KR102258181B1 - Non-discrete spectral analysis algorithms and methods for in vivo detection of tissue malignancy based on laser spectroscopy - Google Patents

Non-discrete spectral analysis algorithms and methods for in vivo detection of tissue malignancy based on laser spectroscopy Download PDF

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KR102258181B1 KR1020180073310A KR20180073310A KR102258181B1 KR 102258181 B1 KR102258181 B1 KR 102258181B1 KR 1020180073310 A KR1020180073310 A KR 1020180073310A KR 20180073310 A KR20180073310 A KR 20180073310A KR 102258181 B1 KR102258181 B1 KR 102258181B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 분광 기반의 병변 조직 검출을 위한 넌-디스크리트 스펙트럼 분석용 프로그램들을 하나 이상 저장하는 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 개시된다.
상기 하나 이상의 프로그램들은, 하나 이상의 프로세서(processor)를 구비한 전자 기기(electronic)가 병변 조직 검출 방법을 실행하도록 하며,
상기 병변 조직 검출 방법은
넌-디스크리트 스펙트럼 계측 결과에 병변 조직 검출용 학습 모델을 적용하여 병변 조직이 있는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 결과는, 레이저가 시료에 조사되어 발생 광이 생성되는 순간부터 발생 광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 생성된 모든 발생 광에 대한 스펙트럼을 계측한 결과이다.
According to an embodiment of the present invention, a non-transitory computer-readable storage medium storing one or more programs for non-discrete spectrum analysis for laser spectroscopy-based lesion tissue detection is disclosed.
The one or more programs allow an electronic device having one or more processors to execute a method of detecting lesion tissue,
The lesion tissue detection method
Including; determining whether the lesion tissue is present by applying a learning model for detecting lesion tissue to the non-discrete spectrum measurement result,
The measurement result of the non-discrete spectrum is a result of measuring a spectrum of all generated light from the moment when the laser is irradiated to the sample and generated light is generated until the generated light is no longer generated.

Figure R1020180073310
Figure R1020180073310

Description

레이저 분광 기반의 인-비보 병변 조직 검출을 위한 넌-디스크리트 스펙트럼 분석 알고리즘 및 이를 위한 방법{Non-discrete spectral analysis algorithms and methods for in vivo detection of tissue malignancy based on laser spectroscopy}Non-discrete spectral analysis algorithms and methods for in vivo detection of tissue malignancy based on laser spectroscopy}

본 발명은 레이저 분광 기반의 인-비보 병변 조직 검출을 위한 넌-디스크리트 스펙트럼 분석 알고리즘 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-discrete spectrum analysis algorithm for detecting lesion tissue in vivo based on laser spectroscopy and a method therefor.

종래에 동물 또는 인체 조직에 레이저를 조사하여 발생되는 광의 스펙트럼을 분석하여 질병을 진단하는 기술이 개시되어 있다. 예를 들면, 미국등록특허 US7,092,087(2006. 8. 15)(이하, '087'특허)에는 동물을 대상으로 질병을 진단하는 기술적인 개념이 공개되어 있다.Conventionally, a technology for diagnosing a disease by analyzing a spectrum of light generated by irradiating a laser on an animal or human tissue has been disclosed. For example, US Patent No. 7,092,087 (2006. 8. 15) (hereinafter, '087' patent) discloses a technical concept for diagnosing a disease in an animal.

하지만, 상술한 '087' 특허는 파장 영역에서 특정 성분들에 대한 역치(threshold value)를 기준으로 병변 조직을 검출하는 기술로서 정확도를 담보하기가 쉽지 않은 기술이다.However, the '087' patent described above is a technology that detects lesion tissue based on a threshold value for specific components in a wavelength region, and it is not easy to ensure accuracy.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 분광 기반의 인-비보 병변 조직 검출을 위한 넌-디스크리트 스펙트럼 분석 알고리즘 및 이러한 알고리즘을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a non-discrete spectrum analysis algorithm for detecting in vivo lesion tissue based on laser spectroscopy and a non-transitory computer-readable recording medium storing the algorithm are provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면 레이저 분광 기반의 인-비보 병변 조직 검출 방법 및 이러한 방법에 사용되는 기기 또는 장치들이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a method for detecting lesion tissue in vivo based on laser spectroscopy and an apparatus or devices used in the method are provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 분광 기반의 병변 조직 검출을 위한 넌-디스크리트 스펙트럼 분석용 프로그램들을 하나 이상 저장하는 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 있어서, According to an embodiment of the present invention, in a non-transitory computer-readable storage medium storing one or more programs for non-discrete spectrum analysis for detecting lesion tissue based on laser spectroscopy,

상기 하나 이상의 프로그램들은, 하나 이상의 프로세서(processor)를 구비한 전자 기기(electronic)가 병변 조직 검출 방법을 실행하도록 하며,The one or more programs allow an electronic device having one or more processors to execute a method of detecting lesion tissue,

상기 병변 조직 검출 방법은The lesion tissue detection method

넌-디스크리트 스펙트럼 계측 결과에 병변 조직 검출용 학습 모델을 적용하여 병변 조직이 있는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,Including; determining whether the lesion tissue is present by applying a learning model for detecting lesion tissue to the non-discrete spectrum measurement result,

상기 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 결과는, 레이저가 시료에 조사되어 발생 광이 생성되는 순간부터 발생 광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 생성된 모든 발생 광에 대한 스펙트럼을 계측한 결과인 것인,The non-discrete spectrum measurement result is a result of measuring the spectrum of all generated light generated from the moment when the laser is irradiated to the sample and the generated light is generated until the generated light is no longer generated,

레이저 분광 기반의 병변 조직 검출을 위한 넌-디스크리트 스펙트럼 분석용 프로그램들을 하나 이상 저장하는 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공된다.A non-transitory computer-readable storage medium storing one or more programs for non-discrete spectrum analysis for laser spectroscopy-based lesion tissue detection is provided.

본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따르면, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 및 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법을 통해서 보다 정확하게 병변을 검출할 수 있게 된다. According to one or more embodiments of the present invention, it is possible to more accurately detect a lesion through a method for detecting lesion tissue based on non-discrete spectrum measurement and machine learning.

또한, 본 실시예들은 인-비보(in-vivo) 병변 검출 뿐만 아니라 엑스-비보(ex-vivo) 병변 검출을 모두 지원할 수 있다.In addition, the present embodiments may support both in-vivo lesion detection as well as ex-vivo lesion detection.

도 1 내지 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 병변 조직 검출을 위한 레이저 분광 기반의 독립 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 넌-디스크리트 스펙트럼 계측을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 도 4를 참조하여 설명한 인-비보(in-vivo) 병변 조직 검출을 위한 레이저 분광 기반의 독립 장치의 예시적인 것을 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 9는 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)을 설명하기 위한 도면들이다.
1 to 3 are diagrams for explaining a method of detecting lesion tissue based on machine learning according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a laser spectroscopy-based independent device for detecting lesion tissue according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining measurement of a non-discrete spectrum according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows an example of a laser spectroscopy-based standalone device for in-vivo lesion tissue detection described with reference to FIG. 4.
7 to 9 are diagrams for explaining non-discrete spectrum measurement.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, "…부", "…기기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In this specification, terms such as "... unit", "... device", and "module" mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. .

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.

용어의 정의Definition of Terms

본원 명세서에서, 용어 '프로그램' 또는 '알고리즘'은 '컴퓨터로 처리하기에 적합한 명령의 집합'을 의미하며, '프로그램'과 '알고리즘'은 동일한 의미로 사용하기로 한다. In the present specification, the term'program' or'algorithm' means'a set of instructions suitable for processing by a computer', and'program' and'algorithm' are used as the same meaning.

본원 명세서에서, “프로그램(또는 알고리즘)이 어떤 동작(또는 단계)을 수행 (또는 실행)한다”는 표현은,”프로그램(또는 알고리즘)이 프로세서를 구비한 전자 기기가 어떤 동작(또는 단계)을 수행 또는 실행하게 한다”는 것을 의미한다. In the present specification, the expression “a program (or algorithm) performs (or executes) a certain operation (or step)” means, “a program (or algorithm) performs a certain operation (or step) by an electronic device equipped with a processor. To do or to make it happen.”

본원 명세서에서, 용어 '레이저'는 펄스 레이저 또는 연속광 레이저를 의미한다. 또한 '레이저'의 주파수 대역은 임의의 주파수 대역을 가질 수 있고, 예를 들면 UV(Ultra violet) 대역, 가시광(Visible light) 대역, 또는 IR(Infra-red) 대역을 가질 수 있다.In the present specification, the term'laser' means a pulsed laser or a continuous light laser. In addition, the frequency band of the'laser' may have an arbitrary frequency band, and may have, for example, an ultra violet (UV) band, a visible light band, or an infra-red (IR) band.

본원 명세서에서, 용어 '발생 광'은 레이저가 시료(T)에 조사되었을 때 발생되는 광들을 모두 포함하는 의미이다. 따라서, '발생 광'은 예를 들면 플라즈마 광, 반사광, 산란광, 및/또는 형광광을 의미할 수 있다.In the present specification, the term'generated light' is meant to include all lights generated when a laser is irradiated onto the sample T. Accordingly,'generated light' may mean, for example, plasma light, reflected light, scattered light, and/or fluorescent light.

본원 명세서에서, 용어 '시료'는 생물 조직을 의미하며, 예를 들면 인체 조직 또는 동물 조직일 수 있다. 본원 명세서에서, 용어 '계측 데이터' 는 '시료에 레이저가 조사되었을 때 발생되는 N0N-GATED 발생 광에 대하여 분광기가 측정한 스펙트럼 데이터'를 의미하며, '넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)' 에 의해 측정된 데이터이다. In the present specification, the term'sample' refers to a biological tissue, and may be, for example, a human tissue or an animal tissue. In the present specification, the term'measurement data' means'spectral data measured by a spectroscope for N0N-GATED light generated when a sample is irradiated with a laser', and'Non-discrete spectrum measurement. )'.

본원 명세서에서, 레이저가 시료 표면에 조사된 순간부터 발생 광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 시간에 따라서 측정되는 모든 발생 광을 'N0N-GATED 발생 광'이라고 하며, NON-GATED 발생 광에 대하여 분광기가 측정한 데이터를, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 데이터 또는 넌-디스크리트 스펙트럼(Non-discrete spectrum) 데이터라고 한다. 한편, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 데이터 또는 넌-디스크리트 스펙트럼(Non-discrete spectrum) 데이터는 Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼(Filtered Non-discrete spectrum) 데이터를 포함하는 개념이다.In the specification of the present application, all generated light measured over time from the moment when the laser is irradiated to the surface of the sample until the generated light is no longer generated is referred to as'N0N-GATED generated light'. The data measured by is referred to as non-discrete spectrum measurement data or non-discrete spectrum data. On the other hand, non-discrete spectrum measurement data or non-discrete spectrum data is a concept including Filtered Non-discrete spectrum data.

본원 명세서에서, 용어 '넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)'은 '레이저가 시료 표면에 조사된 순간부터 발생 광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 시간에 따라서 측정되는 모든 발생 광, 즉 NON-GATED 발생 광에 대한 스펙트럼을 측정하는 것'을 의미한다. 즉, '넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)'의 결과는 파장 대역에서 디스크리트(discrete)하지 않은, 즉, 연속적인 값을 가지게 된다. 한편, '넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)'은 'Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Filtered Non-discrete spectrum Measurement)'을 포함하는 개념이다.In the present specification, the term'Non-discrete spectrum measurement' refers to'all generated light measured over time from the moment when the laser is irradiated to the surface of the sample until the generated light is no longer generated, that is, It means to measure the spectrum of the light generated by non-gated light. That is, the result of'Non-discrete spectrum measurement' is not discrete in the wavelength band, that is, it has a continuous value. On the other hand,'Non-discrete spectrum measurement' is a concept including'Filtered Non-discrete spectrum Measurement'.

본원 명세서에서, 용어 'Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Filtered Non-discrete spectrum Measurement)'은 'NON-GATED 발생 광에서 일부 광에 대하여 스펙트럼을 측정하거나, NON-GATED 발생 광에서 특정 파장 대역의 속한 광에 대하여 스펙트럼을 측정하는 것'을 의미한다.In the present specification, the term'Filtered Non-discrete spectrum Measurement' refers to measuring a spectrum of some light from the'NON-GATED generated light, or light belonging to a specific wavelength band in the NON-GATED generated light. It means to measure the spectrum for'.

본원 명세서에서, 용어 'Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼(Filtered Non-discrete spectrum)'은 'Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Filtered Non-discrete spectrum Measurement)' 결과 획득되는 데이터를 의미한다. In the present specification, the term'Filtered Non-discrete spectrum' means data obtained as a result of'Filtered Non-discrete spectrum Measurement'.

본원 명세서에서, 용어 '특징 추출기의 파라미터'는 특징 추출기를 구성하는 파라미터들(예를 들면, 특징 함수의 가중치와 주 성분)을 지칭하는 것으로 사용하기로 한다.In the present specification, the term'parameter of the feature extractor' is used to refer to parameters constituting the feature extractor (eg, weights and main components of a feature function).

본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법은 전 처리 단계(이하, '제1단계'라고도 함)와 판단 단계(이하, '제2단계'라고도 함)를 포함한다.A method of detecting lesion tissue based on machine learning according to an embodiment of the present invention includes a pre-processing step (hereinafter, also referred to as a'first step') and a determining step (hereinafter, referred to as a'second step').

제1단계는, NON-GATED 발생 광에 대한 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(NSM: Non-discrete spectrum Measurement) 결과를 정규화(Normalization)하는 단계, 표준화(Standardization)하는 단계, 및 정규화 및 표준화된 계측결과로부터 주 성분의 특징(feature)을 추출(extraction)하는 주 성분 분석(PCA: Principle Component Analysis) 단계를 포함한다.The first step is to normalize the non-discrete spectrum measurement (NSM) result of the NON-GATED generated light, the standardization step, and the normalized and standardized measurement results. It includes a Principle Component Analysis (PCA) step that extracts features of the main component.

여기서, 정규화(Normalization) 및 표준화(Standardization)하는 단계는 계측 결과 간의 편차 및 노이즈를 제거하는 단계이다. 예를 들면, 정규화(Normalization) 및 표준화(Standardization)하는 단계는, 계측결과에서 백그라운드 노이즈(background noise)를 제거한 후 영역 표준화(area-normalization) 및 보간(interpolation) 동작을 포함할 수 있다. Here, the steps of normalization and standardization are steps of removing deviation and noise between measurement results. For example, the steps of normalization and standardization may include an area-normalization and interpolation operation after removing background noise from a measurement result.

본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법은 NON-GATED 발생 광에 대한 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(NSM: Non-discrete spectrum Measurement) 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(NSM: Non-discrete spectrum Measurement) 단계는, 레이저가 시료 표면에 조사된 순간부터 발생 광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 시간에 따라서 측정되는 모든 발생 광, 즉 NON-GATED 발생 광에 대한 스펙트럼을 측정하는 단계이다. 일 실시예에 따르면, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(NSM: Non-discrete spectrum Measurement) 단계는 NON-GATED 발생 광에서 일부 광에 대하여 스펙트럼을 측정하거나, NON-GATED 발생 광에서 특정 파장 대역에 속한 광에 대하여 스펙트럼을 측정하는 Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Filtered Non-discrete spectrum)을 측정하는 단계일 수 있다.The method for detecting lesion tissue based on machine learning according to an embodiment of the present invention may further include a non-discrete spectrum measurement (NSM) step for non-GATED generated light. Here, in the non-discrete spectrum measurement (NSM) step, all generated light measured over time from the moment when the laser is irradiated to the sample surface until the generated light is no longer generated, that is, NON- This is the step of measuring the spectrum of the GATED generated light. According to an embodiment, in the non-discrete spectrum measurement (NSM) step, the spectrum is measured for some light from the light generated by NON-GATED, or the light belonging to a specific wavelength band from the light generated by NON-GATED. It may be a step of measuring a Filtered Non-discrete spectrum measuring a spectrum for the sample.

본 발명의 실시예들에서, '넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 결과' 는 '넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)'된 데이터 그대로를 의미하거나, 또는 그러한 데이터에 대하여 정규화(Normalization) 및 표준화(Standardization)가 된 후의 데이터를 의미한다. In the embodiments of the present invention, the'non-discrete spectrum measurement result' means'non-discrete spectrum measurement' data as it is, or with respect to such data. It refers to data after normalization and standardization.

본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법은 특정 대역의 레이저를 시료 표면에 조사하는 단계; 와 NON-GATED 발생 광에 대한 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(NSM: Non-discrete spectrum Measurement) 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 시료 표면에 조사되는 레이저의 파장은 1064 nm 일 수 있다. 또한, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(NSM: Non-discrete spectrum Measurement) 단계는, NON-GATED 발생 광에서 일부 광에 대하여 스펙트럼을 측정하거나, NON-GATED 발생 광에서 특정 파장 대역에 속한 광에 대하여 스펙트럼을 측정하는 Filtered 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Filtered Non-discrete spectrum)을 측정하는 단계일 수 있다. 여기서, 스펙트럼이 측정되는 발생 광의 파장은 예를 들면 200nm ~ 1000nm 대역을 가지는 것일 수 있다.A method for detecting lesion tissue based on machine learning according to an embodiment of the present invention includes: irradiating a laser of a specific band onto a sample surface; And a non-discrete spectrum measurement (NSM) step for the NON-GATED generated light. For example, the wavelength of the laser irradiated to the surface of the sample may be 1064 nm. In addition, in the non-discrete spectrum measurement (NSM) step, the spectrum is measured for some light from the light generated by NON-GATED, or the spectrum is measured for light belonging to a specific wavelength band from the light generated by NON-GATED. It may be a step of measuring a filtered non-discrete spectrum to be measured. Here, the wavelength of the generated light for which the spectrum is measured may have a band of 200 nm to 1000 nm, for example.

주 성분 분석(PCA: Principle Component Analysis) 단계는 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 결과로부터 주 성분에 대한 특징(feature)을 추출하는 단계이다. 일 실시예에 따르면, 주 성분은 복수 개(또는, '다 차원'이라고도 함)이고, 주 성분 분석 단계는 그러한 복수개의 주 성분들 각각에 대한 특징(또는, '특징 값'이라고도 함)을 추출하는 동작을 포함한다. The principle component analysis (PCA) step is a step of extracting features for the main component from the results of non-discrete spectrum measurements. According to one embodiment, there are a plurality of main components (or, also referred to as'multidimensional'), and the main component analysis step extracts features (or also referred to as'feature values') for each of the plurality of such main components. Including the actions to be taken.

일 실시예에 따르면, 주 성분 분석 단계는, 16차원의 주 성분들에 대하여 각각의 특징을 추출할 수 있다. 여기서, 16차원은 예시적인 수치이므로 본원 발명이 그러한 수치에만 한정되는 것은 아니며, 주 성분 분석 단계는 16차원 보다 많은 차원의 주 성분들에 대하여 특징을 추출할 수도 있다. According to an embodiment, in the main component analysis step, each feature may be extracted for 16-dimensional main components. Here, since the 16th dimension is an exemplary numerical value, the present invention is not limited to such a numerical value, and the principal component analysis step may extract features for principal components of more dimensions than the 16th dimension.

본 발명의 실시예들에서, 본 발명의 설명의 목적을 위해서, '복수 개의 주 성분들 각각에 대한 특징을 추출하는 것'을 '다차원 주 성분 분석'이라고 부르기로 한다.In the embodiments of the present invention, for the purpose of description of the present invention,'extracting features for each of a plurality of main components' will be referred to as'multidimensional main component analysis'.

상술한 제1단계는 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 하나 이상의 프로그램들(one or more programs)(미 도시)을 포함하는 전자 기기(electronic device)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 하나 이상의 프로그램들(이하, '전 처리용 프로그램들')은 상기 메모리에 저장되어 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되도록(executed) 구성된다. 여기서, 전 처리용 프로그램들은 상술한 정규화(Normalization) 및 표준화(Standardization)하는 단계와 주 성분 분석(PCA: Principle Component Analysis) 단계를 수행하기 위한 명령어들(instructions)을 포함한다. The first step described above is an electronic device including a memory (not shown), one or more processors (not shown), and one or more programs (not shown). ). Here, one or more programs (hereinafter, “pre-processing programs”) are stored in the memory and configured to be executed by the one or more processors. Here, the pre-processing programs include instructions for performing the above-described normalization and standardization steps and a principle component analysis (PCA) step.

일 실시예에 따르면, 전 처리용 프로그램들은 정규화 및 표준화 프로그램과, 다차원 주 성분 분석 프로그램을 포함할 수 있다. 이들 프로그램은 제 동작을 수행하기 위한 명령어들을 각각 포함한다. According to an embodiment, the pre-processing programs may include a normalization and standardization program and a multidimensional principal component analysis program. Each of these programs includes instructions for performing a second operation.

일 실시예에 따르면, 제1단계를 위한 상기 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 전 처리용 프로그램들(미 도시)은, 도 4를 참조하여 후술할 분석 기기(10)에 위치되어 있을 수 있다. According to an embodiment, the memory for the first step (not shown), one or more processors (not shown), and pre-processing programs (not shown), with reference to FIG. It may be located in the analysis device 10 to be described later.

다른 예에 따르면, 제1단계를 위한 상기 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 전 처리용 프로그램들(미 도시) 중 일부는 도 4를 참조하여 후술 할 분석 기기(10)에 위치되고, 나머지 일부는 핸드피스(20)에 위치될 수 있다.According to another example, some of the memory for the first step (not shown), one or more processors (not shown), and pre-processing programs (not shown) are shown in FIG. 4. It is located in the analysis device 10 to be described later, the rest may be located in the handpiece 20.

또 다른 예에 따르면, 제1단계를 위한 상기 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 전 처리용 프로그램들(미 도시) 중 일부는 도 4를 참조하여 후술 할 분석 기기(10)에 위치되고, 나머지 일부는 분석 기기(10)와 통신 네트워크(데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 네트워크, 예를 들면 인터넷)와 연결된 전자 기기에 위치될 수 있다. According to another example, some of the memory for the first step (not shown), one or more processors (not shown), and pre-processing programs (not shown), see FIG. 4. Thus, it is located in the analysis device 10 to be described later, and some of the remainder may be located in an electronic device connected to the analysis device 10 and a communication network (a network capable of transmitting or receiving data, for example, the Internet).

제2단계는 머신 러닝 알고리즘이 제1단계에서의 다차원 주 성분 분석 결과에 병변 조직 검출용 학습 모델인 분류자(classifier)를 적용하여 시료에 병변 조직이 있는지 여부를 판단하는 단계이다.In the second step, the machine learning algorithm determines whether or not there is a lesion tissue in the sample by applying a classifier, which is a learning model for detecting lesion tissue, to the result of analyzing the multidimensional principal component in the first step.

병변 조직 검출용 학습 모델은 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들에 의해 트레이닝(또는 학습)되어 생성된 분류자(classifier)이다. 일 실시예에 따르면, 여기서 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터는 Filtered Non-discrete spectrum 데이터일 수 있다.The learning model for lesion tissue detection is a classifier generated by training (or learning) by labeled non-discrete spectral measurement data. According to an embodiment, the non-discrete spectrum measurement data may be Filtered Non-discrete spectrum data.

일 실시예에 따르면, 머신 러닝 알고리즘은 입력 층, 적어도 하나 이상의 히든 층, 및 출력 층을 포함하도록 구성된 딥 러닝 알고리즘이다. 여기서, 히든 층은 병변 조직 검출용 학습 모델을 구성하는 함수와 계수들이 반영된 것일 수 있다. According to one embodiment, the machine learning algorithm is a deep learning algorithm configured to include an input layer, at least one hidden layer, and an output layer. Here, the hidden layer may reflect functions and coefficients constituting a learning model for detecting lesion tissue.

입력 층은 전 처리 단계의 결과를 입력 받고, 히든 층은 입력 층이 입력 받은 데이터에 대하여 병변 조직 검출용 학습 모델을 적용하며, 출력 층은 히든 층에서의 결과를 출력한다. 출력 층의 출력 값은, 예를 들면, 병변 조직의 존재 유무를 확률적으로 나타내는 값일 수 있다.The input layer receives the result of the pre-processing step, the hidden layer applies a learning model for lesion tissue detection on the data received by the input layer, and the output layer outputs the result from the hidden layer. The output value of the output layer may be, for example, a value probabilistically indicating the presence or absence of a lesional tissue.

본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 머신 러닝 알고리즘은 예를 들면 Logistic regression, SVM (SVM = Space Vector Machine), Radom forest, DNN (Deep Neural Network), 또는 CNN (Convolution Neural Network)과 같은 것일 수 있다. 한편, 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자(이하, '당업자'라고 함)는 상술한 알고리즘들 에만 본원 발명이 한정되는 것이 아님을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. Machine learning algorithms that can be used in embodiments of the present invention may be, for example, Logistic regression, SVM (SVM = Space Vector Machine), Radom forest, DNN (Deep Neural Network), or CNN (Convolution Neural Network). have. On the other hand, those who are engaged in the technical field to which the present invention pertains (hereinafter, referred to as'person in charge') will readily understand that the present invention is not limited only to the above-described algorithms.

상술한 제2단계는 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 하나 이상의 프로그램들(one or more programs)(미 도시)을 포함하는 전자 기기(electronic device)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 하나 이상의 프로그램들(이하, '머신 러닝 프로그램')은 상기 메모리에 저장되어 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되도록(executed) 구성된다. The second step described above is an electronic device including a memory (not shown), one or more processors (not shown), and one or more programs (not shown). ). Here, one or more programs (hereinafter, “machine learning programs”) are stored in the memory and configured to be executed by the one or more processors.

일 실시예에 따르면, 머신 러닝 프로그램은 상술한 병변 조직의 존재 유무를 판단하는 단계를 수행하기 위한 명령어들(instructions)을 포함한다. 머신 러닝 프로그램은 또한 병변 조직 검출용 학습 모델의 생성을 위한 학습 단계를 수행하기 위한 명령어들(instructions)을 더 포함한다. According to an embodiment, the machine learning program includes instructions for performing the step of determining the presence or absence of the lesion tissue described above. The machine learning program further includes instructions for performing a learning step for generating a learning model for lesion tissue detection.

일 실시예에 따르면, 제2단계를 위한 상기 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 머신 러닝 프로그램(미 도시)은, 도 4를 참조하여 후술할 분석 기기(10)에 위치되어 있을 수 있다. According to an embodiment, the memory (not shown), one or more processors (not shown), and a machine learning program (not shown) for the second step will be described later with reference to FIG. 4. It may be located in the analysis device 10.

다른 예에 따르면, 제2단계를 위한 상기 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 머신 러닝 프로그램들(미 도시) 중 일부는 도 4를 참조하여 후술 할 분석 기기(10)에 위치되고, 나머지 일부는 핸드피스(20)에 위치될 수 있다.According to another example, some of the memory (not shown), one or more processors (not shown), and machine learning programs (not shown) for the second step will be described later with reference to FIG. 4. It is located in the analysis device 10 to be performed, and the remaining part may be located in the handpiece 20.

또 다른 예에 따르면, 제2단계를 위한 상기 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서들(one or more processors)(미 도시), 및 머신 러닝 프로그램(미 도시) 중 일부는 도 4를 참조하여 후술할 분석 기기(10)에 위치되고, 나머지 일부는 상기 분석 기기와 통신 네트워크(데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 네트워크, 예를 들면 인터넷)와 연결된 전자 기기(electronic device)에 위치될 수 있다. According to another example, some of the memory (not shown), one or more processors (not shown), and machine learning programs (not shown) for the second step will be described later with reference to FIG. 4. It is located in the analysis device 10 to be performed, and the remaining part may be located in an electronic device connected to the analysis device and a communication network (a network capable of transmitting or receiving data, for example, the Internet).

본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법은, 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터 특징 추출기의 파라미터를 결정하는 단계와 병변 조직 검출용 학습 모델인 분류자(classifier)를 학습에 의해 정의하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터는 예를 들면 Filtered Non-discrete spectrum 데이터일 수 있다.A method for detecting lesion tissue based on machine learning according to an embodiment of the present invention includes determining a parameter of a feature extractor from labeled non-discrete spectral measurement data and a classifier that is a learning model for detecting lesion tissue. It may further include the step of defining by learning. Here, the non-discrete spectrum measurement data may be, for example, filtered non-discrete spectrum data.

상술한 특징 추출기의 파라미터를 결정하는 단계는 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들을 특징 추출기가 입력 받고, 특징 추출기의 파라미터를 결정하는 단계이다. In the step of determining the parameter of the feature extractor described above, the feature extractor receives the labeled non-discrete spectrum measurement data and determines the parameter of the feature extractor.

상술한 분류자를 학습에 의해 정의하는 단계는 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들에 의해 머신 러닝 프로그램이 학습되는 단계이다. The step of defining the above-described classifier by learning is a step in which a machine learning program is trained by labeled non-discrete spectrum measurement data.

여기서, 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터 학습되어 생성된 분류자(classifier)는 미지의 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터 병변 조직이 있는지 여부를 판단하는 단계를 수행할 수 있다. Here, a classifier generated by learning from labeled non-discrete spectral measurement data may perform a step of determining whether there is a lesion tissue from unknown non-discrete spectral measurement data.

도 1 내지 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법을 설명하기 위한 도면들이다.1 to 3 are diagrams for explaining a method of detecting lesion tissue based on machine learning according to an embodiment of the present invention.

이들 도면들을 참조하여 설명할 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법은 딥 러닝 알고리즘을 사용한 실시예로서, 이하에서 언급되는 수치들이나 함수들은 예시적인 것으로서 본원 발명의 권리범위가 그러한 수치들이나 함수들 에만 한정되는 것임을 당업자는 알아야 한다. The machine learning-based lesion tissue detection method described with reference to these drawings is an embodiment using a deep learning algorithm, and the numerical values and functions mentioned below are exemplary, and the scope of the present invention is limited only to those numerical values or functions. Those skilled in the art should know.

도 1을 참조하면, 특징 추출기(200)는 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터에서 주 성분들에 대한 특징을 추출하는 프로그램('다차원 주 성분 분석 프로그램')이고, 병변 조직 검출용 학습 모델(400)은 병변이 있는지 여부를 판단하기 위한 분류자(classifier)이다. 여기서, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터는 예를 들면 Filtered Non-discrete spectrum 데이터일 수 있다.Referring to FIG. 1, the feature extractor 200 is a program for extracting features for main components from non-discrete spectrum measurement data ('multidimensional main component analysis program'), and the learning model 400 for detecting lesion tissue is It is a classifier to determine whether there is a lesion. Here, the non-discrete spectrum measurement data may be, for example, filtered non-discrete spectrum data.

일 실시예에 따르면, 특징 추출기(200)는, 복수의 주 성분들에 대하여 각각의 특징을 추출한다. According to an embodiment, the feature extractor 200 extracts each feature from a plurality of main components.

본 실시예에서는, 설명의 목적을 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이, 5개의 주 성분들에 대한 각각의 특징을 추출하는 것으로 설명하기로 한다.In the present embodiment, for the purpose of explanation, as shown in FIG. 1, it will be described as extracting each feature of the five main components.

즉, 특징 추출기(200)는 도 1의 (a)와 같은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터를 입력 받았고, 그러한 계측 데이터에서 5개의 주 성분들 각각에 대한 특징을 추출한다고 가정한다. That is, it is assumed that the feature extractor 200 receives the non-discrete spectrum measurement data as shown in FIG. 1A, and extracts features for each of the five main components from the measurement data.

본 실시예에서, 특징 추출기(200)는 파장 대역에서 성분들(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, …)의 각각의 신호의 세기들(y1, y2, y3, y4, y5, …)을 입력으로 하는 함수들(f1, f2, f3, f4, f5)의 값들을 계산한다. In this embodiment, the feature extractor 200 determines the signal strengths (y1, y2, y3, y4, y5, ...) of the components (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, ...) in the wavelength band. Calculate the values of the input functions (f1, f2, f3, f4, f5).

본 실시예에서, 특징 추출기(200)에 계산되는 함수들(f1, f2, f3, f4, f5)은 입력들에 대하여 서로 다른 계수(가중치)들을 가질 수 있다.In this embodiment, the functions f1, f2, f3, f4, and f5 calculated by the feature extractor 200 may have different coefficients (weights) for inputs.

예를 들면, f1(y1, y2, y3, y4, y5, …) = (a1*y1) + (b1*y2) + (c1*y3) + (d1 * y4) + (e1*y5) + … 로 정의되었고, f2(y1, y2, y3, y4, y5, …) = (a2*y1) + (b2*y2) + (c2*y3) + (d2 * y4) + (e2*y5) + … 로 정의되었다고 가정하면, a1과 a2가 다르거나, b1과 b2가 다르거나, c1과 c2가 다르거나, d1과 d2가 다르거나, 및/또는 e1과 e2가 다를 수 있다. For example, f1(y1, y2, y3, y4, y5, …) = (a1*y1) + (b1*y2) + (c1*y3) + (d1 * y4) + (e1*y5) +… F2(y1, y2, y3, y4, y5, …) = (a2*y1) + (b2*y2) + (c2*y3) + (d2 * y4) + (e2*y5) +… Assuming that it is defined as, a1 and a2 may be different, b1 and b2 may be different, c1 and c2 may be different, d1 and d2 may be different, and/or e1 and e2 may be different.

도 1을 참조하면, 특징 추출기(200)는 특징 추출 함수가 계산한 특징을 출력한다. Referring to FIG. 1, the feature extractor 200 outputs features calculated by the feature extraction function.

본 실시예에서, 특징 추출기(200)는 5개(즉, 5차원)의 특징 추출 함수를 가지고 있다고 가정하면, 5개의 특징 추출 함수들(F1, F2, F3, F4, F5)은, 각각 함수 값을 계산하여 출력하며, 출력 들은 딥 러닝 알고리즘(300)으로 입력된다.In this embodiment, assuming that the feature extractor 200 has five (i.e., five-dimensional) feature extraction functions, the five feature extraction functions F1, F2, F3, F4, and F5 are each function. A value is calculated and output, and the outputs are input to the deep learning algorithm 300.

딥 러닝 알고리즘(300)은 입력 받은 특징들에 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 적용하여 병변 조직이 있는지 여부를 판단한다. The deep learning algorithm 300 determines whether or not there is a lesion tissue by applying the learning model 400 for detecting lesion tissue to the received features.

도 2는 딥 러닝 알고리즘(300)을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram illustrating a deep learning algorithm 300.

일 실시예에 따르면, 딥 러닝 알고리즘(300)은 특징 추출기(200)로부터 특징 들을 입력 받고, 특징들에 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 적용하여, 병변 조직이 있는지 여부를 판단한다. According to an embodiment, the deep learning algorithm 300 receives features from the feature extractor 200, applies the learning model 400 for detecting lesion tissue to the features, and determines whether there is a lesion tissue.

본 실시예에서는, 설명의 목적을 위해서, 입력 층(302), 히든 층(304)(제1 히든 층(303), 제2 히든 층(305)), 및 출력 층(306)을 포함하도록 구성된 딥 러닝 알고리즘(300)을 예시적으로 설명하기로 한다.In this embodiment, for illustrative purposes, it is configured to include an input layer 302, a hidden layer 304 (first hidden layer 303, second hidden layer 305), and an output layer 306. The deep learning algorithm 300 will be described as an example.

입력 층(302), 히든 층(304), 및 출력 층(306)은 각각 1개 이상의 노드들로 구성되며, 이들 노드들 각각은 복수의 입력을 받으며, 입력의 개수와 동일한 개수의 계수('가중치'라고도 함)들을 가지고 있다. 즉, 노드는 자신이 입력받은 입력들 각각에 미리 정한 계수들을 연산 시키는 동작을 수행한다. 또한, 노드에서 입력들에 대하여 연산 되는 가중치는 노드들마다 다르게 정의되어 있다. The input layer 302, the hidden layer 304, and the output layer 306 are each composed of one or more nodes, each of which receives a plurality of inputs, and the number of coefficients equal to the number of inputs (' Also known as'weights'). That is, the node performs an operation of calculating predetermined coefficients for each of the inputs it receives. In addition, weights calculated for inputs in a node are defined differently for each node.

도 2를 참조하면, 입력 층(302)은 5개의 노드로 구성되어 있고, 이들 5개의 노드(이하, '입력 노드')는 특징 추출기(200)에서 추출된 5개의 특징을 각각 입력 받아서, 히든 층(304)에게 출력한다.Referring to FIG. 2, the input layer 302 is composed of five nodes, and these five nodes (hereinafter,'input nodes') receive each of the five features extracted from the feature extractor 200, and are hidden. Output to layer 304.

도 2를 참조하면, 설명의 목적을 위해서, 5개의 입력 노드들을 in1, in2, in3, in4, 및 in5 로 표시하고, in1, in2, in3, in4, 및 in5의 각각의 출력을 IN1, IN2, IN3, IN4, IN5로 표시하였다. 여기서, IN1은 입력 받은 특징 F1 그대로 이거나, 또는 F1 입력으로 하는 어떤 임의의 함수의 값일 수 있다. Referring to FIG. 2, for the purpose of explanation, five input nodes are represented by in1, in2, in3, in4, and in5, and each output of in1, in2, in3, in4, and in5 is IN1, IN2, Indicated by IN3, IN4, and IN5. Here, IN1 may be the received feature F1 as it is, or may be a value of any function that is input to F1.

제1 히든 층(303)은 복수개의 노드(이하, '제1히든 노드')들로 구성되어 있고, 제1히든 노드들 각각은 입력 노드의 출력 값들을 입력으로 하는 함수를 계산하여 출력한다. 도 2를 참조하면, 복수개의 제1히든 노드들은 m개(여기서, m은 양의 정수)로서 h11, h12, h13, h14, … , h1m으로 표시되어 있음을 알 수 있다.The first hidden layer 303 is composed of a plurality of nodes (hereinafter, “first hidden node”), and each of the first hidden nodes calculates and outputs a function that takes output values of the input node as inputs. Referring to FIG. 2, a plurality of first hidden nodes are m (where m is a positive integer), and h11, h12, h13, h14, ... , it can be seen that it is marked as h1m.

도 2는, m개의 제1히든 노드들에서 계산되는 각각의 함수들과 그 동작을, 예시적으로 나타낸다.FIG. 2 exemplarily shows functions and their operations calculated in m first hidden nodes.

설명의 목적을 위해서, 제1히든 노드의 h11 노드에서 적용되는 함수를 h11으로 정의하고, 함수 h11의 결과(또는 '출력')는 H11으로 정의하였다. 또한, IN1, IN2, IN3, IN4, 및 IN5를 입력으로 하는 함수 h11을 수식으로 정의하면, H11 = h11(IN1, IN2, IN3, IN4, IN5)와 같다. 즉, 제1히든 노드의 h11 노드는 IN1, IN2, IN3, IN4, 및 IN5를 입력으로 하는 함수 h11을 계산하고, 그 계산 결과 H11을 출력한다. For the purpose of explanation, the function applied in the h11 node of the first hidden node is defined as h11, and the result (or'output') of the function h11 is defined as H11. In addition, if the function h11 that takes IN1, IN2, IN3, IN4, and IN5 as inputs is defined as an equation, it is the same as H11 = h11 ( IN1, IN2, IN3, IN4, IN5 ). That is, the node h11 of the first hidden node calculates a function h11 that takes IN1, IN2, IN3, IN4, and IN5 as inputs, and outputs the calculation result H11.

제1히든 노드의 나머지 노드들(h12, h13, h14, … , h1m)도 유사한 방식으로 표시되고 수식으로 정의될 수 있다. 즉, 제1히든 노드의 h12는 IN1, IN2, IN3, IN4, 및 IN5를 입력으로 하는 함수 h12을 계산하고, 그 계산 결과 H12을 출력한다.The remaining nodes h12, h13, h14, …, h1m of the first hidden node are also displayed in a similar manner and may be defined by an equation. That is, h12 of the first hidden node calculates a function h12 that takes IN1, IN2, IN3, IN4, and IN5 as inputs, and outputs the calculation result H12.

같은 방식으로 나머지 제1히든 노드들도 각각 H13, H14, … , H1M을 출력한다. In the same way, the remaining first hidden nodes are also H13, H14,… , Output H1M.

일 실시예에 따르면, 제1히든 노드들에서 계산되는 함수들(h11, h12, h13, h14, … , h1m)에 포함된 각각의 계수들은 적어도 1개 이상 함수들(h11, h12, h13, h14, … , h1m)마다 다르다.According to an embodiment, each coefficient included in the functions h11, h12, h13, h14, …, h1m calculated in the first hidden nodes is at least one or more functions (h11, h12, h13, h14). ,…, H1m).

예를 들면, H11 = h11(IN1, IN2, IN3, IN4, IN5) = (f11 * IN1) + (g11 * IN2) + (j11 * IN3) + (k11 * IN4) + (p11 * IN5) 로 정의되었고, H12 = h12(IN1, IN2, IN3, IN4, IN5) = (f12 * IN1) + (g12 * IN2) + (j12 * IN3) + (k12 * IN4) + (p12* IN5) 로 정의되었다고 가정하면, f11과 f12가 다르거나, g11과 g12가 다르거나, j11과 j12가 다르거나, k11과 k12가 다르거나, 및/또는 p11과 p12가 다를 수 있다. For example, H11 = h11( IN1, IN2, IN3, IN4, IN5 ) = (f11 * IN1 ) + (g11 * IN2 ) + (j11 * IN3 ) + (k11 * IN4 ) + (p11 * IN5 ) And H12 = h12( IN1, IN2, IN3, IN4, IN5 ) = (f12 * IN1 ) + (g12 * IN2 ) + (j12 * IN3 ) + (k12 * IN4 ) + (p12 * IN5 ) Then, f11 and f12 may be different, g11 and g12 may be different, j11 and j12 may be different, k11 and k12 may be different, and/or p11 and p12 may be different.

즉, 제1히든 층(303)의 h11 노드의 함수는 IN1, IN2, IN3, IN4, 및 IN5를 입력 받고, 그러한 입력에 각각 대응되는 가중치가 연산 되도록 정의되고, 제1히든 노드의 h12 노드의 함수도 IN1, IN2, IN3, IN4, 및 IN5를 입력 받고, 그러한 입력에 각각 가중치가 연산 되도록 정의되는데, h11 노드의 함수에서 사용되는 가중치들과 h12 노드의 함수에서 사용되는 가중치들은 적어도 1개 이상 서로 다르게 정의되어 있다. 같은 방식으로, 제1히든 노드에 포함된 함수들에 각각 사용되는 가중치들은 적어도 1개 이상 서로 다르게 정의되어 있다.That is, the function of node h11 of the first hidden layer 303 receives IN1, IN2, IN3, IN4, and IN5 , and is defined to calculate a weight corresponding to each of the inputs, and the h12 node of the first hidden node The function is also defined to receive inputs IN1, IN2, IN3, IN4, and IN5 , and a weight is calculated for each of those inputs.The weights used in the function of the h11 node and the weights used in the function of the h12 node are at least one. They are defined differently. In the same way, at least one or more weights used for each of the functions included in the first hidden node are defined differently.

제2 히든 층(305)은 복수개의 노드(이하, '제2히든 노드')들로 구성되어 있고, 제2히든 노드들 각각은 제1히든 노드의 출력 값들을 변수로 하는 함수를 계산하여 출력한다. 도 2를 참조하면, 복수개의 제2히든 노드들은 n개(여기서, n은 양의 정수)로서 h21, h22, h23, h24, … , h2n으로 표시되어 있음을 알 수 있다.The second hidden layer 305 is composed of a plurality of nodes (hereinafter,'second hidden node'), and each of the second hidden nodes calculates and outputs a function using the output values of the first hidden node as variables. do. Referring to FIG. 2, a plurality of second hidden nodes are n (where n is a positive integer) and h21, h22, h23, h24, ... , it can be seen that it is denoted by h2n.

도 2에는, n개의 제2히든 노드들에서 계산되는 함수들과 그 동작을, 예시적으로 표시하였다. In FIG. 2, functions calculated in n second hidden nodes and their operations are exemplarily shown.

설명의 목적을 위해서, 제2히든 노드의 h21 노드에서 적용되는 함수를 h21으로 정의하였고, 함수 h21의 결과는 H21으로 정의하였다. 그리고, H11, H12, H13, H14, …, H1M 입력변수로 하는 함수 h21을 수식으로 정의하면, H21 = h21(H11, H12, H13, H14, …, H1M)와 같다. 즉, 제2히든 노드의 h21 노드는 H11, H12, H13, H14, …, H1M를 입력 변수로 하는 함수 h21을 계산하고, 그 계산 결과 H21을 출력한다. For the purpose of explanation, the function applied to the h21 node of the second hidden node is defined as h21, and the result of the function h21 is defined as H21. And, H11, H12, H13, H14, ... , H1M If the function h21 as an input variable is defined by an equation, it is the same as H21 = h21( H11, H12, H13, H14, …, H1M ). That is, the h21 node of the second hidden node is H11, H12, H13, H14, ... Calculates a function h21 with H1M as an input variable, and outputs H21 as a result of the calculation.

제2히든 노드의 나머지 노드들(h22, h23, h24, … , h2n)도 유사한 방식으로 표시되고 수식으로 정의될 수 있다. 즉, 제2히든 노드의 h22는 H11, H12, H13, H14, …, H1M 를 입력 변수로 하는 함수 h22을 계산하고, 그 계산 결과 H22을 출력한다.The remaining nodes h22, h23, h24, …, h2n of the second hidden node are also displayed in a similar manner and may be defined by an equation. That is, h22 of the second hidden node is H11, H12, H13, H14, ... Calculates a function h22 with H1M as an input variable, and outputs H22 as a result of the calculation.

같은 방식으로 나머지 제2히든 노드들도 각각 H23, H24, … , H2N을 출력한다. In the same way, the remaining second hidden nodes are also H23, H24,… , Output H2N.

일 실시예에 따르면, 제2히든 노드들에서 계산되는 함수들(h21, h22, h23, h24, … , h2n)에 포함된 각각의 계수들은 적어도 1개 이상 함수들(h21, h22, h23, h24, … , h2n)마다 다르다.According to an embodiment, each coefficient included in the functions h21, h22, h23, h24, …, h2n calculated in the second hidden nodes is at least one or more functions (h21, h22, h23, h24). ,…, H2n) is different.

예를 들면, H21 = h21(H11, H12, H13, H14, … , H1M) = (f21 * H11) + (g21 * H12) + (j21 * H13) + (k21 * H14) + … + (p21 * H1M) 로 정의되었고, H22 = h22(H11, H12, H13, H14, … , H1M) = (f22 * H11) + (g22 * H12) + (j22 * H13) + (k22 * H14) + … + (p22 * H1M) 로 정의되었다고 가정하면, f21과 f22가 다르거나, g21과 g22가 다르거나, j21과 j22가 다르거나, k21과 k22가 다르거나, … , 및/또는 p21과 p22가 다를 수 있다. For example, H21 = h21( H11, H12, H13, H14,…, H1M ) = (f21 * H11 ) + (g21 * H12 ) + (j21 * H13 ) + (k21 * H14 ) +… + (p21 * H1M ), H22 = h22 ( H11, H12, H13, H14,…, H1M ) = (f22 * H11 ) + (g22 * H12 ) + (j22 * H13 ) + (k22 * H14 ) +… Assuming that it is defined as + (p22 * H1M ), f21 and f22 are different, g21 and g22 are different, j21 and j22 are different, k21 and k22 are different,… , And/or p21 and p22 may be different.

즉, 제2히든 노드의 h21 노드의 함수는 H11, H12, H13, H14, … , H1M 를 변수들로 입력 받고, 그러한 변수들에게 각각 가중치가 연산 되도록 정의되고, 제2히든 노드의 h22 노드의 함수도 H11, H12, H13, H14, … , H1M 를 변수들로 입력 받고, 그러한 변수들에게 각각 가중치가 연산 되도록 정의되는데, 다만, h21 노드의 함수에서 사용되는 가중치들과 h22 노드의 함수에서 사용되는 가중치들은 적어도 1개 이상 서로 다르게 정의된다. That is, the function of the node h21 of the second hidden node is H11, H12, H13, H14, ... , H1M are inputted as variables, and the weights are calculated for each of those variables, and the functions of the h22 node of the second hidden node are also H11, H12, H13, H14,… , H1M is inputted as variables, and weights are calculated for each of those variables. However, the weights used in the function of the h21 node and the weights used in the function of the h22 node are defined differently from at least one. .

유사한 방식으로, 제2히든 노드에 포함된 함수들에 사용되는 가중치들은 적어도 1개 이상 서로 다르게 정의된다.In a similar manner, at least one or more weights used for functions included in the second hidden node are defined differently.

출력 층(306)은 1개 노드(이하, '출력 노드')로 구성되어 있고, 출력 노드는 제2히든 노드의 출력 값들을 입력으로 하는 미리 정의된 함수를 계산하여 출력한다. 도 2에는, 출력 노드에서 계산되는 함수와 동작을, 예시적으로 표시하였다. The output layer 306 is composed of one node (hereinafter, “output node”), and the output node calculates and outputs a predefined function that takes output values of the second hidden node as inputs. In FIG. 2, functions and operations calculated in the output node are illustrated as an example.

설명의 목적을 위해서, 출력 노드의 함수를 out으로 정의하였고, 함수 out의 결과는 OUT으로 정의하였다. 그리고, H21, H22, H23, H24, … , H2N를 입력변수로 하는 출력 함수를 수식으로 정의하면, OUT = out(H21, H22, H23, H24, … , H2N)와 같다. 즉, 출력 노드는 H21, H22, H23, H24, … , H2N 를 입력 변수로 하는 함수 out를 계산하고, 그 계산 결과 OUT 를 출력한다. For the purpose of explanation, the function of the output node is defined as out, and the result of the function out is defined as OUT. And, H21, H22, H23, H24, ... If the output function using, H2N as an input variable is defined as an equation, it is the same as OUT = out( H21, H22, H23, H24,…, H2N ). That is, the output nodes are H21, H22, H23, H24, ... Calculates a function out with H2N as an input variable, and outputs OUT as a result of the calculation.

본 실시예에서, OUT 는 병변 조직인지 여부를 판단할 수 있는 값일 수 있다. 예를 들면, 0≤OUT≤1 (OUT은 실수)로 정의되거나, 또는 0≤OUT≤100 (OUT은 백분율 값)로 정의되는 값일 수 있다. In this embodiment, OUT may be a value capable of determining whether it is a lesion tissue. E.g., ≤1 0≤ OUT it may be a value defined by or defined by (OUT is a real number), or 0≤ ≤100 OUT (OUT is a percentage value).

한편, 딥 러닝 알고리즘(300)은 레이블이 붙은 계측 데이터들에 대하여 학습을 수행함으로써 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 생성한다. Meanwhile, the deep learning algorithm 300 generates a learning model 400 for detecting lesion tissue by performing learning on labeled measurement data.

히든 노드들 각각에는 함수(이하, '히든 노드 함수')들이 각각 1개씩 대응되어 있고, 히든 노드들은 각각 입력을 받으면 자신에게 대응된 히든 노드 함수의 값을 출력하게 된다. Each of the hidden nodes has one function (hereinafter referred to as'hidden node function'), and each hidden node outputs a value of the hidden node function corresponding to itself when each of the hidden nodes receives an input.

히든 노드의 함수는 입력들과 계수들을 수학적으로 연산(예를 들면, 곱하기)한다. 병변 조직 검출용 학습 모델(400)의 학습에 대하여는 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다. Hidden node functions mathematically compute (eg multiply) inputs and coefficients. The learning of the learning model 400 for detecting lesion tissue will be described in detail later with reference to FIG. 3.

병변 조직 검출용 학습 모델(400)은 학습(또는 트레이닝)에 의해 최적화된 것이다. 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 학습시킨다고 함은, 히든 층들의 각 노드의 함수에 포함된 각각의 계수들을 최적화하는 과정을 의미한다. 학습에 대하여는 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다. The learning model 400 for detecting lesion tissue is optimized by learning (or training). Learning the lesion tissue detection learning model 400 means a process of optimizing each coefficient included in the function of each node of the hidden layers. The learning will be described later in detail with reference to FIG. 3.

대안적 실시예에 따르면, 딥 러닝 알고리즘(300)은 특징 추출기(200)를 통하지 않고 계측 데이터를 직접 입력받고 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 적용하여, 병변 조직이 있는지 여부를 판단한다. 즉, 특징 추출기(200)를 이용하지 않고, 파장 대역의 모든 값에 대하여 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 적용하여 병변 조직이 있는지 여부를 판단한다. According to an alternative embodiment, the deep learning algorithm 300 directly inputs measurement data without passing through the feature extractor 200 and applies the learning model 400 for detecting lesion tissue to determine whether there is a lesion tissue. That is, without using the feature extractor 200, it is determined whether or not there is a lesion tissue by applying the learning model 400 for detecting lesion tissue to all values of the wavelength band.

도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 동작을 설명하기로 한다. Referring to FIG. 3, a learning operation according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3을 참조하면, 특징 추출기(200)는 레이블이 붙은 복수의 계측 데이터들을 이용하여 특징 추출기(200)의 파라미터들을 최적으로 결정할 수 있고, 딥 러닝 알고리즘(300)은 레이블이 붙은 복수의 계측 데이터들을 이용하여 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 학습시킨다. 여기서, 레이블이 붙은 복수의 계측 데이터들은 예를 들면 Filtered Non-discrete spectrum 데이터일 수 있다.Referring to FIG. 3, the feature extractor 200 can optimally determine the parameters of the feature extractor 200 using a plurality of labeled measurement data, and the deep learning algorithm 300 is a plurality of labeled measurement data. The learning model 400 for detecting lesion tissue is trained by using them. Here, the plurality of labeled measurement data may be Filtered Non-discrete spectrum data, for example.

본원 명세서에서, 학습된 후의 병변 조직 검출용 학습 모델을 특히 분류자(classifier)라고 부르기로 한다. In the present specification, a learning model for detecting lesion tissue after learning is specifically referred to as a classifier.

레이블은 병변 조직이 있는지 여부를 나타낸다. 예를 들면, “암”이라는 레이블이 붙은 계측 데이터는, 의사의 진단결과 암이라고 판정된 환자의 조직으로부터 수집한 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터를 의미한다.The label indicates whether the lesion tissue is present. For example, measurement data labeled “cancer” refers to non-discrete spectrum measurement data collected from tissues of a patient determined to be cancer as a result of a doctor's diagnosis.

특징 추출기 파라미터들을 결정하는 방법을 예시적으로 먼저 설명한다. A method of determining feature extractor parameters will be described first by way of example.

레이블(예를 들면, 암이라는 것을 의미하는 레이블)이 붙은 계측 데이터들(수집한 모든 계측 데이터들)을 특징 추출기(200)는 모두 입력 받고, 그러한 계측 데이터들이 효과적으로 분류될 수 있도록, 특징 추출기(200)는 특징 추출기(200)의 파라미터들을 결정한다. The feature extractor 200 receives all of the measurement data (all the collected measurement data) labeled (e.g., a label meaning cancer), and the feature extractor ( 200 determines the parameters of the feature extractor 200.

일 실시예에 따르면, 특징 추출기(200)는 특징을 추출하는 함수에 포함된 가중치들은 최적화된 값으로 결정할 수 있다. According to an embodiment, the feature extractor 200 may determine weights included in a function for extracting features as optimized values.

다른 실시예에 따르면, 특징 추출기(200)는 특징을 추출하는 함수에 포함된 가중치들 뿐만 아니라, 주 성분(주 성분개수 및/또는 주 성분의 위치)도 최적화된 값으로 결정할 수 있다.According to another embodiment, the feature extractor 200 may determine not only the weights included in the feature extracting function, but also the main component (the number of main components and/or the position of the main component) as an optimized value.

또 다른 실시예에 따르면, 특징 추출기(200)는 특징을 추출하는 함수에 포함된 가중치들은 최적화된 값으로 결정하고, 주 성분은 사람(예를 들면, 본 발명을 실시하는 자)가 정의할 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 본 발명의 실시자가 정의한 주 성분의 개수 및/또는 주 성분의 위치를 기반으로, 특징 추출기(200)는 특징을 추출하는 함수에 포함된 가중치들을 최적화된 값으로 결정할 수 있다. According to another embodiment, the feature extractor 200 determines the weights included in the feature extracting function as optimized values, and the main component can be defined by a person (for example, a person implementing the present invention). have. According to this embodiment, based on the number of main components and/or the location of the main components defined by the embodiment of the present invention, the feature extractor 200 may determine weights included in the function for extracting features as optimized values. .

병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 학습에 의해 최적화 시키는 방법을 예시적으로 설명한다.A method of optimizing the learning model 400 for detecting lesion tissue by learning will be exemplarily described.

딥 러닝 알고리즘(300)은 레이블(예를 들면, 암이라는 것을 의미하는 레이블)이 붙은 계측 데이터들(수집한 모든 계측 데이터들)을 순차적으로 입력 받으면서, 딥 러닝 알고리즘은 병변 조직 검출용 학습 모델(400)을 구성하는 계수들을 업데이트 한다. The deep learning algorithm 300 sequentially receives measurement data (all collected measurement data) labeled with a label (e.g., a label indicating cancer), while the deep learning algorithm is a learning model for detecting lesion tissue ( 400).

도 3을 참조하여 설명한 방법은 예시적인 것이므로 본원 발명은 그러한 방법에만 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시예 들에서는, 특정 수치들은 예시적인 것이므로 본원 발명은 그러한 수치들 에만 한정되는 것이 아님을 당업자는 이해하여야 한다.Since the method described with reference to FIG. 3 is exemplary, the present invention is not limited to such a method. In the above-described embodiments, specific numerical values are illustrative, and it should be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 병변 조직 검출을 위한 레이저 분광 기반의 독립 장치(이하, '독립 장치')를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining a laser spectroscopy-based independent device (hereinafter,'independent device') for detecting lesion tissue according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 장치는 시료(T)에게 레이저를 조사하고, 시료(T)로부터 발생되는 발생 광을 수집하며, 수집한 발생 광의 스펙트럼을 상술한 '머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법'에 의해서 분석함으로써 시료에 병변 조직이 있는지 여부를 실시간으로 진단할 수 있다. Referring to FIG. 4, the independent device according to an embodiment of the present invention irradiates a laser to a sample T, collects generated light generated from the sample T, and describes the spectrum of the collected generated light. It is possible to diagnose in real time whether there is lesional tissue in the sample by analyzing it by'based lesion tissue detection method'.

한편, 본 독립 장치는 인-비보(in- vivo) 병변 진단 뿐만 아니라 엑스-비보(ex-vivo) 병변 진단도 가능하다.On the other hand, the stand apparatus in-vivo (in- vivo) as well as the lesion diagnostic X-VIVO (ex-vivo) is also possible lesion diagnosis.

본 발명의 일 실시예에 따른 독립 장치는 암과 같은 질병을 진단할 수 있다. 예를 들면, 본 독립 장치는 피부암과 같은 질병을 진단할 수 있고, 피부 암 뿐만 아니라 다른 종류의 암도 진단할 수도 있다.The independent device according to an embodiment of the present invention can diagnose a disease such as cancer. For example, the independent device can diagnose diseases such as skin cancer, and can diagnose other types of cancer as well as skin cancer.

한편, 피부암은 예를 들면 편평세포암(Squamous cell carcinoma), 기저세포암 (Basal Cell Carcinoma), 또는 흑색종 (melanoma)일 수 있다.Meanwhile, the skin cancer may be, for example, squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, or melanoma.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 장치는 분석 기기(10), 레이저 발생장치(11), 레이저 발생장치(11)에 의해 생성된 레이저가 시료(T)에 조사되도록 안내하는 제1 광학적 요소들(13), 레이저가 시료(T)에 조사되었을 때 발생되는 발생 광을 수집하는 제2광학적 요소들(15), 제2광학적 요소들(15)에 의해 수집된 발생 광이 상기 분석 기기로 이동될 수 있는 경로를 제공하는 케이블(31)을 포함할 수 있다. 4, the independent device according to an embodiment of the present invention guides the laser generated by the analysis device 10, the laser generation device 11, and the laser generation device 11 to be irradiated to the sample T. The first optical elements 13 to be performed, the second optical elements 15 for collecting light generated when the laser is irradiated to the sample T, and the generated light collected by the second optical elements 15 It may include a cable 31 providing a path through which the analysis device can be moved.

일 실시예에 따르면, 분석 기기(10)는 시료(T)에 레이저를 조사하고 그로부터 수집된 NON-GATED 발생 광에 대한 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)을 하고, 계측 결과에 대하여 제1단계 및 제2단계를 수행함으로써 병변 조직이 존재하는지를 판단하는 전자 기기(electronic device)이다.According to an embodiment, the analysis device 10 irradiates a laser to the sample T and performs a non-discrete spectrum measurement on the NON-GATED generated light collected therefrom, and the measurement result It is an electronic device that determines whether a lesional tissue is present by performing the first and second steps.

다른 실시예에 따르면, 분석 기기(10)는 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터, 특징을 추출하는 특징 추출기의 파라미터들을 결정하는 단계와, 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터, 병변 조직 검출용 학습 모델을 정의하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. According to another embodiment, the analysis device 10 determines parameters of a feature extractor for extracting a feature from the labeled non-discrete spectrum measurement data, and from the labeled non-discrete spectrum measurement data, The step of defining a learning model for detecting lesion tissue may be additionally performed.

일 실시예에 따르면, 분석 기기(10)는 복수의 전자 기기(electronic device)들을 포함한다. 예를 들면, 분석 기기(10)는 분광기(21), 질병 분석 모듈(23), 전원(25), 및 표시부(27)를 포함한다.According to an embodiment, the analysis device 10 includes a plurality of electronic devices. For example, the analysis device 10 includes a spectroscope 21, a disease analysis module 23, a power supply 25, and a display unit 27.

분광기(21)는 시료(T)에 레이저를 조사하고 그로부터 수집된 NON-GATED 발생 광에 대한 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)을 수행한다. The spectrometer 21 irradiates a laser to the sample T and performs a non-discrete spectrum measurement on the NON-GATED generated light collected therefrom.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 넌-디스크리트 스펙트럼을 설명하기 도면이다. 본 발명에서, 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 데이터를 이용하는 것이 매우 중요하며, 이하에서는 도 5를 참조하여 넌-디스크리트 스펙트럼을 상세히 설명하기로 한다. 5 is a diagram illustrating a non-discrete spectrum according to an embodiment of the present invention. In the present invention, it is very important to use non-discrete spectrum measurement data. Hereinafter, the non-discrete spectrum will be described in detail with reference to FIG. 5.

일반적으로 수 나노 초 이하 (fs~ns)의 펄스 길이를 갖는 펄스 레이저가 집 광 되어 시료의 표면에 조사되고, 시료 표면에서 일반적으로 에너지가 1GW/cm2 이상이 되면, 상기 시료 표면의 극소량이 어블레이션(ablation) 되어 플라즈마화 된다.In general, a pulsed laser having a pulse length of several nanoseconds or less (fs~ns) is condensed and irradiated on the surface of the sample.If energy is generally 1GW/cm2 or more at the sample surface, a very small amount of the sample surface It is ablated and becomes plasma.

이 때 시료 표면에서는 "플라즈마 광" (원자의 전자 방출 스펙트럼 (electronic emission spectrum), 분자 방출 스펙트럼 (molecular emission spectrum), 및 연속 방출 (continuum emission) 등을 포함)이 발생되는데, 도 5에 예시적으로 도시한 바와 같이 분광기의 gating을 일정 시간 (예를 들면 1 us) 이후에 하게 되면 (레이저를 시료 표면에 조사한 순간부터 일정 시간이 경과된 후에 발생 광을 측정하는 것임), 초기의 연속 방출 스펙트럼은 제외되고 주로 원자의 전자 방출 스펙트럼을 획득할 수 있게 된다. At this time, "plasma light" (including an electron emission spectrum of an atom, a molecular emission spectrum, and continuous emission) is generated on the surface of the sample. As shown, if the gating of the spectrometer is performed after a certain period of time (for example, 1 us) (it is to measure the light generated after a certain period of time has elapsed from the moment when the laser is irradiated on the sample surface), the initial continuous emission spectrum Is excluded, and mainly electron emission spectra of atoms can be obtained.

이에 비하여, 레이저가 시료에 조사되고 그로부터 수집된 NON-GATED 발생 광의 스펙트럼은, 원자의 전자 방출 스펙트럼, 분자 방출 스펙트럼, 및 연속 방출 스펙트럼을 모두 포함하는 Non-discrete spectrum 데이터이다.In contrast, the spectrum of the NON-GATED generated light collected from the laser irradiated to the sample is non-discrete spectrum data including all of the electron emission spectrum of the atom, the molecular emission spectrum, and the continuous emission spectrum.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 분광기(21)는, NON-GATED 발생 광에 대한 spectrum을 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the spectrometer 21 may measure a spectrum of light generated by NON-GATED.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분광기(21)는 NON-GATED 발생 광에서 Filtered Non-discrete spectrum을 측정할 수 있도록 구성된다. According to another embodiment of the present invention, the spectrometer 21 is configured to measure a filtered non-discrete spectrum in the light generated by NON-GATED.

Filtered Non-discrete spectrum을 측정하는 예를 들면, 레이저에 시료가 조사되고 그로부터 수집된 NON-GATED 발생 광에서 분광기(21)는 반사광, 산란광, 및 형광광은 제외한 나머지 광들에 대한 spectrum을 측정한다. 즉, 분광기(21)는 NON-GATED 발생 광에서 반사광, 산란광, 및 형광광은 제외시키고 나머지 광에 대한 spectrum을 측정하는 필터링 동작을 수행하도록 구성되며, 이에 의해 발생 광에서 반사광, 산란광, 및 형광광은 제외되고 나머지 발생 광에 대한 Non-discrete spectrum이 획득된다.For example, for measuring a filtered non-discrete spectrum, the spectroscope 21 measures spectrums for the rest of the light excluding reflected light, scattered light, and fluorescent light in the NON-GATED generated light collected from the sample irradiated by a laser and collected therefrom. That is, the spectroscope 21 is configured to perform a filtering operation of excluding reflected light, scattered light, and fluorescent light from the NON-GATED generated light and measuring a spectrum for the remaining light, thereby Light is excluded and a non-discrete spectrum is obtained for the rest of the generated light.

Filtered Non-discrete spectrum을 측정하는 다른 예를 들면, 레이저가 시료에 조사되고 그로부터 수집된 NON-GATED 발생 광에서 분광기(21)는 플라즈마 광에 대한 스펙트럼을 측정하는 필터링 동작을 수행하도록 구성된다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마 광에 대한 Non-discrete spectrum이 획득된다. As another example of measuring the Filtered Non-discrete spectrum, the spectrometer 21 is configured to perform a filtering operation of measuring the spectrum for the plasma light in the non-GATED generated light that is irradiated to the sample and collected therefrom by a laser. With this configuration, a non-discrete spectrum for plasma light is obtained.

Filtered Non-discrete spectrum을 측정하는 또 다른 예를 들면, 레이저가 시료에 조사되고 그로부터 수집된 NON-GATED 발생 광에서 분광기(21)는 특정 파장 대역(200 nm ~ 1000 nm)의 발생 광에 대하여만 spectrum을 측정하도록 구성된다. 이러한 구성에 의해, 특정 파장 대역(200 nm ~ 1000 nm)의 발생 광에 대한 Non-discrete spectrum이 획득된다. As another example of measuring a filtered non-discrete spectrum, in the NON-GATED generated light collected from the laser irradiated to the sample and collected therefrom, the spectrometer 21 is used only for the generated light in a specific wavelength band (200 nm to 1000 nm). It is configured to measure the spectrum. With this configuration, a non-discrete spectrum for light generated in a specific wavelength band (200 nm to 1000 nm) is obtained.

질병 분석 모듈(23)은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 결과에 대하여, 전 처리 단계(제1단계) 및 병변 조직이 있는지 여부를 판단하는 단계(제2단계)를 순차적으로 수행함으로써, 시료(T)에 병변 조직이 존재하는지를 판단하는 전자 기기(electronic device)이다. The disease analysis module 23 sequentially performs a pre-treatment step (first step) and a step (second step) of determining whether there is a lesioned tissue with respect to the result of the non-discrete spectrum measurement. By doing so, it is an electronic device that determines whether the lesion tissue is present in the sample T.

다른 실시예에 따르면, 질병 분석 모듈(23)은 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터, 특징 추출기의 파라미터들을 결정하는 단계와, 레이블이 붙은 넌-디스크리트 스펙트럼 계측 데이터들로부터, 병변 조직 검출용 학습 모델을 정의하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. According to another embodiment, the disease analysis module 23 includes the steps of determining parameters of the feature extractor from the labeled non-discrete spectral measurement data, and from the labeled non-discrete spectral measurement data, detecting lesion tissue. You can additionally perform the steps of defining a learning model for use.

일 실시예에 따르면, 질병 분석 모듈(23)은, 메모리(미 도시), 하나 이상의 프로세서(미 도시), 및 하나 이상의 프로그램들을 포함한다. 여기서, 하나 이상의 프로그램들은 전 처리용 프로그램들 및/또는 딥 러닝 프로그램을 포함한다. According to an embodiment, the disease analysis module 23 includes a memory (not shown), one or more processors (not shown), and one or more programs. Here, the one or more programs include pre-processing programs and/or deep learning programs.

여기서, 전 처리용 프로그램들은 전 처리 단계의 수행을 위한 것으로서 다차원 주 성분 분석 프로그램을 포함하고, 딥 러닝 프로그램은 병변 조직이 있는지 여부를 판단하는 동작을 수행한다. 이들 프로그램에 대한 보다 상세한 내용은 상술한 부분을 참조하기 바란다. Here, the pre-processing programs are for performing the pre-processing step and include a multidimensional principal component analysis program, and the deep learning program performs an operation of determining whether or not there is a lesion tissue. For more details on these programs, please refer to the above section.

전원(25)은 레이저 발생장치(11)와 질병 분석 모듈(23)에게 전력을 공급한다.The power supply 25 supplies power to the laser generator 11 and the disease analysis module 23.

표시부(27)는 질병 분석 모듈(23)에 의한 분석 결과를 사용자가 시각 및/또는 청각에 의해 인식할 수 있는 형태로 출력한다. The display unit 27 outputs the analysis result by the disease analysis module 23 in a form that can be recognized by the user visually and/or auditoryly.

레이저 발생장치(11)는 예를 들면 피부 치료를 위해서 일반적으로(generally) 사용되는 것일 수 있다. The laser generating device 11 may be one generally used for skin treatment, for example.

레이저 발생장치(11)에 의한 펄스 레이저가 시료 표면에 집광하여 조사되면, 플라즈마 광 뿐만 아니라, 반사광 (reflected light), 산란광 (scattered light), 또는 형광 광 (fluorescence emission)이 발생하게 된다. When the pulsed laser by the laser generator 11 is condensed and irradiated on the surface of the sample, not only plasma light but also reflected light, scattered light, or fluorescence emission is generated.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스 레이저가 시료 표면에 집광하여 조사되었을 때 발생되는 발생 광 중에서, 반사광 (reflected light), 산란광 (scattered light), 및 형광 광 (fluorescence emission)은 제외하고 플라즈마 광에 대하여만 Non-discrete spectrum 을 획득하는 것이 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, plasma light except for reflected light, scattered light, and fluorescence emission among light generated when a pulsed laser is condensed and irradiated on a sample surface. It is desirable to obtain a non-discrete spectrum only for.

예를 들면, 레이저 발생장치(10)가 특정 대역의 파장을 가진 레이저를 시료 표면에 조사하고, 그로부터 발생되는 발생 광 중에서 분광기(21)가 특정 대역의 파장에 속한 발생 광에 대하여만 spectrum을 측정한다. For example, the laser generator 10 irradiates a laser having a wavelength of a specific band on the surface of a sample, and the spectroscope 21 measures a spectrum only for the generated light belonging to a wavelength of a specific band among the generated light. do.

보다 구체적인 예를 들면, Q-switched Nd:YAG 레이저로 불리우는 레이저 발생장치는 1064 nm 및 532 nm 파장의 레이저를 생성하는데, 이러한 파장의 레이저가 시료 표면에 조사되면 이때 생성되는 발생 광에서 200 nm~1000nm 의 파장 대역을 가진 광은 시료 표면의 조직이 breakdown 되면서 발생된 것이다. 즉, 200 nm~1000nm의 파장 대역을 가진 발생 광에 대하여 측정되는 스펙트럼은 모두 원자의 전자 방출 스펙트럼과 분자 방출 스펙트럼이다. 따라서, Q-switched Nd:YAG 레이저로 불리우는 레이저를 시료 표면에 조사하고, 그때 발생되는 발생 광 중에서 200 nm~1000nm(1um)의 파장 대역의 광에 대하여만 분광기(21)가 스펙트럼을 측정함으로써 Filtered Non-discrete spectrum이 획득될 수 있다.For a more specific example, a laser generator called a Q-switched Nd:YAG laser generates lasers with wavelengths of 1064 nm and 532 nm. Light with a wavelength band of 1000 nm is generated when the tissue on the surface of the sample breaks down. That is, the spectra measured for the generated light having a wavelength band of 200 nm to 1000 nm are all atomic electron emission spectra and molecular emission spectra. Therefore, a laser called a Q-switched Nd:YAG laser is irradiated on the surface of the sample, and the spectroscope 21 measures the spectrum only for light in the wavelength band of 200 nm to 1000 nm (1 μm) among the generated light. Non-discrete spectrum can be obtained.

1064 nm 파장의 소스 레이저가 시료 표면에 조사되면, 반사광, 산란광, 및 형광광의 파장은 소스 레이저의 파장에서 거의 변화되지 않고 1064nm 로 유지되며, 실제 산란광의 극히 일부에 해당하는 비 탄성 (inelastic) 산란에서는 파장의 변화가 발생되나, 그 신호 강도가 elastic 산란에 비해서는 매우 약하여 무시할 만하게 된다. 따라서, 발생 광 중 반사광, 산란광, 형광광의 파장(1064 nm)은 실제 측정의 대상이 되는 원자의 전자 방출 스펙트럼 및 분자 방출 스펙트럼이 방출되는 파장 대역 (200~1000nm)과 완전히 분리될 수 있다. When a source laser with a wavelength of 1064 nm is irradiated on the surface of the sample, the wavelengths of reflected light, scattered light, and fluorescent light are almost unchanged from the wavelength of the source laser and remain at 1064 nm, and inelastic scattering, which corresponds to only a small part of the actual scattered light. The wavelength change occurs at, but the signal strength is very weak compared to the elastic scattering and is negligible. Accordingly, the wavelengths (1064 nm) of reflected light, scattered light, and fluorescent light among the generated light can be completely separated from the wavelength band (200 to 1000 nm) in which the electron emission spectrum and the molecular emission spectrum of the atom to be measured are actually emitted.

본 실시예에 따르면, 레이저 발생장치(11)가 1064 nm 파장의 레이저를 생성하여 시료 표면에 조사하고, 분광기(21)가 레이저가 시료 표면에 조사된 순간부터 플라즈마 광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 non-gated로 시간에 따른 광을 측정하되, 200 nm ~ 1000 nm 사이의 파장 대역에 대하여만 Non-discrete spectrum을 측정하도록 구성된다. 이럴 경우, 분광기(21)는 반사광, 산란광, 및 형광광은 제거하고 유의미한 원자의 전자 방출 스펙트럼 및 분자 방출 스펙트럼을 효과적으로 획득할 수 있게 된다. According to this embodiment, when the laser generator 11 generates a laser having a wavelength of 1064 nm and irradiates it on the surface of a sample, and the spectroscope 21 no longer generates plasma light from the moment the laser is irradiated on the surface of the sample. It is configured to measure the light over time as non-gated until, but to measure the non-discrete spectrum only for the wavelength band between 200 nm and 1000 nm. In this case, the spectroscope 21 can remove reflected light, scattered light, and fluorescent light, and effectively obtain an electron emission spectrum and a molecular emission spectrum of significant atoms.

제1 광학적 요소들(13)은, 레이저가 시료(T)에 조사되도록, 광을 안내하고 광의 초점을 조절하는 매체 및/또는 광학 소자들(예를 들면, 렌즈)을 포함할 수 있다.The first optical elements 13 may include a medium and/or optical elements (eg, lenses) that guide light and control a focus of light so that a laser is irradiated onto the sample T.

제2 광학적 요소들(15)은, 발생 광을 수집하고 수집한 발생 광을 케이블(31)로 안내하기 위해서, 발생 광을 수집 및 안내하고 광의 초점을 조절하는 매체 및/또는 광학 소자들(예를 들면, 렌즈)을 포함할 수 있다.The second optical elements 15 collect and guide the generated light and/or optical elements (e.g., a medium for collecting and guiding the generated light and adjusting the focus of the light) in order to collect the generated light and guide the collected generated light to the cable 31. For example, a lens) may be included.

케이블(31)은 핸드피스에 의해 수집된 발생 광이 분석 기기에 이동될 수 있는 경로를 제공하는 광 전달 매체를 포함할 수 있다. 광 전달 매체는 예를 들면 광 섬유(optical fiber)와 같은 것으로 구성될 수 있다. The cable 31 may include a light transmission medium that provides a path through which the generated light collected by the handpiece can be moved to the analysis instrument. The optical transmission medium may be composed of, for example, an optical fiber.

도 6은 도 4를 참조하여 설명한 인-비보 병변 조직 검출을 위한 레이저 분광 기반의 독립 장치의 예시적인 것을 나타낸 것이다. 6 shows an exemplary embodiment of a laser spectroscopy-based standalone device for in vivo lesion tissue detection described with reference to FIG. 4.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인-비보 병변 조직 검출을 위한 레이저 분광 기반의 독립 장치는 분석기기(10), 핸드피스(20), 및 케이블(30)을 포함한다. Referring to FIG. 6, an independent device based on laser spectroscopy for detecting lesion tissue in vivo according to an embodiment of the present invention includes an analyzer 10, a handpiece 20, and a cable 30.

분석 기기(10)는 대략 통 형상의 케이스를 가지며, 분석 기기(10)의 내부에는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은, 분광기(21), 질병 분석 모듈(23), 전원(25), 표시부(27)가 구비되어 있다.The analysis device 10 has a substantially cylindrical case, and the inside of the analysis device 10 has a spectroscope 21, a disease analysis module 23, a power supply 25, and a display unit ( 27) is provided.

핸드피스(20)는 손으로 파지하기 위한 형상을 가지며, 핸드피스(20)의 내부에는 레이저 발생장치(11), 레이저 발생장치(11)에 의해 생성된 레이저가 신체 조직(T)에 조사하기 위한 제1광학적 요소들(13), 레이저가 신체 조직(T)에 조사되었을 때 발생되는 발생 광을 수집하기 위한 제2 광학적 요소들(15)이 구비되어 있다. The handpiece 20 has a shape for gripping by hand, and a laser generated by the laser generating device 11 and the laser generating device 11 is irradiated to the body tissue T in the interior of the hand piece 20. First optical elements 13 for collecting the light generated when the laser is irradiated to the body tissue T are provided with second optical elements 15.

케이블(30)은 전력을 제공하는 전선과 광 전달 매체를 포함할 수 있다. The cable 30 may include an electric wire and an optical transmission medium for providing electric power.

일 실시예에 따르면, 분광기(20)는 제2광학적 요소들(15)에 의해 수집된 발생 광에 대하여 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)을 수행하고, 질병 분석 모듈(23)은 상술한 바와 같은 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법에 의해 병변 조직을 검출할 수 있다. According to an embodiment, the spectroscope 20 performs a non-discrete spectrum measurement on the generated light collected by the second optical elements 15, and the disease analysis module 23 The lesion tissue may be detected by the above-described machine learning-based lesion tissue detection method.

다른 실시예에 따르면, 분광기(20)는 제2광학적 요소들(15)에 의해 수집된 발생 광에 대하여 Filtered Non-discrete spectrum 을 측정하고, 질병 분석 모듈(23)은 상술한 바와 같은 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법에 의해 병변 조직을 검출할 수 있다. According to another embodiment, the spectroscope 20 measures a filtered non-discrete spectrum of the generated light collected by the second optical elements 15, and the disease analysis module 23 is based on machine learning as described above. The lesion tissue can be detected by a method of detecting lesion tissue.

넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)과 머신 러닝 기반 병변 조직 검출 방법에 대한 상세한 내용은 상술한 내용을 참조하기 바란다. For details on the non-discrete spectrum measurement and the method for detecting lesion tissue based on machine learning, please refer to the above.

도 7 내지 도 9는 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement)을 설명하기 위한 도면들이다. 7 to 9 are diagrams for explaining non-discrete spectrum measurement.

즉, 도 7은 종래 기술에 의한 디스크리트 스펙트럼 계측(discrete spectrum measurement) 결과를 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 결과를 나타낸 것이고, 도 9는 도 7과 도 8의 결과를 비교한 것이다. That is, FIG. 7 shows a result of a discrete spectrum measurement according to the prior art, and FIG. 8 shows a result of a non-discrete spectrum measurement according to an embodiment of the present invention, 9 is a comparison of the results of FIGS. 7 and 8.

이들 도면을 참조하면, 종래 기술에 의한 디스크리트 스펙트럼 계측(discrete spectrum measurement) 결과는 특정 성분에 대응되는 파장 값들의 임계 값 만을 계측할 수 있는 것임에 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 넌-디스크리트 스펙트럼 계측(Non-discrete spectrum Measurement) 결과는 모든 파장 값들에 대한 값을 계측하는 것임을 알 수 있다. Referring to these drawings, the result of discrete spectrum measurement according to the prior art is that only threshold values of wavelength values corresponding to a specific component can be measured, whereas non-discrete according to an embodiment of the present invention It can be seen that the result of non-discrete spectrum measurement is to measure values for all wavelength values.

상기와 같이 본 발명 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예들과 도면들 에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and drawings, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, such description From, various modifications and variations are possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, but should be defined by the claims to be described later as well as equivalents to the claims.

10: 분석부
11: 레이저
13, 15: 광학적 요소들
20: 핸드피스
21: 분광기
23: 질병 분석 모듈
25: 전원
27: 표시부
30: 케이블
10: analysis unit
11: laser
13, 15: optical elements
20: handpiece
21: spectrograph
23: disease analysis module
25: power
27: display
30: cable

Claims (18)

질병 유무를 진단하고자 하는 검체에 펄스 레이저를 조사하여 상기 검체의 표면에 플라즈마 어블레이션(plasma ablation)을 유도하는 레이저 조사 모듈;
넌-게이티드(non-gated) 방식으로 동작하여, 상기 플라즈마 어블레이션에 의해 상기 검체의 적어도 일부가 플라즈마 상태로부터 분자 상태로 천이되는 과정에서 발생하는 물질 고유 에너지 준위에 따른 특정 파장을 갖는 원자/분자 방출광(atomic-molecular emission)에 의한 불연속 스펙트럼 및 상기 원자/분자 방출광 이전부터 발생하고 플라즈마 상태의 자유전자로부터 불특정 파장을 가지고 방출되는 연속 스펙트럼을 포함하는 제1 스펙트럼 데이터를 획득하는 분광기; 및
질병 유무에 관한 진단 결과가 미리 알려진 학습용 검체에 플라즈마 어블레이션을 유도하여 얻어지는 제2 스펙트럼 데이터에 상기 질병 유무에 관한 진단 결과가 라벨링 된 학습 데이터를 이용하여 학습된 머신 러닝 모델을 이용하여 상기 제1 스펙트럼 데이터로부터 상기 검체의 질병 유무에 관한 정보를 검출하는 프로세서;를 포함하는
질병검출정보 제공장치.
A laser irradiation module for inducing plasma ablation on the surface of the specimen by irradiating a pulsed laser on the specimen to be diagnosed with or without a disease;
Atoms operating in a non-gated manner and having a specific wavelength according to the intrinsic energy level of the material generated in the process of transitioning at least a part of the specimen from the plasma state to the molecular state by the plasma ablation/ A spectrometer for acquiring first spectral data including a discontinuous spectrum due to atomic-molecular emission and a continuous spectrum generated before the atomic/molecular emission light and emitted from free electrons in a plasma state with an unspecified wavelength; And
The first spectral data obtained by inducing plasma ablation on a learning specimen in which the diagnosis result regarding the presence or absence of a disease is known in advance, and the machine learning model learned using the learning data labeled with the diagnosis result regarding the presence or absence of the disease, are used. Including; a processor for detecting information on the presence or absence of disease in the specimen from the spectral data
Device for providing disease detection information.
제1 항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 파장은 1064nm인 것인,
질병검출정보 제공 장치.
The method of claim 1,
The wavelength of the pulsed laser is 1064 nm,
Device for providing disease detection information.
제2 항에 있어서,
상기 펄스 레이저에 의한 반사광, 산란광 및 형광광에 관한 스펙트럼 데이터가 상기 제1 스펙트럼 데이터에 포함되지 않도록, 상기 분광기는 미리 정해진 파장대역의 광을 계측하는 것인
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 2,
The spectroscope measures light in a predetermined wavelength band so that spectral data related to reflected light, scattered light, and fluorescent light by the pulsed laser are not included in the first spectral data.
Device for providing disease detection information
제3 항에 있어서,
상기 미리 정해진 파장대역은 200~1000nm인 것인
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 3,
The predetermined wavelength band is 200 ~ 1000nm.
Device for providing disease detection information
제1 항에 있어서,
상기 질병은 피부암을 포함하며, 상기 피부암은 편평세포암, 기저세포암, 또는 흑색종인 것인,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 1,
The disease includes skin cancer, wherein the skin cancer is squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, or melanoma,
Device for providing disease detection information
제1 항에 있어서,
상기 분광기는 플라즈마 어블레이션에 의한 플라즈마 광을 수신하는,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 1,
The spectroscope receives plasma light by plasma ablation,
Device for providing disease detection information
질병 유무를 진단하고자 하는 검체에 펄스 레이저를 조사하여 상기 검체의 표면에 플라즈마 어블레이션(plasma ablation)을 유도하는 레이저 조사 모듈;
상기 펄스 레이저가 상기 검체에 조사되는 순간부터 상기 플라즈마 어블레이션에 의하여 발생한 발생광이 더 이상 생성되지 않을 때까지 상기 발생광을 계측하여, 상기 플라즈마 어블레이션에 의해 상기 검체의 적어도 일부가 플라즈마 상태로부터 분자 상태로 천이되는 과정에서 발생하는 물질 고유 에너지 준위에 따른 특정 파장을 갖는 원자/분자 방출광(atomic-molecular emission)에 의한 불연속 스펙트럼 및 상기 원자/분자 방출광 이전부터 발생하고 플라즈마 상태의 자유전자로부터 불특정 파장을 가지고 방출되는 연속 스펙트럼을 포함하는 제1 스펙트럼 데이터를 획득하는 분광기; 및
질병 유무에 관한 진단 결과가 미리 알려진 학습용 검체에 플라즈마 어블레이션을 유도하여 얻어지는 제2 스펙트럼 데이터에 상기 질병 유무에 관한 진단 결과가 라벨링 된 학습 데이터를 이용하여 학습된 머신 러닝 모델을 이용하여 상기 제1 스펙트럼 데이터로부터 상기 검체의 질병 유무에 관한 정보를 검출하는 프로세서;를 포함하는
질병검출정보 제공장치.
A laser irradiation module for inducing plasma ablation on the surface of the specimen by irradiating a pulsed laser on the specimen to be diagnosed with or without a disease;
The generated light is measured from the moment the pulsed laser is irradiated to the specimen until the generated light generated by the plasma ablation is no longer generated, and at least a part of the specimen is removed from the plasma state by the plasma ablation. Discontinuous spectrum by atomic-molecular emission having a specific wavelength according to the intrinsic energy level of a substance generated in the process of transitioning to a molecular state, and free electrons in the plasma state that occur before the atomic/molecular emission light A spectrometer for acquiring first spectral data including a continuous spectrum emitted with an unspecified wavelength from from; And
The first spectral data obtained by inducing plasma ablation on a learning specimen in which the diagnosis result regarding the presence or absence of a disease is known in advance, and the machine learning model learned using the learning data labeled with the diagnosis result regarding the presence or absence of the disease, are used. Including; a processor for detecting information on the presence or absence of disease in the specimen from the spectral data
Device for providing disease detection information.
제7 항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 파장은 1064nm인 것인,
질병검출정보 제공 장치.
The method of claim 7,
The wavelength of the pulsed laser is 1064 nm,
Device for providing disease detection information.
제8 항에 있어서,
상기 펄스 레이저에 의한 반사광, 산란광 및 형광광에 관한 스펙트럼 데이터가 상기 제1 스펙트럼 데이터에 포함되지 않도록, 상기 분광기는 미리 정해진 파장대역의 광을 계측하는 것인
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 8,
The spectroscope measures light in a predetermined wavelength band so that spectral data related to reflected light, scattered light, and fluorescent light by the pulsed laser are not included in the first spectral data.
Device for providing disease detection information
제9 항에 있어서,
상기 미리 정해진 파장대역은 200~1000nm인 것인
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 9,
The predetermined wavelength band is 200 ~ 1000nm.
Device for providing disease detection information
제8 항에 있어서,
상기 질병은 피부암을 포함하며, 상기 피부암은 편평세포암, 기저세포암, 또는 흑색종인 것인,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 8,
The disease includes skin cancer, wherein the skin cancer is squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, or melanoma,
Device for providing disease detection information
제8 항에 있어서,
상기 발생광은 플라즈마 광인,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 8,
The generated light is plasma light,
Device for providing disease detection information
질병 유무를 진단하고자 하는 검체에 펄스 레이저를 조사하여 상기 검체의 표면에 플라즈마 어블레이션(plasma ablation)을 유도하는 레이저 조사 모듈;
상기 플라즈마 어블레이션에 의해 상기 검체의 적어도 일부가 플라즈마 상태로부터 분자 상태로 천이되는 과정에서 발생하는 물질 고유 에너지 준위에 따른 특정 파장을 갖는 원자/분자 방출광(atomic-molecular emission)에 의한 불연속 스펙트럼 및 상기 원자/분자 방출광 이전부터 발생하고 플라즈마 상태의 자유전자로부터 불특정 파장을 가지고 방출되는 연속 스펙트럼을 포함하는 제1 스펙트럼 데이터를 획득하도록 게이팅(gating) 시간이 설정된 분광기; 및
질병 유무에 관한 진단 결과가 미리 알려진 학습용 검체에 플라즈마 어블레이션을 유도하여 얻어지는 제2 스펙트럼 데이터 에 상기 질병 유무에 관한 진단 결과가 라벨링 된 학습 데이터를 이용하여 학습된 머신 러닝 모델을 이용하여 상기 제1 스펙트럼 데이터로부터 상기 검체의 질병 유무에 관한 정보를 검출하는 프로세서;를 포함하는
질병검출정보 제공장치.
A laser irradiation module for inducing plasma ablation on the surface of the specimen by irradiating a pulsed laser on the specimen to be diagnosed with or without a disease;
Discontinuous spectrum by atomic-molecular emission having a specific wavelength according to the material intrinsic energy level generated in the process of transitioning at least a part of the specimen from the plasma state to the molecular state by the plasma ablation, and A spectrometer with a gating time set to obtain first spectral data including a continuous spectrum generated before the atomic/molecular emission light and emitted from free electrons in a plasma state with an unspecified wavelength; And
The first spectral data obtained by inducing plasma ablation on a learning specimen for which the diagnosis result regarding the presence or absence of a disease is known in advance is used, using a machine learning model learned using the learning data labeled with the diagnosis result regarding the presence or absence of the disease. Including; a processor for detecting information on the presence or absence of disease in the specimen from the spectral data
Device for providing disease detection information.
제13 항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 파장은 1064nm인 것인,
질병검출정보 제공 장치.
The method of claim 13,
The wavelength of the pulsed laser is 1064 nm,
Device for providing disease detection information.
제14 항에 있어서,
상기 펄스 레이저에 의한 반사광, 산란광 및 형광광에 관한 스펙트럼 데이터가 상기 제1 스펙트럼 데이터에 포함되지 않도록, 상기 분광기는 200~1000nm의 파장대역을 계측하는 것인
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 14,
The spectroscope measures a wavelength band of 200 to 1000 nm so that spectral data about reflected light, scattered light, and fluorescent light by the pulsed laser are not included in the first spectral data.
Device for providing disease detection information
제13 항에 있어서,
상기 질병은 피부암을 포함하며, 상기 피부암은 편평세포암, 기저세포암, 또는 흑색종인 것인,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 13,
The disease includes skin cancer, wherein the skin cancer is squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, or melanoma,
Device for providing disease detection information
제13 항에 있어서,
상기 분광기는 플라즈마 어블레이션에 의한 플라즈마 광을 획득하는,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 13,
The spectroscope acquires plasma light by plasma ablation,
Device for providing disease detection information
제13 항에 있어서,
상기 게이팅(gating) 시간은 1ns ~ 100us 인,
질병검출정보 제공 장치
The method of claim 13,
The gating time is 1 ns ~ 100us,
Device for providing disease detection information
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