JP7236109B2

JP7236109B2 - 肝腫瘍知能分析装置およびその作動方法

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Publication number: JP7236109B2
Application number: JP2020193955A
Authority: JP
Inventors: 粘曉菁; 林大翔; 周培廉
Original assignee: Hsiao Ching Nien
Current assignee: Hsiao Ching Nien
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2040-11-23
Also published as: JP2021151430A

Description

本発明は、肝腫瘍知能分析方法に関し、特に、超音波検知と深層学習アルゴリズムがロードされた分析方法で、肝腫瘍の良性や悪性のリスクを判断するものに関し、更に特に、超音波検知走査画像に基づいて、医者や超音波検査技師は、当該肝腫瘍知能分析方法を利用して、直ちに、肝腫瘍の良性や悪性のリスクを判読でき、医者に肝腫瘍類型診断参考になるものに関する。

肝癌が、地球全体の癌死因の第四位になり、また、台湾人の十大癌死因の第二位になる。肝癌は、アジアにおいて、殆どB型やC型肝炎ウイルスやアフラトキシンによるものであり、欧米諸国において、殆どC型肝炎ウイルスによるものであり、それから、脂肪性肝炎や糖尿病及び高トリグリセリドによる肝癌の生成も、多くなる。

外科手術は、目前において、もっとも直接的な肝癌治療方法であるが、肝癌の早期診断や術後患者の関連予後指標も、重大の課題になる。早期確定診断された肝癌病者は、一般として、より多い治療選択があり、治療の効能は、よく、患者の生存率によって反応される。そのため、定期検査と早期診断早期治療は、患者の生存品質や生存期の延長にとって、極めて重要である。

早期診断は、採血して、肝機能やB型C型肝炎ウイルス及びαフェトプロテインを検査する他に、研究によれば、腹部エコー検査が、肝病の重要検査の一つであり、また、台湾の国立台湾大学の名誉教授許金川教授の初年研究によれば、1/3の小型肝癌病者について、肝癌指数-αフェトプロテインを採血検査しても、正常であるため、それとともに、超音波検査を行わないと、早期に肝癌を発見できなく、そして、腹部エコー検査は、検査特性が、快速と便利且つ放射線無しであるから、肝癌スクリーニングのキーツールとなる。

肝癌診断は、その他の癌と異なり、その確定診断が、病理切片を必要としなく、直接に、例えば、腹部エコー検査（abdominal ultrasound, US）やコンピューター断層撮影（computed tomography, CT）及び磁気共鳴断層撮影（magnetic resonance imaging, MRI）等の画像検査を利用して、確定診断でき、また、その感度（sensitivity）や特異度（specificity）は、それぞれ、0.78～0.73と0.89～0.93で、0.84～0.83と0.99～0.91であって、そして、0.83と0.88である。

超音波検査は、便利性を有するが、制限があり、例えば、操作者の経験や病者の肥満度、肝纖維化或いは肝硬変の有無等の因子が、超音波の正確さに影響を与えるため、超音波検査に基づいて、悪性腫瘍と疑う場合、二番目の画像検査を行い、例えば、CTやMRIを、確定診断の補助とするが、この二つの検査は、医療費が高くて検査スケジュールが遅いだけでなく、CT検査により、より多い放射線被曝のリスクがある。

上記のように、関連技術分野において、人工知能分析技術を必要とし、補助超音波検知は、有効的に肝腫瘍の良性や悪性を分析できる方法であり、磁気共鳴断層撮影結像及び／或いはコンピューター断層撮影と比較しても、本肝腫瘍知能分析方法によって、超音波画像分析の正確さが、高くなり、また、CTとMRIの正確さに相当し、これにより、医者が、超音波検査を利用することにより、快速的に、正確な肝腫瘍類型を診断できる。

本発明者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本発明を提案する。

本発明の主な目的は、従来の技術の上記らの問題を解消できる、深層学習アルゴリズムに合わせた超音波検知の分析方法を利用して、肝腫瘍性質を判断でき、その正確さが、CTやMRIの正確さに類似する86%に達し、そのため、医者が、放射線無し且つ安全的な超音波検査で、快速的に正確な肝腫瘍類型を診断できる。

本発明は、上記目的を達成するための肝腫瘍知能分析方法であり、複数の、肝腫瘍良性と悪性の超音波画像が含まれる複数の参考肝腫瘍超音波画像を入力するステップ１と、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状に基づいて、その肝腫瘍を分類して、それに基づいて、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別するステップ２と、深層学習アルゴリズムに合わせて、当該らの腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像について、分類器模型を訓練して、肝腫瘍類型を識別するステップ３と、当該標的肝腫瘍超音波画像に対して、当該分類器模型で分析させて、当該標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型を生成し、また、当該標的肝腫瘍超音波画像について、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率を予測するステップ４と、が含まれる。

本発明の実施例によれば、更に、超音波検知モジュールと、当該超音波検知モジュールに連接される分析モジュールと、が含まれる。

本発明の実施例によれば、当該超音波検知モジュールは、超音波を発射し、走査することにより、標的肝腫瘍超音波画像を取得する超音波プローブが、含まれる。

本発明の実施例によれば、当該分析モジュールは、制御ユニットや、当該制御ユニットに連接される画像採集ユニット、当該制御ユニットに連接される参考貯蓄ユニット、当該制御ユニットに連接される肝腫瘍マーキングユニット、当該制御ユニットに連接される分類ユニット、当該制御ユニットに連接される対比ユニット及び、当該制御ユニットに連接される肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニットが、含まれる。

本発明の実施例によれば、当該制御ユニットは、中央処理装置であり、当該画像採集ユニットや当該参考貯蓄ユニット、当該肝腫瘍マーキングユニット、当該分類ユニット、当該対比ユニット及び当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニットが稼働する時の演算、制御、処理、符号化、復号化及び各種駆動指令の指示を行う。

本発明の実施例によれば、当該画像採集ユニットは、デジタルビジュアルインターフェース（Digital Visual Interface, DVI）であり、標的肝腫瘍超音波画像を獲得する。

本発明の実施例によれば、当該参考貯蓄ユニットは、ハードディスクであり、良性と悪性の肝腫瘍超音波画像が含まれる複数の参考肝腫瘍超音波画像が貯蓄される。

本発明の実施例によれば、当該肝腫瘍マーキングユニットは、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状に基づいて、その肝腫瘍を分類して、それに基づいて、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別する。

本発明の実施例によれば、当該肝腫瘍マーキングユニットは、エクスペリエンスデータに合わせた係数及び／或いはパラメーターに基づいて、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、自動的に、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングする。

本発明の実施例によれば、当該分類ユニットは、深層学習アルゴリズムに合わせて、当該らの腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像について、分類器模型を訓練して、肝腫瘍類型を識別する。

本発明の実施例によれば、当該対比ユニットは、当該標的肝腫瘍超音波画像に対して、当該分類器模型で分析させて、当該標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型を生成し、また、当該標的肝腫瘍超音波画像について、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率を予測する。

本発明の実施例によれば、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニットは、当該対比ユニットによって生成された、標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型と、当該標的肝腫瘍の良性や悪性のリスク確率の予測値を、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニットに入力し、肝腫瘍性質診断報告を作製する。

本発明の実施例によれば、当該肝腫瘍類型は、良性腫瘍と悪性腫瘍が含まれる。

以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることが無い。

本発明の流れ概念図である。本発明のブロック概念図である。

図１と図２は、それぞれ、本発明の流れ概念図と、本発明のブロック概念図である。図１のように、本発明は、肝腫瘍知能分析方法であり、下記のステップが含まれる。

ステップ１（s1）は、複数の、肝腫瘍良性と悪性の超音波画像が含まれる複数の参考肝腫瘍超音波画像を入力する。

ステップ２（s2）は、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状に基づいて、その肝腫瘍を分類して、それに基づいて、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別する。

ステップ３（s3）は、経験則に基づいて格別な規則をセットアップし、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別する。

ステップ４（s4）は、当該標的肝腫瘍超音波画像に対して、当該分類器模型で分析させて、当該標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型を生成し、また、当該標的肝腫瘍超音波画像について、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率を予測する。

上記のように、新規の肝腫瘍知能分析方法が構成される。

本発明のより良い具体的な実施例によれば、更に、超音波検知モジュール１と分析モジュール２が含まれる。

上記の超音波検知モジュール１は、超音波プローブ１１が含まれる。

当該分析モジュール２は、当該超音波検知モジュール１に連接され、画像採集ユニット２１や参考貯蓄ユニット２２、制御ユニット２３、肝腫瘍マーキングユニット２４、分類ユニット２５、対比ユニット２６及び肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット２７が、含まれる。その中、当該制御ユニット２３は、中央処理装置（Central Processing Unit, CPU）であり、当該画像採集ユニット２１や当該参考貯蓄ユニット２２、当該肝腫瘍マーキングユニット２４、当該分類ユニット２５、当該対比ユニット２６及び当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット２７が稼働する時の演算、制御、処理、符号化、復号化及び各種駆動指令の指示を行う。

本発明によれば、本発明の肝腫瘍知能分析方法が、コンピューターによって実行されることができ、それから、当該制御ユニット２３は、コンピューターの中央処理装置であり、当該肝腫瘍マーキングユニット２４や当該分類ユニット２５、当該対比ユニット２６及び当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット２７は、コンピューターのプログラムであって、ハードディスクやメモリーに貯蓄され、当該画像採集ユニット２１は、コンピューターのデジタルビジュアルインターフェース（Digital Visual Interface, DVI）であり、当該参考貯蓄ユニット２２は、ハードディスクであり、更に、出力と操作のためのスクリーンやマウス及びキーボードがある。また、本発明に係る肝腫瘍知能分析方法は、サーバーにも実行されることができる。

本発明によると、当該超音波検知モジュール１の超音波プローブ１１から超音波を発射し、被験者の外部において、肝臓に対応する部位を走査して、当該被験者の複数の肝腫瘍超音波画像を取得し、走査期間においても、医者が、標的肝腫瘍超音波画像として、少なくとも一枚の不審な腫瘍超音波画像を選別することができる。

当該分析モジュール２は、当該画像採集ユニット２１を利用して、当該超音波検知モジュール１によって結像された当該被験者の標的肝腫瘍超音波画像を獲得し、また、当該参考貯蓄ユニット２２に、良性と悪性の肝腫瘍超音波画像が含まれる、複数の参考肝腫瘍超音波画像が貯蓄される。当該分析モジュール２には、プログラムが貯蓄され、当該プログラムは、当該制御ユニット２３によって実行される時、臨床スタッフの当該被験者の肝腫瘍類型に対する判断や当該被験者の肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率の予測を提供し、当該プログラムには、当該肝腫瘍マーキングユニット２４と当該分類ユニット２５、当該対比ユニット２６及び当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット２７が含まれる。

当該肝腫瘍マーキングユニット２４は、エクスペリエンスデータに合わせた係数及び／或いはパラメーターに基づいて、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、自動的に、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別する。例えば、当該肝腫瘍マーキングユニット２４は、医者の経験に従ってマーキングすることができる。当該分類ユニット２５は、当該らの腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像を利用して、深層学習アルゴリズム（人工神経回路網の構成で、データに対して表現学習を行うアルゴリズムであり、既存技術である）に合わせて、分離機模型（人工神経回路網を利用して、画像に対して、特徴析出を行い、それから、Fully connected neural networks (FCNNs)で、特徴について分類する）を訓練し、肝腫瘍種類を識別する。当該対比ユニット２６は、当該標的肝腫瘍超音波画像に対して、当該分類器模型で分析して、当該被験者の肝腫瘍性質を判断する臨床スタッフに提供し、そして、当該被験者の肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率を予測する。最後に、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット２７に、当該対比ユニット２６によって生成された臨床スタッフの当該被験者の肝腫瘍類型に対する判断と、当該被験者の肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率の予測が入力されて、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット２７によって、医者の判断に助ける肝腫瘍性質診断報告を作製する。

これにより、本発明に係る肝腫瘍知能分析方法は、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状に基づいて、その肝腫瘍を分類して、それに基づいて、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、深層学習アルゴリズムに合わせて、正確さが86%にもなる分類器模型を訓練して、肝腫瘍の類型を識別する。これにより、超音波検知走査画像に基づいて、医者や超音波検査技師は、肝腫瘍知能分析方法を利用して、直ちに、肝腫瘍の良性や悪性のリスクを判読でき、医者に肝腫瘍類型の診断参考になる。

以上のように、本発明に係る肝腫瘍知能分析方法は、有効的に従来の諸欠点を解消でき、超音波検知モジュールと深層学習アルゴリズムがロードされた分析モジュールを利用して、肝腫瘍の良性や悪性のリスクを判断し、また、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状に基づいて、その肝腫瘍を分類して、それに基づいて、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングし、、また、深層学習アルゴリズムに合わせて、正確さが86%になる分類器模型を訓練して、肝腫瘍の類型を識別でき、そのため、医者が、放射線無し且つ安全的な超音波検査で、快速的に正確な肝腫瘍類型を診断できるから、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許登録請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

１超音波検知モジュール
１１超音波プローブ
２分析モジュール
２１画像採集ユニット
２２参考貯蓄ユニット
２３制御ユニット
２４肝腫瘍マーキングユニット
２５分類ユニット
２６対比ユニット
２７肝腫瘍の良性や悪性のリスク予測報告生成ユニット
s1～s5 ステップ１～ステップ４

Claims

肝腫瘍知能分析装置であって、
超音波を発射し、被験者の外部において、肝臓に対応する部位を走査することにより、標的肝腫瘍超音波画像を取得する超音波プローブと、
分析モジュールと、を有し、
前記分析モジュールは、
前記超音波プローブで取得される前記標的肝腫瘍超音波画像を獲得する画像採集ユニットと、
良性と悪性の肝腫瘍の超音波画像を含む複数の参考肝腫瘍超音波画像を貯蓄した参考貯蓄ユニットと、
肝腫瘍マーキングユニットと、
分類ユニットと、
対比ユニットと、
リスク予測報告生成ユニットと、を有し、
前記肝腫瘍マーキングユニットは、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状、および、エクスペリエンスデータに合わせた係数及び／或いはパラメーターに基づいて肝腫瘍を分類して、前記複数の参考肝腫瘍超音波画像から、肝腫瘍超音波画像の腫瘍像点部位をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別するものであり、
前記分類ユニットは、前記肝腫瘍マーキングユニットで類型識別された肝腫瘍超音波画像の腫瘍像点部位を利用して深層学習アルゴリズムにより分類器模型を訓練し、肝腫瘍種類を識別するものであり、
前記対比ユニットは、前記画像採集ユニットが獲得した標的肝腫瘍超音波画像を、前記分類ユニットにセットアップされた前記分類器模型で分析して、当該標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型を生成し、また、当該標的肝腫瘍超音波画像について、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率を予測するものであり、
前記リスク予測報告生成ユニットは、前記対比ユニットによって生成された標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型と、当該標的肝腫瘍の良性や悪性のリスク確率の予測値が入力されて、肝腫瘍性質診断報告を作製するものである
ことを特徴とする肝腫瘍知能分析装置。
請求項１に記載の肝腫瘍知能分析装置において、
前記画像採集ユニットは、標的肝腫瘍超音波画像を獲得できる、デジタルビジュアルインターフェースである
ことを特徴とする肝腫瘍知能分析装置。
請求項１または請求項２に記載の肝腫瘍知能分析装置において、
前記参考貯蓄ユニットは、ハードディスクであり、良性と悪性の肝腫瘍の超音波画像を含む複数の参考肝腫瘍超音波画像が貯蓄される
ことを特徴とする肝腫瘍知能分析装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の肝腫瘍知能分析装置において、
前記肝腫瘍類型は、良性腫瘍と悪性腫瘍が含まれる
ことを特徴とする肝腫瘍知能分析装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の肝腫瘍知能分析装置の作動方法であって、
少なくとも、
複数の、肝腫瘍良性と悪性の超音波画像が含まれる複数の参考肝腫瘍超音波画像を前記参考貯蓄ユニット入力するステップ１と、
前記肝腫瘍マーキングユニットにより、既存の肝腫瘍超音波画像の明暗或いは影の面積や形状に基づいて、その肝腫瘍を分類して、それに基づいて、自動的に、当該複数の参考肝腫瘍超音波画像から、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像をマーキングして、肝腫瘍の類型を識別するステップ２と、
前記分類ユニットにより、深層学習アルゴリズムに合わせて、腫瘍像点部位を有する肝腫瘍超音波画像について、分類器模型を訓練して、肝腫瘍類型を識別するステップ３と、
前記対比ユニットにより、前記標的肝腫瘍超音波画像に対して、前記分類器模型で分析させて、当該標的肝腫瘍超音波画像に関連する肝腫瘍類型を生成し、また、当該標的肝腫瘍超音波画像について、当該肝腫瘍の良性や悪性のリスク発生確率を予測するステップ４と、が含まれる、
ことを特徴とする肝腫瘍知能分析装置の作動方法。