentgen age estimation model (k) learned by the Roentgen age estimation learning device 10 . FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing of the X-ray age estimation device 50. As shown in FIG. The input unit 51 receives the Roentgen age estimation model (k) output from the Roentgen age estimation learning device 10 and writes it to the model storage unit 52 . The X-ray age estimation device 50 performs the processing in FIG. 6 for each X-ray image data for X-ray age estimation.

入力部51は、レントゲン画像データを入力し、変換部53へ出する(ステップS205)。入力されるレントゲン画像データは、レントゲン年齢を推定する対象の被験者のレントゲン画像データである。入力部51は、さらに、被験者の年齢の情報を入力してもよい。変換部53は、レントゲン年齢推定モデル(k)へ入力する特徴量が得られるように、入力されたレントゲン画像データに所定のデータ変換を行う(ステップS210)。例えば、変換部53は、レントゲン画像データを、所定のデータ形式かつ所定のデータサイズの画像データに変換する。なお、データ変換が不要の場合、レントゲン年齢推定装置50は、ステップS210の処理を行わなくてもよい。 The input unit 51 inputs X-ray image data and outputs it to the conversion unit 53 (step S205). The input X-ray image data is the X-ray image data of a subject whose X-ray age is to be estimated. The input unit 51 may further input information about the subject's age. The conversion unit 53 performs predetermined data conversion on the input X-ray image data so as to obtain the feature amount to be input to the X-ray age estimation model (k) (step S210). For example, the conversion unit 53 converts X-ray image data into image data having a predetermined data format and a predetermined data size. If data conversion is unnecessary, the X-ray age estimation device 50 does not have to perform the process of step S210.

推定部54は、レントゲン画像データから特徴量を取得する。推定部54は、取得した特徴量をレントゲン年齢推定モデル(k)に入力してレントゲン年齢の推定結果を得る(ステップS215)。寄与情報取得部55は、レントゲン年齢推定モデル(k)に入力された特徴量のうち、レントゲン年齢推定モデルを用いたレントゲン年齢の推定に寄与した度合いが所定条件を満たす特徴量が得られたレントゲン画像データの部分を示す寄与情報を得る(ステップS220)。具体的には、寄与情報は、Grad-CAMを用いて生成されたヒートマップである。Grad-CAMにより、寄与情報取得部55は、レントゲン年齢推定モデル(k)による推定を行うときに使用された特徴量が得られた画素の位置と、その特徴量が推定に寄与した度合いとの情報を得る。寄与情報取得部55は、レントゲン画像データに各画素が推定に寄与した度合いを表す色を重ねることによりヒートマップを生成する。なお、寄与情報取得部55は、ヒートマップの生成に、Guided Backpropagationを用いてもよい。出力部56は、推定部54が推定したレントゲン年齢の情報と、寄与情報取得部55が生成したヒートマップとを推定結果として出力する(ステップS225)。実年齢の情報が入力された場合、出力部56は、さらに、レントゲン年齢と実年齢との差分である年齢差の情報を出力してもよい。 The estimation unit 54 acquires feature amounts from the X-ray image data. The estimating unit 54 inputs the acquired feature amount to the Roentgen age estimation model (k) to obtain an estimation result of the Roentgen age (step S215). The contribution information acquiring unit 55 obtains a feature amount that satisfies a predetermined condition for the degree of contribution to the estimation of the X-ray age using the X-ray age estimation model among the feature amounts input to the X-ray age estimation model (k). Contribution information indicating portions of the image data is obtained (step S220). Specifically, the contribution information is a heat map generated using Grad-CAM. By Grad-CAM, the contribution information acquisition unit 55 obtains the position of the pixel from which the feature amount used when performing the estimation by the Roentgen age estimation model (k) and the degree to which the feature amount contributed to the estimation. get information. The contribution information acquisition unit 55 generates a heat map by superimposing a color representing the degree of contribution of each pixel to the estimation on the X-ray image data. Note that the contribution information acquiring unit 55 may use Guided Backpropagation to generate the heat map. The output unit 56 outputs the information of the X-ray age estimated by the estimation unit 54 and the heat map generated by the contribution information acquisition unit 55 as estimation results (step S225). When the information on the actual age is input, the output unit 56 may further output the information on the age difference, which is the difference between the X-ray age and the actual age.

次に、レントゲン年齢推定システム1を用いたレントゲン年齢推定モデルの学習及びレントゲン年齢推定の実施例を説明する。図7は、レントゲン年齢推定システム1を用いた実施例の概要を示す図である。本実施例においては、レントゲン年齢推定モデルに、ResNet18、ResNet34、ResNet50、ResNet101、ResNet152、DenseNet121、DenseNet161、DenseNet169、DenseNet201、Inception-v4、及び、SENet154の11種類のCNNを用いた。転移学習を行うために、これら11種類のそれぞれの学習済みのCNNのモデルM0をImageNet(URL:https://github.com/Cadene/pretrained-models.pytorch)から取得した。モデルM0は、畳み込み部と、全結合部とからなり、画像データを1,000種類のカテゴリに分類する。つまり、モデルM0の出力層は、各カテゴリに対応した1,000個のニューロンからなる。本実施形態で用いるレントゲン年齢推定モデルM1は、モデルM0の畳み込み部をそのまま用い、モデルM0の全結合部を新たな2つの全結合部に置き換えたものである。置き換え後の2つの新たな全結合部は、バッチ正規化(batch-normalization)層、活性化関数にReLU(Rectified Linear Unit)を用いた512ニューロンからなる全結合層、バッチ正規化層、及び、最後の全結合層からなる。最後の全結合層は、胸部レントゲン年齢を出力する1つのニューロンに接続される。 Next, an example of learning an X-ray age estimation model and X-ray age estimation using the X-ray age estimation system 1 will be described. FIG. 7 is a diagram showing an outline of an embodiment using the X-ray age estimation system 1. In FIG. In this example, 11 types of CNNs, ResNet18, ResNet34, ResNet50, ResNet101, ResNet152, DenseNet121, DenseNet161, DenseNet169, DenseNet201, Inception-v4, and SENet154, were used for the Roentgen age estimation model. In order to perform transfer learning, each of these 11 types of pretrained CNN models M0 was obtained from ImageNet (URL: https://github.com/Cadene/pretrained-models.pytorch). The model M0 consists of a convolution part and a full connection part, and classifies image data into 1,000 categories. That is, the output layer of model M0 consists of 1,000 neurons corresponding to each category. The Roentgen age estimation model M1 used in the present embodiment uses the convolution part of the model M0 as it is, and replaces the full joint part of the model M0 with two new full joint parts. The two new fully-connected parts after replacement are a batch-normalization layer, a fully-connected layer consisting of 512 neurons using ReLU (Rectified Linear Unit) as the activation function, a batch-normalization layer, and It consists of the last fully connected layer. The final fully connected layer is connected to one neuron that outputs the chest radiograph age.

また本実施例では、国立衛生研究所が提供している胸部レントゲン画像データのデータベースA(https://cloud.google.com/healthcare/docs/resources/public-datasets/nih-chest)を、学習データ、検証データ及びテストデータとして用いた。テストデータは、レントゲン年齢推定学習装置10により学習されたレントゲン年齢推定モデルの精度を評価するために用いられるデータであり、レントゲン年齢推定装置50に入力される入力データに相当する。データベースAは、主に米国人の患者のデータである。データベースAに含まれる30,805人の患者の112,120枚の胸部レントゲン画像データのうち、63328枚が男性のものである。このデータベースAの胸部レントゲン画像データから、年齢が100歳以上の患者の16枚を除いたのち、残りの胸部レントゲン画像データをランダムに学習データ、検証データ及びテストデータに分けた。これにより、28,029人の患者の102,029枚の胸部レントゲン画像データが学習データD1に、2,523人分の胸部レントゲン画像データが検証データD2に、250人の患者の613枚の胸部レントゲン画像データがテストデータD3に分けられた。 In addition, in this embodiment, the chest X-ray image data database A (https://cloud.google.com/healthcare/docs/resources/public-datasets/nih-chest) provided by the National Institutes of Health is learned. data, validation data and test data. The test data is data used to evaluate the accuracy of the Roentgen age estimation model trained by the Roentgen age estimation learning device 10 , and corresponds to input data input to the Roentgen age estimation device 50 . Database A is primarily US patient data. Of the 112,120 chest X-ray image data of 30,805 patients contained in database A, 63,328 are male. From the chest X-ray image data of this database A, 16 images of patients aged 100 years or older were removed, and the remaining chest X-ray image data were randomly divided into learning data, verification data and test data. As a result, 102,029 chest X-ray image data of 28,029 patients are used as training data D1, chest X-ray image data of 2,523 patients are used as verification data D2, and 613 chest X-ray images of 250 patients are used. The X-ray image data was divided into test data D3.

また、体格が異なる母集団における推定精度を評価するため、公益社団法人 日本放射線技術学会(JSRT)が提供する胸部レントゲン画像データのデータベースB(http://db.jsrt.or.jp/eng.php)をさらにテストデータに用いた。データベースBは、日本人の患者のデータである。データベースBに含まれる247人の患者の247枚の胸部レントゲン画像データから性別及び年齢が不明の2枚を除き、245人の患者の245枚の画像データをテストデータD4とした。テストデータD4のうち118枚が男性のものである。 In addition, in order to evaluate the estimation accuracy in populations with different physiques, database B of chest X-ray image data provided by the Japan Society of Radiological Technology (JSRT) (http://db.jsrt.or.jp/eng. php) was also used for test data. Database B is data of Japanese patients. From the 247 chest X-ray image data of 247 patients included in database B, 2 images of unknown sex and age were excluded, and 245 image data of 245 patients were used as test data D4. Of the test data D4, 118 are for men.

さらに、1,562人の心疾患により入院した患者の胸部レントゲン画像データを含むデータベースCをテストデータD5に用いた。データベースCは、入院から2日以内に撮影された胸部レントゲン画像データを含む。テストデータD5のデータのうち、920枚が男性のものである。データベースA及びデータベースBの胸部レントゲン画像データには、その胸部レントゲン画像データが撮影されたときの年齢及び性別の情報のほか、所見の情報が付加されている。データベースCの胸部レントゲン画像データには、年齢及び性別に加え、データベースA及びデータベースBよりも詳細な診療データが付加されている。診療データは、臨床的な背景や、心疾患による再入院や、死亡などのイベントの情報が含まれる。 Furthermore, database C containing chest X-ray image data of 1,562 patients hospitalized with heart disease was used as test data D5. Database C contains chest X-ray image data taken within two days of hospitalization. Of the data in the test data D5, 920 are for men. Chest X-ray image data in database A and database B is added with information on age and sex at the time the chest X-ray image data was captured, as well as finding information. The chest X-ray image data of database C is added with more detailed medical data than database A and database B in addition to age and sex. Clinical data includes information on clinical background and events such as re-hospitalization due to heart disease and death.

図8は、レントゲン年齢推定システムが用いたデータが示す年齢構成を示す図である。図8(a)、図8(b)、図8(c)はそれぞれ、データベースA、データベースB、及び、データベースCそれぞれの年齢のヒストグラムを示す。データベースAの年齢の範囲は1歳から95歳、中央値は49歳、四分位範囲は35~39歳である。データベースCの年齢の範囲は18歳から98歳、中央値は78歳、四分位範囲は69~84歳である。 FIG. 8 is a diagram showing the age structure indicated by the data used by the Roentgen age estimation system. FIG. 8(a), FIG. 8(b), and FIG. 8(c) show age histograms of database A, database B, and database C, respectively. The age range for database A is 1 to 95 years, with a median of 49 years and an interquartile range of 35-39 years. The age range for database C is 18 to 98 years, with a median of 78 years and an interquartile range of 69-84 years.

本実施例において、変換部13及び変換部53は、胸部レントゲン画像データを、320×320ピクセルのpng形式の画像データに変換した(図5のステップS105、図6のステップS210)。また、学習データ生成部14は、データベースAから得られた学習データに含まれる胸部レントゲン画像データが示す画像に、ランダムパディング及び回転を行って追加の学習データを生成した(図5のステップS110)。回転は、-20度~20度の間でランダムに行い、画像の反転は行わなかった。また、更新部17は、図5のステップS120及びステップS125において、以下の式(1)に示すMSE(mean square error;平均二乗誤差)を損失関数として用い、パラメータの値を更新した。なお、nは、学習データの数である。yは、学習データが示す正解の年齢(実年齢)であり、y はその学習データに含まれる胸部レントゲン画像データから推定された胸部レントゲン年齢である。 In this embodiment, the conversion unit 13 and the conversion unit 53 convert the chest X-ray image data into png format image data of 320×320 pixels (step S105 in FIG. 5, step S210 in FIG. 6). Further, the learning data generation unit 14 performed random padding and rotation on the image indicated by the chest X-ray image data included in the learning data obtained from the database A to generate additional learning data (step S110 in FIG. 5). . Rotation was randomized between -20 and 20 degrees, and no image reversal was performed. 5, the update unit 17 updates the parameter values using MSE (mean square error) shown in the following equation (1) as a loss function. Note that n is the number of learning data. yi is the correct age (actual age) indicated by the learning data, and y ^ i is the chest X-ray age estimated from the chest X-ray image data included in the learning data.

Figure 2022148729000002
Figure 2022148729000002

また、更新部17は、図5のステップS120及びステップS125において、最適化アルゴリズムとして、Adam(Adaptive Moment Estimation)及びCLR(Cyclical Learning Rate)を用いた。 The update unit 17 uses Adam (Adaptive Moment Estimation) and CLR (Cyclical Learning Rate) as optimization algorithms in steps S120 and S125 of FIG.

図9は、各レントゲン年齢推定モデルの推定精度を示す図である。図9は、レントゲン年齢推定学習装置10が、学習データD1を用いて学習した11種類の済みのレントゲン年齢推定モデルそれぞれに、検証データD2を用いて図5のステップS140の処理を行って得られた評価指標の値を示す。評価指標は、MSE、RMSE、実年齢と胸部レントゲン年齢とのピアソンの相関係数r(R)、MAEである。図9から、SENet154の推定精度が最も高いことがわかる。 FIG. 9 is a diagram showing the estimation accuracy of each Roentgen age estimation model. FIG. 9 is obtained by performing the processing of step S140 in FIG. indicates the value of the evaluation index. Evaluation indices are MSE, RMSE, Pearson's correlation coefficient r(R) between chronological age and chest radiograph age, and MAE. It can be seen from FIG. 9 that SENet 154 has the highest estimation accuracy.

図10は、検証データD2を用いて得られた胸部レントゲン年齢と実年齢との対応を示す図である。図10は、レントゲン年齢推定学習装置10が、SENet154を用いた学習済みのレントゲン年齢推定モデルに、検証データD2に含まれる胸部レントゲン画像データから得られた特徴量を入力して得た胸部レントゲン年齢と、検証データD2が示す実年齢との対応をプロットしたものである。ピアソンの相関係数のr値(R)は0.9516、p値(P)は2.2×10-323未満であった。 FIG. 10 is a diagram showing the correspondence between chest X-ray age and actual age obtained using verification data D2. FIG. 10 shows the chest X-ray age obtained by the X-ray age estimation learning device 10 by inputting the feature amount obtained from the chest X-ray image data included in the verification data D2 into the trained X-ray age estimation model using SENet 154. , and the actual age indicated by the verification data D2 are plotted. Pearson's correlation coefficient r-value (R) was 0.9516 and p-value (P) was less than 2.2×10 −323 .

図11は、テストデータD3、D4を用いて得られた胸部レントゲン年齢と実年齢の対応を示す図である。図11(a)は、レントゲン年齢推定装置50がテストデータD3を入力に用いて得た胸部レントゲン年齢と、テストデータD3が示す実年齢との対応をプロットしたものである。図11(b)は、レントゲン年齢推定装置50がテストデータD4を入力に用いて得た胸部レントゲン年齢と、テストデータD4が示す実年齢との対応をプロットしたものである。図11(a)及び図11(b)では、胸部レントゲン年齢の推定に、SENet154を用いた学習済みのレントゲン年齢推定モデルを用いた。 FIG. 11 is a diagram showing the correspondence between chest X-ray age and actual age obtained using test data D3 and D4. FIG. 11(a) plots the correspondence between the chest X-ray age obtained by the X-ray age estimating device 50 using the test data D3 as an input and the actual age indicated by the test data D3. FIG. 11(b) plots the correspondence between the chest X-ray age obtained by the X-ray age estimating device 50 using the test data D4 as an input and the actual age indicated by the test data D4. In FIGS. 11(a) and 11(b), a trained X-ray age estimation model using SENet154 was used to estimate the chest X-ray age.

図11(a)及び図11(b)に示すように、レントゲン年齢推定装置50が推定した胸部レントゲン年齢と実年齢とには、非常に強い相関が見受けられる。テストデータD3の場合、ピアソンの相関係数のr値(R)は0.961、p値(P)は2.2×10-323未満であり、胸部レントゲン年齢と実年齢とのMAEは3.79歳であった。また、テストデータD4の場合、ピアソンの相関係数のr値(R)は0.916、p値(P)=1.51×10-98であり、胸部レントゲン年齢と実年齢とのMAEは4.56歳であった。図11(c)は、4人の経験豊かな医師が胸部レントゲン画像に基づいて推定した年齢の平均と、実年齢との対応をプロットしたものである。医師による推定年齢と実年齢とには関連がみられるものの、レントゲン年齢推定装置50による推定結果の精度のほうが良いことがわかる。 As shown in FIGS. 11(a) and 11(b), there is a very strong correlation between the chest X-ray age estimated by the X-ray age estimation device 50 and the actual age. For test data D3, the r-value (R) of Pearson's correlation coefficient is 0.961, the p-value (P) is less than 2.2×10 −323 , and the MAE between chest radiograph age and chronological age is 3. was 79 years old. In the case of test data D4, the r value (R) of Pearson's correlation coefficient is 0.916, p value (P) = 1.51 × 10 -98 , and the MAE between the chest X-ray age and the actual age is was 4.56 years old. FIG. 11(c) plots the average ages estimated by four experienced doctors based on chest X-ray images and their actual ages. Although there is a relationship between the age estimated by the doctor and the actual age, it can be seen that the accuracy of the estimation result by the X-ray age estimation device 50 is better.

図12は、レントゲン年齢推定装置50が出力したヒートマップを示す図である。図12(a)は、レントゲン年齢推定装置50の寄与情報取得部55に、Grad-CAMを用いた場合のヒートマップである。図12(b)は、レントゲン年齢推定装置50の寄与情報取得部55に、Guided Grad-CAMを用いた場合のヒートマップである。図12(a)及び図12(b)によれば、縦隔の上部付近と胸郭の外周が推定に大きく寄与しており、大動脈の形状及び石灰化が胸部レントゲン年齢の推定に影響していることが考えられる。 FIG. 12 is a diagram showing a heat map output by the X-ray age estimation device 50. As shown in FIG. FIG. 12( a ) is a heat map when Grad-CAM is used for the contribution information acquisition unit 55 of the X-ray age estimation device 50 . FIG. 12(b) is a heat map when Guided Grad-CAM is used for the contribution information acquisition unit 55 of the X-ray age estimation device 50. FIG. According to FIGS. 12(a) and 12(b), the vicinity of the upper part of the mediastinum and the circumference of the thorax contribute greatly to the estimation, and the shape and calcification of the aorta affect the estimation of chest X-ray age. can be considered.

図13は、年齢差と所見ありのオッズ比との関係を示す図である。年齢差は、レントゲン年齢推定装置50がテストデータD3及びD4を用いて得た胸部レントゲン年齢と実年齢との差分である。レントゲン年齢推定装置50は、胸部レントゲン年齢の推定に、SENet154を用いた学習済みのレントゲン年齢推定モデルを用いた。また、図13には、ログスケールでの95%信頼区間を示している。図13は、年齢差が大きいほど、所見ありのオッズ比が上昇していることを示している。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the age difference and the odds ratio with findings. The age difference is the difference between the chest X-ray age obtained by the X-ray age estimation device 50 using the test data D3 and D4 and the actual age. The X-ray age estimation device 50 uses a trained X-ray age estimation model using SENet 154 to estimate the chest X-ray age. FIG. 13 also shows 95% confidence intervals on a log scale. FIG. 13 shows that the greater the age difference, the higher the odds ratio for those with findings.

図14は、年齢差と心不全のアウトカムとの関係を示す図である。年齢差は、レントゲン年齢推定装置50がテストデータD5を用いて得た胸部レントゲン年齢と実年齢との差分である。レントゲン年齢推定装置50は、胸部レントゲン年齢の推定に、SENet154を用いた学習済みのレントゲン年齢推定モデルを用いた。テストデータD5を用いて得られた胸部レントゲン年齢の推定精度は低下した。しかしながら、ピアソンの相関係数のr値は0.796、p値は4.6×10-291であり、強い相関が確認された。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between age differences and heart failure outcomes. The age difference is the difference between the chest X-ray age obtained by the X-ray age estimating device 50 using the test data D5 and the actual age. The X-ray age estimation device 50 uses a trained X-ray age estimation model using SENet 154 to estimate the chest X-ray age. The accuracy of chest radiographic age estimates obtained using test data D5 was reduced. However, Pearson's correlation coefficient r value was 0.796 and p value was 4.6×10 −291 , confirming a strong correlation.

さらに、テストデータD5を、年齢差に基づいて、胸部レントゲン年齢の方が若いグループG1と、胸部レントゲン年齢と実年齢とがほぼ同じグループG2と、胸部レントゲン年齢の方が高いグループG3との3つのグループに分離した。グループG1及びグループG3はそれぞれ全体の20%、グループG2は全体の60%である。そして、グループ毎に、テストデータD5に付加されている診療データに基づいてイベントなし生存率を算出した。ここでのイベントは、心不全による再入院、心臓移植、あらゆる原因による死亡の複合エンドポイントとした。図14は、グループ別のイベントなし生存率の経時的な変化を示している。図14から、実年齢が胸部レントゲン年齢よりも若いほど、イベントなし生存率が高く、実年齢が胸部レントゲン年齢よりも高いほどイベントなし生存率が低くなることがわかる。このように、心不全患者において、胸部レントゲン年齢を用いて、予後(心血管イベント発生の有無)を層別化できる。従って、胸部レントゲン年齢と実年齢の年齢差は、健常人の胸部レントゲン所見の見落とし防止に有用である。さらには、年齢差は疾患の重症度を表すため、胸部レントゲン年齢は、疾患治療の方針決定に役立つと考えられる。 Furthermore, based on the age difference, the test data D5 is divided into three groups: a group G1 whose chest X-ray age is younger, a group G2 whose chest X-ray age is almost the same as the actual age, and a group G3 whose chest X-ray age is higher. separated into two groups. Group G1 and group G3 are each 20% of the total, and group G2 is 60% of the total. Then, the event-free survival rate was calculated for each group based on the clinical data added to the test data D5. Events here were a composite endpoint of readmission for heart failure, heart transplant, and death from any cause. FIG. 14 shows changes over time in event-free survival rates by group. It can be seen from FIG. 14 that the event-free survival rate is higher when the chronological age is younger than the chest X-ray age, and the event-free survival rate is lower when the chronological age is higher than the chest X-ray age. Thus, in patients with heart failure, prognosis (presence or absence of occurrence of cardiovascular events) can be stratified using chest X-ray age. Therefore, the age difference between chest X-ray age and chronological age is useful for preventing overlooking of chest X-ray findings in healthy subjects. Furthermore, age on chest radiograph may help guide disease treatment decisions, as age differences reflect disease severity.

上述したレントゲン年齢推定装置50を適用したシステムの例を説明する。
図15は、レントゲン撮影システム100の構成を示す図である。レントゲン撮影システム100は、入力部110と、レントゲン撮影装置120と、レントゲン年齢推定装置130と、出力部140とを有する。レントゲン年齢推定装置130は、上述したレントゲン年齢推定装置50である。
An example of a system to which the X-ray age estimation device 50 described above is applied will be described.
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the X-ray imaging system 100. As shown in FIG. The X-ray imaging system 100 has an input unit 110 , an X-ray imaging device 120 , an X-ray age estimation device 130 and an output unit 140 . The Roentgen age estimation device 130 is the Roentgen age estimation device 50 described above.

入力部110は、レントゲン撮影システム100に対する指示を入力したり、各種情報を入力したりするユーザインタフェースである。入力部110は、例えば、ボタン、タッチパネル、キーボード、バーコードリーダなどである。入力部110は、レントゲン撮影システム100とネットワークを介して接続される他の装置から情報を受信してもよく、記録媒体から情報を読み込んでもよい。入力部110に入力される各種情報は、被験者情報を含む。被験者情報は、例えば、被験者の識別情報、氏名、生年月日、実年齢などの情報を含む。 The input unit 110 is a user interface for inputting instructions to the X-ray imaging system 100 and inputting various kinds of information. The input unit 110 is, for example, a button, touch panel, keyboard, barcode reader, or the like. The input unit 110 may receive information from another device connected to the X-ray imaging system 100 via a network, or may read information from a recording medium. Various information input to the input unit 110 includes subject information. Subject information includes, for example, subject identification information, name, date of birth, actual age, and other information.

レントゲン撮影装置120は、被験者のレントゲン撮影を行う従来の装置である。レントゲン撮影装置120は、入力部110により入力された指示に従って、レントゲン撮影を行う。レントゲン撮影装置120は、レントゲン撮影により得られた被験者のレントゲン画像データをレントゲン年齢推定装置130に出力する。レントゲン画像データには、撮影日時の情報が付加される。 The X-ray imaging device 120 is a conventional device for X-raying a subject. The X-ray imaging device 120 performs X-ray imaging in accordance with instructions input from the input unit 110 . The X-ray imaging device 120 outputs X-ray image data of the subject obtained by X-ray photography to the X-ray age estimation device 130 . Information on the photographing date and time is added to the X-ray image data.

レントゲン年齢推定装置130は、上述したレントゲン年齢推定装置50である。入力部110がレントゲン年齢推定装置50の入力部51を兼ねる場合、レントゲン年齢推定装置130は、レントゲン年齢推定装置50から入力部51を除いた構成でもよい。また、出力部140がレントゲン年齢推定装置50の出力部56を兼ねる場合、レントゲン年齢推定装置130は、レントゲン年齢推定装置50から出力部56を除いた構成でもよい。レントゲン年齢推定装置130は、レントゲン撮影装置120から出力されたレントゲン画像データと、入力部110により入力された被験者情報に含まれる実年齢の情報とを入力し、図6に示すレントゲン年齢の推定処理を行う。なお、レントゲン年齢推定装置130は、被験者情報に含まれる生年月日の情報と、レントゲン画像データに付加された撮影日時の情報とを用いて実年齢の情報を算出してもよい。レントゲン年齢推定装置130は、図6のステップS225において、レントゲン年齢の情報と、年齢差の情報と、ヒートマップとを、出力部140に出力する。 The Roentgen age estimation device 130 is the Roentgen age estimation device 50 described above. When the input unit 110 also serves as the input unit 51 of the Roentgen age estimation device 50 , the Roentgen age estimation device 130 may have a configuration in which the input unit 51 is removed from the Roentgen age estimation device 50 . If the output unit 140 also serves as the output unit 56 of the Roentgen age estimation device 50 , the Roentgen age estimation device 130 may have a configuration in which the output unit 56 is removed from the Roentgen age estimation device 50 . The X-ray age estimating device 130 receives the X-ray image data output from the X-ray imaging device 120 and the actual age information included in the subject information input by the input unit 110, and performs the X-ray age estimation process shown in FIG. I do. Note that the X-ray age estimation device 130 may calculate the actual age information using the information on the date of birth included in the subject information and the information on the photographing date and time added to the X-ray image data. Roentgen age estimation device 130 outputs the information on Roentgen age, the information on the age difference, and the heat map to output unit 140 in step S225 of FIG.

出力部140は、各種データを出力する。出力は、例えば、ディスプレイへの表示、プリンタによる印刷、記録媒体への書き込み、レントゲン撮影システム100とネットワークを介して接続される他の装置への送信である。出力部140は、レントゲン撮影装置120から出力されたレントゲン画像データと、入力部110により入力された被験者情報と、レントゲン年齢推定装置130から出力されたレントゲン年齢の情報、年齢差の情報及びヒートマップとを含む検査結果データを出力する。例えば、出力部140は、レントゲン撮影装置120によりレントゲン画像の撮影を行う度に、検査結果データの全て、あるいは、レントゲン年齢の情報又は年齢差の情報を少なくとも含む検査結果データの一部をディスプレイに表示する。さらに、出力部140は、検査結果データを記録媒体に書き込んだり、他の装置へ送信したりする。 The output unit 140 outputs various data. The output is, for example, display on a display, printing by a printer, writing on a recording medium, or transmission to another device connected to the X-ray imaging system 100 via a network. The output unit 140 outputs the X-ray image data output from the X-ray imaging device 120, the subject information input from the input unit 110, the X-ray age information, the age difference information and the heat map output from the X-ray age estimation device 130. and output the inspection result data including. For example, every time an X-ray image is captured by the X-ray imaging device 120, the output unit 140 displays all of the test result data, or a part of the test result data including at least X-ray age information or age difference information, on the display. indicate. Furthermore, the output unit 140 writes the inspection result data to a recording medium or transmits it to another device.

なお、レントゲン年齢推定装置130に、実年齢の情報を入力しなくてもよい。この場合、レントゲン年齢推定装置130から年齢差の情報が出力されない。出力部140は、被験者情報が示す実年齢の情報と、レントゲン年齢推定装置130から出力されたレントゲン年齢の情報との差分により年齢差の情報を算出する。 In addition, it is not necessary to input the information of the real age to the X-ray age estimation device 130 . In this case, the age difference information is not output from the X-ray age estimation device 130 . The output unit 140 calculates age difference information from the difference between the actual age information indicated by the subject information and the X-ray age information output from the X-ray age estimation device 130 .

図16は、評価システム200の構成を示す図である。評価システム200は、レントゲン年齢推定装置210と、評価装置220とを有する。レントゲン年齢推定装置210は、上述した実施形態のレントゲン年齢推定装置50である。後述する評価装置220の入力部230がレントゲン年齢推定装置50の入力部51を兼ねる場合、レントゲン年齢推定装置210は、レントゲン年齢推定装置50から入力部51を除いた構成でもよい。また、後述する評価装置220の出力部250がレントゲン年齢推定装置50の出力部56を兼ねる場合、レントゲン年齢推定装置210は、レントゲン年齢推定装置50から出力部56を除いた構成でもよい。レントゲン年齢推定装置210は、図6の処理を行って得られた被験者のレントゲン年齢の情報を評価装置220に出力する。レントゲン年齢推定装置210は、レントゲン年齢に代えて又は加えて、被験者の実年齢とレントゲン年齢との年齢差の情報を評価装置220に出力してもよい。 FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the evaluation system 200. As shown in FIG. The evaluation system 200 has an X-ray age estimation device 210 and an evaluation device 220 . The Roentgen age estimation device 210 is the Roentgen age estimation device 50 of the embodiment described above. When the input unit 230 of the evaluation device 220 (to be described later) also serves as the input unit 51 of the Roentgen age estimation device 50 , the Roentgen age estimation device 210 may have a configuration in which the input unit 51 is removed from the Roentgen age estimation device 50 . When the output unit 250 of the evaluation device 220 (to be described later) also serves as the output unit 56 of the Roentgen age estimation device 50 , the Roentgen age estimation device 210 may have a configuration in which the output unit 56 is removed from the Roentgen age estimation device 50 . The Roentgen age estimating device 210 outputs information on the Roentgen age of the subject obtained by performing the processing of FIG. 6 to the evaluation device 220 . The roentgen age estimation device 210 may output to the evaluation device 220 information on the age difference between the actual age of the subject and the roentgen age instead of or in addition to the roentgen age.

評価装置220は、レントゲン年齢推定装置210が推定した被験者のレントゲン年齢と、被験者の生体又は生活習慣に関する情報又は当該情報を表す数値とを用いて所定の演算を行った結果に基づいて、被験者の疾病又は病態に関する評価を行う。評価装置220は、レントゲン年齢に代えて又は加えて、被験者の年齢差の情報を用いて評価を行ってもよい。評価装置220は、一例として、図4に示すコンピュータ80により実現される。この場合、コンピュータ80の記憶部82は、コンピュータ80を評価装置220として機能させるためのプログラムを記憶する。評価装置220の機能の全て又は一部は、ASICやPLD等のハードウェアを用いて実現されてもよい。 The evaluation device 220 performs a predetermined calculation using the roentgen age of the subject estimated by the roentgen age estimating device 210 and the information on the biological body or lifestyle of the subject or a numerical value representing the information. Evaluate for a disease or condition. The evaluation device 220 may perform evaluation using information on the age difference of the subjects in place of or in addition to the X-ray age. The evaluation device 220 is realized by the computer 80 shown in FIG. 4 as an example. In this case, the storage unit 82 of the computer 80 stores a program for causing the computer 80 to function as the evaluation device 220. FIG. All or part of the functions of the evaluation device 220 may be realized using hardware such as ASIC and PLD.

ここで、レントゲン年齢及び年齢差の情報を用いない従来の評価の例を説明する。一例として、今後の狭心症・心筋梗塞などの発症を予測する吹田スコアがある(例えば、http://www.ncvc.go.jp/pr/release/006484.html参照)。吹田スコアでは、危険因子に、年齢、性別、現在喫煙、糖尿病、血圧、LDLコレステロール、HDLコレステロール、CKD(慢性腎臓病)など、被験者の生体に関する情報や、生活習慣に関する情報を用いる。これらの危険因子の種類毎に被験者に得点を付与し、それら得点の合計点に基づいて、その被験者の10年間の冠動脈疾患発症確率を得る。得点の付与方法は、各危険因子の種類に応じて決められる。例えば、年齢の場合、35~44歳、45~54歳、…のようにカテゴライズされた段階的な数値範囲のいずれに属するかに応じて離散的な得点が決定される。また、血圧の場合、至適血圧、正常血圧、Stage1高血圧、Stage2以上高血圧など、血圧の状態に応じた離散的な得点が決定される。また、CKDの場合、Stage1or2(eGFR≧60)、Stage3(eGFR30~<60)、Stage4or5(eGFR<30)のように、eGFR(推算糸球体濾過量)の値に応じた状態に基づいてカテゴライズされたカテゴリのうちいずれに属するかにより離散的な得点が決定される。このように、一部の種類の危険因子では、その危険因子の数値や状態が属するカテゴリによって得点が決定される。また、一部の種類の危険因子では、その危険因子に該当するか否かによって得点が異なる。例えば、現在喫煙している場合に所定の得点が付与され、現在喫煙していない場合は付与されない、換言すれば0点が付与される。 Here, an example of conventional evaluation that does not use information on radiographic age and age difference will be described. One example is the Suita score, which predicts future onset of angina pectoris, myocardial infarction, etc. (see, for example, http://www.ncvc.go.jp/pr/release/006484.html). The Suita score uses, as risk factors, biological information and lifestyle habits of subjects such as age, sex, current smoking, diabetes, blood pressure, LDL cholesterol, HDL cholesterol, and CKD (chronic kidney disease). A subject is given a score for each type of these risk factors, and based on the total score, the subject's 10-year probability of developing coronary artery disease is obtained. A scoring method is determined according to the type of each risk factor. For example, in the case of age, discrete scores are determined according to which one of the categorized stepwise numerical ranges such as 35 to 44 years old, 45 to 54 years old, and so on. In the case of blood pressure, discrete scores such as optimal blood pressure, normal blood pressure, Stage 1 hypertension, and Stage 2 or higher hypertension are determined according to blood pressure conditions. In addition, in the case of CKD, it is categorized based on the state according to the value of eGFR (estimated glomerular filtration rate), such as Stage 1 or 2 (eGFR ≥ 60), Stage 3 (eGFR 30 ~ < 60), Stage 4 or 5 (eGFR < 30). A discrete score is determined according to which of the categories listed above belongs to. Thus, for some types of risk factors, the score is determined by the category to which the risk factor value or condition belongs. Also, for some types of risk factors, the score differs depending on whether or not the risk factor applies. For example, if the smoker is currently smoking, a predetermined score is given, and if the smoker is not currently smoking, no score is given, in other words, 0 points are given.

また、他の例として、非弁膜症性心房細動における脳梗塞のリスク評価に用いられるCHADSスコア、CHADS-VAScスコア(例えば、https://www.jhf.or.jp/pro/hint/c3/hint005.html参照)がある。CHADSスコアは、心不全、高血圧、75歳以上、糖尿病、及び、脳梗塞/一過性脳虚血発作それぞれの危険因子の有無に応じた得点を合計したリスク評価値である。CHADS-VAScスコアは、さらに、危険因子に、65歳以上74歳以下の年齢、血管疾患合併例、性別を加え、各危険因子の有無に応じた得点を合計したリスク評価値である。 In addition, as other examples, CHADS 2 score, CHA 2 DS 2 -VASc score used for risk assessment of cerebral infarction in non-valvular atrial fibrillation (e.g., https://www.jhf.or.jp/pro /hint/c3/hint005.html). The CHADS 2 score is a risk evaluation value obtained by totaling scores according to the presence or absence of risk factors for heart failure, hypertension, age 75 or older, diabetes, and cerebral infarction/transient ischemic attack. The CHA 2 DS 2 -VASc score is a risk assessment value obtained by adding the age of 65 to 74 years old, vascular disease complications, and gender to the risk factors, and summing the scores according to the presence or absence of each risk factor. .

上記の例の評価値は、評価を行う対象に関連する各危険因子に対応した評価パラメータを加算するという予め決められた算出式に、各評価パラメータの値を代入することより算出される。各評価パラメータの値は、評価パラメータに対応した危険因子、すなわち、被験者の生体又は生活習慣に関する情報に基づいて決定される。 The evaluation value in the above example is calculated by substituting the value of each evaluation parameter into a predetermined calculation formula for adding the evaluation parameter corresponding to each risk factor related to the subject to be evaluated. The value of each evaluation parameter is determined based on the risk factor corresponding to the evaluation parameter, that is, information on the subject's biological body or lifestyle.

本実施形態の評価装置220は、レントゲン年齢推定装置210が推定した被験者のレントゲン年齢に応じた評価パラメータと、被験者の生体又は生活習慣に関する情報に応じた評価パラメータとを用いた所定の算出式の演算により、疾患又は病態に関する評価を行うための評価値を算出する。なお、レントゲン年齢に代えて又は加えて、レントゲン年齢と実年齢との年齢差に応じた評価パラメータを評価値の算出に用いてもよい。 The evaluation device 220 of the present embodiment uses an evaluation parameter corresponding to the roentgen age of the subject estimated by the roentgen age estimation device 210 and an evaluation parameter corresponding to information on the biological body or lifestyle of the subject. An evaluation value for evaluating a disease or pathological condition is calculated by calculation. Instead of or in addition to the X-ray age, an evaluation parameter according to the age difference between the X-ray age and the actual age may be used to calculate the evaluation value.

評価装置220は、入力部230と、評価部240と、出力部250とを有する。入力部230は、データを入力する。入力は、キーボードやマウス、タッチパネルなどのユーザインタフェースを用いてもよく、ネットワークを介して接続される他の装置からの受信でもよく、記録媒体からの読み込みでもよい。入力部230は、被験者の評価パラメータに応じた生体又は生活習慣に関する情報を入力し、さらに、レントゲン年齢推定装置210が出力したレントゲン年齢の情報と年齢差の情報との一方又は両方を入力する。入力部230は、入力した値を評価部240に出力する。 The evaluation device 220 has an input section 230 , an evaluation section 240 and an output section 250 . The input unit 230 inputs data. Input may be made using a user interface such as a keyboard, mouse, or touch panel, may be received from another device connected via a network, or may be read from a recording medium. The input unit 230 inputs information about the living body or lifestyle according to the evaluation parameters of the subject, and further inputs either or both of the information on the X-ray age and the information on the age difference output by the X-ray age estimation device 210 . The input unit 230 outputs the input value to the evaluation unit 240 .

評価部240は、レントゲン年齢推定装置210からレントゲン年齢の情報が入力された場合、レントゲン年齢に対応した評価パラメータに、レントゲン年齢に応じた値を設定する。同様に、評価部240は、レントゲン年齢推定装置210から年齢差の情報が入力された場合、年齢差に対応した評価パラメータに、年齢差に応じた値を設定する。なお、評価部240は、レントゲン年齢推定装置210から入力されたレントゲン年齢と、入力部230により入力された実年齢との差分により年齢差を算出してもよい。このように、年齢差は、レントゲン年齢に所定の演算を行って得られる情報でもある。さらに、評価部240は、被験者の生体又は生活習慣に関する各情報に対応した評価パラメータそれぞれに、その情報に対応した値を設定する。生体に関する情報の例は、年齢、性別、各種臨床検査の検査結果、各種臨床検査の検査結果に基づいて分類された状態、過去の各種疾患、現在の各種疾患などの情報であるが、これらに限定されない。また、生活に関する情報の例は、喫煙、睡眠時間、食事などの情報であるが、これらに限定されない。 When the information on the age by X-rays is input from the age estimation device 210 for X-rays, the evaluation unit 240 sets the evaluation parameter corresponding to the age by X-rays to a value corresponding to the age by X-rays. Similarly, when the age difference information is input from the X-ray age estimation device 210, the evaluation unit 240 sets the evaluation parameter corresponding to the age difference to a value corresponding to the age difference. Note that the evaluation unit 240 may calculate the age difference from the difference between the X-ray age input from the X-ray age estimation device 210 and the actual age input from the input unit 230 . Thus, the age difference is also information obtained by performing a predetermined calculation on the X-ray age. Furthermore, the evaluation unit 240 sets values corresponding to the information to each evaluation parameter corresponding to each information about the biological body or lifestyle of the subject. Examples of biological information include information such as age, sex, test results of various clinical tests, conditions classified based on test results of various clinical tests, various past diseases, and various current diseases. Not limited. In addition, examples of information related to life include, but are not limited to, information on smoking, sleeping hours, meals, and the like.

評価パラメータに設定される値は、例えば、評価パラメータに対応する情報が示す値、評価パラメータに対応する情報が示す状態に応じた値、評価パラメータに対応する情報が示す値又状態が属するカテゴリに応じた値、評価パラメータに対応する情報が示す値に所定の演算を行った値、評価パラメータに対応する情報に該当するか否かに応じた値である。評価部240は、レントゲン年齢の値をそのまま評価パラメータ値としてもよく、レントゲン年齢がカテゴライズされた範囲(例えば、a1歳未満、a1歳~a2歳、a2歳~a3歳、…など)のうちいずれに属するかに応じた評価パラメータ値としてもよい。また、例えば、評価部240は、年齢差の値をそのまま評価パラメータ値としてもよく、年齢差がカテゴライズされた範囲(例えば、b歳以上、b歳~-b歳、-b歳以下など)のうちいずれに属するかに応じた評価パラメータ値としてもよい。 The value set in the evaluation parameter is, for example, the value indicated by the information corresponding to the evaluation parameter, the value indicated by the information corresponding to the evaluation parameter, the value indicated by the information corresponding to the evaluation parameter, or the category to which the state belongs. a value obtained by performing a predetermined operation on a value indicated by information corresponding to the evaluation parameter; and a value corresponding to whether or not the information corresponds to the evaluation parameter. The evaluation unit 240 may use the value of the X-ray age as the evaluation parameter value as it is, and the range in which the X-ray age is categorized (for example, under a1, a1 to a2, a2 to a3, etc.) It may be an evaluation parameter value according to whether it belongs to. Further, for example, the evaluation unit 240 may use the value of the age difference as the evaluation parameter value as it is, and the range in which the age difference is categorized (for example, age b or older, age b to -b, age -b or younger, etc.) It may be an evaluation parameter value according to which one of them it belongs to.

評価部240は、評価対象の評価を定量的な値で表す評価値を、各評価パラメータを用いて算出する算出式に、各評価パラメータの値を代入して評価値を算出する。算出式の例は、評価パラメータの加算であるがこれに限定されず、任意の算出式が用いられる。算出式が評価パラメータの重み付け加算である場合、レントゲン年齢又は年齢差に対応した評価パラメータの値に応じて、他の評価パラメータに対する重みを決定してもよい。評価対象は、疾患又は病態の重症度、予後予測などの疾患又は病態に関する情報である。また、評価部240は、評価値と評価(例えば、リスク低/中/高や、x1%/x2%/…など)との対応付けを予め記憶し、算出した評価値に対応した評価を得てもよい。出力部250は、評価部240が算出した評価値と、評価値に対応した評価との一方又は両方を評価結果として出力部250に出力する。 The evaluation unit 240 calculates the evaluation value by substituting the value of each evaluation parameter into the calculation formula for calculating the evaluation value representing the evaluation of the evaluation target with a quantitative value using each evaluation parameter. An example of the calculation formula is addition of evaluation parameters, but is not limited to this, and any calculation formula is used. When the calculation formula is a weighted addition of evaluation parameters, weights for other evaluation parameters may be determined according to the value of the evaluation parameter corresponding to the X-ray age or age difference. An evaluation target is information about a disease or pathological condition, such as severity of the disease or pathological condition, prognosis prediction, or the like. In addition, the evaluation unit 240 stores in advance the correspondence between the evaluation value and the evaluation (for example, low/medium/high risk, x1%/x2%/, etc.), and obtains the evaluation corresponding to the calculated evaluation value. may The output unit 250 outputs one or both of the evaluation value calculated by the evaluation unit 240 and the evaluation corresponding to the evaluation value to the output unit 250 as evaluation results.

各評価パラメータを用いた評価値の算出に人工知能を用いてもよい。この場合、評価値の算出式は、例えば、DNNなどに相当する。DNNを用いる場合、DNNの入力を各評価パラメータの値とし、出力を評価値とする。レントゲン年齢や年齢差に対応した評価パラメータの値には、レントゲン年齢や年齢差の値をそのまま使用してもよく、レントゲン年齢や年齢差の値が属する数値範囲に対応した離散値を使用してもよく、レントゲン年齢や年齢差を正規化した連続値を使用してもよい。 Artificial intelligence may be used to calculate the evaluation value using each evaluation parameter. In this case, the evaluation value calculation formula corresponds to, for example, DNN. When using the DNN, the input of the DNN is the value of each evaluation parameter, and the output is the evaluation value. For the values of the evaluation parameters corresponding to the X-ray age and age difference, the X-ray age and age difference values may be used as they are, or discrete values corresponding to the numerical ranges to which the X-ray age and age difference values belong may be used. Alternatively, continuous values normalized to X-ray age or age differences may be used.

なお、評価対象に応じて評価値の算出に用いられる評価パラメータの種類及び評価値を算出するための演算(算出式)は、学習データを用いた学習により統計的に決められる。 Note that the types of evaluation parameters used to calculate the evaluation value and the calculation (calculation formula) for calculating the evaluation value are statistically determined by learning using learning data according to the evaluation target.

出力部250は、評価部240から受信した評価結果を出力する。出力は、例えば、ディスプレイへの表示、プリンタによる印刷、記録媒体への書き込み、評価装置220とネットワークを介して接続される他の装置への送信のうち一以上を含む。 The output unit 250 outputs the evaluation result received from the evaluation unit 240 . The output includes, for example, one or more of display on a display, printing by a printer, writing on a recording medium, and transmission to another device connected to the evaluation device 220 via a network.

以上、説明した実施形態によれば、人工知能を用いて、被験者の胸部レントゲン画像データから年齢を推測できる。レントゲン年齢、及び、胸部レントゲン年齢という新しい概念は、患者にも直感的に理解しやすく、広く使用される可能性がある。また、胸部レントゲン年齢と実年齢との年齢差により、異常所見があるか否かの判定を支援することができる。よって、一般の検診や診療において、異常所見の見落としが少なくなることが期待される。また、異常を検知した箇所をハイライトして示すことができるため、同じアウトカムでも何が原因かをより深く議論できるようになる。また、胸部レントゲン年齢と実年齢との年齢差は、疾患の重症度を反映している。この年齢差により、心不全患者が胸部レントゲン画像データを撮影した後の予後が層別化される。よって、疾患患者の治療の方針決定に役立つことが期待され、レントゲン年齢、及び、胸部レントゲン年齢は、医療関係者にも広く使用される可能性がある。また、胸部レントゲン画像は、読影者によって所見にばらつきがあるために、デジタル医療に活用されにくかった。本実施形態では、胸部レントゲン所見を胸部レントゲン年齢という一意の定量的な値にすることができるため、デジタル医療の推進に貢献できる可能性があると考えられる。 According to the embodiments described above, artificial intelligence can be used to estimate the age of a subject from chest X-ray image data. The new concepts of X-ray age and chest X-ray age are intuitively easy for patients to understand and may be widely used. In addition, the age difference between the chest X-ray age and the actual age can support the determination of whether or not there is an abnormal finding. Therefore, it is expected that abnormal findings will be overlooked less in general medical examinations and medical treatments. In addition, since it is possible to highlight and indicate the location where anomalies are detected, it becomes possible to discuss in more depth what the cause is even for the same outcome. In addition, the age difference between the chest X-ray age and the chronological age reflects the severity of the disease. This age difference stratifies the prognosis of heart failure patients after chest X-ray image data is taken. Therefore, it is expected that it will be useful in determining the treatment policy for diseased patients, and there is a possibility that the X-ray age and the chest X-ray age will be widely used by medical personnel. In addition, chest X-ray images have been difficult to utilize in digital medical care because of variations in findings depending on the reader. In this embodiment, the chest X-ray findings can be converted into a unique quantitative value of chest X-ray age, so it is considered possible to contribute to the promotion of digital medicine.

さらには、健診や診療において被験者のレントゲン撮影を行うと、レントゲン年齢や年齢差の情報を提供することが可能となる。よって、臨床において有用な情報を迅速に提供することができる。さらには、疾患・病態の重症度評価、予後予測研究において、レントゲン年齢や年齢差の情報を評価パラメータの1つとして組み込むことが可能となる。よって、新たな研究の道具としてレントゲン年齢を使用することができるようになる。 Furthermore, when X-rays are taken of a subject in health checkups and medical treatments, it is possible to provide information on X-ray ages and age differences. Therefore, clinically useful information can be rapidly provided. Furthermore, in the evaluation of the severity of diseases and pathological conditions and in prognostic prediction research, it is possible to incorporate information on X-ray age and age difference as one of the evaluation parameters. Therefore, Roentgen age can be used as a new research tool.

上記実施形態では、人体の内部を透過撮影して得られた画像のデータとして、胸部のレントゲン画像データを用いる場合を例に説明したが、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、CT(Computed Tomography)などの他の方法により撮影した画像などでもよく、また、脳など他の部分の画像でもよい。 In the above-described embodiment, the case of using X-ray image data of the chest as the data of the image obtained by transmissive imaging of the inside of the human body has been described as an example. An image captured by another method, or an image of another part such as the brain may be used.

上述の実施形態によれば、レントゲン年齢推定学習装置は、学習部を備える。学習部は、被験者のレントゲン画像のデータとそのレントゲン画像が撮影されたときの被験者の年齢とを用いて、レントゲン画像のデータから得られた特徴量と被験者の年齢との対応を示すモデルであるレントゲン年齢推定モデルを学習する。 According to the above-described embodiment, the Roentgen age estimation learning device comprises a learning unit. The learning unit is a model that shows the correspondence between the feature amount obtained from the X-ray image data and the subject's age, using the X-ray image data of the subject and the age of the subject when the X-ray image was taken. Train the Roentgen age estimation model.

レントゲン年齢推定装置は、推定部を備える。推定部は、レントゲン年齢推定学習装置が学習したレントゲン年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者のレントゲン画像である推定対象レントゲン画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の被験者の年齢の推定結果を得る。レントゲン年齢推定装置は、さらに寄与情報取得部を備えてもよい。寄与情報取得部は、推定対象レントゲン画像において年齢推定対象の被験者の年齢推定に寄与した度合いが所定条件を満たす特徴量が得られた部分に関する情報である寄与情報を取得する。レントゲン年齢推定装置は、さらに出力部を備えてもよい。出力部は、推定部による推定結果の年齢の情報、年齢推定対象の被験者の実年齢と推定部による推定結果の年齢との差分の情報、及び、寄与情報のうち一以上を出力する。 The X-ray age estimating device includes an estimating unit. The estimation unit inputs the feature amount obtained from the data of the X-ray image of the target subject for age estimation, which is the X-ray image of the subject whose age is to be estimated, to the X-ray age estimation model learned by the X-ray age estimation learning device. Get the age estimation result. The X-ray age estimation device may further include a contribution information acquisition unit. The contribution information acquisition unit acquires contribution information, which is information relating to a portion of the estimation target X-ray image from which a feature amount that satisfies a predetermined condition for a degree of contribution to the age estimation of the age estimation target subject is obtained. The Roentgen age estimation device may further include an output unit. The output unit outputs one or more of information on the age of the result of estimation by the estimation unit, information on the difference between the actual age of the subject whose age is to be estimated and the age of the result of estimation by the estimation unit, and contribution information.

例えば、レントゲン画像は、被験者の胸部のレントゲン画像であり、推定対象レントゲン画像は、年齢推定対象の被験者の胸部のレントゲン画像である。 For example, the X-ray image is an X-ray image of the chest of the subject, and the estimation target X-ray image is an X-ray image of the chest of the subject whose age is to be estimated.

また、レントゲン撮影システムにレントゲン年齢推定装置を備えてもよい。レントゲン撮影システムが有するレントゲン撮影装置は、被験者のレントゲン撮影を行って得られたレントゲン画像のデータを、推定対象レントゲン画像のデータとしてレントゲン年齢推定装置に入力する。 Also, the X-ray imaging system may be equipped with an X-ray age estimator. An X-ray apparatus included in an X-ray imaging system inputs X-ray image data obtained by X-ray imaging of a subject to an X-ray age estimation apparatus as estimation target X-ray image data.

また、評価装置は、評価部を備える。評価部は、レントゲン年齢推定装置による被験者の年齢の推定結果と、被験者の生体又は生活習慣に関する情報又は当該情報を表す数値とを用いて所定の演算を行った結果に基づいて、被験者の疾病又は病態に関する評価を行う。 The evaluation device also includes an evaluation unit. The evaluation unit determines whether the subject's disease or Evaluate pathology.

画像年齢推定学習装置は、学習部を備える。画像年齢推定学習装置は、例えば、実施形態のレントゲン年齢推定学習装置10に対応する。学習部は、被験者の人体を透過撮影して得られた画像である透過撮影画像のデータと透過撮影画像が撮影されたときの被験者の年齢の情報とを用いて、透過撮影画像のデータから得られた特徴量と被験者の年齢との対応を示す年齢推定モデルを学習する。年齢推定モデルは、例えば、実施形態のレントゲン年齢推定モデルに対応する。透過撮影画像は、例えば、レントゲン撮影により得られた画像、MRIにより得られた画像を含む。特徴量は、例えば、画素値である。 The image age estimation learning device includes a learning unit. The image age estimation learning device corresponds to, for example, the X-ray age estimation learning device 10 of the embodiment. The learning unit obtains from the transmission image data using the data of the transmission image, which is an image obtained by transmission photography of the human body of the subject, and the age information of the subject when the transmission image was captured. It learns an age estimation model that shows the correspondence between the features obtained and the age of the subject. The age estimation model corresponds to, for example, the Roentgen age estimation model of the embodiment. Transmitted images include, for example, images obtained by X-ray imaging and images obtained by MRI. A feature amount is, for example, a pixel value.

画像年齢推定装置は、推定部を備える。画像年齢推定装置は、例えば、実施形態のレントゲン年齢推定装置50に対応する。推定部は、画像年齢推定学習装置が学習した年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者の透過撮影画像である推定対象画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の被験者の年齢の推定結果を得る。 The image age estimating device includes an estimating unit. The image age estimation device corresponds to, for example, the X-ray age estimation device 50 of the embodiment. The estimating unit inputs, to the age estimation model learned by the image age estimation learning device, the feature amount obtained from the data of the estimation target image, which is the transmission image of the subject for age estimation, and calculates the age of the subject for age estimation. We obtain the estimation result of

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, it is clear that the above embodiments are merely examples of the present invention and that the present invention is not limited to the above embodiments. be. Therefore, additions, omissions, substitutions, and other modifications of components may be made without departing from the technical idea and scope of the present invention.

1…レントゲン年齢推定システム、10…レントゲン年齢推定学習装置、11…モデル記憶部、12…データ記憶部、13…変換部、14…学習データ生成部、15…学習部、16…推定部、17…更新部、18…選択部、19…出力部、50…レントゲン年齢推定装置、51…入力部、52…モデル記憶部、53…変換部、54…推定部、55…寄与情報取得部、56…出力部、80…コンピュータ、81…プロセッサ、82…記憶部、83…ユーザインタフェース、84…通信インタフェース、85…バス、100…レントゲン撮影システム、110…入力部、120…レントゲン撮影装置、130…レントゲン年齢推定装置、140…出力部、200…評価システム、210…レントゲン年齢推定装置、220…評価装置、230…入力部、240…評価部、250…出力部 Reference Signs List 1... Roentgen age estimation system, 10... Roentgen age estimation learning device, 11... Model storage unit, 12... Data storage unit, 13... Conversion unit, 14... Learning data generation unit, 15... Learning unit, 16... Estimation unit, 17 ... update unit 18 ... selection unit 19 ... output unit 50 ... X-ray age estimation device 51 ... input unit 52 ... model storage unit 53 ... conversion unit 54 ... estimation unit 55 ... contribution information acquisition unit 56 ... output section 80 ... computer 81 ... processor 82 ... storage section 83 ... user interface 84 ... communication interface 85 ... bus 100 ... X-ray imaging system 110 ... input section 120 ... X-ray imaging apparatus 130 ... roentgen age estimation device 140 output unit 200 evaluation system 210 roentgen age estimation device 220 evaluation device 230 input unit 240 evaluation unit 250 output unit

Claims (14)

被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示すレントゲン年齢推定モデルを学習する学習部、
を備えるレントゲン年齢推定学習装置。
X-ray image data of a subject and information on the age of the subject when the X-ray image was taken, X-ray age indicating the correspondence between the feature value obtained from the X-ray image data and the age of the subject a learning unit that learns the estimation model;
Roentgen age estimation learning device.
前記レントゲン画像は、胸部のレントゲン画像である、
請求項1に記載のレントゲン年齢推定学習装置。
The X-ray image is a chest X-ray image,
The X-ray age estimation learning device according to claim 1.
被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて学習されたレントゲン年齢推定モデルであって、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す前記レントゲン年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者のレントゲン画像である推定対象レントゲン画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の前記被験者の年齢の推定結果を得る推定部、
を備えるレントゲン年齢推定装置。
An X-ray age estimation model trained using X-ray image data of a subject and information about the age of the subject when the X-ray image was taken, wherein the feature amount obtained from the X-ray image data and the A feature amount obtained from the data of an estimated target X-ray image, which is an X-ray image of a subject whose age is to be estimated, is input into the X-ray age estimation model that indicates the correspondence with the subject's age, and the age of the subject whose age is to be estimated is calculated. an estimation unit that obtains an estimation result;
Roentgen age estimator.
前記推定対象レントゲン画像において年齢推定対象の前記被験者の年齢推定に寄与した度合いが所定条件を満たす前記特徴量が得られた部分に関する情報である寄与情報を取得する寄与情報取得部、
をさらに備える請求項3に記載のレントゲン年齢推定装置。
A contribution information acquiring unit that acquires contribution information that is information about a portion of the X-ray image of the estimation target from which the feature quantity satisfying a predetermined condition for the degree of contribution to age estimation of the subject for age estimation satisfies a predetermined condition;
4. The radiographic age estimation device of claim 3, further comprising:
前記推定部による推定結果の前記年齢の情報、年齢推定対象の前記被験者の実年齢と前記推定部による推定結果の前記年齢との差分の情報、及び、前記寄与情報のうち一以上を出力する出力部をさらに備える、
請求項4に記載のレントゲン年齢推定装置。
Output for outputting one or more of information on the age of the estimation result by the estimation unit, information on the difference between the actual age of the subject whose age is to be estimated and the age of the estimation result by the estimation unit, and the contribution information further comprising a part,
The X-ray age estimating device according to claim 4.
前記レントゲン画像及び前記推定対象レントゲン画像は、胸部のレントゲン画像である、
請求項3から請求項5のいずれか一項に記載のレントゲン年齢推定装置。
The X-ray image and the estimated target X-ray image are chest X-ray images,
The Roentgen age estimating device according to any one of claims 3 to 5.
被験者の人体を透過撮影して得られた画像である透過撮影画像のデータと前記透過撮影画像が撮影されたときの被験者の年齢の情報とを用いて、前記透過撮影画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す年齢推定モデルを学習する学習部、
を備える画像年齢推定学習装置。
obtained from the transmission image data by using the data of the transmission image, which is an image obtained by transmission photography of the human body of the subject, and the age information of the subject when the transmission image was captured a learning unit that learns an age estimation model that indicates the correspondence between the feature amount and the subject's age;
An image age estimation learning device comprising:
被験者の人体を透過撮影して得られた画像である透過撮影画像のデータと前記透過撮影画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて学習された年齢推定モデルであって、前記透過撮影画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す前記年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者の透過撮影画像である推定対象画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の前記被験者の年齢の推定結果を得る推定部、
を備える画像年齢推定装置。
An age estimation model learned using transmission image data obtained by transmission imaging of a subject's human body and age information of the subject when the transmission imaging image was captured, The feature amount obtained from the data of the estimation target image, which is the transmission image of the subject whose age is to be estimated, is added to the age estimation model showing the correspondence between the feature amount obtained from the data of the transmission image and the age of the subject. and an estimation unit that obtains a result of estimating the age of the subject whose age is to be estimated,
An image age estimation device comprising:
請求項3から請求項6のいずれか一項に記載のレントゲン年齢推定装置と、
被験者のレントゲン撮影を行い、前記レントゲン撮影により得られた前記被験者のレントゲン画像のデータを推定対象レントゲン画像のデータとして前記レントゲン年齢推定装置に入力するレントゲン撮影装置と、
を備えるレントゲン撮影システム。
The X-ray age estimation device according to any one of claims 3 to 6;
an X-ray imaging device that performs X-ray photography of a subject and inputs data of the X-ray image of the subject obtained by the X-ray photography into the X-ray age estimation device as data of the X-ray image to be estimated;
X-ray system with.
請求項3から請求項6のいずれか一項に記載のレントゲン年齢推定装置による被験者の年齢の推定結果と、前記被験者の生体又は生活習慣に関する情報又は当該情報を表す数値とを用いて所定の演算を行った結果に基づいて、前記被験者の疾病又は病態に関する評価を行う評価部、
を備える評価装置。
Predetermined calculation using the estimated age of the subject by the X-ray age estimation apparatus according to any one of claims 3 to 6 and information on the biological body or lifestyle of the subject or a numerical value representing the information An evaluation unit that evaluates the subject's disease or condition based on the results of the
An evaluation device comprising:
被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示すレントゲン年齢推定モデルを学習する学習ステップ、
を有するレントゲン年齢推定学習方法。
X-ray image data of a subject and information on the age of the subject when the X-ray image was taken, X-ray age indicating the correspondence between the feature amount obtained from the X-ray image data and the age of the subject a learning step for learning the estimation model;
Roentgen age estimation learning method comprising:
被験者のレントゲン画像のデータと前記レントゲン画像が撮影されたときの前記被験者の年齢の情報とを用いて学習されたレントゲン年齢推定モデルであって、前記レントゲン画像のデータから得られた特徴量と前記被験者の年齢との対応を示す前記レントゲン年齢推定モデルに、年齢推定対象の被験者のレントゲン画像である推定対象レントゲン画像のデータから得られた特徴量を入力し、年齢推定対象の前記被験者の年齢の推定結果を得る推定ステップ、
を有するレントゲン年齢推定方法。
An X-ray age estimation model trained using X-ray image data of a subject and information about the age of the subject when the X-ray image was taken, wherein the feature amount obtained from the X-ray image data and the A feature amount obtained from the data of an estimated target X-ray image, which is an X-ray image of a subject whose age is to be estimated, is input into the X-ray age estimation model that indicates the correspondence with the subject's age, and the age of the subject whose age is to be estimated is calculated. an estimation step for obtaining an estimation result;
Roentgen age estimation method comprising:
コンピュータを、
請求項1又は請求項2に記載のレントゲン年齢推定学習装置として動作させるためのプログラム。
the computer,
A program for operating as the X-ray age estimation learning device according to claim 1 or 2.
コンピュータを、
請求項3から請求項6のいずれか一項に記載のレントゲン年齢推定装置として動作させるためのプログラム。
the computer,
A program for operating as the X-ray age estimating device according to any one of claims 3 to 6.
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