KR101995383B1 - Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same - Google Patents

Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101995383B1
KR101995383B1 KR1020180117406A KR20180117406A KR101995383B1 KR 101995383 B1 KR101995383 B1 KR 101995383B1 KR 1020180117406 A KR1020180117406 A KR 1020180117406A KR 20180117406 A KR20180117406 A KR 20180117406A KR 101995383 B1 KR101995383 B1 KR 101995383B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
brain
image
computing device
network
reinforcement learning
Prior art date
Application number
KR1020180117406A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박세진
정원모
김원진
Original Assignee
주식회사 뷰노
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 뷰노 filed Critical 주식회사 뷰노
Priority to KR1020180117406A priority Critical patent/KR101995383B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101995383B1 publication Critical patent/KR101995383B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/20ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0073Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by tomography, i.e. reconstruction of 3D images from 2D projections
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/70ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for mining of medical data, e.g. analysing previous cases of other patients

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

The present disclosure discloses a method for determining a brain disease using a medical image, and an apparatus using the same. Specifically, according to the method of the present invention, a computing apparatus acquires a brain image of a subject, uses a parcellation net to perform parcellation of a plurality of predetermined brain areas from the brain image as related to a brain disease, generates classification information on the brain disease based on result information of the parcellation, and updates the parcellation net based on the result information of the parcellation and the classification information.

Description

의료 영상에 대한 특징 순위에 기반하여 뇌질환을 판정하는 방법 및 이를 이용한 장치{METHOD FOR DETERMINING BRAIN DISORDER BASED ON FEATURE RANKING OF MEDICAL IMAGE AND APPARATUS USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for determining a brain disease based on a feature rank of a medical image,

본 개시서에는 의료 영상을 이용하여 뇌질환을 판정하는 방법 및 이를 이용한 장치가 개시된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 컴퓨팅 장치가, 피검체의 뇌 영상을 획득하고, 구획망을 이용하여 뇌질환에 관련된 것으로 미리 지정된 다수의 뇌 영역을 상기 뇌 영상으로부터 구획(parcellation)하며, 상기 구획의 결과 정보에 기초하여 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하되, 상기 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 상기 구획망을 갱신한다.Disclosed herein is a method for determining a brain disease using a medical image and an apparatus using the method. Specifically, according to the method of the present invention, a computing device acquires a brain image of a subject, and uses a compartment network to parcellate a plurality of brain regions previously designated as being related to brain diseases from the brain image , Generates classification information on brain diseases based on the result information of the compartment, and updates the compartment network based on the result information of the compartment and the classification information.

뇌질환, 예컨대, 알츠하이머병에 의한 치매는 그 중증도의 판정에 관하여, 퇴행성 뇌질환의 원인 중 하나인 뇌위축(brain atrophy) 현상이 관찰되는지 여부를 확인하는 것이 통상적이다. 그런데, MR(magnetic resonance)의 T1 영상으로부터 AD(Alzheimer's disease; 알츠하이머 병)/MCI(mild cognitive impairment; 경도인지장애) 피검체와 CN(인지정상) 피검체의 분류를 위하여, 임상적으로 밝혀진 MR 영상에서 (특정 뇌 영역의 뇌 위축, 텍스처(texture) 변화로써) AD 여부를 판단할 수 있는 소견이 많지 않고, 단대단(end-to-end)으로 정상과 비정상을 분류(e.g. 3D CNN; 3-dimensional convolutional neural network)하는 경우 성능면에서 그다지 좋지 않았다.With respect to the determination of severity of dementia caused by brain diseases such as Alzheimer's disease, it is common to confirm whether or not a brain atrophy phenomenon, which is one of the causes of degenerative brain diseases, is observed. However, in order to classify the subject from the T1 image of MR (magnetic resonance) to Al (Alzheimer's disease) / MCI (mild cognitive impairment) and CN (Eg, brain atrophy or texture change in a specific brain region), there is not much that can be judged as AD, and end-to-end classification of normal and abnormal (eg 3D CNN; 3 -dimensional convolutional neural network) was not very good in terms of performance.

따라서, 종래의 접근법으로는 MR에 의한 T1 영상에서 유의미한 정보를 추출하고, 정상과 비정상을 분류하는 모델을 사용하는 2 국면 접근법(2-phase approach)가 일반적이었다.Therefore, in the conventional approach, a two-phase approach using a model that extracts significant information from T1 images by MR and classifies normal and abnormal is common.

그런데, 2 국면 접근법은 특징 순위 산출(feature ranking)의 과정(제1 국면)이 AD/MCI와 CN을 분류하는 과정(제2 국면)과 분리되어 있어, 두 국면이 서로 연결되지 못하여 최종적인 분류 성능이 제한되는 한계가 있었다.However, the two-phase approach differs from the process of classifying the AD / MCI and CN (the second phase) by the process of feature ranking (the first phase) There was a limit to performance limitations.

그와 같은 종래의 2 국면 접근법의 한계를 극복하기 위하여, 본 발명자는, 제2 국면의 평가(evaluation) 결과를 RL(reinforcement learning; 강화 학습)로 제1 국면에 연결함으로써 그 파라미터를 갱신하는 방식으로 보다 큰 신속성과 정확도를 제공하여 성능의 개선을 도모하는 방안을 제안하고자 한다.In order to overcome the limitations of the conventional two-phase approach, the present inventors have proposed a method of updating the parameter by connecting the evaluation result of the second phase to the first phase by RL (reinforcement learning) We propose a method to improve performance by providing greater speed and accuracy.

본 발명은 종래의 통계 기반{예컨대, 나이, 성별, 부피 정보, 수제 특징(handcrafted feature)을 이용한 통계 분석 등}의 뇌질환 예측의 한계뿐만 아니라 인공지능을 이용한 2 국면 접근법의 한계도 극복하여 3차원 의료 영상의 영상 특징(형태, 질감, 전역적 위치, 구조적 특징 등)을 기계학습으로 추출하고 이를 뇌질환 판정 및 예측에 활용하여 뇌질환 진단의 정확도 및 효율을 증진하는 것으로 목적으로 한다.The present invention overcomes the limitations of the two-phase approach using artificial intelligence as well as the limitations of conventional statistical based {e.g., age, sex, volume information, statistical analysis using handcrafted features, The purpose of this study is to improve the accuracy and efficiency of diagnosis of brain diseases by extracting image features (shape, texture, global position, structural features, etc.) Of 2D medical images by machine learning and using them for brain disease diagnosis and prediction.

구체적으로, 본 발명은 기계학습을 통하여 뇌 영상을 자동으로 분석함으로써, 사람이 미처 보지 못하거나 판별이 어려운 사례에 대한 기계학습 기반의 진단 보조를 통하여 판정 오류를 감소시키는 등, 의료진의 진단 품질 및 속도를 향상시키는 데 조력하는 것을 목적으로 한다.Specifically, the present invention automatically analyzes the brain image through machine learning, thereby reducing diagnosis errors based on machine learning based diagnosis for cases in which a person is not seen or is difficult to distinguish, It is aimed at helping to improve the speed.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.The characteristic configuration of the present invention for achieving the object of the present invention as described above and realizing the characteristic effects of the present invention described below is as follows.

본 발명의 일 태양(aspect)에 따르면, 의료 영상에 대한 특징 순위에 기반하여 뇌질환을 판정하는 방법이 제공되는바, 그 방법은, (a) 컴퓨팅 장치가, 피검체의 뇌 영상을 획득하거나 상기 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 장치로 하여금 상기 뇌 영상을 획득하도록 지원하는 단계; (b) 상기 컴퓨팅 장치가, 구획망을 이용하여, 뇌질환에 관련된 것으로 미리 지정된 다수의 뇌 영역을 상기 뇌 영상으로부터 구획(parcellation)하거나 상기 타 장치로 하여금 구획하도록 지원하는 단계; (c) 상기 컴퓨팅 장치가, 질환예측망을 이용하여, 상기 구획의 결과 정보에 기초하여 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하거나 상기 타 장치로 하여금 생성하도록 지원하는 단계; 및 (d) 상기 컴퓨팅 장치가, 강화 학습부(reinforcement learning module)를 이용하여, 상기 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 상기 구획망을 갱신하거나 상기 타 장치로 하여금 갱신하도록 지원하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of determining brain disease based on a feature ranking for a medical image, the method comprising: (a) obtaining a brain image of a subject Supporting another device associated with the computing device to acquire the brain image; (b) supporting the computing device to parcel the brain image from the brain image or to divide the other apparatuses into a plurality of brain regions that are previously specified to be related to brain diseases using the compartment network; (c) supporting the computing device to generate classification information on brain diseases based on the result information of the compartment or to cause the other device to generate using the disease prediction network; And (d) supporting the computing device to update the partition network or to update the other device based on the classification result information and the classification information using a reinforcement learning module .

본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구현된 명령어(instructions)를 포함하는, 기계 판독 가능한 비일시적 기록 매체에 저장된, 컴퓨터 프로그램도 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is also provided a computer program stored in a machine readable non-transitory medium, comprising instructions embodied to perform the method according to the invention.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 의료 영상에 대한 특징 순위에 기반하여 뇌질환을 판정하는 컴퓨팅 장치가 제공되는바, 그 장치는, 피검체의 뇌 영상을 획득하는 통신부; 및 (i) 뇌질환에 관련된 것으로 미리 지정된 다수의 뇌 영역을 상기 뇌 영상으로부터 구획(parcellation)하는 구획망을 구현하는 프로세스; (ii) 상기 구획의 결과 정보에 기초하여 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하는 질환예측망을 구현하는 프로세스 및 (iii) 상기 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 상기 구획망을 갱신하는 강화 학습부(reinforcement learning module)를 구현하는 프로세스를 수행하는 프로세서를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a computing device for determining a brain disease based on a feature ranking of a medical image, the apparatus comprising: a communication unit for obtaining a brain image of a subject; And (i) a process of implementing a parcel network for parcellating a plurality of brain regions previously designated as being related to brain diseases from the brain image; (ii) a process for implementing a disease prediction network that generates classification information on brain diseases based on the result information of the segment, and (iii) a process for updating the classification network based on the result information of the segment and the classification information And a processor for performing a process of implementing a reinforcement learning module.

본 개시서의 예시적인 실시 예에 따르면, 종래의 통계 기반의 질환 판정 혹은 예측의 한계를 극복하여 3차원 의료 영상의 영상 특징을 기계학습으로 추출하고 뇌질환, 특히 치매의 판정 및 예측에 활용할 수 있는 효과가 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, it is possible to overcome the limitations of conventional statistical-based disease judgment or prediction to extract the image features of a three-dimensional medical image by machine learning and utilize it for the determination and prediction of brain diseases, There is an effect.

게다가 예시적인 실시 예에 따르면, 원본 뇌 영상을 분할망(segmentation network)으로 구획하는 지도학습뿐만 아니라 산출된 보상으로써 일련의 강화학습 방법론을 적용하여 파라미터 갱신에 추가적인 제한을 가할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the exemplary embodiment, there is an advantage that it is possible to apply an additional restriction to the parameter update by applying a series of reinforcement learning methodology as computed compensation as well as map learning to segment the original brain image into a segmentation network.

따라서, 예시적인 실시 예에 따르면, 제1 국면의 구획 작용 및 제2 국면의 정상/비정상 분류 작용이 엄격히 나뉘지 않고 한 단계를 수행하는 것처럼 단대단(end-to-end) 학습되도록 구성됨으로써 추가적인 성능 이득을 취할 수 있는 효과가 있다.Thus, according to an exemplary embodiment, the partition action of the first phase and the normal / abnormal class action of the second phase are configured to be end-to-end learning as if performing one step without being strictly divided, There is an effect that a performance gain can be obtained.

뿐만 아니라, 예시적인 실시 예에 따르면, 임상적으로 알려져 있지 않은 뇌 영역의 중요도를 기계학습에 반영하여 학습할 수 있어 정확도를 더 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the exemplary embodiment, the importance of the brain region that is not clinically known can be reflected in the machine learning, and the accuracy can be further improved.

본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 "통상의 기술자"라 함)은 본 발명이 다양한 형식(modality)의 3차원 영상들에 적용될 수 있으며, 특히 종래에 병원에서 이용하고 있는 다양한 형식의 영상 시스템에 그대로 활용될 수 있다는 점과, 본 발명의 방법이 특정 형식의 영상이나 플랫폼에 종속되지 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be applied to various types of 3-dimensional images of various modalities, and in particular, It will be understood that the present invention can be applied to various types of image systems and that the method of the present invention does not depend on a specific type of image or platform.

본 발명의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 통상의 기술자에게 있어서는 발명적 작업이 이루어짐 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 의료 영상에 대한 특징 순위에 기반하여 뇌질환을 판정하는 방법(이하 "특징 기반 뇌질환 판정 방법"이라 함)을 수행하는 컴퓨팅 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에 이용되는 컴퓨팅 장치의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소를 도시한 예시적 블록도이고, 도 3은 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에 이용될 수 있는 기계 학습 모델을 훈련하여 적용하는 과정을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에서 뇌 영상의 구획에 이용될 수 있는 구획망의 일 예시를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에서 뇌 영상을 뇌질환 유병 또는 정상으로 분류하는 분류 정보를 생성하는 데 이용될 수 있는 질환예측망의 일 예시를 도시한 개념도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate only typical embodiments of the invention and are capable of illustration without departing from the spirit or scope of the invention.
1 is a conceptual diagram schematically showing an exemplary configuration of a computing device that performs a method of determining a brain disease based on a feature rank of a medical image according to the present invention (hereinafter referred to as a "feature-based brain disease determination method"). to be.
FIG. 2 is an exemplary block diagram illustrating hardware or software components of a computing device used in a feature-based brain disease determination method of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of a machine And schematically shows a process of training and applying a learning model.
4 is a flow chart illustrating a method of determining a brain disease according to the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a partition network that can be used for compartmentalization of a brain image in a feature-based brain disease determination method according to the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of a disease prediction network that can be used to generate classification information for classifying brain images as a brain disease disease or normal in the feature-based brain disease determination method of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of example, specific embodiments in which the invention may be practiced in order to clarify the objects, technical solutions and advantages of the invention. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention.

본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 이용된 "영상" 또는 "영상 데이터"라는 용어는 이산적 영상 요소들(예컨대, 2차원 영상에 있어서는 픽셀)로 구성된 다차원 데이터를 지칭하며, 달리 말하자면, (예컨대, 비디오 화면에 표시된) 눈으로 볼 수 있는 대상 또는 (예컨대, CT, MRI 검출기 등의 픽셀 출력에 대응되는 파일과 같은) 그 대상의 디지털 표현물을 지칭하는 용어이다.The term "image" or "image data" used throughout the description and claims of the present invention refers to multidimensional data composed of discrete image elements (e.g., pixels for two dimensional images) Refers to a digital representation of an object that is visible (e.g., displayed on a video screen) or that object (such as a file corresponding to pixel output, e.g., CT, MRI detector, etc.).

예를 들어 "이미지" 또는 "영상"은 전산화 단층 촬영(CT; computed tomography), 자기 공명 영상(MRI; magnetic resonance imaging), 초음파 또는 본 발명의 기술분야에서 공지된 임의의 다른 의료 영상 시스템의 의하여 수집된 피검체(subject)의 의료 영상일 수 있다. 영상이 반드시 의료적 맥락에서 제공되어야 하는 것은 아니고 비의료적 맥락에서 제공될 수도 있는바, 예를 들어 보안 검색용 X선 촬영 등이 있을 수 있다.For example, the term "image" or "image" may be represented by computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), ultrasound, or any other medical imaging system known in the art And may be a medical image of the collected subject. The image may not necessarily be provided in a medical context but may be provided in a non-medical context, for example, an X-ray for security search.

설명의 편의를 위하여 제시된 도면에서는 MRI 영상 데이터가 예시적 영상 형식(modality)인 것으로 도시되었다. 그러나 통상의 기술자는 본 발명의 다양한 실시 예에서 이용되는 영상 형식들이 CT, PET(positron emission tomography), PET-CT, SPECT, SPECT-CT, MR-PET, 3D 초음파 영상 등의 3차원 영상으로 확장될 수 있을 뿐만 아니라 이와 같이 예시적으로 열거된 형식에 한정되지도 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다.For the sake of convenience of explanation, MRI image data is shown in the presented drawings as an exemplary image format (modality). However, those skilled in the art will appreciate that the image formats used in various embodiments of the present invention may be extended to three-dimensional images such as CT, PET (positron emission tomography), PET-CT, SPECT, SPECT-CT, MR- It is to be understood that the invention is not limited to the above-exemplified embodiments.

본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 'DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine; 의료용 디지털 영상 및 통신)' 표준은 의료용 기기에서 디지털 영상 표현과 통신에 이용되는 여러 가지 표준을 총칭하는 용어인바, DICOM 표준은 미국 방사선 의학회(ACR)와 미국 전기 공업회(NEMA)에서 구성한 연합 위원회에서 발표한다.Throughout the detailed description and claims of the present invention, the term 'DICOM' (Digital Imaging and Communications in Medicine) is a generic term for various standards used in digital image representation and communication in medical devices, The standard is presented at the Joint Committee composed of the American Radiation Medical Association (ACR) and the American Electrical Manufacturers Association (NEMA).

또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 '의료영상 저장 전송 시스템(PACS; Picture Archiving and Communication System)'은 DICOM 표준에 맞게 저장, 가공, 전송하는 시스템을 지칭하는 용어이며, X선, CT, MRI와 같은 디지털 의료영상 장비를 이용하여 획득된 의료영상 이미지는 DICOM 형식으로 저장되고 네트워크를 통하여 병원 내외의 단말로 전송이 가능하며, 이에는 판독 결과 및 진료 기록이 추가될 수 있다.In addition, the term 'Picture Archiving and Communication System (PACS)' refers to a system for storing, processing and transmitting according to the DICOM standard throughout the detailed description and claims of the present invention, , And MRI can be stored in the DICOM format and transmitted to a terminal inside or outside the hospital through the network, and the result of reading and the medical record can be added to the terminal.

그리고 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 '학습' 혹은 '러닝'은 절차에 따른 컴퓨팅(computing)을 통하여 기계학습(machine learning)을 수행함을 일컫는 용어인바, 인간의 교육 활동과 같은 정신적 작용을 지칭하도록 의도된 것이 아니며, 훈련(training)은 기계학습에 관하여 일반적으로 받아들여지는 의미로 쓰인 것이다.Throughout the detailed description and claims of the present invention, 'learning' or 'learning' refers to performing machine learning through computing according to a procedure, It is not intended to refer to training, which is used in a generally accepted sense of machine learning.

또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 또한, '하나' 또는 '한'은 하나 이상의 의미로 쓰인 것이며, '또 다른'은 적어도 두 번째 이상으로 한정된다.Also, throughout the description and claims of this invention, the word 'comprise' and variations thereof are not intended to exclude other technical features, additions, elements or steps. Also, 'one' or 'one' is used in more than one meaning, and 'another' is limited to at least the second.

통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 따라서, 특정 구조나 기능에 관하여 본 명세서에 개시된 상세 사항들은 한정하는 의미로 해석되어서는 아니되고, 단지 통상의 기술자가 실질적으로 적합한 임의의 상세 구조들로써 본 발명을 다양하게 실시하도록 지침을 제공하는 대표적인 기초 자료로 해석되어야 할 것이다.Other objects, advantages and features of the present invention will become apparent to those skilled in the art from this description, and in part from the practice of the invention. The following examples and figures are provided by way of illustration and are not intended to limit the invention. Accordingly, the details disclosed herein with respect to a particular structure or function are not to be construed in a limiting sense, but merely as being representative of the general inventive concept providing a guideline for carrying out the invention in various detail structures, It should be interpreted as basic data.

더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시 예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. Moreover, the present invention encompasses all possible combinations of embodiments shown herein. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. It should also be understood that the position or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the present invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by context, items referred to in the singular are intended to encompass a plurality unless otherwise specified in the context. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하, 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 특징 기반 뇌질환 판정 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a computing device that performs a feature-based brain disease determination method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치(100)는, 통신부(110) 및 프로세서(120)를 포함하며, 상기 통신부(110)를 통하여 외부 컴퓨팅 장치(미도시)와 직간접적으로 통신할 수 있다.1, a computing device 100 according to an embodiment of the present invention includes a communication unit 110 and a processor 120. The communication unit 110 communicates with an external computing device (not shown) Communication is possible.

구체적으로, 상기 컴퓨팅 장치(100)는, 전형적인 컴퓨터 하드웨어(예컨대, 컴퓨터 프로세서, 메모리, 스토리지, 입력 장치 및 출력 장치, 기타 기존의 컴퓨팅 장치의 구성요소들을 포함할 수 있는 장치; 라우터, 스위치 등과 같은 전자 통신 장치; 네트워크 부착 스토리지(NAS; network-attached storage) 및 스토리지 영역 네트워크(SAN; storage area network)와 같은 전자 정보 스토리지 시스템)와 컴퓨터 소프트웨어(즉, 컴퓨팅 장치로 하여금 특정의 방식으로 기능하게 하는 명령어들)의 조합을 이용하여 원하는 시스템 성능을 달성하는 것일 수 있다.In particular, the computing device 100 may be implemented as a computer-readable medium, such as conventional computer hardware (e.g., a computer processor, memory, storage, input and output devices, Electronic communication devices, electronic information storage systems such as network-attached storage (NAS) and storage area networks (SAN), and computer software (i.e., computing devices that enable a computing device to function in a particular manner) Commands) to achieve the desired system performance.

이와 같은 컴퓨팅 장치의 통신부(110)는 연동되는 타 컴퓨팅 장치와 요청과 응답을 송수신할 수 있는바, 일 예시로서 그러한 요청과 응답은 동일한 TCP(transmission control protocol) 세션(session)에 의하여 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는바, 예컨대 UDP(user datagram protocol) 데이터그램(datagram)으로서 송수신될 수도 있을 것이다. 덧붙여, 넓은 의미에서 상기 통신부(110)는 명령어 또는 지시 등을 전달받기 위한 키보드, 마우스, 기타 외부 입력장치, 프린터, 디스플레이, 기타 외부 출력장치를 포함할 수 있다.The communication unit 110 of the computing device can send and receive requests and responses to and from other interworking computing devices. As an example, such requests and responses can be made by the same transmission control protocol (TCP) session But not limited to, a user datagram protocol (UDP) datagram, for example. In addition, in a broad sense, the communication unit 110 may include a keyboard, a mouse, an external input device, a printer, a display, and other external output devices for receiving commands or instructions.

또한, 컴퓨팅 장치의 프로세서(120)는 MPU(micro processing unit), CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), NPU(neural processing unit) 또는 TPU(tensor processing unit), 캐시 메모리(cache memory), 데이터 버스(data bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.The processor 120 of the computing device may also be a micro processing unit (MPU), a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a neural processing unit (NPU) or a tensor processing unit ), A data bus, and the like. It may further include a software configuration of an operating system and an application that performs a specific purpose.

도 2는 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에 이용되는 컴퓨팅 장치의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소를 도시한 예시적 블록도이고, 도 3은 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에 이용될 수 있는 기계 학습 모델을 훈련하여 적용하는 과정을 개략적으로 도시한 모식도이다.FIG. 2 is an exemplary block diagram illustrating hardware or software components of a computing device used in a feature-based brain disease determination method of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of a machine And schematically shows a process of training and applying a learning model.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 방법 및 장치의 구성을 간략히 개관하면, 컴퓨팅 장치(100)는 그 구성요소로서 영상 획득부(210)를 포함할 수 있다. 이 영상 획득부(210)는 본 발명에 따른 방법이 적용되는 뇌 영상의 데이터를 획득(S100)하도록 구성되는바, 도 2에 도시된 개별 모듈들은, 예컨대, 컴퓨팅 장치(100)에 포함된 통신부(110)나 프로세서(120), 또는 상기 통신부(110) 및 프로세서(120)의 연동에 의하여 구현될 수 있음은 통상의 기술자가 이해할 수 있을 것이다.Referring first to FIG. 2, a brief outline of a method and an apparatus according to the present invention, a computing device 100 may include an image acquisition unit 210 as a component thereof. The image acquisition unit 210 is configured to acquire data of a brain image to which the method according to the present invention is applied (S100). The individual modules shown in FIG. 2 include, for example, a communication unit It will be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented by interfacing the communication unit 110 and the processor 120 or the communication unit 110 and the processor 120. [

뇌 영상은, 예를 들어, 통신부(110)를 통하여 연동되는 촬영 기기 또는 의료영상 저장 전송 시스템(PACS)과 같은 외부 영상 저장 시스템으로부터 획득되는 것일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 뇌 영상은 (의료) 영상 촬영 기기에 의하여 촬영된 영상이 DICOM 표준에 따라 PACS에 전송된 후 컴퓨팅 장치(100)의 영상 획득부(210)에 의하여 획득된 것일 수 있다. 바람직하게는 뇌 영상이 3차원 영상일 수 있다. 예를 들어 뇌 영상이 MRI 영상, 특히 MR T1w 영상일 수 있다.The brain image may be obtained, for example, from an external image storage system such as a radiographic apparatus or a medical image storage and transmission system (PACS) interlocked through the communication unit 110, but is not limited thereto. For example, the brain image may be acquired by the image acquisition unit 210 of the computing device 100 after the image captured by the medical imaging device is transmitted to the PACS according to the DICOM standard. Preferably, the brain image may be a three-dimensional image. For example, the brain image may be an MRI image, particularly an MR T1w image.

다음으로, 그 획득된 뇌 영상은 구획망(220)에 전달될 수 있는데, 구체적으로 구획망(220)은, 입력 영상인 뇌 영상으로부터 뇌질환, 예를 들어 알츠하이머병에 의한 치매에 관련된 다수의 뇌 영역을 뇌 영상으로부터 구획(parcellation)하도록 구성된다.Next, the obtained brain image can be transmitted to the divisional network 220. Specifically, the divisional network 220 extracts a plurality of brain images related to brain diseases, for example, dementia caused by Alzheimer's disease And is configured to parcellate the brain region from the brain image.

구획이 완료되면, 질환예측망(230)은 그 구획의 결과 정보에 기초하여 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하도록 구성된다.When the compartment is completed, the disease prediction network 230 is configured to generate classification information on brain diseases based on the result information of the compartment.

그러면, 강화 학습부(240; 242, 244, 246)는 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 상기 구획망(220)을 갱신하도록 구성된다. 이에 따라 구획망(220)의 구획 성능은 지속적으로 개선될 수 있는바, 이 강화 학습부(240)를 구성하는 개별 구성요소들, 보상부(242), 강화학습 크리틱(244) 및 강화학습 액터(246)에 관하여는 후술하기로 한다.The reinforcement learning unit 240 (242, 244, 246) is configured to update the partition network 220 based on the result information of the partition and the classification information. Accordingly, the partition performance of the partition network 220 can be continuously improved, and the individual components constituting the reinforcement learning unit 240, the compensation unit 242, the reinforcement learning cricity 244, (246) will be described later.

한편, 출력부(250; 미도시)는 뇌질환에 관한 분류 정보를 외부 엔티티(external entity)에 제공할 수 있다. 여기에서 외부 엔티티라고 함은, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치(100)의 사용자, 관리자, 상기 피검체를 담당하는 담당 의료 전문가 등을 포함하나, 이 이외에도 뇌 영상의 정보, 뇌질환 유병 여부의 정보를 필요로 하는 주체라면 어느 주체라도 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 외부 엔티티가 인간인 때에는 상기 출력부(250)는 소정의 출력 장치, 예컨대 디스플레이에 표시된 사용자 인터페이스를 통하여 분류 정보를 외부 엔티티에 제공할 수 있다.Meanwhile, the output unit 250 (not shown) may provide classification information on brain diseases to an external entity. Here, the external entity includes a user of the computing device 100 performing the method according to the present invention, a manager, a medical professional in charge of the subject, and the like. However, the external entity includes information on brain imaging, It is to be understood that any subject that needs information of whether or not it is included includes any subject. When the external entity is a human, the output unit 250 can provide classification information to an external entity through a user interface displayed on a predetermined output device, e.g., a display.

다음으로, 도 3을 참조하면, 전술한 구획망(220), 질환예측망(230) 및 강화 학습부(240)를 포함하는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치("인식 시스템"으로 도시됨)의 기계학습 모듈(300b)은 뇌 영상 및 뇌 영상의 각 영역을 레이블링한 데이터를 훈련용 데이터로 하여 기계학습 모듈(300a)을 훈련시키는 별도의 학습 시스템으로부터 전달 또는 배포된 것일 수 있다. 환언하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치(100)에서 이용되는 기계학습 모듈(300b)은 별도의 학습 시스템에 의하여 미리 훈련된 것(300a)일 수 있다.3, a computing device (referred to as a "recognition system") according to one embodiment of the present invention, including the above-described compartment network 220, disease prediction network 230, The machine learning module 300b of the machine learning module 300b may be transmitted or distributed from a separate learning system that trains the machine learning module 300a using data labeled with areas of the brain image and the brain image as training data . In other words, the machine learning module 300b used in the computing device 100 according to an embodiment of the present invention may be one that has been pre-trained by a separate learning system 300a.

도 2 및 도 3을 참조하여 개략적으로 설명된 각각의 구성요소들의 구체적인 기능 및 효과에 관하여는 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 후술하기로 한다. 도 2에 나타난 구성요소들은 설명의 편의상 하나의 컴퓨팅 장치에서 실현되는 것으로 예시되었으나, 본 발명의 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치(100)는 복수개의 장치들이 서로 연동된 것으로 구성될 수도 있다는 점이 이해될 것이다. 즉, 본 발명에 따른 방법의 각 단계는, 하나의 컴퓨팅 장치가 직접 수행하거나 상기 하나의 컴퓨팅 장치가 상기 하나의 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 컴퓨팅 장치로 하여금 수행하도록 지원함으로써 수행될 수 있다.Specific functions and effects of the respective components schematically described with reference to FIGS. 2 and 3 will be described later in detail with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. Although the components shown in FIG. 2 are illustrated as being realized in one computing device for convenience of explanation, it will be understood that the computing device 100 performing the method of the present invention may be configured such that a plurality of devices are interlocked with each other . That is, each step of the method according to the present invention can be performed by one computing device directly or by supporting the one computing device to perform another computing device that is interlocked with the one computing device.

도 4는 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.4 is a flow chart illustrating a method of determining a brain disease according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 특징 기반 뇌질환 판정 방법은, 우선, 컴퓨팅 장치(100)에 의하여 구현되는 영상 획득부(210)가, 피검체의 뇌 영상(x)을 획득하거나 컴퓨팅 장치(100)의 통신부(110)를 통하여 연동되는 타 장치로 하여금 뇌 영상(x)을 획득하도록 지원하는 단계(S100)를 포함한다. 본 발명이 도면들에 예시(illustration)적으로 첨부된 MRI 영상의 형식(modality)에 한정되지 않고 일반적으로 다양한 영상 형식에 대하여 적용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.Referring to FIG. 4, a feature-based brain disease determination method according to the present invention includes: an image acquisition unit 210 implemented by a computing device 100 acquiring a brain image x of a subject; (S100) supporting another device, which is linked through the communication unit 110 of the mobile terminal 100, to acquire the brain image x. It will be understood that the present invention is not limited to the modality of the MRI image attached to the drawings, but can be applied to various image formats in general.

다음으로, 본 발명에 따른 특징 기반 뇌질환 판정 방법은, 컴퓨팅 장치(100)에 의하여 구현되는 구획망(parcellation network; 220)이, 뇌질환에 관련된 것으로 미리 지정된 다수의 뇌 영역을 상기 뇌 영상(x)으로부터 구획하거나 상기 타 장치로 하여금 구획하도록 지원하는 단계(S200)를 더 포함한다. Next, a feature-based brain disease determination method according to the present invention is characterized in that a parcellation network 220 implemented by the computing device 100 divides a plurality of brain regions, x) or supporting the other device to partition (S200).

여기에서, 뇌질환은 치매, 특히 알츠하이머병에 의한 치매일 수 있다.Here, the brain disease may be dementia, especially dementia caused by Alzheimer's disease.

여기에서, 미리 지정된 상기 다수의 뇌 영역은 4 이상 130 이하 개수의 뇌 영역일 수 있다.Here, the predetermined number of brain regions may be 4 or more and less than 130 brain regions.

구체적으로, 단계(S200)에서, 상기 구획은, 구획망(220)에 의하여 수행될 수 있고, 그 구획망(220)은, (i) 다수의 뇌질환 유병 환자의 뇌 영상; 및 (ii) 다수의 인지적 정상(cognitively normal; CN)인 사람의 뇌 영상 및 다수의 경도성인지장애(mild cognitive impairment; MCI)인 사람의 뇌 영상 중 적어도 1가지 이상을 이용하여 훈련될 것일 수 있다. 여기에서 가능한 3가지 조합은 (i) 뇌질환, 인지적 정상, 경도성인지장애의 데이터 세트, (ii) 뇌질환, 인지적 정상의 데이터 세트, 또는 (iii) 뇌질환, 경도성인지장애의 데이터 세트이다. 훈련을 위한 데이터 세트에 뇌질환, 인지적 정상, 경도성인지장애 외에 다양한 클래스(class)가 추가될 수도 있음은 물론이다.Specifically, in step S200, the compartment may be performed by a compartment net 220, which may include (i) a brain imaging of a number of patients with a brain disorder; And (ii) at least one of a plurality of brain images of a cognitively normal (CN) person and a human brain image of a plurality of mild cognitive impairment (MCI) . The three possible combinations here are: (i) a data set of brain disorders, cognitive normal, and mild to moderate disorders; (ii) brain disorders; cognitive normal data sets; or (iii) brain disorders, Data set. It goes without saying that various classes may be added to the data set for training besides brain diseases, cognitive normal, and hardness disorders.

도 5는 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에서 뇌 영상의 구획에 이용될 수 있는 구획망의 일 예시를 도시한 개념도이다.FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a partition network that can be used for compartmentalization of a brain image in a feature-based brain disease determination method according to the present invention.

도 5를 참조하면, 구획을 위한 구획망(220)은 입력 부피 영상(input volumes)으로부터 복셀-수준 분할 결과(voxel-level segmentation)을 산출하기 위한 다수의 블록들로 이루어지는데, 그 블록 각각 내에는 다수의 층들이 포함된다.Referring to FIG. 5, the partitioning network 220 for a partition is composed of a plurality of blocks for calculating a voxel-level segmentation from input volume volumes, Includes a plurality of layers.

구획망(220)을 이루는 심층 신경망은 다층의 인공 신경망으로 이루어진 구조에서 다량의 데이터를 학습시킴으로써 각각의 영상의 특징을 자동으로 학습하고, 이를 통해 목적 함수의 값, 즉 분류 결과의 오차(error)를 최소화시키는 방식으로 학습을 진행하는 기계학습 모델이며, 점, 선, 면 등의 저수준의 특징에서부터 복잡하고 의미 있는 고수준의 특징까지 다양한 수준의 특징을 추출하고 분류할 수 있는 기술적 특징을 가지고 있다.In the neural network constituting the divided network 220, the characteristic of each image is automatically learned by learning a large amount of data in a structure of a multi-layer artificial neural network, and the value of the objective function, that is, the error of the classification result, , And has a technical feature that can extract and classify various levels of features from low-level features such as points, lines, and faces to complex and meaningful high-level features.

구획망(220)은 입력된 뇌 영상의 형태, 질감, 전역적 위치 및 구조적 특징을 포함하는 영상 특징을 추출함으로써 뇌 영상의 구획을 수행할 수 있다. 통상의 기술자는 본 발명이 달성하고자 하는 효과를 발휘하는 구획망의 다양한 실시 예를 상정할 수 있을 것이다.The segmentation network 220 can perform segmentation of the brain image by extracting image features including the shape, texture, global position, and structural characteristics of the input brain image. Those of ordinary skill in the art will be able to contemplate various embodiments of a compartment network that exerts the effects that the present invention is intended to achieve.

본 발명에 따른 구획망의 장점은, 심층신경망을 활용하기 전 종래의 픽셀 기반 영상 처리 기법에서, 공정합(co-registration)이 현재 10분 내외의 분단위 처리 시간을 소비하고, 정교한 구획 알고리즘이 (예컨대, 종래의 Freesurfer의 경우) 시단위의 처리 시간을 소비하는 등 막대한 연산량을 소비함 없이 곧바로 단대단으로 수행될 수 있어, 적게는 수십 분에서 많게는 수 시간이 걸리던 뇌질환 예측이 1분 정도의 비교적 짧은 시간 내에 수행될 수 있을 정도로 신속해졌다는 점이다.Advantages of the partition network according to the present invention are that, in the conventional pixel-based image processing technique before using the depth neural network, the co-registration consumes the processing time in about 10 minutes, and the sophisticated segment algorithm (For example, in the case of the conventional Freesurfer), it can be performed in a short time without consuming an enormous amount of computation, such as consuming processing time on the start of the brain. The brain disease prediction, which takes from several tens of minutes to several hours, Which can be performed within a relatively short period of time.

도 4에는 구획망(220)의 구획에 의하여 산출되는 특징 맵(feature map)이 x'로 도시되어 있는바, 이 x'는 분할(segmentation)의 결과를 바로 지칭하는 게 아니라 구획망의 중간층에서 도출되는 값을 지칭한다. In FIG. 4, a feature map calculated by the segment of the segment network 220 is shown as x ', which does not refer directly to the result of segmentation but also to the intermediate layer of the segment network Refers to the derived value.

다음으로, 본 발명에 따른 특징 기반 뇌질환 판정 방법은, 컴퓨팅 장치(100)에 의하여 구현되는 질환예측망(230)이, 상기 구획의 결과 정보에 기초하여 상기 뇌 영상에 나타난 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하거나 상기 타 장치로 하여금 생성하도록 지원하는 단계(S300)를 더 포함한다.Next, a feature-based brain disease determination method according to the present invention is characterized in that a disease prediction network 230 implemented by the computing device 100 is classified into classification based on brain information (S300) to generate information or to cause the other device to generate the information.

여기에서 분류 정보는 상기 피검체를 (i) 뇌질환 유병 또는 경도성인지장애 및 (ii) 정상 중 어느 하나로 분류하는 정보일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 x'를 이용하여 뇌질환 유병의 여부(y')가 도출될 수 있다.Here, the classification information may be information for classifying the subject as (i) a disorder of a brain disease disease or a mild disorder and (ii) a normal state. For example, using the x 'illustrated in FIG. 4, whether or not a brain disease disease (y') can be derived.

바람직하게는, 단계(S300)에서, 상기 뇌질환의 유병 위험도가 상기 분류 정보로서 함께 산출될 수 있다.Preferably, in step S300, the risk of developing the brain disease may be calculated together with the classification information.

도 6은 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법에서 뇌 영상을 뇌질환 유병 또는 정상으로 분류하는 분류 정보를 생성하는 데 이용될 수 있는 질환예측망의 일 예시를 도시한 개념도이다.FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of a disease prediction network that can be used to generate classification information for classifying brain images as a brain disease disease or normal in the feature-based brain disease determination method of the present invention.

유리하게, 단계(S300)는, 상기 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 간의 상호 연결 상태를 판정하도록 훈련된 심층 신경망에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 질환예측망(230)은 3D CNN(3-dimensional convolutional neural network)을 포함할 수 있으며, 특히, 그래프 합성곱 신경망(graph convolutional neural network; GCN)일 수 있다.Advantageously, step S300 may be performed by a neural network trained to determine the state of interconnections between brain regions of the brain image that are the result of the segment. For example, the disease prediction network 230 may include a 3D CNN (3-dimensional convolutional neural network), and in particular, a graph convolutional neural network (GCN).

도 6을 참조하면, 질환예측망의 입력층(input layer)의 값으로부터 출력층(output layer)의 값이 산출되는데, 그 사이에 개재된 은닉층들(hidden layers)에서의 활성(hidden layer activation)은 뇌 영역 간의 상호 연결 상태에 따라 은닉층에서의 특징값들이 어떠한 분포를 띠고 있는지가 예시되어 있다. 이러한 모델의 장점은, 앞선 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 각각의 상호 연결성, 결합 작용 상태, 부피 분포(volume distribution) 등이 뇌질환 유병 여부의 분류에 반영될 수 있다는 점이다.6, an output layer value is calculated from an input layer value of a disease prediction network, and hidden layer activation between hidden layers is calculated And how the feature values in the hidden layer are distributed according to the state of interconnections between brain regions. The advantage of this model is that the interconnection, coupling activity, volume distribution, etc. of each brain region of the brain image, which is the result of the preceding compartment, can be reflected in the classification of brain disease incidence.

계속해서 도 4를 참조하면, 본 발명의 특징 기반 뇌질환 판정 방법은, 컴퓨팅 장치(100)에 의하여 구현되는 강화 학습부(reinforcement learning module; 240)가, 상기 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 구획망(220)을 갱신하거나 상기 타 장치로 하여금 갱신하도록 지원하는 단계(S400)를 더 포함한다.4, a feature-based brain disease determination method according to the present invention is characterized in that a reinforcement learning module 240 implemented by the computing device 100 includes a result information of the compartment and the classification information (S400) to update the partition network (220) or to update the other device based on the update information (S400).

강화 학습부에 의하여 강화 학습이 이루어지는 단계(S400)를 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The step of performing reinforcement learning by the reinforcement learning unit (S400) will be described in more detail as follows.

우선, 단계(S400)는, 강화 학습부(240)에 속한 보상부(242)가, 상기 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 각각에 대한 부피(parcellation output volume)를 기초로 하여 보상치(reward; r)를 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 산출하도록 지원하는 단계(S420; 미도시)를 포함할 수 있다.First, in the step S400, the compensating unit 242 belonging to the reinforcement learning unit 240 calculates a compensation value (i.e., a compensation value) based on the parcellation output volume for each brain region of the brain image, (step S420) of calculating the reward (r) or supporting the other device to calculate (step S420).

예를 들어, 상기 보상치는, 상기 부피 및 상기 분류 정보에 기초하여 독립적 t-검정(independent t-test)을 수행하고, 그 결과인 p-value를 이용하여 순위결정(ranking)함으로써 산출될 수 있다.For example, the compensation value may be calculated by performing an independent t-test based on the volume and the classification information, and ranking by using the resultant p-value .

구체적인 예로서, y'가 0(뇌질환 무, 정상)으로 산출된 데이터 집합과 y'가 1(뇌질환 유병)로 산출된 데이터 집합에 대하여, x'의 통계치(예컨대 부피값)로써 t-검정을 시행하여 p-value를 구하고, 이 p-value에 따라 순위를 매겨 '해당 데이터의 유의미한 정도'로 삼을 수 있는바, 이를 강화 학습의 보상치(r)로 정할 수 있다.As a specific example, for a data set calculated with y '= 0 (no brain disease, normal) and a data set calculated with y' = 1 (brain disease prevalence), t- , And the p-value is obtained and ranked according to the p-value, which can be regarded as a 'significant degree of the corresponding data', which can be defined as the compensation value (r) of the reinforcement learning.

다음으로, 단계(S400)는, 단계(S420)의 후에, 강화 학습부(240)에 속한 강화 학습 크리틱(reinforcement learning critic; 244)이, 산출된 상기 보상치의 누적값에 대한 오차에 기초하여 강화 학습부(240)에 속한 강화 학습 액터(reinforcement learning actor; 246)의 액션(action)을 평가(evaluate)하거나 상기 타 장치로 하여금 평가하도록 지원하는 단계(S440; 미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기에서 이용되는 오차는 TD(Temporal Difference) 오차일 수 있다.Next, in step S400, after step S420, the reinforcement learning critic 244 belonging to the reinforcement learning unit 240 determines whether the reinforcement learning critic 244 belongs to the reinforcement learning critic (Step S440) (step S440) of evaluating an action of the reinforcement learning actor 246 belonging to the learning unit 240 or assisting the other device to evaluate the action . The error used here may be a TD (Temporal Difference) error.

여기에서 액션은 x'에 어떠한 값을 더 중요하게 받아들인 것인지에 관한 것으로서, 강화 학습부(240)는 r의 누적값을 최대화하기 위한 액션들을 최적화할 수 있다.Here, the action is about which value is more importantly accepted in x ', and the reinforcement learning unit 240 can optimize the actions for maximizing the accumulated value of r.

단계(S440) 후에, 단계(S400)는, 강화 학습 액터(246)가, 구획망(220)의 출력 손실값(output loss)에 적용할 어드밴티지(advantage) 값을 생성하거나 상기 타 장치로 하여금 생성하도록 지원하는 단계(S460; 미도시); 및 상기 어드밴티지 값에 따른 정책 기울기 갱신을 통하여 구획망(220)을 더 훈련하거나 상기 타 장치로 하여금 더 훈련하도록 지원하는 단계(S480; 미도시)를 더 포함할 수 있다.After step S440, the step S400 is a step in which the enhanced learning actor 246 generates an advantage value to be applied to the output loss of the divisional network 220 or causes the other device to generate (S460; not shown); And a step S480 (not shown) of further training the partition network 220 through policy slope updating according to the advantage value or supporting the other device to further train.

이들 단계(S460 및 S480)에서의 정책 기울기 갱신 및 어드밴티지 값의 함수는, 예를 들어, 아래 수학식 1과 같이 주어질 수 있다.The function of the policy slope update and the advantage value in these steps (S460 and S480) can be given, for example, by the following Equation (1).

Figure 112018097227213-pat00001
Figure 112018097227213-pat00001

여기에서 θ는 정책 기울기(policy gradient)를 지칭하는데, 이는 강화학습 정책망 파라미터의 기울기(gradient of RL policy network parameter)이다. 또한, t는 현재의 시간 스텝(time step)을 지칭하고, st는 현재 시간 스텝에서의 상태(state)를 지칭하며, w는 크리틱 망 파라미터(critic network parameter)를 지칭한다. 그리고 v(s, w)는 w에 의하여 매개화된 상태 s일 때의 값(크리틱) 함수를 지칭하고, π는 정책(망)을 지칭한다. At는 t 시간 스텝에서의 액션을 지칭하며, π(At|St, θ)는 θ에 의하여 매개화된, 상태 st에서 액션으로서 At를 취할 때의 정책을 지칭한다.Where θ is the policy gradient, which is the gradient of the RL policy network parameter. Also, t refers to the current time step, s t refers to the state at the current time step, and w refers to the critic network parameter. And v (s, w) refers to the value (critical) function at state s mediated by w, and π refers to policy (network). A t refers to the action in t time steps, and π (A t | S t , θ) refers to the policy when taking A t as an action in state s t , mediated by θ.

이와 같이 본 발명에 따른 방법은 질환예측망(230)에 의하여 평가된 결과인 분류 정보를 강화 학습으로써 구획망(220)에 연결하여 그 구획망의 파라미터를 갱신함으로써 2 국면 접근법에 비하여 더 높은 최종 분류 성능을 얻을 수 있는 효과가 있는바, 특히, 임상적으로 알려져 있지 않은 뇌 영역의 중요도를 학습에 반영할 수 있는 장점이 있다.As described above, the method according to the present invention connects the classification information, which is a result evaluated by the disease prediction network 230, to the compartment network 220 by reinforcement learning, and updates the parameters of the compartment network, The classification performance can be obtained. In particular, there is an advantage that the importance of the brain region that is not clinically known can be reflected in the learning.

이와 같은 강화 학습부에 의한 구획망(220)의 파라미터 갱신은 다수의 뇌 영상에 대하여 반복 수행될 수 있는바, 그 반복 수행을 종료하는 조건은 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 수 있어 이를 더 상세히 설명하는 것이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 생략하기로 한다. Since the parameter updating of the divided network 220 by the reinforcement learning unit can be repeatedly performed on a plurality of brain images, the conditions for terminating the repeated execution can be easily understood by a general technician, And will not be described because it may obscure the gist of the present invention.

한편, 질환예측망(230)에 의하여 상기 분류 정보가 생성되면, 이에 대한 외부 엔티티의 이용 내지 활용을 위하여, 본 발명에 따른 특징 기반 뇌질환 판정 방법은, 컴퓨팅 장치(100)에 의하여 구현되는 출력부(250; 미도시)가, 생성된 상기 분류 정보를 외부 엔티티에 제공하거나 상기 타 장치로 하여금 제공하도록 지원하는 단계(S400')를 더 포함할 수 있을 것이다.If the classification information is generated by the disease prediction network 230, the feature-based brain disease determination method according to the present invention may be applied to the use of an external entity, (Step S400 ') in which the terminal 250 (not shown) provides the generated classification information to an external entity or provides the other device with the classification information.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명은 그 모든 실시 예 및 변형례에 걸쳐, 뇌질환, 특히 알츠하이머병에 의한 치매에 대한 진단의 신속성과 정확도를 종래 기술에 비하여 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described so far, the present invention has the effect of greatly improving the speed and accuracy of diagnosis of dementia caused by brain diseases, particularly Alzheimer's disease, over all of the embodiments and modifications.

위 실시 예의 설명에 기초하여 해당 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 방법 및/또는 프로세스들, 그리고 그 단계들이 하드웨어, 소프트웨어 또는 특정 용례에 적합한 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합으로 실현될 수 있다는 점을 명확하게 이해할 수 있다. 상기 하드웨어는 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치의 특별한 모습 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 상기 프로세스들은 내부 및/또는 외부 메모리를 가지는, 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 임베디드 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 디지털 신호 프로세서 또는 기타 프로그래머블 장치에 의하여 실현될 수 있다. 게다가, 혹은 대안으로서, 상기 프로세스들은 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC), 프로그래머블 게이트 어레이(programmable gate array), 프로그래머블 어레이 로직(Programmable Array Logic; PAL) 또는 전자 신호들을 처리하기 위해 구성될 수 있는 임의의 다른 장치 또는 장치들의 조합으로 실시될 수 있다. 더욱이 본 발명의 기술적 해법의 대상물 또는 선행 기술들에 기여하는 부분들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 기계 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 기계 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 기계 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 기계 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD, Blu-ray와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 전술한 장치들 중 어느 하나뿐만 아니라 프로세서, 프로세서 아키텍처 또는 상이한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합들의 이종 조합, 또는 다른 어떤 프로그램 명령어들을 실행할 수 있는 기계 상에서 실행되기 위하여 저장 및 컴파일 또는 인터프리트될 수 있는, C와 같은 구조적 프로그래밍 언어, C++ 같은 객체지향적 프로그래밍 언어 또는 고급 또는 저급 프로그래밍 언어(어셈블리어, 하드웨어 기술 언어들 및 데이터베이스 프로그래밍 언어 및 기술들)를 사용하여 만들어질 수 있는바, 기계어 코드, 바이트코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 이에 포함된다. Based on the description of the embodiments above, those skilled in the art will recognize that the methods and / or processes of the present invention and their steps may be implemented in hardware, software, or any combination of hardware and software suitable for the particular application Points can be clearly understood. The hardware may include special features or components of a general purpose computer and / or a dedicated computing device or a specific computing device or a particular computing device. The processes may be realized by one or more microprocessors, microcontrollers, embedded microcontrollers, programmable digital signal processors or other programmable devices having internal and / or external memory. Additionally or alternatively, the processes can be configured to process application specific integrated circuits (ASICs), programmable gate arrays, programmable array logic (PAL) Or any other device or combination of devices. Furthermore, the objects of the technical solution of the present invention, or portions contributing to the prior art, may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a machine-readable recording medium. The machine-readable recording medium may include program commands, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the machine-readable recording medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known to those of ordinary skill in the computer software arts. Examples of the machine-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROM, DVD, Blu-ray, magneto-optical media such as floptical disks magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include, but are not limited to, any of the above devices, as well as a heterogeneous combination of processors, processor architectures or combinations of different hardware and software, Which may be constructed using a structured programming language such as C, an object-oriented programming language such as C ++ or an advanced or low-level programming language (assembly language, hardware description languages and database programming languages and techniques) This includes not only bytecode, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

따라서 본 발명에 따른 일 태양에서는, 앞서 설명된 방법 및 그 조합들이 하나 이상의 컴퓨팅 장치들에 의하여 수행될 때, 그 방법 및 방법의 조합들이 각 단계들을 수행하는 실행 가능한 코드로서 실시될 수 있다. 다른 일 태양에서는, 상기 방법은 상기 단계들을 수행하는 시스템들로서 실시될 수 있고, 방법들은 장치들에 걸쳐 여러 가지 방법으로 분산되거나 모든 기능들이 하나의 전용, 독립형 장치 또는 다른 하드웨어에 통합될 수 있다. 또 다른 일 태양에서는, 위에서 설명한 프로세스들과 연관된 단계들을 수행하는 수단들은 앞서 설명한 임의의 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 그러한 모든 순차 결합 및 조합들은 본 개시서의 범위 내에 속하도록 의도된 것이다.Thus, in one aspect of the present invention, when the methods and combinations described above are performed by one or more computing devices, combinations of the methods and methods may be implemented as executable code that performs each of the steps. In another aspect, the method may be implemented as systems for performing the steps, and the methods may be distributed in various ways throughout the devices, or all functions may be integrated into one dedicated, stand-alone device, or other hardware. In yet another aspect, the means for performing the steps associated with the processes described above may include any of the hardware and / or software described above. All such sequential combinations and combinations are intended to be within the scope of this disclosure.

예를 들어, 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 상기 하드웨어 장치는, 프로그램 명령어를 저장하기 위한 ROM/RAM 등과 같은 메모리와 결합되고 상기 메모리에 저장된 명령어들을 실행하도록 구성되는 MPU, CPU, GPU, TPU와 같은 프로세서를 포함할 수 있으며, 외부 장치와 신호를 주고받을 수 있는 통신부를 포함할 수 있다. 덧붙여, 상기 하드웨어 장치는 개발자들에 의하여 작성된 명령어들을 전달받기 위한 키보드, 마우스, 기타 외부 입력장치를 포함할 수 있다.For example, the hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing in accordance with the present invention, and vice versa. The hardware device may include a processor, such as an MPU, CPU, GPU, TPU, coupled to a memory, such as ROM / RAM, for storing program instructions and configured to execute instructions stored in the memory, And a communication unit capable of receiving and sending data. In addition, the hardware device may include a keyboard, a mouse, and other external input devices for receiving commands generated by the developers.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 사람이라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.

그와 같이 균등하게 또는 등가적으로 변형된 것에는, 예컨대 본 발명에 따른 방법을 실시한 것과 동일한 결과를 낼 수 있는, 논리적으로 동치(logically equivalent)인 방법이 포함될 것인바, 본 발명의 진의 및 범위는 전술한 예시들에 의하여 제한되어서는 아니되며, 법률에 의하여 허용 가능한 가장 넓은 의미로 이해되어야 한다.Such equally or equivalently modified means include, for example, a logically equivalent method which can produce the same result as the method according to the present invention, Should not be limited by the foregoing examples, but should be understood in the broadest sense permissible by law.

Claims (10)

의료 영상에 대한 특징 순위에 기반하여 뇌질환을 판정하는 방법에 있어서,
(a) 컴퓨팅 장치가, 피검체의 뇌 영상을 획득하거나 상기 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 장치로 하여금 상기 뇌 영상을 획득하도록 지원하는 단계;
(b) 상기 컴퓨팅 장치가, 구획망을 이용하여, 뇌질환에 관련된 것으로 미리 지정된 다수의 뇌 영역을 상기 뇌 영상으로부터 구획(parcellation)하거나 상기 타 장치로 하여금 구획하도록 지원하는 단계;
(c) 상기 컴퓨팅 장치가, 질환예측망을 이용하여, 상기 구획의 결과 정보에 기초하여 상기 뇌 영상에 나타난 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하거나 상기 타 장치로 하여금 생성하도록 지원하는 단계; 및
(d) 상기 컴퓨팅 장치가, 강화 학습부(reinforcement learning module)를 이용하여, 상기 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 상기 구획망을 갱신하거나 상기 타 장치로 하여금 갱신하도록 지원하는 단계
를 포함하되,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 강화 학습부의 보상 산출부를 이용하여, 상기 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 각각에 대한 부피(parcellation output volume)를 기초로 하여 보상치(reward)를 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 산출하도록 지원하는 단계;
(d2) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 강화 학습부의 강화 학습 크리틱(reinforcement learning critic)을 이용하여, 산출된 상기 보상치의 누적값에 대한 오차에 기초하여 상기 강화 학습부의 강화 학습 액터(reinforcement learning actor)의 액션(action)을 평가(evaluate)하거나 상기 타 장치로 하여금 평가하도록 지원하는 단계;
(d3) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 강화 학습부의 강화 학습 액터를 이용하여, 상기 구획망의 출력 손실값(output loss)에 적용할 어드밴티지(advantage) 값을 생성하거나 상기 타 장치로 하여금 생성하도록 지원하는 단계; 및
(d4) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 어드밴티지 값에 따른 정책 기울기를 이용한 갱신(policy gradient update)에 의하여 상기 구획망을 더 훈련하거나 상기 타 장치로 하여금 더 훈련하도록 지원하는 단계
를 포함하는, 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
A method for determining a brain disease based on a feature rank of a medical image,
(a) supporting a computing device to acquire a brain image of a subject or to acquire the brain image by another device associated with the computing device;
(b) supporting the computing device to parcel the brain image from the brain image or to divide the other apparatuses into a plurality of brain regions that are previously specified to be related to brain diseases using the compartment network;
(c) supporting the computing device to generate classification information related to brain diseases displayed on the brain image based on the result information of the compartment or to cause the other device to generate using the disease prediction network; And
(d) the computing device updates the partition network or supports the other device to update based on the classification result information and the classification information, using a reinforcement learning module
, ≪ / RTI &
The step (d)
(d1) The computing device calculates a reward based on a parcellation output volume of each brain region of the brain image that is a result of the compartment, using the compensation calculating unit of the reinforcement learning unit Supporting the other device to calculate;
(d2) the computing device is configured to use the reinforcement learning criterion of the reinforcement learning unit to calculate, based on an error of the accumulated value of the compensation value, the reinforcement learning criterion of the reinforcement learning actor of the reinforcement learning unit Evaluating an action or assisting the other device to evaluate it;
(d3) the computing device generates, by using the reinforcement learning actor of the reinforcement learning unit, an advantage value to be applied to an output loss of the partition network or to support the other device to generate step; And
(d4) the computing device further trains the partition network by policy gradient update according to the advantage value or supports the other device to further train
/ RTI > The method of claim 1,
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 구획망은,
(i) 다수의 알츠하이머병 환자의 뇌 영상; 및
(ii) 다수의 인지적 정상(cognitively normal; CN)인 사람의 뇌 영상 및 다수의 경도성인지장애(mild cognitive impairment; MCI)인 사람의 뇌 영상 중 적어도 1가지 이상
을 이용하여 미리 훈련된 것임을 특징으로 하는 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
The partition network includes:
(i) brain imaging of multiple Alzheimer's patients; And
(ii) at least one of a brain image of a person with a plurality of cognitively normal (CN) and a human brain image with a plurality of mild cognitive impairment (MCI)
Wherein the at least one of the at least two of the at least two of the at least two of the at least two of the at least one of the at least two of the at least one of the at least two of the at least one of the at least two.
제2항에 있어서,
상기 구획망은 입력되는 뇌 영상의 형태, 질감, 전역적 위치 및 구조적 특징을 포함하는 영상 특징을 추출함으로써 상기 구획을 수행하는 것을 특징으로 하는 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the segmentation network performs the segmentation by extracting image features including shape, texture, global location, and structural features of the input brain image.
제1항에 있어서,
상기 질환예측망은,
(i) 상기 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 간의 상호 연결성을 반영하도록 훈련된 것, (ii) 상기 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 각각에 대한 부피 분포(volume distribution)가 반영되도록 훈련된 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the disease prediction network comprises:
(i) trained to reflect the interconnectivity between the brain regions of the brain image resulting from the compartment, (ii) the volume distribution of each brain region of the brain image resulting from the compartment is reflected Characterized by at least one of the following.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보상치는,
상기 부피 및 상기 분류 정보에 기초하여 독립적 t-검정(independent t-test)을 수행하고, 그 결과인 p-value를 이용하여 순위결정(ranking)함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
The method according to claim 1,
The compensation value,
And calculating a ranking based on the volume and the classification information by performing an independent t-test on the basis of the volume and the classification information and using the resultant p-value. .
제1항에 있어서,
상기 오차는 TD(Temporal Difference) 오차인 것을 특징으로 하는 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the error is a Temporal Difference (TD) error.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 후에,
(d') 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 분류 정보를 외부 엔티티에 제공하거나 상기 타 장치로 하여금 제공하도록 지원하는 단계
를 더 포함하는 특징 기반 뇌질환 판정 방법.
The method according to claim 1,
After the step (c)
(d ') the computing device providing the classification information to an external entity or supporting the other device to provide
Further comprising the steps of:
컴퓨팅 장치로 하여금, 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구현된 명령어(instructions)를 포함하는, 기계 판독 가능한 비일시적 기록 매체에 저장된, 컴퓨터 프로그램.A computer program product, stored in a machine readable non-volatile storage medium, comprising instructions embodied in a computer-readable medium for causing a computing device to perform the method of any one of claims 1 to 4 and 6 to 8, . 의료 영상에 대한 특징 순위에 기반하여 뇌질환을 판정하는 컴퓨팅 장치에 있어서,
피검체의 뇌 영상을 획득하는 통신부; 및
(i) 뇌질환에 관련된 것으로 미리 지정된 다수의 뇌 영역을 상기 뇌 영상으로부터 구획(parcellation)하는 구획망을 구현하는 프로세스; (ii) 상기 구획의 결과 정보에 기초하여 상기 뇌 영상에 나타난 뇌질환에 관한 분류 정보를 생성하는 질환예측망을 구현하는 프로세스 및 (iii) 상기 구획의 결과 정보 및 상기 분류 정보에 기초하여 상기 구획망을 갱신하는 강화 학습부(reinforcement learning module)를 구현하는 프로세스를 수행하는 프로세서
를 포함하되,
상기 (iii) 프로세스는,
(iii-1) 상기 구획의 결과인 상기 뇌 영상의 뇌 영역 각각에 대한 부피(parcellation output volume)를 기초로 하여 보상치(reward)를 산출하는 프로세스; (iii-2) 산출된 상기 보상치의 누적값에 대한 오차에 기초하여 상기 강화 학습부의 강화 학습 액터(reinforcement learning actor)의 액션(action)을 평가(evaluate)하는 프로세스; (iii-3) 상기 구획망의 출력 손실값(output loss)에 적용할 어드밴티지(advantage) 값을 생성하는 프로세스; 및 (iii-4) 상기 어드밴티지 값에 따른 정책 기울기를 이용한 갱신(policy gradient update)에 의하여 상기 구획망을 더 훈련하는 프로세스를 포함하는, 특징 기반 뇌질환 판정 장치.
1. A computing device for determining a brain disease based on a feature rank for a medical image,
A communication unit for acquiring a brain image of the subject; And
(i) a process for implementing a parcel network for parcellating a plurality of brain regions previously designated as being related to brain diseases from the brain image; (ii) a process of generating a disease prediction network that generates classification information on brain diseases displayed on the brain image based on the result information of the compartment; and (iii) A processor for performing a process of implementing a reinforcement learning module for updating a network,
, ≪ / RTI &
The process (iii)
(iii-1) calculating a reward based on a parcellation output volume for each brain region of the brain image resulting from the segment; (iii-2) evaluating an action of a reinforcement learning actor of the reinforcement learning unit based on an error with respect to an accumulated value of the calculated compensation value; (iii-3) generating an advantage value to be applied to an output loss of the partition network; And (iii-4) further training the compartment network by policy gradient update based on the advantage value.
KR1020180117406A 2018-10-02 2018-10-02 Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same KR101995383B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180117406A KR101995383B1 (en) 2018-10-02 2018-10-02 Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180117406A KR101995383B1 (en) 2018-10-02 2018-10-02 Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101995383B1 true KR101995383B1 (en) 2019-07-02

Family

ID=67257916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180117406A KR101995383B1 (en) 2018-10-02 2018-10-02 Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101995383B1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102321601B1 (en) 2020-11-19 2021-11-05 주식회사 휴런 Biological Classification Devices and Methods for Alzheimer's Disease Using Multimodal Brain Image
KR102388763B1 (en) * 2021-10-27 2022-04-20 임시원 Hospital reception relay system and operation method thereof
KR20220056892A (en) * 2020-10-28 2022-05-09 주식회사 뷰노 Method for segmentation based on medical image
KR20220069499A (en) 2020-11-20 2022-05-27 한국과학기술원 Compter system for automatic exploration of mental illness diagnosis protocol and method thereof
WO2022119162A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 주식회사 뷰노 Medical image-based disease prediction method
US11481902B2 (en) 2020-07-14 2022-10-25 Heuron Co., Ltd. Device and method for detecting cerebral microbleeds using magnetic resonance images
WO2024119338A1 (en) * 2022-12-05 2024-06-13 中国科学院深圳先进技术研究院 Knowledge- and data-driven brain network computational method and apparatus, electronic device, and storage medium

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101754291B1 (en) * 2017-04-04 2017-07-06 이현섭 Medical image processing system and method for personalized brain disease diagnosis and status determination

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101754291B1 (en) * 2017-04-04 2017-07-06 이현섭 Medical image processing system and method for personalized brain disease diagnosis and status determination

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11481902B2 (en) 2020-07-14 2022-10-25 Heuron Co., Ltd. Device and method for detecting cerebral microbleeds using magnetic resonance images
KR20220056892A (en) * 2020-10-28 2022-05-09 주식회사 뷰노 Method for segmentation based on medical image
KR102450409B1 (en) * 2020-10-28 2022-10-05 주식회사 뷰노 Method for segmentation based on medical image
KR102321601B1 (en) 2020-11-19 2021-11-05 주식회사 휴런 Biological Classification Devices and Methods for Alzheimer's Disease Using Multimodal Brain Image
EP4002201A1 (en) 2020-11-19 2022-05-25 Heuron Co., Ltd. Biological classification device and method for alzheimer's disease using multimodal brain image
KR20220069499A (en) 2020-11-20 2022-05-27 한국과학기술원 Compter system for automatic exploration of mental illness diagnosis protocol and method thereof
WO2022119162A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 주식회사 뷰노 Medical image-based disease prediction method
KR20220079726A (en) * 2020-12-04 2022-06-14 주식회사 뷰노 Method for predicting disease based on medical image
KR102534453B1 (en) * 2020-12-04 2023-05-22 주식회사 뷰노 Method for predicting disease based on medical image
TWI814154B (en) * 2020-12-04 2023-09-01 韓商福諾有限公司 Method for predicting disease based on medical image
KR102388763B1 (en) * 2021-10-27 2022-04-20 임시원 Hospital reception relay system and operation method thereof
WO2024119338A1 (en) * 2022-12-05 2024-06-13 中国科学院深圳先进技术研究院 Knowledge- and data-driven brain network computational method and apparatus, electronic device, and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101995383B1 (en) Method for determining brain disorder based on feature ranking of medical image and apparatus using the same
KR101898575B1 (en) Method for predicting future state of progressive lesion and apparatus using the same
JP7357927B2 (en) Diagnostic support system and method
KR101957811B1 (en) Method for computing severity with respect to dementia of subject based on medical image and apparatus using the same
US20200364570A1 (en) Machine learning method and apparatus, program, learned model, and discrimination apparatus
KR101894278B1 (en) Method for reconstructing a series of slice images and apparatus using the same
CN111563523B (en) COPD classification using machine-trained anomaly detection
KR101919866B1 (en) Method for aiding determination of presence of bone metastasis from bone scan image and apparatus using the same
KR102102255B1 (en) Method for aiding visualization of lesions in medical imagery and apparatus using the same
KR101919847B1 (en) Method for detecting automatically same regions of interest between images taken on a subject with temporal interval and apparatus using the same
KR102067412B1 (en) Method for evaluating dementia and apparatus using the same
KR102053527B1 (en) Method for image processing
KR102108418B1 (en) Method for providing an image based on a reconstructed image group and an apparatus using the same
KR102149369B1 (en) Method for visualizing medical image and apparatus using the same
KR101898580B1 (en) Method for facilitating image view and apparatus using the same
KR101919908B1 (en) Method for facilitating labeling of medical image and apparatus using the same
Yan et al. Cine MRI analysis by deep learning of optical flow: Adding the temporal dimension
KR101885562B1 (en) Method for mapping region of interest in first medical image onto second medical image and apparatus using the same
KR101948701B1 (en) Method for determining brain disorder of subject based on latent variables which describe brain structure thereof and apparatus using the same
KR20200116278A (en) Method for determining sex and age of subject from dental image and apparatus using the same
Fu et al. Fast three‐dimensional image generation for healthy brain aging using diffeomorphic registration
KR102290799B1 (en) Method for providing tooth leison information and apparatus using the same
KR102222816B1 (en) Method for generating future image of progressive lesion and apparatus using the same
KR102556646B1 (en) Method and apparatus for generating medical image
WO2023032436A1 (en) Medical image processing device, medical image processing method, and program

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant