KR102340829B1 - APPARATUS AND METHOD FOR PREDICTING CEREBRAL β-AMYLOID BURDEN BASED ON MACHINE LEARNING - Google Patents
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Abstract
아밀로이드 베타(β-Amyloid, Aβ) 축적의 예측 방법은, 복수의 대상체의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 이용하여 예측 모델을 학습하는 단계, 대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받는 단계, 및 상기 학습된 예측 모델을 이용하여 상기 대상자의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 정도를 예측하는 단계를 포함한다.A method for predicting amyloid beta (β-Amyloid, Aβ) accumulation includes: learning a predictive model using demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) image data pairs of a plurality of subjects; Receiving demographic information and neuropsychological test results, and predicting the degree of amyloid beta (Aβ) accumulation of the subject using the learned predictive model.
Description
본 발명은 머신러닝 기반의 아밀로이드 베타 축적을 예측하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 이용한 머신러닝 기반의 아밀로이드 베타 축적을 예측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for predicting amyloid beta accumulation based on machine learning, and more particularly, to a method and apparatus for predicting amyloid beta accumulation based on machine learning using demographic information and neuropsychological test results will be.
알츠하이머병(Alzheimer's disease, AD)은 치매의 원인 질병 중 가장 흔한 질병으로 치매 사례의 약 70%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 대뇌에서 아밀로이드 베타 (β-Amyloid, Aβ)의 침착은 알츠하이머병의 전형적인 특징으로 알츠하이머병이 임상적으로 발병하기 10-20년 전쯤에 쌓이기 시작한다. Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia and accounts for about 70% of dementia cases. The deposition of amyloid beta (β-Amyloid, Aβ) in the brain is a typical feature of Alzheimer's disease, and begins to accumulate about 10-20 years before the onset of Alzheimer's disease clinically.
증상발현적 시기(presymptomatic stage)에 대뇌에 쌓이는 아밀로이드 베타(Aβ)를 찾아내는 것은 굉장히 중요한 시사점을 갖고 있다. 그 이유는 이러한 개입이 항-아밀로이드 치료(anti-amyloid therapy)를 받아야 하는 집단을 식별할 수 있도록 만들어주고, 이를 통해 알츠하이머병의 발현을 늦추거나 방지할 수 있는 기회를 제공하기 때문이다. Finding the amyloid beta (Aβ) that accumulates in the brain at the presymptomatic stage has very important implications. The reason for this is that these interventions allow for the identification of populations that may need anti-amyloid therapy, thereby providing an opportunity to slow or prevent the onset of Alzheimer's disease.
현재까지는, 종래의 아밀로이드 양전자 단층촬영(positron emission tomography, PET)을 이용하여 대뇌의 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 발견하거나 뇌척수액 검사를 통하여 알아보는 방법이 사용되고 있다. Until now, conventional methods for detecting amyloid beta (Aβ) deposition in the brain using amyloid positron emission tomography (PET) or finding out through a cerebrospinal fluid test have been used.
그러나, 종래의 이러한 방법은 여러 가지 문제점을 갖는다. 예를 들어, 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 확인하는 데 아밀로이드 단층촬영(PET)을 사용하는 것은 비용이 비싸고, 3차 병원과 같이 전문 의학센터를 운영하는 병원이 아니고서는 쉽게 이용하기 어려울 뿐만 아니라 방사선에 대한 노출과 같은 위험요인이 있다. 뇌척수액 분석은 침습적인 요추 천자요법을 사용한다는 단점이 있고, 작업 및 분석에 들어가는 노동이 필요하고 기관에 따른 신뢰도의 차이가 있다는 문제점이 있다. However, this conventional method has several problems. For example, the use of amyloid tomography (PET) to confirm amyloid beta (Aβ) deposition is expensive, difficult to use except in hospitals that operate specialized medical centers, such as tertiary hospitals, as well as radiation There are risk factors such as exposure to Cerebrospinal fluid analysis has disadvantages of using invasive lumbar puncture, labor required for work and analysis, and there is a difference in reliability depending on the institution.
본 발명은 전술한 필요성을 감안하여 안출된 것으로서, 머신러닝 기법을 활용하여 신경심리학적 검사와 인구통계학적 자료를 사용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 침착 수준과 신경심리학적 검사 및 인구통계학적 변인에 대한 관계에 따른 예측 모델을 구축하고, 이러한 예측 모델을 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하는 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was devised in view of the above-mentioned necessity, and using a neuropsychological test and demographic data using machine learning techniques, amyloid beta (Aβ) deposition level and neuropsychological tests and demographic variables An object of the present invention is to provide a method and apparatus for constructing a predictive model according to the relationship and predicting the accumulation of amyloid beta (Aβ) by using the predictive model.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 아밀로이드 베타(β-Amyloid, Aβ) 축적의 예측 방법으로서, 복수의 대상체의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 이용하여 예측 모델을 학습하는 단계, 대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받는 단계, 및 상기 학습된 예측 모델을 이용하여 상기 대상자의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 정도를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, as a method for predicting amyloid beta (β-Amyloid, Aβ) accumulation, demographic information of a plurality of subjects, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) Learning a predictive model using an image data pair, receiving demographic information and neuropsychological test results of the subject, and using the learned predictive model to determine the degree of amyloid beta (Aβ) accumulation of the subject A method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation is provided, comprising the step of predicting.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 예측 모델을 학습하는 단계는, 상기 복수의 대상체 각각의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 구성하는 단계, 상기 데이터 쌍을 이용한 Adaptive LASSO 알고리즘을 이용하여 계수를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 계수를 이용하여 예측 모델의 정확도를 평가하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of learning the predictive model includes constructing a pair of demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) image data of each of the plurality of objects, the data The method may include calculating a coefficient using an adaptive LASSO algorithm using a pair, and evaluating the accuracy of a predictive model using the calculated coefficient.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인구통계학적 정보는, 연령, 성별, 교육 년 수, APOE(Apolipoprotein E) 유전형 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the demographic information may include one or more of age, gender, number of years of education, and apolipoprotein E (APOE) genotype information.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 신경심리검사 결과는, 일화기억 검사, 시각-공간 검사, 주의력 검사, 집행기능 검사, 언어 검사, 전반적 인지기능 검사 중 하나 이상을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the neuropsychological test result may include one or more of an episodic memory test, a visual-spatial test, an attention test, an executive function test, a language test, and a general cognitive function test.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 장치로서, 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는, 복수의 대상체의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 이용하여 예측 모델을 학습하고, 대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받고, 상기 학습된 예측 모델을 이용하여 상기 대상자의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 정도를 예측하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, comprising one or more processors, wherein the one or more processors include demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography of a plurality of subjects. (PED) learning a predictive model using an image data pair, receiving demographic information and neuropsychological test results of the subject, and using the learned predictive model to determine the degree of amyloid beta (Aβ) accumulation of the subject A device for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, characterized in that the prediction is provided.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 복수의 대상체 각각의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 구성하고, 상기 데이터 쌍을 이용한 Adaptive LASSO 알고리즘을 이용하여 계수를 산출하고, 상기 산출된 계수를 이용하여 예측 모델의 정확도를 평가할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the one or more processors configure a pair of demographic information, neuropsychological test result, and amyloid tomography (PED) image data of each of the plurality of objects, and adaptive using the data pair A coefficient may be calculated using the LASSO algorithm, and the accuracy of the prediction model may be evaluated using the calculated coefficient.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장매체로서, 상기 컴퓨터로 하여금 상술한 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 명령을 저장하는 저장 매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a non-transitory computer-readable storage medium storing computer instructions for causing the computer to perform the above-described method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation.
본 발명에서 제안하는 장치 및 방법은, 종래의 방법들에 비해 값싸고, 3차 병원이 아닌 일반 병원에서도 손쉽게 이용 가능하며 방사선에 대한 노출과 같은 위험요인 없이도 대뇌 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 확인할 수 있다. 또한, 머신 러닝에 기반한 예측 모델을 이용하여 인구통계학적 정보 및 심경심리학적 검사 결과를 가지고 비침습적인 방법으로 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하므로, 작업 및 분석에 들어가는 노동이 줄고, 기관마다 동일한 예측 모델을 사용함에 따른 신뢰도의 차이를 줄일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에서 제안하는 비침습적인 아밀로이드 베타(Aβ) 축적에 의한 아밀로이드 양성 여부를 예측 방법 및 장치를 사용하여 1, 2차 클리닉에서 알츠하이머병 신경병리 조기검진 기술 적용이 가능하고, false-positive를 최소한으로 할 수 있어 비용적인 측면에서 절약되며, 간단한 점수의 조합 등을 통하여 임상시험에 적합한 대상자를 걸러낼 가능성을 키울 수 있다. 궁극적으로, 본 발명은 알츠하이머병 조기진단 영역에 적용이 가능하다.The device and method proposed by the present invention are inexpensive compared to conventional methods, are readily available in general hospitals other than tertiary hospitals, and can confirm cerebral amyloid beta (Aβ) deposition without risk factors such as exposure to radiation. have. In addition, by using a predictive model based on machine learning to predict amyloid beta (Aβ) accumulation in a non-invasive way with demographic information and psychopsychological test results, the labor required for work and analysis is reduced, and the same The difference in reliability due to the use of a predictive model can be reduced. Through this, it is possible to apply the Alzheimer's disease neuropathology early diagnosis technology in primary and secondary clinics using the method and device for predicting whether amyloid positivity by non-invasive amyloid beta (Aβ) accumulation proposed in the present invention is, and false- It is possible to minimize the number of positives, thereby saving in cost, and increasing the possibility of filtering out subjects suitable for clinical trials through simple score combinations. Ultimately, the present invention can be applied to the field of early diagnosis of Alzheimer's disease.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인구통계학적 정보 및 신경심리검사를 이용한 예측 모델 학습의 개념도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셋을 이용하여 예측 모델의 학습 과정의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 학습된 예측 모델을 이용하여 아밀로이드 베타 축적을 예측하는 흐름도를 도시한다.1 shows a conceptual diagram according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating predictive model learning using demographic information and a neuropsychological test according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a learning process of a predictive model using a data set according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart for predicting amyloid beta accumulation using a learned prediction model according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted, and the terms to be described later are used in the embodiment of the present invention. As terms defined in consideration of the function of Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.Each block in the accompanying block diagram and combinations of steps in the flowchart may be executed by computer program instructions (execution engine), which are executed by a processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing equipment. It may be mounted so that the instructions, which are executed by the processor of a computer or other programmable data processing equipment, create means for performing the functions described in each block of the block diagram or in each step of the flowchart.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory which may direct a computer or other programmable data processing equipment to implement a function in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flowchart, the instructions stored in the block diagram.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.And since the computer program instructions may be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, a series of operational steps is performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-executable process to create a computer or other programmable data processing equipment. It is also possible that the instructions for performing the data processing equipment provide steps for carrying out the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or step may represent a module, segment, or portion of code comprising one or more executable instructions for executing specified logical functions, and in some alternative embodiments the blocks or steps referred to in some alternative embodiments. It should be noted that it is also possible for functions to occur out of sequence. For example, it is possible that two blocks or steps shown one after another may be performed substantially simultaneously, and also the blocks or steps may be performed in the reverse order of the corresponding functions, if necessary.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention illustrated below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.
알츠하이머병(AD)은 치매의 원인 질병 중 가장 흔한 질병으로 치매 사례의 약 70%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 대뇌에서 아밀로이드 베타(Aβ)의 침착은 알츠하이머병의 전형적인 특징으로 알츠하이머병이 임상적으로 발병하기 10-20년 전쯤에 쌓이기 시작한다. Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia and accounts for about 70% of dementia cases. The deposition of amyloid beta (Aβ) in the brain is a typical feature of Alzheimer's disease, and it begins to accumulate about 10-20 years before the onset of Alzheimer's disease clinically.
증상발현적 시기에 대뇌에 쌓이는 아밀로이드 베타(Aβ)를 찾아내는 것은 굉장히 중요한 시사점을 갖고 있다. 그 이유는 이러한 개입이 항-아밀로이드 치료를 받아야 하는 집단을 식별할 수 있도록 만들어주고, 이를 통해 알츠하이머병의 발현을 늦추거나 방지할 수 있는 기회를 제공하기 때문이다. Finding the amyloid beta (Aβ) that accumulates in the brain during symptom onset has very important implications. The reason for this is that these interventions make it possible to identify populations that may need anti-amyloid treatment, thereby providing an opportunity to slow or prevent the onset of Alzheimer's disease.
현재까지는, 종래의 아밀로이드 양전자 단층촬영(PET)을 이용하여 대뇌의 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 발견하거나 뇌척수액 검사를 통하여 알아보는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 종래의 이러한 방법은 여러 가지 문제점을 갖는다. 예를 들어, 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 확인하는 데 아밀로이드 단층촬영(PET)을 사용하는 것은 비용이 비싸고, 3차 병원과 같이 전문 의학센터를 운영하는 병원이 아니고서는 쉽게 이용하기 어려울 뿐만 아니라 방사선에 대한 노출과 같은 위험요인이 있다. 뇌척수액 분석은 침습적인 요추 천자요법을 사용한다는 단점이 있고, 작업 및 분석에 들어가는 노동을 필요로 하며 기관에 따른 신뢰도의 차이가 있다는 문제점이 있다. 따라서, 덜 침습적이고 비용이 적게 들며, 모든 기관에서 쉽게 이용할 수 있는 새로운 방법의 개발을 통해 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 더욱 효과적으로 발견하도록 도울 수 있을 것이다. Until now, conventional methods for detecting amyloid beta (Aβ) deposits in the brain using amyloid positron tomography (PET) or finding out through a cerebrospinal fluid test have been used. However, this conventional method has several problems. For example, the use of amyloid tomography (PET) to confirm amyloid beta (Aβ) deposition is expensive, difficult to use except in hospitals that operate specialized medical centers, such as tertiary hospitals, as well as radiation There are risk factors such as exposure to Cerebrospinal fluid analysis has the disadvantages of using invasive lumbar puncture, requires labor for work and analysis, and there is a difference in reliability depending on the institution. Therefore, the development of a new method that is less invasive, less costly, and readily available to all institutions may help to more effectively detect amyloid beta (Aβ) deposition.
임상적으로 알츠하이머병(AD)을 평가하는데 있어서 비용 효율이 높고 민감한 신경심리학적 검사는, 치매의 단계 중에서 전임상적 알츠하이머병(AD) 단계에 있는 사람들을 가려내는데 도움이 될 것이다. 알츠하이머병(AD) 신경병리를 갖고 있는 고 위험군을 가려내는 작업으로 신경심리학적 검사를 적용하는 것에는 몇몇 이점이 있음에도, 현재까지 신경심리검사를 이용하여 특정 인지기능과 아밀로이드 베타(Aβ) 간의 관계에 대해서는 제한적으로만 확인될 뿐 구체적으로 확인된 바 없었다. 또한, 신경심리학적 검사 점수를 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 고침착군과 저침착군을 비교하는 용도가 아닌, 대뇌의 아밀로이드 베타(Aβ) 침착을 예측하려는 연구 역시 거의 수행되지 않아 이에 대한 사용은 제한적이었다.A cost-effective and sensitive neuropsychological test for clinically assessing Alzheimer's disease (AD) will help screen out those with preclinical Alzheimer's disease (AD) from among the stages of dementia. Although the application of neuropsychological tests to the task of screening high-risk groups with Alzheimer's disease (AD) neuropathology has several advantages, the relationship between specific cognitive function and amyloid beta (Aβ) using neuropsychological tests to date has been used. has been confirmed only limitedly, and has not been specifically identified. In addition, the use of neuropsychological test scores to predict cerebral amyloid beta (Aβ) deposition, not for the purpose of comparing the high and low amyloid beta (Aβ) group, is also rarely conducted. It was limited.
이에 따라, 본 발명에서는 인구통계학적 정보 및 신경심리검사를 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하는 방법 및 장치를 제안하고자 하며, 이하 도 1 내지 4를 참조하여 설명된다. Accordingly, the present invention intends to propose a method and apparatus for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation using demographic information and neuropsychological tests, which will be described below with reference to FIGS. 1 to 4 .
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도를 도시한다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인구통계학적 정보 및 신경심리검사를 이용한 예측 모델 학습의 개념도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 인구통계학적 정보 및 신경심리학적 검사 정보를 이용하여 머신러닝 기반의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 상태를 예측하는 개념도가 도시된다. 도 2를 참조하면, 구체적으로, 인구통계학적 정보 및 신경심리학적 검사 정보를 이용하여 예측 모델의 계수 및 유의미도를 추출하여 정확도를 예측하여 예측 모델을 학습하는 개념도가 도시된다. 1 shows a conceptual diagram according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 2 shows a conceptual diagram of predictive model learning using demographic information and a neuropsychological test according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a conceptual diagram for predicting a machine learning-based amyloid beta (Aβ) accumulation state using demographic information and neuropsychological test information is shown. Referring to FIG. 2 , specifically, a conceptual diagram of learning a predictive model by extracting coefficients and significance of a predictive model using demographic information and neuropsychological test information to predict accuracy is shown.
본 발명에서 제안하는 머신러닝 기반의 예측 모델은 환자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과와 아밀로이드 단층촬영(PET) 검사 결과를 매칭하여 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과로부터 아밀로이드 단층촬영(PET) 결과에 영향을 미치는 인자들을 결정할 수 있다. 머신러닝 기반의 예측 모델은 이들 인자들로부터 아밀로이드 단층촬영(PET) 결과, 즉 아밀로이드 베타(Aβ)의 축적 상태를 예측할 수 있도록 학습된다. The machine learning-based prediction model proposed in the present invention matches the patient's demographic information and neuropsychological test results with amyloid tomography (PET) test results, and amyloid tomography (PET) results from demographic information and neuropsychological test results. ) can determine the factors affecting the results. A machine learning-based predictive model is trained to predict the amyloid tomography (PET) result, that is, the accumulation state of amyloid beta (Aβ) from these factors.
본 발명의 일 실시예에 따라, 인구통계학적 정보는 연령(Age), 성별(Gender), 교육 년 수(Education year), APOE(Apolipoportein E) 유전형 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, demographic information may include one or more of age, gender, education year, and Apolipoportein E (APOE) genotype information.
또한, 신경심리검사 정보는 일화기억 검사(Episodic Memory Test), 시각-공간 검사(Visuo-spatial Ability Test), 주의력 및 집행기능 검사(Attention and Executive Function Test), 언어 검사(Language Test), 전반적 인지기능 검사(Global Cognition Function Test), 발병전 IQ(Premorbid IQ) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 일화기억 검사는 논리 기억(즉각적/지연 기억)(logical memory(immediate/delayed recall), Rey 청각 언어 학습 검사(Rey auditory verbal learning test)(RAVLT; 전체, 지연 기억, 인지, 리스트 B) 등일 수 있다. 시각-공간 검사는 시계 그리기 테스트(clock drawing test)(clock/copy)일 수 있다. 주의력 및 집행기능 검사는 트레일 메이킹 A/B(trail makings A/B, TMT A/B)일 수 있다. 언어 검사는 카테고리 유창성(동물)(category fluency (animals)), 보스턴 네이밍 검사(Boston naming test, BNT), 전반적 인지기능 검사는 ADAS-cog, 미니 멘탈 상태 검사(mini-mental state examination, MMSE), 몬트리올 인지 평가(Montreal cognitive assessment, MoCA) 등일 수 있다. 발병전 IQ는 미국 내셔널 성인 독해 검사(American national adult reading test, ANART)일 수 있다. In addition, neuropsychological test information includes episodic memory test, visual-spatial ability test, attention and executive function test, language test, general cognition It may include one or more of a Global Cognition Function Test and Premorbid IQ. Specifically, episodic memory tests include logical memory (immediate/delayed recall), Rey auditory verbal learning test (RAVLT; total, delayed memory, cognition, list B). etc. The visual-spatial test may be a clock drawing test (clock/copy) The attention and executive function test may be trail makings A/B (TMT A/B) Language tests include category fluency (animals), Boston naming test (BNT), general cognitive function tests, ADAS-cog, mini-mental state examination, MMSE), Montreal cognitive assessment (MoCA), etc. The pre-onset IQ may be the American national adult reading test (ANART).
아밀로이드 단층촬영(PET) 결과는 Flobetapir 아밀로이드 단층촬영(PET) 검사 결과로, 아밀로이드 양성 여부를 나타낸다. 아밀로이드 양성은 병리학적으로 비정상적인 아밀로이드 축적 상태를 의미한다. The amyloid tomography (PET) result is a Flobetapir amyloid tomography (PET) test result, indicating whether amyloid is positive. Amyloid positivity means a pathologically abnormal amyloid accumulation state.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같에 본 발명의 예측 모델 학습을 위한 데이터를 수집하고, 계수 산출 및 정확도 평가를 위한 실시예는 다음과 같다. Specifically, as shown in FIG. 2 , an embodiment for collecting data for learning a predictive model of the present invention, calculating coefficients and evaluating accuracy is as follows.
데이터 수집data collection
본 발명의 일 실시 예에 따라, ANDI(Alzheimer's disease Neuroimaging Initiative) 데이터베이스(http://www.loni.ucla.edu/ADNI/)의 총 144명의 알츠하이머병(AD), 332명의 MCI(mild cognitive impairment) 및 286명의 NC(normal cognition) 대상체를 조사하였다. 구체적인 머신러닝을 위해 수집된 데이터 정보는 <표 1>과 같다. According to an embodiment of the present invention, a total of 144 Alzheimer's disease (AD), 332 mild cognitive impairment (MCI) of the Alzheimer's disease Neuroimaging Initiative (ANDI) database (http://www.loni.ucla.edu/ADNI/) ) and 286 normal cognition (NC) subjects were investigated. The data information collected for specific machine learning is shown in <Table 1>.
여기서, APOE ε4는 apolipoproten을 의미하고, Aβ는 amyloid-beta를 의미하며, CN(clinically normal), SMC(subjective memory concerns), EMCI(early mild cognitive impairment), LMCI(late mild cognitive impairment), AD(Alzheimer's disease)를 의미한다. 다른 표시가 없으면 평균(표준 편차)의 형태로 표시하였다. APOE ε4의 경우 적어도 하나의 APOE ε4 유전자를 가지고 있는 사람의 백분율을 표시한 것이다. Here, APOE ε4 means apolipoproten, Aβ means amyloid-beta, CN (clinically normal), SMC (subjective memory concerns), EMCI (early mild cognitive impairment), LMCI (late mild cognitive impairment), AD ( Alzheimer's disease). Unless otherwise indicated, it was expressed in the form of mean (standard deviation). For APOE ε4, it indicates the percentage of people who have at least one APOE ε4 gene.
<표 1>의 데이터 셋의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적(Aβ positivity)은 각 대상체의 대응하는 Flobetabpir-PET를 사용하여 시각화 되었다. 이를 위해, 반정량 PET 결과가 사용 가능한 최신 데이터 집합("UCBERKELEYAV45_11_14_17.csv")에서 검색되었다. Florbetapir 영상은 주입 후 50~70분 동안 획득된 4×5분 프레임으로 구성된다. 이미지를 재구성하고 평균화하며 공통 복셀 크기(1.5 mm)로 조정하였으며, 반값까지 최대 8mm의 공통 해상도로 평활화하였다. 기준 Florbetapir 영상과 동시에 획득된 구조 T1 가중치 영상은 FreeSurfer 소프트웨어를 사용하여 각 주제에 대한 대뇌 부위(region of interest, ROI) 및 기준 영역을 정의하는 구조 템플릿으로 사용된다. 각 대상체에 대한 기준 florbetapir 스캔은 기준 T1 가중치 MRI 이미지에 공동 등록된다. 이후 4개의 대뇌 ROI(frontal, anterior/posterior cingulate, lateral parietal, and lateral temporal) 내에서 회백질(gray matter)에서 표준화된 흡인 값(standardized uptake value, SUV)을 추출하여 평균값을 구한다. 상세한 정보는 ADNI 웹사이트 (http://www.loni.ucla.edu/ADNI/)에서 이용 가능하다.The amyloid beta (Aβ) accumulation (Aβ positivity) of the data set in <Table 1> was visualized using the corresponding Flobetabpir-PET of each subject. For this purpose, semi-quantitative PET results were retrieved from the latest available data set ("UCBERKELEYAV45_11_14_17.csv"). Florbetapir images consist of 4 × 5 min frames acquired 50–70 min post-injection. Images were reconstructed, averaged, adjusted to a common voxel size (1.5 mm), and smoothed to a common resolution of up to 8 mm to half. Structural T1-weighted images acquired concurrently with baseline Florbetapir images are used as structural templates to define regions of interest (ROIs) and reference regions for each subject using FreeSurfer software. Baseline florbetapir scans for each subject are co-registered with baseline T1-weighted MRI images. Afterwards, the standardized uptake value (SUV) is extracted from gray matter within the four cerebral ROIs (frontal, anterior/posterior cingulate, lateral parietal, and lateral temporal) and the average value is obtained. Detailed information is available on the ADNI website (http://www.loni.ucla.edu/ADNI/).
아밀로이드 베타(Aβ) 축적 (Aβ positivity) 계산Calculation of amyloid beta (Aβ) accumulation (Aβ positivity)
대뇌 SUV ratio(SUVR)는 전체 소뇌 기준 영역 대비 평균된 흡수값를 사용하여 대뇌 SUV를 정규화(normalizing)해서 얻은 값이다. 참가자는 Florbetapir SUV 비율(ratio)이 1.1보다 클 경우 대뇌 아밀로이드 베타(Aβ) 양성으로 분류되었다.The cerebral SUV ratio (SUVR) is a value obtained by normalizing the cerebral SUV using the average absorption value compared to the entire cerebellar reference area. Participants were classified as cerebral amyloid beta (Aβ) positive if the Florbetapir SUV ratio was greater than 1.1.
Adaptive LASSO 알고리즘을 이용한 계수 산출, 유의도 산출 및 정확도 산출Coefficient calculation, significance calculation, and accuracy calculation using Adaptive LASSO algorithm
아밀로이드 베타(Aβ) 축적에 대한 대체 마커로서 인구통계학적 정보와 신경심리검사 점수를 이용한 adaptive LASSO(Least Absolute Shirinkage and Selection Operator) 모형을 이용하였다. 본 발명의 일 실시예에 따란 사용된 adaptive LASSO 수식은 아래의 <수학식 1>과 같다. As an alternative marker for amyloid beta (Aβ) accumulation, an adaptive Least Absolute Shirinkage and Selection Operator (LASSO) model using demographic information and neuropsychological test scores was used. The adaptive LASSO equation used according to an embodiment of the present invention is as shown in Equation 1 below.
762명의 데이터 세트를 대상으로 분류 모형을 제작하고 각 변수의 계수를 산출한 뒤 유의도를 산출하였다. 또한, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 분류 정확도를 측정함으로써 제작된 분류자를 평가하이 위해 10-fold cross validation을 실시하였다. 상기 교차 검증과정은 각 분류자에서 선택 편향을 피하기 위해 1,000회 반복되었다.A classification model was created for a data set of 762 people, and the coefficients of each variable were calculated, and then significance was calculated. In addition, 10-fold cross validation was performed to evaluate the classifier produced by measuring the accuracy of amyloid beta (Aβ) accumulation classification. The cross-validation process was repeated 1,000 times in each classifier to avoid selection bias.
계수 산출 및 유의미도 평가 Coefficient calculation and significance evaluation
본 발명의 일 실시예에 따라, 상술한 데이터 셋과 adaptive LASSO 알고리즘을 이용하여 산출된 계수는 <표 2>와 같이 얻어질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, coefficients calculated using the above-described data set and the adaptive LASSO algorithm may be obtained as shown in <Table 2>.
상기 변인들 중 계수가 0.00이 아닌 변인들은 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하는데 유의미한 변인이었으며, 그 정도가 계수 값으로 표현되었다. 다시 말해, 계수가 0.00인 변인들은 유의미도도 0이라고 볼 수 있으며, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하는데 영향을 미치지 않는다고 볼 수 있다. Among the variables, variables whose coefficient was not 0.00 were significant variables in predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, and the degree was expressed as a coefficient value. In other words, variables with a coefficient of 0.00 can be considered to have 0 significance and do not have an effect on predicting amyloid beta (Aβ) accumulation.
분류 정확도 평가Classification Accuracy Assessment
분류 정확도를 측정함으로써 제안된 값의 이용 가능성과 비교하기 위해 adaptive LASSO 처리를 통해 20 개의 변수 들의 계수 값의 조합을 이용하여 이진 분류자를 구성하였다. 이러한 예측 모델 성능이 아래의 <표 3>과 같이 얻어지며, 좌측은 훈련세트 적용 결과이고, 우측은 검증세트 적용 결과이다. 예측 모델이 일정 이상의 성능을 낼 때까지 계수 산출과 평가가 반복될 수 있다. In order to measure the classification accuracy and compare it with the availability of the proposed value, a binary classifier was constructed using the combination of the coefficient values of 20 variables through adaptive LASSO processing. This predictive model performance is obtained as shown in Table 3 below, the left side is the training set application result, and the right side is the verification set application result. Calculation and evaluation of coefficients may be repeated until the predictive model performs above a certain level.
상기 <표 3>에서 나타낸 바와 같이, 예측 성능의 인덱스로서 ROC(receiver operating characteristic) 커브(curve)의 AUC(are under the curve)가 사용되었다. AUC는 ROC 커브의 밑면적을 구한 값으로, <수학식 2>를 이용하여 산출될 수 있다.As shown in Table 3, the AUC (are under the curve) of the ROC (receiver operating characteristic) curve was used as an index of the prediction performance. AUC is a value obtained by obtaining the base area of the ROC curve, and may be calculated using Equation (2).
여기서, 는 positive로 분류된 모든 예들의 rank의 합을 나타내고, 는 데이터에서 positive 값을 지닌 값들의 수(예를 들어, Aβ +)를 의미하며, 는 데이터에서 negative 값을 지닌 값들의 수(예를 들어, Aβ -)를 의미한다. here, represents the sum of the ranks of all examples classified as positive, means the number of positive values in the data (eg, Aβ +), is the number of negative values (eg, Aβ -) in the data.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셋을 이용하여 예측 모델의 학습 과정의 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 복수의 환자의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 정보와 이들 각각의 아밀로이드 단층촬영(PET) 영상 데이터 쌍을 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 모델을 학습하는 과정의 흐름도가 도시된다. 이러한 과정은 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 장치, 알츠하이머병(AD) 예측 장치 또는 이와 관련된 어플리케이션에서 하나 이상의 프로세서에 의해 그 동작들이 수행될 수 있다. 후술하는 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 방법의 동작들은 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장되어, 명령들이 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 방법의 동작들 중 적어도 하나의 단계를 수행하도록 설정될 수 있다.3 is a flowchart illustrating a learning process of a predictive model using a data set according to an embodiment of the present invention. For example, a flowchart of a process of learning a predictive model of amyloid beta (Aβ) accumulation using demographic information, neuropsychological test information, and each pair of amyloid tomography (PET) image data from a plurality of patients is shown. do. In this process, the operation may be performed by one or more processors in the apparatus for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, the apparatus for predicting Alzheimer's disease (AD), or an application related thereto. The operations of the method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation to be described below are stored in a computer readable storage medium recording a program, and when the instructions are executed by at least one processor, at least one of the operations of the method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation It can be set to perform steps.
도 3을 참조하면, 데이터 셋을 이용하여 예측 모델의 학습 과정은 머신러닝을 위한 데이터 셋 설정 단계(S310), Adaptive LASSO 알고리즘을 이용한 계수 산출 단계(S320) 및 산출된 계수를 이용한 예측 모델의 정확도 평가 단계(S330)를 포함한다. Referring to FIG. 3 , the learning process of a predictive model using a data set includes a data set setting step for machine learning (S310), a coefficient calculation step using the Adaptive LASSO algorithm (S320), and the accuracy of the prediction model using the calculated coefficients. It includes an evaluation step (S330).
먼저, 머신러닝을 위한 데이터 셋을 설정한다(S310). 예를 들어, 복수의 환자 또는 대상체의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과와, 각 환자 또는 대상체의 아밀로이드 단층촬영(PET) 검사 결과를 매칭하여 데이터 셋을 구성한다. First, a data set for machine learning is set (S310). For example, a data set is configured by matching demographic information and neuropsychological test results of a plurality of patients or subjects with an amyloid tomography (PET) test result of each patient or subject.
다음으로, Adaptive LASSO 알고리즘을 이용한 계수 산출한다(S320). 예를 들어, <수학식 1>과 같은 Adaptive LASSO 알고리즘을 이용하여 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 중 아밀로이드 단층촬영(PET) 검사 결과에 영향을 미치는 인자들을 추출할 수 있다. 이 때, 인구통계학적 정보 및 신경심리검사의 여러 요인들과 아밀로이드 단층촬영(PET) 검사 결과 아밀로이드 양성인 결과와의 상관 계수를 산출할 수 있고, 산출된 계수가 0이 아닌 인자를 유의미한 인자로 판단할 수 있다. Next, coefficients are calculated using the Adaptive LASSO algorithm (S320). For example, factors affecting demographic information and amyloid tomography (PET) test results among neuropsychological tests can be extracted by using the Adaptive LASSO algorithm as in <Equation 1>. At this time, it is possible to calculate the correlation coefficient between the demographic information and various factors of neuropsychological examination and the amyloid-positive result of the amyloid tomography (PET) test, and a factor whose calculated coefficient is not 0 is judged as a significant factor can do.
마지막으로, 산출된 계수를 이용한 예측 모델의 정확도를 평가한다(S330). 예를 들어, 이전 단계에서 산출된 계수를 이용하여 예측 모델의 예측 성능을 <표 3>과 같이 산출할 수 있고, 예측 모델이 일정 이상의 성능을 낼 때까지 계수 산출과 평가의 학습 과정이 반복될 수 있다. Finally, the accuracy of the prediction model using the calculated coefficients is evaluated ( S330 ). For example, the predictive performance of the predictive model can be calculated as shown in <Table 3> using the coefficients calculated in the previous step, and the learning process of coefficient calculation and evaluation may be repeated until the predictive model achieves performance above a certain level. can
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 학습된 예측 모델을 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하는 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 복수의 환자의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 정보와 이들 각각의 아밀로이드 단층촬영(PET) 영상 데이터 쌍을 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하는 과정의 흐름도가 도시된다. 이러한 과정은 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 장치, 알츠하이머병(AD) 예측 장치 또는 이와 관련된 어플리케이션에서 하나 이상의 프로세서에 의해 그 동작들이 수행될 수 있다. 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 방법의 동작들은 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장되어, 명령들이 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 방법의 동작들 중 적어도 하나의 단계를 수행하도록 설정될 수 있다.4 is a flowchart for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation using a learned prediction model according to an embodiment of the present invention. For example, a flowchart of a process for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation using demographic information, neuropsychological test information, and their respective pairs of amyloid tomography (PET) image data from a plurality of patients is shown. In this process, the operation may be performed by one or more processors in the apparatus for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, the apparatus for predicting Alzheimer's disease (AD), or an application related thereto. The operations of the method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation are stored in a computer readable storage medium having a program recorded thereon, so that when the instructions are executed by at least one processor, at least one of the operations of the method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation is performed. can be set to perform.
도 4를 참조하면, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측 과정은 데이터 셋을 이용한 예측 모델 학습 단계(S410), 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과 입력 단계(S420) 및 학습된 예측 모델을 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측 단계(S430)를 포함한다. 4, the process of predicting amyloid beta (Aβ) accumulation is a predictive model learning step using a data set (S410), demographic information and neuropsychological test result input step (S420), and using the learned predictive model amyloid beta (Aβ) accumulation prediction step (S430).
먼저, 데이터 셋을 이용한 예측 모델을 학습한다(S410). 예를 들어, 복수의 환자 또는 대상체의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과와, 각 환자 또는 대상체의 아밀로이드 단층촬영(PET) 검사 결과를 매칭하여 구성된 데이터 셋을 이용하여 예측 모델의 계수를 산출하고 정확도를 평가하여 학습한다. 데이터 셋을 이용한 예측 모델의 학습은 상술한 도 3에 도시된 바와 같은 과정을 통해 수행될 수 있다.First, a prediction model using a data set is learned (S410). For example, the coefficients of the predictive model are calculated using a data set configured by matching demographic information and neuropsychological test results of a plurality of patients or subjects with the amyloid tomography (PET) test results of each patient or subject, and Learn by evaluating accuracy. Learning of the predictive model using the data set may be performed through the process illustrated in FIG. 3 described above.
다음으로, 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받는다(S420). 즉, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측하고자 하는 대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받는다. 이 때, 예를 들어 이전 단계의 머신러닝 과정에서 예측 모델의 유의미한 인자들의 산출 결과에 따라 유의미한 인자들만 입력받을 수도 있다 Next, demographic information and neuropsychological test results are input (S420). That is, demographic information and neuropsychological test results of subjects who want to predict amyloid beta (Aβ) accumulation are input. At this time, for example, only significant factors may be input according to the result of calculating the significant factors of the predictive model in the machine learning process of the previous step.
마지막으로, 학습된 예측 모델을 이용하여 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측한다(S330). 예를 들어, 머신러닝 기반의 예측 모델을 이용하여 대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과로부터 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측한다. 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 예측한다는 것은 아밀로이드 양성인지 또는 음성인지 여부를 예측한다는 것을 의미할 수 있다. Finally, amyloid beta (Aβ) accumulation is predicted using the learned prediction model (S330). For example, amyloid beta (Aβ) accumulation is predicted from the subject's demographic information and neuropsychological test results using a machine learning-based predictive model. Predicting amyloid beta (Aβ) accumulation may mean predicting whether amyloid positive or negative.
상술한 바와 같이, 비침습적인 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과만 가지고 아밀로이드 베타(Aβ) 축적 예측을 통해 알츠하이머병(AD)의 발명을 예측할 수 있고, 이것은 알츠하이머병 등 아밀로이드 베타(Aβ) 축적을 통해 알 수 있는 병증의 조기 진단에 도움을 줄 수 있다. As described above, the invention of Alzheimer's disease (AD) can be predicted through the prediction of amyloid beta (Aβ) accumulation using only non-invasive demographic information and neuropsychological test results, and this can lead to amyloid beta (Aβ) accumulation such as Alzheimer's disease. This can help in early diagnosis of known diseases.
상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.In the specific embodiments described above, elements included in the invention are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments presented. However, the singular or plural expression is appropriately selected for the situation presented for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to the singular or plural component, and even if the component is expressed in plural, it is composed of the singular or , even a component expressed in the singular may be composed of a plural.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.On the other hand, although specific embodiments have been described in the description of the invention, various modifications are possible without departing from the scope of the technical idea contained in the various embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
Claims (9)
복수의 대상체의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 이용하여 예측 모델을 학습하는 단계;
대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받는 단계; 및
상기 학습된 예측 모델을 이용하여 상기 대상자의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 정도를 예측하는 단계를 포함하고,
상기 예측 모델을 학습하는 단계는,
상기 복수의 대상체 각각의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 구성하는 단계;
상기 데이터 쌍을 이용한 Adaptive LASSO 알고리즘을 이용하여 계수를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 계수를 이용하여 예측 모델의 정확도를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 방법.A method for predicting amyloid beta (β-Amyloid, Aβ) accumulation, comprising:
learning a predictive model by using a pair of demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) image data of a plurality of subjects;
receiving demographic information and neuropsychological test results of the subject; and
Predicting the degree of amyloid beta (Aβ) accumulation in the subject using the learned predictive model,
Learning the predictive model comprises:
constructing pairs of demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) image data of each of the plurality of subjects;
calculating coefficients using an adaptive LASSO algorithm using the data pair; and
A method for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, comprising the step of evaluating the accuracy of a prediction model using the calculated coefficient.
상기 인구통계학적 정보는, 연령, 성별, 교육 년 수, APOE(Apolipoprotein E) 유전형 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 방법.According to claim 1,
The demographic information, a method of predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, characterized in that it comprises one or more of age, sex, number of years of education, and APOE (Apolipoprotein E) genotype information.
상기 신경심리검사 결과는, 일화기억 검사, 시각-공간 검사, 주의력 검사, 집행기능 검사, 언어 검사, 전반적 인지기능 검사 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 방법.According to claim 1,
The neuropsychological test result, episodic memory test, visual-spatial test, attention test, executive function test, speech test, characterized in that it includes one or more of the overall cognitive function test, amyloid beta (Aβ) accumulation prediction method .
하나 이상의 프로세서를 포함하고,
상기 하나 이상의 프로세서는, 복수의 대상체의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 이용하여 예측 모델을 학습하고, 대상자의 인구통계학적 정보 및 신경심리검사 결과를 입력받고, 상기 학습된 예측 모델을 이용하여 상기 대상자의 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 정도를 예측하고,
상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 복수의 대상체 각각의 인구통계학적 정보, 신경심리검사 결과 및 아밀로이드 단층촬영(PED) 영상 데이터 쌍을 구성하고, 상기 데이터 쌍을 이용한 Adaptive LASSO 알고리즘을 이용하여 계수를 산출하고, 상기 산출된 계수를 이용하여 예측 모델의 정확도를 평가하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 장치.A device for predicting amyloid beta (β-Amyloid, Aβ) accumulation, comprising:
one or more processors;
The one or more processors learn a predictive model using demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) image data pairs of a plurality of subjects, and obtain demographic information and neuropsychological test results of the subject. Receive input and predict the degree of amyloid beta (Aβ) accumulation of the subject using the learned predictive model,
The one or more processors configure pairs of demographic information, neuropsychological test results, and amyloid tomography (PED) image data of each of the plurality of subjects, and calculate coefficients using an Adaptive LASSO algorithm using the data pairs, , An apparatus for predicting amyloid beta (Aβ) accumulation, characterized in that the accuracy of the prediction model is evaluated using the calculated coefficient.
상기 인구통계학적 정보는, 연령, 성별, 교육 년 수, APOE(Apolipoprotein E) 유전형 정보 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 장치.6. The method of claim 5,
The demographic information, age, gender, number of years of education, APOE (Apolipoprotein E) genotype information, characterized in that it comprises one or more, amyloid beta (Aβ) accumulation prediction device.
상기 신경심리검사 결과는, 일화기억 검사, 시각-공간 검사, 주의력 검사, 집행기능 검사, 언어 검사, 전반적 인지기능 검사 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아밀로이드 베타(Aβ) 축적의 예측 장치.6. The method of claim 5,
The neuropsychological test results, episodic memory test, visual-spatial test, attention test, executive function test, speech test, characterized in that it includes one or more of the overall cognitive function test, amyloid beta (Aβ) accumulation prediction device .
상기 컴퓨터로 하여금 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 명령을 저장하는 저장 매체.A non-transitory computer-readable storage medium comprising:
A storage medium storing computer instructions for causing the computer to perform the method according to any one of claims 1, 3 and 4.
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