KR102243830B1 - System for providing integrated medical diagnostic service and method thereof - Google Patents

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KR102243830B1
KR102243830B1 KR1020190021278A KR20190021278A KR102243830B1 KR 102243830 B1 KR102243830 B1 KR 102243830B1 KR 1020190021278 A KR1020190021278 A KR 1020190021278A KR 20190021278 A KR20190021278 A KR 20190021278A KR 102243830 B1 KR102243830 B1 KR 102243830B1
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이성환
염슬기
이건희
박주연
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 의료 영상 분석을 통해 진단 정보를 제공하는 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템에 의해 수행되는 통합 의료 진단 서비스 제공 방법에 있어서, a) 비정형화된 원시 의료 영상 데이터를 수집하여 저장하고, 상기 원시 의료 영상 데이터에 대한 전처리를 통해 정형화된 의료 영상 데이터를 제공하는 단계; b) 상기 의료 영상 데이터로부터 신체의 해부학적 구조 또는 병변에 대한 특징을 추출하도록 학습하여 분류 모델을 제공하고, 상기 분류 모델에 기반하여 새로 입력되는 의료 영상 데이터에 대한 특징을 추출하는 단계; c) 상기 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대한 병변을 도출하여 진단 정보를 제공하는 단계; d) 상기 진단 정보에 기초하여 상기 의료 영상 내에서 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론한 후 상기 추론된 병변 의심 영역을 이용하여 병변 영역의 시각 정보를 제공하는 단계; 및 e) 상기 병변 영역의 시각 정보를 이용하여 병변 영역에 대한 신체의 해부학적 구조와 매칭되는 적어도 하나 이상의 키워드를 생성한 후 상기 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 키워드를 이용하여 진단 보고서를 생성하여 제공하는 단계를 포함하는 것이다.The present invention relates to a system for providing an integrated medical diagnosis service and a method thereof. In the method of providing an integrated medical diagnosis service performed by an integrated medical diagnosis service providing system that provides diagnosis information through medical image analysis, a) an informal Collecting and storing raw medical image data, and providing standardized medical image data through pre-processing of the raw medical image data; b) learning to extract features of an anatomical structure or lesion of the body from the medical image data to provide a classification model, and extracting features of newly input medical image data based on the classification model; c) providing diagnostic information by deriving a lesion for a corresponding medical image using the extracted features; d) inferring at least one suspicious lesion area that is a major factor in deriving the lesion in the medical image based on the diagnosis information, and then providing visual information of the lesion area using the inferred suspicious lesion area; And e) generating at least one keyword matching the anatomy of the body for the lesion area using the visual information of the lesion area, and then generating a diagnostic report using the diagnosis information, visual information of the lesion area, and keywords. It is to include the step of providing.

Description

통합 의료 진단 서비스 제공 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR PROVIDING INTEGRATED MEDICAL DIAGNOSTIC SERVICE AND METHOD THEREOF}System for providing integrated medical diagnosis service and method thereof {SYSTEM FOR PROVIDING INTEGRATED MEDICAL DIAGNOSTIC SERVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 딥러닝 알고리즘을 활용하여 의료 영상에 대한 정확한 진단을 수행하고, 진단에 대한 시각적 및 언어적인 의학적 설명을 제공할 수 있는 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for providing an integrated medical diagnosis service capable of performing an accurate diagnosis on a medical image using a deep learning algorithm and providing a visual and verbal medical explanation for the diagnosis.

의료에 있어 데이터 분석을 통한 최적의 진단이나 처방의 중요성이 커지고 있다. 하지만 다양한 의료기기와 병원의 정보시스템의 발전에 따라 생성되고 저장되는 의료데이터의 양은 폭발적으로 증가하고 있어 IBM의 추정에 의하면 2020년에는 의료진이 활용 가능한 데이터양의 200배 이상이 수집될 것으로 예상하고 있다. 이러한 데이터 급증에 반해 의료진의 부족 현상이 가속화될 것으로 예상된다.In medical care, the importance of optimal diagnosis or prescription through data analysis is increasing. However, with the development of various medical devices and hospital information systems, the amount of medical data generated and stored is explosively increasing.According to IBM's estimate, more than 200 times the amount of data available to medical staff is expected to be collected in 2020. have. In contrast to this rapid increase in data, the shortage of medical staff is expected to accelerate.

우리나라에서는 심야 시간대에 응급 판독을 전문적으로 수행하는 응급 판독 전문의는 10명밖에 되지 않아 전체 영상의학 전문의 3,700명의 0.27%에 불과하다. 그래서 해당 전공이 아닌 전공의가 판독하게 되거나 전문의가 출근하는 시간까지 판독이 지연되면서, 뇌졸중이나 심혈관 질환과 같이 진단에 걸리는 시간과 정확도가 예후에 치명적으로 작용하는 경우에 대한 위험성이 남아 있다.In Korea, there are only 10 emergency reading specialists who professionally perform emergency reading during the late-night time, accounting for only 0.27% of the 3,700 radiology specialists. Therefore, there is a risk that the time and accuracy of diagnosis, such as stroke or cardiovascular disease, are fatal to the prognosis, as the reading is delayed until the time the specialist reads it, or the time the specialist is going to work.

또한, 의료 영상 판독을 전문으로 하는 영상의학 분야에서 해당 전문의를 양성하는데 10년 이상의 시간이 소요될 뿐만 아니라, 의료진이 의료 영상을 판독할 수 있는 환경이 갖춰져 있더라도 동일 전문의들 간에 판독에 대한 일치율이 60%~65% 정도의 수준에 그치고 있어, 전문의의 지식과 임상 경험에 따라 의료 영상의 판독 결과가 일관적이지 못하다는 문제점이 있다. In addition, it takes more than 10 years to train a corresponding specialist in the field of radiology specializing in medical image reading, and even if there is an environment in which medical staff can read medical images, the match rate for reading among the same specialists is 60. Since it is only at the level of %~65%, there is a problem that the reading results of medical images are inconsistent according to the knowledge and clinical experience of the specialist.

이와 같이, 의료 데이터가 가진 불확실성과 모호성으로 인한 판단의 낮은 일관성을 해결할 방안이 요구되는 상황이다.As such, there is a need for a solution to the low consistency of judgment due to the uncertainty and ambiguity of medical data.

최근 들어 영상, 음성, 자연어 인식 등 여러 분야에서 있어 정확도와 효율성의 급속한 발전이 이뤄지고 있는 인공지능, 특히 딥러닝 기술이 의료 분야에 활발하게 도입되고 있다. 딥러닝의 예측 일관성(Consistency), 시간과 공간의 제약을 받지 않는 확장성(Scalability), 그리고 인간의 정확도에 준하는 정확성(Accuracy)을 강점으로 점차 다양하고 복잡한 의료 데이터 분석 및 진단 보조 솔루션에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.Recently, artificial intelligence, especially deep learning technology, has been actively introduced into the medical field, which is rapidly developing accuracy and efficiency in various fields such as image, voice, and natural language recognition. Research on increasingly diverse and complex medical data analysis and diagnostic assistance solutions with strengths of prediction consistency of deep learning, scalability that is not limited by time and space, and accuracy comparable to human accuracy. Development is actively taking place.

딥러닝 기반의 의료데이터 분석의 경우, 현재까지 의료 영상 분석에서 가장 많은 연구 결과들이 발표되고 있으며, 병변의 탐지 및 정량화, 병변의 분류 문제 등에서 의사들의 진단 및 판독 능력에 준하거나 이를 넘어서는 결과들이 속속 등장하고 있다.In the case of deep learning-based medical data analysis, the most research results in medical image analysis have been published so far, and results that match or exceed doctors' diagnosis and reading ability in the detection and quantification of lesions, and classification of lesions. Is appearing.

그러나, 딥러닝 기반의 의료 데이터 분석 기술은 딥러닝 네트워크를 통해 방대한 양의 의료 데이터로부터 스스로 학습하여 분류 결정을 내리기 때문에 인간이 딥러닝 네트워크의 내부 과정을 알 수 없고, 그로 인해 진단자의 판단에 큰 책임이 수반되는 의학 분야에서 신뢰성이 저하될 수 있다.However, since deep learning-based medical data analysis technology self-learns from a vast amount of medical data through a deep learning network and makes classification decisions, humans cannot know the internal process of the deep learning network, and thus, it is large in the judgment of the diagnoser. Reliability can be compromised in the medical field where responsibility is involved.

이를 해결하기 위해, 딥러닝 네트워크 내 동작 원리를 해석하고자 하는 방법과 분류 결과에 주요 영향을 미치는 영역을 시각화하는 방법에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 딥러닝 기반의 의료 영상 진단 기술은 출력에 이르기까지 입력 데이터에 대한 복잡한 연산을 통하게 되므로 출력에 대한 직관적인 설명이 부족하다. In order to solve this problem, research is being actively conducted on a method to analyze the operating principle in a deep learning network and a method to visualize the area that has a major influence on the classification result. However, the deep learning-based medical image diagnosis technology does not have an intuitive description of the output because it is through a complex operation on input data up to the output.

한편, 기존의 딥러닝 기반의 의료 데이터 분석 및 진단 기술에서는 환자의 상태에 따라 의료 영상의 측정 방식이 달라지고, 병원마다 데이터의 형태와 저장 방식, 분석 방식이 매우 상이할 뿐만 아니라 사용하는 용어의 일관성도 떨어져 자동화된 일괄 방식의 데이터 전처리가 현실적으로 불가능하다. 따라서, 의료 영상 데이터의 포맷에 관계없이 환자와 전문가를 위해 의료 영상의 분류 및 환자가 이해할 수 있는 수준의 언어적 해석이 가능한 설명을 제공하지 못하는 문제점이 있다.Meanwhile, in the existing deep learning-based medical data analysis and diagnosis technology, the method of measuring medical images varies depending on the patient's condition, and the data types, storage methods, and analysis methods are very different from hospital to hospital. Due to the lack of consistency, it is practically impossible to pre-process data in an automated batch method. Therefore, regardless of the format of medical image data, there is a problem in that it is not possible to categorize medical images and provide explanations capable of verbal interpretation at a level that can be understood by patients for patients and experts.

대한민국 등록특허 제10-1623431호(발명의 명칭: 의료 영상의 병리 진단 분류 장치 및 이를 이용한 병리 진단 시스템)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1623431 (Name of invention: pathology diagnosis classification device for medical images and pathology diagnosis system using the same)

대한민국 등록특허 제 10-1857624(발명의 명칭: 임상 정보를 반영한 의료 진단 방법 및 이를 이용하는 장치)Korean Patent Registration No. 10-1857624 (Name of invention: medical diagnosis method reflecting clinical information and device using the same)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 의료 영상에 대한 딥러닝 알고리즘을 활용하여 정확한 의료 진단을 수행함과 동시에 사용자가 이해할 수 있는 수준의 시각적 및 언어적인 진단 설명을 제공하도록 하는 것에 목적이 있다.In order to solve the above-described problem, the present invention performs accurate medical diagnosis using deep learning algorithms for various medical images according to an embodiment of the present invention, and provides visual and verbal diagnosis at a level that can be understood by a user. The purpose is to provide.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 방법은, 의료 영상 분석을 통해 진단 정보를 제공하는 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템에 의해 수행되는 통합 의료 진단 서비스 제공 방법에 있어서, a) 비정형화된 원시 의료 영상 데이터를 수집하여 저장하고, 상기 원시 의료 영상 데이터에 대한 전처리를 통해 정형화된 의료 영상 데이터를 제공하는 단계; b) 상기 의료 영상 데이터로부터 신체의 해부학적 구조 또는 병변에 대한 특징을 추출하도록 학습하여 분류 모델을 제공하고, 상기 분류 모델에 기반하여 새로 입력되는 의료 영상 데이터에 대한 특징을 추출하는 단계; c) 상기 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대한 병변을 도출하여 진단 정보를 제공하는 단계; d) 상기 진단 정보에 기초하여 상기 의료 영상 내에서 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론한 후 상기 추론된 병변 의심 영역을 이용하여 병변 영역의 시각 정보를 제공하는 단계; 및 e) 상기 병변 영역의 시각 정보를 이용하여 병변 영역에 대한 신체의 해부학적 구조와 매칭되는 적어도 하나 이상의 키워드를 생성한 후 상기 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 키워드를 이용하여 진단 보고서를 생성하여 제공하는 단계를 포함하는 것이다. As a technical means for achieving the above technical problem, a method for providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention includes an integrated medical diagnosis performed by an integrated medical diagnosis service providing system that provides diagnosis information through medical image analysis. A service providing method comprising the steps of: a) collecting and storing unstructured raw medical image data, and providing standardized medical image data through pre-processing of the raw medical image data; b) learning to extract features of an anatomical structure or lesion of the body from the medical image data to provide a classification model, and extracting features of newly input medical image data based on the classification model; c) providing diagnostic information by deriving a lesion for a corresponding medical image using the extracted features; d) inferring at least one suspicious lesion area that is a major factor in deriving the lesion in the medical image based on the diagnosis information, and then providing visual information of the lesion area using the inferred suspicious lesion area; And e) generating at least one keyword matching the anatomy of the body for the lesion area using the visual information of the lesion area, and then generating a diagnostic report using the diagnosis information, visual information of the lesion area, and keywords. It is to include the step of providing.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템은, 의료 영상 분석을 통해 진단 정보를 제공하는 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템에 있어서, 통신망을 통해 의료 영상에 관련된 신호의 송수신을 처리하는 통신부; 상기 의료 영상 분석에 기반하여 통합 의료 진단서비스 제공 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 프로그램의 실행에 의해, 비정형화된 원시 의료 영상 데이터를 수집하여 저장하고, 상기 원시 의료 영상 데이터에 대한 전처리를 통해 정형화된 의료 영상 데이터를 제공하고, 상기 의료 영상 데이터로부터 신체의 해부학적 구조 또는 병변에 대한 특징을 추출하도록 학습하여 분류 모델을 제공하고, 상기 분류 모델에 기반하여 새로 입력되는 의료 영상 데이터에 대한 특징을 추출하며, 상기 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대한 병변을 도출하여 진단 정보를 제공하고, 상기 진단 정보에 기초하여 상기 의료 영상 내에서 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론한 후 상기 추론된 병변 의심 영역을 이용하여 병변 영역의 시각 정보를 제공하며, 상기 병변 영역의 시각 정보를 이용하여 병변 영역에 대한 신체의 해부학적 구조와 매칭되는 적어도 하나 이상의 키워드를 생성한 후 상기 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 키워드를 이용하여 진단 보고서를 생성하여 제공하는 것이다.In an integrated medical diagnosis service providing system according to an embodiment of the present invention, there is provided an integrated medical diagnosis service providing system for providing diagnosis information through medical image analysis, comprising: a communication unit that processes transmission and reception of signals related to medical images through a communication network; A memory in which a program for performing an integrated medical diagnosis service providing method based on the medical image analysis is recorded; And a control unit for executing the program, wherein the control unit collects and stores unstructured raw medical image data by execution of the program, and the standardized medical image through preprocessing of the raw medical image data Provides data, learns to extract features of an anatomical structure or lesion of the body from the medical image data to provide a classification model, and extracts features of newly input medical image data based on the classification model, Deriving a lesion for a corresponding medical image using the extracted features to provide diagnostic information, and inferring at least one suspicious lesion area that is a major factor in deriving the lesion in the medical image based on the diagnostic information Then, the visual information of the lesion area is provided using the inferred suspected lesion area, and at least one keyword matching the anatomy of the body for the lesion area is generated using the visual information of the lesion area, and the diagnosis It generates and provides a diagnostic report using information, visual information of the lesion area, and keywords.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 의료 영상의 포맷에 상관없이 다양한 의료 영상에 대하여 자동으로 진단 결과를 제공함과 동시에 진단의 근거를 설명하기 위해 진단에 주요 요인이 되는 영역을 시각화하고, 시각화된 영역의 구체적인 신체 부위에 대한 키워드를 생성함으로써 의사, 환자 또는 보호자가 이해할 수 있는 수준의 시각적 및 언어적 진단 설명이 가능한 진단 보고서를 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, in order to automatically provide diagnosis results for various medical images regardless of the format of the medical image and at the same time, visualize and visualize areas that are major factors in diagnosis to explain the basis of the diagnosis. By generating keywords for specific body parts in the designated area, it is possible to provide a diagnostic report capable of explaining visual and verbal diagnosis at a level that can be understood by a doctor, patient, or guardian.

본 발명은 공간적 정보를 유지하는 딥러닝 모델 구조를 이용하여 출력에 대한 기여도를 시각화하여 진단의 근거를 제시할 수 있고, 단순한 진단 결과만 제공하는 것이라 아니라 진단 확률 정도를 함께 출력함으로써 진단 결과에 대한 신뢰도가 높아질 수 있다. In the present invention, the contribution to the output can be visualized using a deep learning model structure that maintains spatial information, and the basis for diagnosis can be presented. Reliability can be increased.

또한, 본 발명은 환자 또는 보호자가 전문 의료진이나 병원을 직접 방문하지 않고도 의료 기기로 촬영한 의료 영상을 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템에 제공하여 해당 의료 영상에 대한 분석이 가능함으로써 진단 확률 및 진단 근거가 제시된 의학적 소견을 확인할 수 있고, 전문 의료진도 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템을 통한 진단 보고서를 통해 자신의 진단 결과를 검증할 수 있어 오진단을 방지할 수 있다. In addition, the present invention provides a medical image captured with a medical device to an integrated medical diagnosis service providing system without a patient or guardian directly visiting a professional medical staff or hospital, thereby enabling the analysis of the medical image, thereby providing a diagnosis probability and a basis for diagnosis. The presented medical findings can be checked, and even professional medical staff can verify their diagnosis results through the diagnosis report through the integrated medical diagnosis service providing system, thereby preventing misdiagnosis.

이러한 본 발명은 의료 영상에 대한 진단 도구, 진단설명의 보조 도구로 활용 가능할 뿐만 아니라 질병의 진행에 따라 과거의 의료 영상을 자동으로 참고하여 추가적인 처방이 가능하도록 하는 의료 보조 장치로 활용될 수 있다. The present invention can be used not only as a diagnostic tool for medical images and an auxiliary tool for diagnosis explanation, but also as a medical auxiliary device that automatically refers to past medical images and makes additional prescriptions possible according to the progress of a disease.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분류 모델에 기반한 의료 영상의 분류 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 영상 분석을 통한 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 텍스트 정보의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 분할 및 해석 과정을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 방법에 의한 MR 영상 기반의 딥러닝 모델에 대한 예시도이다.
1 is a diagram showing the configuration of a system for providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a classification process of a medical image based on a classification model according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of diagnostic information, visual information of a lesion area, and text information through MRI image analysis according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an image segmentation and analysis process according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram of a deep learning model based on an MR image by a method for providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, and one or more other features, not excluding other components, unless specifically stated to the contrary. It is to be understood that it does not preclude the presence or addition of any number, step, action, component, part, or combination thereof.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions for aiding understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Accordingly, the invention of the same scope performing the same function as the present invention will also belong to the scope of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a system for providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템(100)은 통신부(110), 메모리(120), 제어부(130), 디스플레이부(140) 및 데이터베이스(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the integrated medical diagnosis service providing system 100 includes a communication unit 110, a memory 120, a control unit 130, a display unit 140, and a database 150.

상세히, 통신부(110)는 통신망과 연동하여 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템(100)으로 송수신되는 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다. 이때, 통신부(110)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.In detail, the communication unit 110 provides a communication interface necessary for providing a signal transmitted and received to the integrated medical diagnosis service providing system 100 in the form of packet data in connection with a communication network. In this case, the communication unit 110 may be a device including hardware and software necessary for transmitting and receiving a signal such as a control signal or a data signal through a wired or wireless connection with another network device.

이러한 통신부(110)는 다양한 진단의료장비를 통해 생성된 의료영상들의 저장과 전송을 위한PACS(Picture Archiving Communication System, 의료영상저장전송시스템), 사용자들(의사, 환자, 보호자 등)에게 메디컬 모바일 부가가치 서비스(mobile value - added medical service)을 제공하기 위한 모바일 진단의료영상통합서비스 시스템, 사용자 단말 등과 통신망을 통해 연결되어 의료 영상, 진단 정보 등을 포함한 각종 의료 데이터를 송수신할 수 있다. This communication unit 110 is a PACS (Picture Archiving Communication System, medical image storage and transmission system) for storage and transmission of medical images generated through various diagnostic medical equipment, medical mobile added value to users (doctors, patients, guardians, etc.) A mobile diagnostic medical image integrated service system for providing a service (mobile value-added medical service), a user terminal, and the like are connected through a communication network to transmit and receive various medical data including medical images and diagnostic information.

메모리(120)는 통합 의료 진단 서비스 제공 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된다. 또한, 제어부(130)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 메모리(120)는 휘발성 저장 매체(volatile storage media) 또는 비휘발성 저장 매체(non-volatile storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.In the memory 120, a program for performing a method of providing an integrated medical diagnosis service is recorded. In addition, the control unit 130 performs a function of temporarily or permanently storing data processed. Here, the memory 120 may include a volatile storage medium or a non-volatile storage medium, but the scope of the present invention is not limited thereto.

제어부(130)는 딥러닝에 기반하여 통합 의료 진단 서비스 제공 방법을 제공하는 전체 과정을 제어한다. 제어부(130)가 수행하는 각 단계에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.The controller 130 controls the entire process of providing a method of providing an integrated medical diagnosis service based on deep learning. Each step performed by the control unit 130 will be described later with reference to FIG. 2.

여기서, 제어부(130)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the controller 130 may include all types of devices capable of processing data, such as a processor. Here, the'processor' may refer to a data processing device embedded in hardware having a circuit physically structured to perform a function represented by, for example, a code included in a program or an instruction. As an example of a data processing device built into the hardware as described above, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated (ASIC) circuit), a field programmable gate array (FPGA), and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.

디스플레이부(140)는 제어부(130)의 제어에 따라 진단에 주요 요인이 되는 병변 영역의 시각 정보 또는 진단 보고서를 출력한다. The display unit 140 outputs visual information or a diagnosis report of a lesion area, which is a major factor for diagnosis, under the control of the controller 130.

데이터베이스(150)는 통합 의료 진단 서비스 제공 방법을 수행하면서 누적되는 데이터가 저장된다. 데이터베이스(140)에는 사용자별 의료 영상 데이터, 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 진단 보고서 등이 저장될 수 있다. The database 150 stores data accumulated while performing a method of providing an integrated medical diagnosis service. The database 140 may store user-specific medical image data, diagnosis information, visual information of a lesion area, and a diagnosis report.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 방법을 나타낸 동작 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분류 모델에 기반한 의료 영상의 분류 과정을 설명하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 영상 분석을 통한 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 텍스트 정보의 일례를 설명하는 도면이다.2 is a flowchart illustrating a method of providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a classification process of a medical image based on a classification model according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating an example of diagnostic information, visual information of a lesion area, and text information through MRI image analysis according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법은, 비정형화된 원시 의료 영상 데이터를 수집하여 데이터베이스에 저장하고, 데이터베이스에 저장된 원시 의료 영상 데이터에 대한 전처리를 통해 정형화된 의료 영상 데이터를 획득한다(S10). 제어부(130)는 사용자로부터 X-ray, CT, MRI 뿐만 아니라 내시경, 초음파, 병리 영상까지 특정한 질병이나 종류에 상관없이 다양한 원시 의료 영상을 수집하여 데이터베이스에 저장한다. Referring to FIG. 2, in the method of providing an integrated medical diagnosis service, unstructured raw medical image data is collected and stored in a database, and standardized medical image data is obtained through preprocessing of the raw medical image data stored in the database ( S10). The controller 130 collects various raw medical images from a user regardless of a specific disease or type, including X-ray, CT, and MRI, as well as endoscopic, ultrasound, and pathological images, and stores them in a database.

제어부(130)는 데이터베이스에 저장된 원시 의료 영상 데이터가 비정형화되어 있으므로 전처리 과정을 통해 정형화된 의료 영상 데이터로 가공한다. 즉, 원시 의료 영상 데이터는 특성상 고차원이면서 정규화되어 있지 않고 진단에 불필요한 정보가 포함되어 있으므로, 제어부(130)는 원시 의료 영상 데이터에 대해 이미지 정렬, 이미지간 강도의 정규화(normalization)를 포함한 전처리를 수행한 후에 데이터 크기를 축소하는 딥러닝 알고리즘의 입력 데이터 형태로 가공한다. Since the raw medical image data stored in the database is unstructured, the controller 130 processes it into standardized medical image data through a pre-processing process. That is, since raw medical image data is high-dimensional and not normalized in nature and contains unnecessary information for diagnosis, the controller 130 performs pre-processing including image alignment and normalization of intensity between images on the raw medical image data. After that, it is processed into the form of input data of a deep learning algorithm that reduces the data size.

만일, 의료 영상 데이터가 뇌 영상인 경우, 제어부(130)는 뇌 영상 내에 불필요한 두개골 부위를 제거하는 스컬 스트리핑(Skull stripping), 뇌 영상을 전교련 및 후교련(Anterior Commissure and Posterior Commissure, ACPC)의 접합면을 중심으로 위치를 조정하여 이미지 정렬을 수행하는 ACPC 정렬(alignment), 이미지간 강도를 맞추는 정규화(Normalization) 등을 수행한다. If the medical image data is a brain image, the controller 130 uses skull stripping to remove unnecessary skull parts in the brain image, and the anterior Commissure and Posterior Commissure (ACPC) for the brain image. ACPC alignment, which performs image alignment by adjusting the position around the junction surface, and normalization, which matches the intensity between images, are performed.

제어부(130)는 CNN(Convolutional Neural Networks)기반의 딥러닝 알고리즘을 활용하여 의료 영상 데이터로부터 신체의 해부학적 구조 또는 병변에 대한 특징을 추출하도록 학습하여 분류 모델을 제공한다(S20). 제어부(130)는 3차원 공간 정보를 포함하는 의료 영상 데이터의 특징 추출을 위해 3차원 CNN을 사용하여 분류 모델을 학습시키고, 의료 영상의 분류를 위한 가중치를 학습시킨다. The controller 130 provides a classification model by learning to extract features of an anatomical structure or lesion of a body from medical image data using a deep learning algorithm based on Convolutional Neural Networks (CNN) (S20). The controller 130 trains a classification model using a 3D CNN to extract features of medical image data including 3D spatial information, and learns weights for classification of medical images.

제어부(130)는 의료 영상에 대해 상하좌우 반전(Flip), 밝기조절, 대비조절, 잘라내기(Crop), 픽셀단위 이동(Shift) 등의 방식을 이용하여 총 데이터 개수를 증가시켜 학습하게 한다. 이때, 딥러닝 알고리즘에서 학습은 입력 데이터와 출력 데이터 간의 가중치를 통계적으로 조정하는 것으로서, 신경망 구조에서 노드 간 연결 링크는 가중치를 포함한다.The controller 130 increases the total number of data to learn about the medical image by using a method such as flip, brightness adjustment, contrast adjustment, cropping, and pixel unit shift. In this case, in the deep learning algorithm, learning is to statistically adjust the weight between the input data and the output data, and the connection link between nodes in the neural network structure includes the weight.

도 3에 도시된 바와 같이, 분류 모델이 전처리된 의료 영상 데이터로부터 추출된 특징을 이용하여 학습된 자동 분류기를 통해 모든 서브젝트 영상(Subj#1~Subj#n)에 대해 각 클래스(Class1, Class2 등)에 포함될 확률 값을 얻어낸 후 병변 의심 영역의 확률 값들을 이용하여 영상 특징을 추출하고 이들을 반복적으로 학습한다. As shown in FIG. 3, each class (Class1, Class2, etc.) for all subject images (Subj#1 to Subj#n) through an automatic classifier learned using features extracted from preprocessed medical image data. After obtaining the probability value to be included in ), the image features are extracted using the probability values of the suspected lesion area, and these are repeatedly learned.

제어부(130)는 분류 모델을 통해 새로 입력되는 의료 영상 데이터에 대한 특징을 추출하고(S30), 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대한 병변을 도출하여 진단 정보를 산출한다(S40). 이때, 제어부(130)는 각 의료 영상에 가중치를 부여하여 의료 영상이 해당하는 질병을 자동으로 신속하게 도출할 수 있다. The controller 130 extracts features of the medical image data newly input through the classification model (S30), and calculates diagnosis information by deriving a lesion for the medical image using the extracted features (S40). In this case, the controller 130 may automatically and quickly derive a disease corresponding to the medical image by assigning a weight to each medical image.

이때, 진단 정보는 해당 의료 영상에 대해 병변의 유무를 나타내는 병변 유무 정보, 병변의 병리 진단을 통한 진단명 정보, 진단명에 대한 일치 확률값을 포함한 진단확률 정보, 병변 위치 또는 크기에 대한 병변 상세 정보 중 하나 이상을 포함하여 생성될 수 있다. At this time, the diagnosis information is one of lesion presence information indicating the presence or absence of a lesion for the medical image, diagnosis name information through pathology diagnosis of the lesion, diagnosis probability information including a matching probability value for the diagnosis name, and lesion detail information regarding the location or size of the lesion. It can be created including the above.

제어부(130)는 진단 정보에 기초하여 의료 영상 내에서 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론한 후 추론된 병변 의심 영역을 이용하여 병변 영역의 시각 정보를 산출한다(S50).The controller 130 infers at least one suspicious lesion area that is a major factor in deriving a lesion in the medical image based on the diagnosis information, and then calculates visual information of the lesion area using the inferred suspicious lesion area (S50). .

즉, 제어부(130)는 진단 정보를 산출하는 과정에 대한 역추적을 통해 의료 영상 데이터 상에서 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론하고, 추론된 병변 의심 영역을 해당 의료 영상과 동일한 차원의 영상 평면으로 투영하여 병변 영역의 시각 정보를 생성한다. That is, the controller 130 infers at least one suspicious lesion area, which is a major factor in deriving lesions, from the medical image data through backtracking of the process of calculating the diagnostic information, and compares the inferred suspicious area with the corresponding medical image. Visual information of the lesion area is generated by projecting it onto an image plane of the same dimension.

제어부(130)는 병변 영역의 시각 정보를 이용하여 병변 영역에 대한 신체의 해부학적 구조와 매칭되는 적어도 하나 이상의 키워드를 추출하고, 이렇게 추출된 키워드와 진단 정보를 통합하여 의학적 진단 설명을 위한 텍스트 정보를 산출한다(S60).The controller 130 extracts at least one keyword matching the anatomy of the body for the lesion area by using visual information on the lesion area, and integrates the extracted keyword and diagnostic information to explain the medical diagnosis. Is calculated (S60).

도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(130)는 정형화된 의료 영상 데이터인 MRI 영상(200)을 불러와 영상 분석을 수행한 결과, 진단명 및 진단 확률을 포함한 진단 정보(210), 주요 병변 영역에 대한 병변 영역의 시각 정보(220), 텍스트 정보(230)를 산출한다. As shown in FIG. 4, the controller 130 retrieves the MRI image 200, which is the standardized medical image data, and performs image analysis. As a result, the diagnosis information 210 including the diagnosis name and diagnosis probability, and the main lesion area are Visual information 220 and text information 230 of the lesion area are calculated.

이때, 병변 영역의 시각 정보(220)는 의료 영상에 대한 직관적인 해석이 가능하도록 하여 어떠한 신체 부위가 진단에 크게 영향을 미쳤는지를 확인할 수 있도록 한다. 또한, 텍스트 정보(230)에는 MRI 영상의 대상인 환자의 차트 번호, 이름 등을 포함하고, 환자 또는 보호자가 이해할 수 있는 수준의 언어적 진단 설명이 포함된다. At this time, the visual information 220 of the lesion area enables intuitive interpretation of the medical image so that it is possible to check which body part has greatly influenced the diagnosis. In addition, the text information 230 includes a chart number, name, etc. of a patient as an object of the MRI image, and includes a verbal diagnosis description at a level that the patient or guardian can understand.

제어부(130)는 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 텍스트 정보를 종합하여 진단 보고서를 생성하여 사용자에게 제공한다(S70).The controller 130 generates a diagnostic report by synthesizing diagnostic information, visual information of the lesion area, and text information, and provides it to the user (S70).

제어부(130)는 병변 영역의 시각 정보를 구체적인 신체 부위에 대한 키워드 수준으로 생성하기 위해 영상 분할 및 해석 과정을 수행한다.The controller 130 performs an image segmentation and analysis process to generate visual information of the lesion area at a keyword level for a specific body part.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 분할 및 해석 과정을 설명하는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating an image segmentation and analysis process according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제어부(130)는 의료 영상 데이터를 신체의 해부학적 구조에 따라 기설정된 개수의 서브젝트 영상으로 분할한다(S710). 이때, 제어부는 인간 해부학 지도(Human Anatomy Atlas)를 사용하여 서브젝트 영상별로 레이블(Label)을 할당하는 레이블링 작업을 수행한다(S720). MRI 영상의 경우, 뇌 장기별로 MRI 영상을 서브젝트 영상으로 분할한 후 각 서브젝트 영상이 어떠한 장기에 해당하는지 확인할 수 있도록 레이블링 작업을 뇌지도(Brain Atlas)를 사용하여 진행한다.Referring to FIG. 5, the controller 130 divides medical image data into a preset number of subject images according to the anatomy of the body (S710). At this time, the controller performs a labeling operation of allocating a label for each subject image using a human anatomy atlas (S720). In the case of an MRI image, the MRI image is divided into subject images for each brain organ, and then labeling is performed using Brain Atlas so that each subject image corresponds to which organ.

제어부(130)는 분할된 서브젝트 영상에 대한 해부학적 구조의 특성을 분석하여 병변 의심 영역을 가지는 적어도 하나 이상의 서브젝트 영상을 검출한 후에 가중치를 이용하여 주요 병변 영역을 도출한다(S730, S740). The controller 130 analyzes the characteristics of the anatomical structure of the divided subject image, detects at least one subject image having a suspicious lesion area, and then derives the main lesion area using the weight (S730, S740).

제어부(130)는 주요 병변 영역에 대한 서브젝트 영상에 부여된 레이블을 매칭하여 진단에 주요 요인이 되는 구체적인 신체 부위의 해부학적 명칭을 키워드로 추출한다(S750, S760).The control unit 130 extracts an anatomical name of a specific body part that is a major factor in diagnosis as a keyword by matching the label assigned to the subject image for the major lesion area (S750 and S760).

이와 같이, 제어부(130)가 의료 영상을 유의미한 영역들로 분할하면 단층으로 촬영된 CT나 MRI와 같은 의료 영상에서 체내 장기들과 종양 등의 경계선을 명확하게 구분할 수 있다. 분할된 서브젝트 영상들을 종합하면 몸 속 구조를 3차원으로 구현해낼 수 있어 병변에 대해 더 정확하게 진단할 수 있다.In this way, when the control unit 130 divides the medical image into meaningful regions, it is possible to clearly distinguish between internal organs and the boundary line of a tumor in a medical image such as CT or MRI taken with a tomography. By synthesizing the divided subject images, the structure inside the body can be realized in three dimensions, so that the lesion can be diagnosed more accurately.

도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 방법에 의한 MR 영상 기반의 딥러닝 모델에 대한 예시도이다.6 is an exemplary diagram of a deep learning model based on an MR image by a method for providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 사용자가 MR 영상 불러오기를 선택하면 환자의 MR 영상과 환자 정보가 화면에 출력된다. 환자 정보에는 ID, 이름, 성별, 생년월일, 진료일 등을 포함한다.Referring to FIG. 6, when a user selects to load an MR image, an MR image of a patient and patient information are displayed on the screen. Patient information includes ID, name, gender, date of birth, and treatment date.

사용자가 MR 영상 분석하기를 선택하면 비정형화된 MR 영상이 전처리되고, 딥러닝 모델에 기반하여 특징 추출 및 진단 결과가 도출된다. When the user selects to analyze the MR image, the unstructured MR image is pre-processed, and feature extraction and diagnosis results are derived based on the deep learning model.

통합 의료 진단 서비스 제공 시스템은 도출된 진단 결과, 진단 결과에 주요 요인이 되는 유의미한 주요 병변 영역에 대해 시각화하고, 시각화된 영역에 대한 구체적인 신체 부위에 대한 키워드를 생성함으로써 의사 및 환자가 이해할 수 있는 형태의 진단 보고서를 생성할 수 있다. The integrated medical diagnosis service provision system visualizes the derived diagnosis results and significant significant lesion areas that are the main factors in the diagnosis results, and creates keywords for specific body parts for the visualized areas, so that doctors and patients can understand them. Can generate diagnostic reports.

따라서, 환자는 의료 분야별 의료진의 소견을 직접 방문하여 들을 필요 없이 의료 기기를 통해 영상을 촬영한 후 촬영된 의료 영상을 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템으로 전송하면 해당 의료 영상에 대한 의학적 소견을 진단 보고서를 통해 확인할 수 있다. 의사도 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템을 통해 진단 보고서를 확인하여 자신의 진단 결과에 대한 검증이 가능하여 오진단을 방지할 수 있다.Therefore, the patient does not need to directly visit and hear the opinions of medical staff in each medical field, and if the captured medical image is transmitted to the integrated medical diagnosis service providing system after taking an image through a medical device, a diagnosis report is provided. You can check it through. Doctors can also prevent false diagnosis by checking the diagnosis report through the integrated medical diagnosis service providing system and verifying their diagnosis results.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 통합 의료 진단 서비스 제공 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.The method for providing an integrated medical diagnosis service according to an embodiment of the present invention described above may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Such recording media include computer-readable media, and computer-readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and include both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer-readable media includes computer storage media, which are volatile and nonvolatile embodied in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules or other data. , Removable and non-removable media are included.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템
110: 통신부 120: 메모리
130: 제어부 140: 디스플레이부
150: 데이터베이스
100: Integrated medical diagnosis service provision system
110: communication unit 120: memory
130: control unit 140: display unit
150: database

Claims (18)

의료 영상 분석을 통해 진단 정보를 제공하는 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템에 의해 수행되는 통합 의료 진단 서비스 제공 방법에 있어서,
a) 비정형화된 원시 의료 영상 데이터를 수집하여 저장하고, 상기 원시 의료 영상 데이터에 대한 전처리를 통해 정형화된 의료 영상 데이터를 제공하는 단계;
b) 상기 의료 영상 데이터로부터 신체의 해부학적 구조 또는 병변에 대한 특징을 추출하도록 학습하여 분류 모델을 제공하고, 상기 분류 모델에 기반하여 새로 입력되는 의료 영상 데이터에 대한 특징을 추출하는 단계;
c) 상기 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대한 병변을 도출하여 진단 정보를 제공하는 단계;
d) 상기 진단 정보에 기초하여 상기 의료 영상 내에서 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론한 후 상기 추론된 병변 의심 영역을 이용하여 병변 영역의 시각 정보를 제공하는 단계; 및
e) 상기 병변 영역의 시각 정보를 이용하여 병변 영역에 대한 신체의 해부학적 구조와 매칭되는 적어도 하나 이상의 키워드를 생성한 후 상기 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 키워드를 이용하여 진단 보고서를 생성하여 제공하되, 상기 시각 정보는 상기 의료 영상 데이터를 분할한 영상들을 포함하고, 상기 키워드는 상기 의료 영상 데이터를 분할한 영상들 중 상기 병변 의심 영역을 포함하는 영상과 매칭되는 신체의 해부학적 구조의 명칭인 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
A method for providing an integrated medical diagnosis service performed by an integrated medical diagnosis service providing system that provides diagnosis information through medical image analysis, the method comprising:
a) collecting and storing unstructured raw medical image data, and providing standardized medical image data through pre-processing of the raw medical image data;
b) learning to extract features of an anatomical structure or lesion of the body from the medical image data to provide a classification model, and extracting features of newly input medical image data based on the classification model;
c) providing diagnostic information by deriving a lesion for a corresponding medical image using the extracted features;
d) inferring at least one suspicious lesion area that is a major factor in deriving the lesion in the medical image based on the diagnosis information, and then providing visual information of the lesion area using the inferred suspicious lesion area; And
e) After generating at least one keyword matching the anatomy of the body for the lesion region using the visual information of the lesion region, a diagnostic report is generated using the diagnostic information, visual information of the lesion region, and keywords. Provided, wherein the visual information includes images obtained by dividing the medical image data, and the keyword is a name of an anatomical structure of the body that matches an image including the lesion suspicious region among the images divided by the medical image data The method of providing integrated medical diagnosis service.
제 1 항에 있어서,
상기 a) 단계는,
상기 원시 의료 영상 데이터를 상기 분류 모델의 입력 데이터 형태로 가공하여 상기 의료 영상 데이터를 제공하되,
상기 의료 영상 데이터에 대한 이미지 정렬, 이미지간 강도의 정규화(normalization)를 포함한 전처리를 수행한 후에 데이터 크기를 축소하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 1,
The step a),
Providing the medical image data by processing the raw medical image data in the form of input data of the classification model,
The method of providing an integrated medical diagnosis service, wherein the size of the data is reduced after performing pre-processing including image alignment and normalization of intensity between images of the medical image data.
제 2 항에 있어서,
상기 의료 영상 데이터가 뇌 영상인 경우,
상기 뇌 영상 내에 불필요한 두개골 부위를 제거하는 단계, 및 상기 뇌 영상을 전교련 및 후교련(Anterior Commissure and Posterior Commissure, ACPC)의 접합면을 중심으로 위치를 조정하여 이미지 정렬을 수행하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 2,
When the medical image data is a brain image,
The step of removing unnecessary cranial regions in the brain image, and performing image alignment by adjusting the position of the brain image around the junction of the Anterior Commissure and Posterior Commissure (ACPC) How to provide medical diagnostic services.
제 1 항에 있어서,
상기 b) 단계는, CNN(Convolutional Neural Networks)기반의 딥러닝 알고리즘을 활용하여 상기 의료 영상의 분류를 위한 가중치를 학습하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 1,
The step b) is to learn a weight for classification of the medical image by using a deep learning algorithm based on Convolutional Neural Networks (CNN), an integrated medical diagnosis service providing method.
제 4 항에 있어서,
상기 b) 단계는, 3차원 공간 정보를 포함하는 의료 영상 데이터의 특징 추출을 위해 3차원 CNN을 사용하여 상기 분류 모델을 학습하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 4,
In step b), the classification model is trained using a 3D CNN to extract features of medical image data including 3D spatial information.
제 1 항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 진단 정보를 도출하는 과정에 대한 역추적을 통해 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론하는 단계; 및
상기 추론된 병변 의심 영역을 해당 의료 영상과 동일한 차원의 영상 평면으로 투영하여 병변 영역의 시각 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 1,
Step d),
Inferring at least one suspicious lesion area, which is a major factor in deriving the lesion, through trace back to the process of deriving the diagnostic information; And
And generating visual information of the lesion region by projecting the inferred lesion suspicious region onto an image plane having the same dimension as the corresponding medical image.
제 6 항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 분류 모델이 CNN(Convolutional Neural Networks)기반의 딥러닝 알고리즘을 활용하는 경우에, 상기 추출된 특징 중 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 특징을 가중치를 통해 구한 후에 해당 특징을 상기 병변 의심 영역으로 추론하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 6,
Step d),
When the classification model uses a deep learning algorithm based on Convolutional Neural Networks (CNN), a feature that is a major factor in deriving the lesion among the extracted features is obtained through weights, and the feature is inferred as the lesion suspicious region. That is, a method of providing integrated medical diagnosis services.
제 1 항에 있어서,
상기 e) 단계는,
인공 지능에 기반하여 상기 의료 영상 데이터를 신체의 해부학적 구조에 따라 기설정된 개수의 서브젝트 영상으로 분할하는 단계;
상기 서브젝트 영상별로 인간 해부학 지도(Human Anatomy Atlas)를 사용하여 레이블(Label)을 할당하는 레이블링 작업을 수행하는 단계;
상기 분할된 서브젝트 영상에 대한 해부학적 구조의 특성을 분석하여 병변 의심 영역을 가지는 적어도 하나 이상의 서브젝트 영상을 검출한 후에 가중치를 이용하여 주요 병변 영역을 도출하는 단계; 및
상기 도출된 주요 병변 영역에 해당하는 서브젝트 영상에 할당된 레이블을 매칭하여 신체 부위에 대한 해부학적 명칭을 키워드로 추출하는 단계를 포함하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 1,
The step e),
Dividing the medical image data into a predetermined number of subject images according to the anatomy of the body based on artificial intelligence;
Performing a labeling operation of allocating a label for each subject image using a human anatomy atlas;
Analyzing characteristics of the anatomical structure of the segmented subject image, detecting at least one subject image having a suspicious lesion area, and then deriving a major lesion area using weights; And
And extracting an anatomical name for a body part as a keyword by matching a label assigned to the subject image corresponding to the derived major lesion area.
제 1 항에 있어서,
상기 e) 단계는,
상기 추출된 키워드와 진단 정보를 통합하여 의학적 진단 설명을 위한 텍스트 정보를 생성하여 상기 진단 보고서에 포함하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 1,
Step e),
By integrating the extracted keyword and diagnostic information to generate text information for explaining a medical diagnosis and include it in the diagnosis report.
제 1 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대해 병변의 유무를 나타내는 병변 유무 정보, 병변의 병리 진단을 통한 진단명 정보, 해당 진단명에 대한 일치 확률값을 포함한 진단확률 정보, 병변 위치 또는 크기에 대한 병변 상세 정보 중 하나 이상을 포함하여 진단 정보를 생성하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 방법.
The method of claim 1,
The step c),
Lesion presence information indicating the presence or absence of a lesion in the medical image using the extracted features, diagnosis name information through pathology diagnosis of the lesion, diagnosis probability information including a coincidence probability value for the diagnosis name, lesion details for the location or size of the lesion To generate diagnostic information including one or more of the information, integrated medical diagnosis service providing method.
의료 영상 분석을 통해 진단 정보를 제공하는 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템에 있어서,
통신망을 통해 의료 영상에 관련된 신호의 송수신을 처리하는 통신부;
상기 의료 영상 분석에 기반하여 통합 의료 진단서비스 제공 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 메모리; 및
상기 프로그램을 실행하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 프로그램의 실행에 의해,
비정형화된 원시 의료 영상 데이터를 수집하여 저장하고, 상기 원시 의료 영상 데이터에 대한 전처리를 통해 정형화된 의료 영상 데이터를 제공하고, 상기 의료 영상 데이터로부터 신체의 해부학적 구조 또는 병변에 대한 특징을 추출하도록 학습하여 분류 모델을 제공하고, 상기 분류 모델에 기반하여 새로 입력되는 의료 영상 데이터에 대한 특징을 추출하며,
상기 추출된 특징을 이용하여 해당 의료 영상에 대한 병변을 도출하여 진단 정보를 제공하고, 상기 진단 정보에 기초하여 상기 의료 영상 내에서 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론한 후 상기 추론된 병변 의심 영역을 이용하여 병변 영역의 시각 정보를 제공하며,
상기 병변 영역의 시각 정보를 이용하여 병변 영역에 대한 신체의 해부학적 구조와 매칭되는 적어도 하나 이상의 키워드를 생성한 후 상기 진단 정보, 병변 영역의 시각 정보, 키워드를 이용하여 진단 보고서를 생성하여 제공하되,
상기 시각 정보는 상기 의료 영상 데이터를 분할한 영상들을 포함하고, 상기 키워드는 상기 의료 영상 데이터를 분할한 영상들 중 상기 병변 의심 영역을 포함하는 영상과 매칭되는 신체의 해부학적 구조의 명칭인 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
In the integrated medical diagnosis service providing system that provides diagnosis information through medical image analysis,
A communication unit that processes transmission and reception of signals related to medical images through a communication network;
A memory in which a program for performing an integrated medical diagnosis service providing method based on the medical image analysis is recorded; And
And a control unit for executing the program,
The control unit, by executing the program,
Collect and store unstructured raw medical image data, provide standardized medical image data through pre-processing of the raw medical image data, and extract features of an anatomical structure or lesion of the body from the medical image data. Learning to provide a classification model, extracting features of newly input medical image data based on the classification model,
Deriving a lesion for a corresponding medical image using the extracted features to provide diagnostic information, and inferring at least one suspicious lesion area that is a major factor in deriving the lesion in the medical image based on the diagnostic information Afterwards, visual information of the lesion area is provided using the inferred lesion suspicious area,
After generating at least one keyword matching the anatomy of the body for the lesion region using the visual information of the lesion region, a diagnostic report is generated and provided using the diagnostic information, visual information of the lesion region, and keywords. ,
The visual information includes images obtained by dividing the medical image data, and the keyword is a name of an anatomical structure of the body that matches an image including the lesion suspicious region among the images divided by the medical image data , Integrated medical diagnosis service delivery system.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는 디스플레이부를 통해 상기 병변 영역의 시각 정보를 포함한 진단 보고서를 출력하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 11,
The control unit outputs a diagnosis report including visual information of the lesion area through a display unit.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는, CNN(Convolutional Neural Networks)기반의 딥러닝 알고리즘을 활용하여 상기 의료 영상의 분류를 위한 가중치를 학습하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 11,
The control unit is to learn a weight for classification of the medical image by using a deep learning algorithm based on CNN (Convolutional Neural Networks), integrated medical diagnosis service providing system.
제 13 항에 있어서,
상기 제어부는 3차원 공간 정보를 포함하는 의료 영상 데이터의 특징 추출을 위해 3차원 CNN을 사용하여 상기 분류 모델을 학습하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 13,
The control unit learns the classification model using a 3D CNN to extract features of medical image data including 3D spatial information.
제 13항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 딥러닝 알고리즘에 기반하여 상기 의료 영상 데이터를 신체의 해부학적 구조에 따라 기설정된 개수의 서브젝트 영상으로 분할한 후 상기 서브젝트 영상별로 인간 해부학 지도(Human Anatomy Atlas)를 사용하여 레이블(Label)을 할당하는 레이블링 작업을 수행하고,
상기 분할된 서브젝트 영상에 대한 해부학적 구조의 특성을 분석하여 병변 의심 영역을 가지는 적어도 하나 이상의 서브젝트 영상을 검출한 후에 가중치를 이용하여 주요 병변 영역을 도출하며,
상기 도출된 주요 병변 영역에 해당하는 서브젝트 영상에 할당된 레이블을 매칭하여 신체 부위에 대한 해부학적 명칭을 키워드로 추출하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 13,
The control unit,
Based on the deep learning algorithm, the medical image data is divided into a preset number of subject images according to the anatomy of the body, and then a label is assigned using a human anatomy atlas for each subject image. Do the labeling work,
Analyzing the characteristics of the anatomical structure of the divided subject image, detecting at least one subject image having a suspicious lesion area, and then deriving a major lesion area using weights,
The system for providing an integrated medical diagnosis service to extract an anatomical name for a body part as a keyword by matching a label assigned to the subject image corresponding to the derived major lesion area.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 추출된 키워드와 진단 정보를 통합하여 의학적 진단 설명을 위한 텍스트 정보를 생성하여 상기 진단 보고서에 포함하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 11,
The control unit generates text information for explaining a medical diagnosis by integrating the extracted keyword and diagnosis information, and includes it in the diagnosis report.
제 11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 진단 정보를 도출하는 과정에 대한 역추적을 통해 상기 병변 도출의 주요 요인이 되는 적어도 하나 이상의 병변 의심 영역을 추론하고, 상기 추론된 병변 의심 영역을 해당 의료 영상과 동일한 차원의 영상 평면으로 투영하여 병변 영역의 시각 정보를 생성하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 11,
The control unit,
By inferring at least one suspicious area of the lesion that is a major factor in deriving the lesion through backtracking of the process of deriving the diagnostic information, and projecting the inferred suspicious area of the lesion onto an image plane of the same dimension as the corresponding medical image To generate visual information of the lesion area, integrated medical diagnosis service providing system.
제 11 항에 있어서,
상기 진단 정보는,
상기 의료 영상에 대해 병변의 유무를 나타내는 병변 유무 정보, 병변의 병리 진단을 통한 진단명 정보, 해당 진단명에 대한 일치 확률값을 포함한 진단확률 정보, 병변 위치 또는 크기에 대한 병변 상세 정보 중 하나 이상을 포함하는 것인, 통합 의료 진단 서비스 제공 시스템.
The method of claim 11,
The diagnostic information,
Including at least one of lesion presence information indicating the presence or absence of a lesion in the medical image, diagnosis name information through pathology diagnosis of the lesion, diagnosis probability information including a matching probability value for the corresponding diagnosis name, and lesion detail information regarding the location or size of the lesion. That is, an integrated medical diagnosis service providing system.
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