JP2022518267A - 中耳炎診断のための機械学習 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、その出願が参照することによって本明細書に組み込まれる2019年1月25日に出願された米国仮出願第62/796,762号の利益を主張する。
本明細書に言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許出願が具体的かつ個々に参照することによって組み込まれることが示される場合と同程度に、参照することによって本明細書に組み込まれる。参照することによって組み込まれる刊行物および特許または特許出願が本明細書に含まれる開示と矛盾する範囲について、本明細書は、いかなるそのような矛盾する資料にも優先する、および/または先立つことを意図している。
図3は、本明細書に開示されるような取り調べシステム300の例を図示する概略図である。本明細書に開示されるような取り調べシステム300は、本明細書に開示されるように、対象320の生体膜(例えば、鼓膜)に関連する1つ以上のデータセット210を収集し得る。鼓膜に関連する1つ以上のデータセットは、特性評価されるべき生体膜(例えば、鼓膜)の物理的特性に関連するデータを備え得る。いくつかの例では、取り調べシステムは、撮像システムを備え得る。いくつかの例では、取り調べシステムは、撮像システムを備えていない。取り調べシステムは、超音波データ、例えば、反射超音波データを収集し得る。取り調べシステムは、光コヒーレンストモグラフィデータを収集し得る。取り調べは、赤外線データを収集し得る。取り調べシステムは、光学データを収集し得る。取り調べシステムは、空気圧励起に応答して、データを収集し得る。取り調べシステムは、例えば、空気圧励起に応答して、膜移動に関連するデータセットを収集し得る。空気圧励起は、空気の吹き付け等の圧力励起を備え得る。取り調べシステムは、加えられた圧力の関数として外耳道内の圧力を測定し得る。ある例では、取り調べシステムは、空気圧励起に続く外耳道内の圧力を測定し得る。
Φ(t)は、一連の測定に関する捕捉された位相であり、
τは、指数関数的衰退係数であり、
fは、リングサイクル周波数であり、
tは、時間である。
パラメータの組が、1つ以上のデータセットから導出され得る。パラメータの組のうちの少なくとも1つのパラメータは、鼓膜の動的特性に関連し得る。パラメータの組は、鼓膜の静的特徴に関連するパラメータ(例えば、膜運動に関連しないパラメータ)も含み得る。パラメータの組は、膜運動に関連するパラメータと、膜運動に関連しないパラメータとを含み得る。パラメータの組は、静的パラメータと、動的パラメータとを含み得る。パラメータの組は、1つ以上の超音波特徴、1つ以上の圧力特徴、および/または1つ以上の光学特徴を含み得る。パラメータの組またはパラメータの組の一部は、訓練された機械学習アルゴリズム等の分類器モデルへの入力として使用され得る。分類器モデルは、分類を出力し得る。分類は、可動性出力を含み得る。分類は、疾患状態を含み得る。
本開示の方法およびシステムは、鼓膜の分類(例えば、出力)を出力し得る。分類は、本明細書に開示されるような分類器モデルに基づき得、その分類器は、機械学習アルゴリズムであり得る。パラメータの組またはパラメータの組の一部が、訓練された機械学習アルゴリズム等の分類器モデルへの入力として使用され得る。分類器モデルは、分類を出力し得る。分類は、可動性出力を含み得る。分類は、疾患状態を含み得る。分類は、鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックのうちの1つ以上を備え得る。分類器モデルの出力が、発生させられ得る。出力は、TM可動性についての情報を備え得、それは、中耳炎感染の医師の診断または患者の疾患状態の直接診断において、医師を支援することができる。
図6は、いくつかの実施形態による、機械学習アルゴリズムを備えている分類器モデルの例600を図示する概略図である。分類器モデルが、パラメータの組610に基づいて発生させられ得る。パラメータの組610は、超音波特徴および/または圧力特徴および/または光学特徴を含み得る。例えば、パラメータの組は、分類器モデルへの入力を構成し得、分類は、分類器モデルの出力であり得る。分類器モデルは、分類630を出力し得る。分類は、可動性出力を含み得る。分類は、疾患状態を含み得る。
図8は、いくつかの実施形態による、コンピュータ実装分類器を訓練する例示的方法のフローチャートを示す。動作810において、方法800は、1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上のデータセットに基づくパラメータの組と、1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上の分類されたデータセットと受信することを含み得る。分類は、鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックを備え得、パラメータの組は、1つ以上の鼓膜の動的特性に関連する少なくとも1つのパラメータを備えている。動作820において、方法800は、データベース内にパラメータの組および1つ以上の分類されたデータセットを記憶することを含み得る。動作830において、方法800は、パラメータの組および1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、分類器モデルを構築することを含み得る。分類器モデルは、パラメータの組から導出され得、分類器モデルは、1つ以上の分類されたデータセットのうちのデータセットに基づいて、分類を出力する。動作840において、方法800は、分類器モデルを使用し、未分類データセットの分類を提供することを含み得る。
(デジタル処理デバイス)
Claims (67)
- 鼓膜を分類する方法であって、前記方法は、
取り調べシステムから、前記鼓膜に関連する1つ以上のデータセットを受信することと、
前記1つ以上のデータセットからパラメータの組を決定することであって、前記パラメータの組のうちの少なくとも1つのパラメータは、前記鼓膜の動的特性または静的位置に関連している、ことと、
前記パラメータの組から導出された分類器モデルに基づいて、前記鼓膜の分類を出力することと
を含み、
前記分類は、前記鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックのうちの1つ以上を備えている、方法。 - 前記取り調べシステムは、撮像システムを備え、前記1つ以上のデータセットは、前記鼓膜の1つ以上の画像を備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記分類器モデルは、機械学習アルゴリズムを備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記機械学習アルゴリズムは、線形回帰、ロジスティック回帰、分類および回帰木アルゴリズム、サポートベクターマシン(SVM)、ナイーブベイズ、K近傍法、ランダムフォレストアルゴリズム、XGBoostおよびLightGBM等のブースティングアルゴリズム、ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、およびリカレントニューラルネットワークのうちの1つ以上を備えている、請求項3に記載の方法。
- 前記機械学習アルゴリズムは、教師付き学習アルゴリズム、教師なし学習アルゴリズム、または半教師付き学習アルゴリズムである、請求項3に記載の方法。
- 前記鼓膜の1つ以上の画像は、1つ以上の超音波画像を備えている、請求項2に記載の方法。
- 前記1つ以上の超音波画像は、空気圧超音波鼓膜鏡からの画像を備えている、請求項6に記載の方法。
- 前記1つ以上の超音波画像は、空気圧励起に応答して測定される、請求項6に記載の方法。
- 前記鼓膜の1つ以上の画像は、1つ以上の光コヒーレンストモグラフィ画像を備えている、請求項2に記載の方法。
- 前記画像は、光学画像を備えている、請求項2に記載の方法。
- 前記膜の動的特性または静的位置に関連する前記少なくとも1つのパラメータは、空気圧励起に応答したものである、請求項2に記載の方法。
- 前記空気圧励起は、ガスの吹き付けを備えている、請求項11に記載の方法。
- 前記空気圧励起は、10Hzより大きい周波数を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記鼓膜の前記動的特性は、
膜移動または膜可動性の指示と、
前記鼓膜の最小または最大変位と、
外れ値変位と、
最小変位と最大変位との間の差異または比率と、
変位の傾きまたは空気圧励起の圧力に対する最小変位と最大変位との間の差異または比率の傾きと、
加えられた圧力に対する測定された圧力の応答と、
空気圧励起に応答した前記鼓膜の視覚的移動と、
特異値分解、主成分分析、およびK平均クラスタリングから発生させられた1つ以上の統計成分と、
超音波パルスエコー振幅または超音波エコー位相またはその微分またはその移動平均と
のうちの1つ以上を備えている、請求項1に記載の方法。 - 前記鼓膜の前記動的特性は、空気圧励起の圧力に対して正規化される、請求項14に記載の方法。
- 前記方法は、前記鼓膜の可動性の順位読み出し、カテゴリ読み出し、または連続した数値出力のうちの1つ以上を発生させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 順位読み出しは、膜可動性の程度に関連した数値スケールを備えている、請求項16に記載の方法。
- 前記数値スケールは、0~4+の分類を備えている、請求項17に記載の方法。
- カテゴリ読み出しは、高可動、中可動、半可動、または非可動のうちの少なくとも1つとしての膜可動性の程度の指示を備えている、請求項16に記載の方法。
- カテゴリ読み出しは、バイナリ分類を備えている、請求項16に記載の方法。
- 連続した数値出力は、測定膜変位、膜移動の速度、または膜回復の速度のうちの1つ以上を備えている、請求項16に記載の方法。
- 前記鼓膜の状態または条件は、急性中耳炎、滲出液を伴う急性中耳炎、中耳滲出液、慢性中耳炎、慢性化膿性中耳炎、細菌感染、ウイルス感染、滲出液なし、および未知の分類のうちの1つ以上を備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記1つ以上のデータセットは、mモード超音波データセットを備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記1つ以上のデータセットは、赤外線画像を備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記1つ以上のデータセットは、空気圧データセットを備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記1つ以上のデータセットは、空気圧励起に応答して撮影された1つ以上の光学画像を備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記静的位置は、膨張した膜または後退した膜を備えている、請求項1に記載の方法。
- 鼓膜を分類するためのシステムであって、前記システムは、メモリを備えているコンピューティングシステムを備え、前記メモリは、前記鼓膜を分類するための命令を備え、前記コンピューティングシステムは、少なくとも、
取り調べシステムから、前記鼓膜に関連する1つ以上のデータセットを受信することと、
前記1つ以上のデータセットからパラメータの組を決定することであって、前記パラメータの組のうちの少なくとも1つのパラメータは、前記鼓膜の動的特性または静的位置に関連している、ことと、
前記パラメータの組から導出された分類器モデルに基づいて、前記鼓膜の分類を出力することと
を行うために、前記命令を実行するように構成され、
前記分類は、前記鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックを備えている、システム。 - 前記取り調べシステムは、撮像システムを備え、前記1つ以上のデータセットは、前記鼓膜の1つ以上の画像を備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記システムは、空気圧超音波鼓膜鏡をさらに備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記分類器モデルは、機械学習アルゴリズムを備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記機械学習アルゴリズムは、線形回帰、ロジスティック回帰、分類および回帰木アルゴリズム、サポートベクターマシン(SVM)、ナイーブベイズ、K近傍法、ランダムフォレストアルゴリズム、XGBoostおよびLightGBM等のブースティングアルゴリズム、ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、およびリカレントニューラルネットワークのうちの1つ以上を備えている、請求項31に記載のシステム。
- 前記機械学習アルゴリズムは、教師付き学習アルゴリズム、教師なし学習アルゴリズム、または半教師付き学習アルゴリズムである、請求項31に記載のシステム。
- 前記鼓膜の1つ以上の画像は、1つ以上の超音波画像を備えている、請求項29に記載のシステム。
- 前記1つ以上の超音波画像は、空気圧超音波鼓膜鏡からの画像を備えている、請求項34に記載のシステム。
- 前記1つ以上の超音波画像は、空気圧励起に応答して測定される、請求項34に記載のシステム。
- 前記鼓膜の1つ以上の画像は、1つ以上の光コヒーレンストモグラフィ画像を備えている、請求項29に記載のシステム。
- 前記画像は、光学画像を備えている、請求項29に記載のシステム。
- 前記膜の動的特性または静的位置に関連する前記少なくとも1つのパラメータは、空気圧励起に応答したものである、請求項29に記載のシステム。
- 前記空気圧励起は、ガスの吹き付けを備えている、請求項39に記載のシステム。
- 前記空気圧励起は、10Hzより大きい周波数を備えている、請求項39に記載のシステム。
- 前記鼓膜の前記動的特性は、
膜移動または膜可動性の指示と、
前記鼓膜の最小または最大変位と、
外れ値変位と、
最小変位と最大変位との間の差異または比率と、
変位の傾きまたは空気圧励起の圧力に対する最小変位と最大変位との間の差異または比率の傾きと、
加えられた圧力に対する測定された圧力の応答と、
空気圧励起に応答した前記鼓膜の視覚的移動と、
特異値分解、主成分分析、およびK平均クラスタリングから発生させられた1つ以上の統計成分と、
超音波パルスエコー振幅または超音波エコー位相またはその微分またはその移動平均と
のうちの1つ以上を備えている、請求項28に記載のシステム。 - 前記鼓膜の前記動的特性は、空気圧励起の圧力に対して正規化されている、請求項42に記載のシステム。
- 前記コンピューティングシステムは、前記鼓膜の可動性の順位読み出し、カテゴリ読み出し、または連続した数値出力のうちの1つ以上を発生させるために、前記命令を実行するようにさらに構成されている、請求項28に記載のシステム。
- 順位読み出しは、膜可動性の程度に関連した数値スケールを備えている、請求項44に記載のシステム。
- 前記数値スケールは、0~4+の分類を備えている、請求項45に記載のシステム。
- カテゴリ読み出しは、高可動、中可動、半可動、または非可動のうちの少なくとも1つとしての膜可動性の程度の指示を備えている、請求項44に記載のシステム。
- カテゴリ読み出しは、バイナリ分類を備えている、請求項44に記載のシステム。
- 連続した数値出力は、測定膜変位、膜移動の速度、または膜回復の速度のうちの1つ以上を備えている、請求項44に記載のシステム。
- 前記鼓膜の状態または条件は、急性中耳炎、滲出液を伴う急性中耳炎、中耳滲出液、慢性中耳炎、慢性化膿性中耳炎、細菌感染、ウイルス感染、滲出液なし、および未知の分類のうちの1つ以上を備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記1つ以上のデータセットは、mモード超音波データセットを備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記1つ以上のデータセットは、赤外線画像を備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記1つ以上のデータセットは、空気圧データセットを備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記1つ以上のデータセットは、空気圧励起に応答して撮影された1つ以上の光学画像を備えている、請求項28に記載のシステム。
- 前記静的位置は、膨張した膜または後退した膜を備えている、請求項28に記載のシステム。
- 機械実行可能コードを備えている非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コードは、コンピューティングシステムによって実行されると、膜を分類する方法を実装し、前記方法は、
取り調べシステムから、前記鼓膜に関連する1つ以上のデータセットを受信することと、
前記1つ以上のデータセットからパラメータの組を決定することであって、前記パラメータの組のうちの少なくとも1つのパラメータは、前記鼓膜の動的特性または静的位置に関連している、ことと、
前記パラメータの組から導出された分類器モデルに基づいて、前記鼓膜の分類を出力することと
を含み、
前記分類は、前記鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックを備えている、非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。 - 前記取り調べシステムは、撮像システムを備え、前記1つ以上のデータセットは、前記鼓膜の1つ以上の画像を備えている、請求項56に記載の非一過性コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 前記方法は、請求項2-27のいずれか1項に記載の方法をさらに含む、請求項56に記載の非一過性コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- コンピュータ実装分類器を訓練する方法であって、前記方法は、
1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上のデータセットに基づくパラメータの組と、前記1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上の分類されたデータセットとを受信することであって、前記分類は、前記鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックを備え、前記パラメータの組は、前記1つ以上の鼓膜の動的特性または静的位置に関連する少なくとも1つのパラメータを備えている、ことと、
データベース内に前記パラメータの組と前記1つ以上の分類されたデータセットとを記憶することと、
前記パラメータの組と前記1つ以上の分類されたデータセットとに基づいて、分類器モデルを構築することであって、前記分類器モデルは、前記パラメータの組から導出され、前記分類器モデルは、前記1つ以上の分類されたデータセットのうちのデータセットに基づいて、分類を出力する、ことと、
前記分類器モデルを使用し、未分類データセットの分類を提供することと
を含む、方法。 - 前記方法は、第2の1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、前記データベースを更新することと、
前記第2の1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、前記分類器モデルを更新することと
をさらに含む、請求項59に記載の方法。 - 前記方法は、前記分類器モデルを使用し、請求項1-27のいずれか1項に記載の鼓膜を分類する方法によって未分類データセットの分類を提供することをさらに含む、請求項59または60に記載の方法。
- コンピュータ実装分類器を訓練するためのシステムであって、前記システムは、メモリを備えているコンピューティングシステムを備え、前記メモリは、前記データセットを訓練するための命令を備え、前記コンピューティングシステムは、少なくとも、
1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上のデータセットに基づくパラメータの組と、前記1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上の分類されたデータセットとを受信し、前記分類は、前記鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックを備え、前記パラメータの組は、前記1つ以上の鼓膜の動的特性または静的位置に関連する少なくとも1つのパラメータを備えている、ことと、
データベース内に前記パラメータの組と前記1つ以上の分類されたデータセットとを記憶することと、
前記パラメータの組と前記1つ以上の分類されたデータセットとに基づいて、分類器モデルを構築することであって、前記分類器モデルは、前記パラメータの組から導出され、前記分類器モデルは、前記1つ以上の分類されたデータセットのうちのデータセットに基づいて、分類を出力する、ことと、
前記分類器モデルを使用し、未分類データセットの分類を提供することと
を行うために、前記命令を実行するように構成されている、システム。 - 前記システムは、少なくとも、第2の1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、前記データベースを更新し、前記第2の1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、前記分類器モデルを更新するために、前記命令を実行するように構成されている、請求項62に記載のシステム。
- 前記システムは、請求項28-55のいずれか1項に記載の鼓膜を分類するためのシステムをさらに備えている、請求項62または63に記載のシステム。
- 機械実行可能コードを備えている非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コードは、コンピューティングシステムによって実行されると、コンピュータ実装分類器を訓練する方法を実装し、前記方法は、
1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上のデータセットに基づくパラメータの組と、前記1つ以上の鼓膜に関連する1つ以上の分類されたデータセットとを受信することであって、前記分類は、前記鼓膜の状態、条件、または可動性メトリックを備え、前記パラメータの組は、前記1つ以上の鼓膜の動的特性または静的位置に関連する少なくとも1つのパラメータを備えている、ことと、
データベース内に前記パラメータの組と前記1つ以上の分類されたデータセットとを記憶することと、
前記パラメータの組と前記1つ以上の分類されたデータセットとに基づいて、分類器モデルを構築することであって、前記分類器モデルは、前記パラメータの組から導出され、前記分類器モデルは、分類を出力する、ことと、
前記分類器モデルを使用し、未分類データセットの分類を提供することと
を含む、非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。 - 前記方法は、第2の1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、前記データベースを更新することと、前記第2の1つ以上の分類されたデータセットに基づいて、前記分類器モデルを更新することとをさらに含む、請求項65に記載の非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。
- 前記方法は、前記分類器モデルを使用し、請求項1-28のいずれか1項に記載の鼓膜を分類する方法によって未分類データセットの分類を提供することをさらに含む、請求項65または66に記載の非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。
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