KR102344532B1 - Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and method for diagnosing of mental diseases - Google Patents

Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and method for diagnosing of mental diseases Download PDF

Info

Publication number
KR102344532B1
KR102344532B1 KR1020210036451A KR20210036451A KR102344532B1 KR 102344532 B1 KR102344532 B1 KR 102344532B1 KR 1020210036451 A KR1020210036451 A KR 1020210036451A KR 20210036451 A KR20210036451 A KR 20210036451A KR 102344532 B1 KR102344532 B1 KR 102344532B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
eeg
patient
diagnosing
decision
mental
Prior art date
Application number
KR1020210036451A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김성균
권재형
김훈희
Original Assignee
주식회사 포엔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포엔 filed Critical 주식회사 포엔
Priority to US17/531,619 priority Critical patent/US20220151540A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102344532B1 publication Critical patent/KR102344532B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/16Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/372Analysis of electroencephalograms
    • A61B5/374Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7264Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • G06N3/0427
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02Neural networks
    • G06N3/08Learning methods
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/20ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems

Abstract

The present invention relates to an explainable artificial intelligence system and comprises: a communication unit for receiving the patient's brain waves; and a processor for preprocessing the measured brain waves through noise removal and epoching processing, extracting at least one first brain wave characteristic from the preprocessed brain waves, determining at least one second brain wave characteristic necessary for diagnosing the patient's mental diseases from among the at least one first brain wave characteristic and the importance of each of the at least one second brain wave characteristic using a machine learning model trained for diagnosing mental diseases, generating a decision-making structure for diagnosing the patient's mental diseases, diagnosing the mental disease of the patient by substituting the at least one second brain wave characteristic and the importance into the decision-making structure, and visualizing and providing the decision-making structure, which is explanatory information for explaining the diagnosis result and the basis for the diagnosis. An object of the present invention is to provide an explainable artificial intelligence system for diagnosing mental diseases that can explain the decision-making process leading to the diagnosis of mental diseases. The present patent is the result of the support from Gyeonggi-do Economic Science Promotion Agency with the financial resources of 2020 Gyeonggi-do global startup enterprise support project.

Description

정신질환의 진단을 위한 설명 가능한 인공지능 시스템 및 정신질환 진단 방법 {EXPLAINABLE ARTIFICIAL INTELLIGENCE SYSTEM FOR DIAGNOSIS OF MENTAL DISEASES AND METHOD FOR DIAGNOSING OF MENTAL DISEASES}EXPLAINABLE ARTIFICIAL INTELLIGENCE SYSTEM FOR DIAGNOSIS OF MENTAL DISEASES AND METHOD FOR DIAGNOSING OF MENTAL DISEASES

본 발명은 정신질환의 진단을 위한 설명 가능한 인공지능 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an explainable artificial intelligence system for the diagnosis of mental disorders.

현재 정신질환의 진단을 위해, 자가응답식 설문지를 통해 환자의 정신질환을 파악하거나 DSM-5 기준에 따라, 정신의학과 전문의가 환자를 진단한다. 예를 들어, 불안장애의 경우 BAI(The Beck Anxiety Inventory), STAI(The State-Trait Anxiety Inventory) 등과 같은 자가응답식 설문지를 이용하였고 우울증의 경우 BDI(The Beck Depression Inventory) 등과 같은 자가응답식 설문지를 이용하여 앓고 있는 정신질환을 파악하였다.Currently, for the diagnosis of mental illness, the patient's mental illness is identified through a self-response questionnaire or a psychiatrist diagnoses the patient according to the DSM-5 standard. For example, self-response questionnaires such as BAI (The Beck Anxiety Inventory) and STAI (The State-Trait Anxiety Inventory) were used for anxiety disorders, and self-response questionnaires such as BDI (The Beck Depression Inventory) for depression. was used to identify the psychiatric illness suffered.

그러나, 자가응답식 설문지의 경우 응답자의 주관에 의해 결과가 편향될 수 있다는 문제점이 있다. 예를 들어, 같은 증상이더라도 개인마다 평가하는 기준이 상이하므로 다른 진단 결과가 나올 수 있고, 의도적으로 자신의 점수를 높거나 낮게 응답하기가 쉬워, 응답자의 의도에 따라 실제와 다른 진단 결과가 나올 가능성이 높은 문제가 있다.However, in the case of the self-response questionnaire, there is a problem that the results may be biased by the subjectivity of the respondent. For example, even with the same symptoms, different diagnosis results may be obtained because the evaluation criteria are different for each individual. There is a high problem with this.

또한, 정신의학과 전문의와 같은 의료인이 진단하는 경우, 의료인의 불완전한 판단으로 인하여 잘못된 진단 결과가 나올 가능성이 있다.In addition, when a medical person such as a psychiatrist makes a diagnosis, there is a possibility that an erroneous diagnosis result may be obtained due to the medical practitioner's incomplete judgment.

의료인의 불완전한 판단을 방지하고 의료인의 진단에 도움을 제공하고자 인공지능 시스템을 도입하는 것이 활발하게 논의되고 있다. 그러나 대부분의 인공지능 시스템은 의사결정의 결과를 제공할 뿐, 의사결정에 이르는 과정 또는 근거를 설명할 수 없는 블랙박스 구조로 되어 있다.The introduction of an artificial intelligence system to prevent incomplete judgment by medical personnel and provide assistance to medical personnel in diagnosis is being actively discussed. However, most AI systems only provide the results of decision making and have a black box structure that cannot explain the process or rationale leading to the decision.

의사결정에 이르는 과정의 설명이 불가능 구조를 가진 인공지능 시스템은 진단 정확도가 아무리 높더라도, 조금의 실수만으로도 치명적인 결과를 초래할 수 있는 의료 현장에서 적극적으로 이용되기 어려운 상황이다.Artificial intelligence systems, which have a structure that makes it impossible to explain the process leading to decision-making, are difficult to actively use in the medical field, where even the slightest mistake can lead to fatal results, no matter how high the diagnostic accuracy.

"이 특허는 2020년도 경기도 글로벌 스타트업 기업지원사업의 재원으로 경기도경제과학진흥원의 지원을 받아 수행된 결과물임""This patent is the result of receiving support from the Gyeonggi Provincial Economic Science Promotion Agency with the financial resources of the 2020 Gyeonggi-do Global Startup Enterprise Support Project"

공개특허공보 제10-2019-0069047호(2019.06.19.)Patent Publication No. 10-2019-0069047 (2019.06.19.)

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 정신질환의 진단에 이르는 의사결정 과정의 설명이 가능한 정신질환을 진단하는 설명 가능한 인공지능 시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an explanatory artificial intelligence system for diagnosing a mental disease that can explain a decision-making process leading to a diagnosis of a mental disease.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명인 설명 가능한 인공지능 시스템은 환자의 뇌파를 수신하는 통신부; 및 노이즈 제거 및 에포킹(epoching) 처리를 통해 상기 측정된 뇌파를 전처리하고, 상기 전처리된 뇌파에서 적어도 하나의 제1 뇌파 특성을 추출하고, 정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여, 상기 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 결정하고, 상기 환자의 정신질환 진단을 위한 의사결정 구조를 생성하고, 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 중요도를 상기 의사결정 구조에 대입하여 상기 환자의 정신질환을 진단하고, 상기 진단 결과 및 상기 진단에 대한 근거를 설명하기 위한 설명정보인 상기 의사결정 구조를 시각화하여 제공하는 프로세서;를 포함하며, 상기 기계학습 모델은 정신질환 진단을 위해 연령별 뇌파 및 상기 연령별 뇌파에 포함된 채널별 뇌파 특성을 학습데이터로 이용할 수 있다. The present inventors explainable artificial intelligence system for solving the above problems is a communication unit for receiving the patient's brain waves; and pre-processing the measured EEG through noise removal and epoching processing, extracting at least one first EEG characteristic from the pre-processed EEG, and using a machine learning model learned for diagnosing mental disorders, the At least one second EEG characteristic necessary for diagnosing the patient's mental illness among at least one first EEG characteristic and the importance of each of the at least one second EEG characteristic are determined, and decision making for diagnosing the patient's mental illness Generating a structure, substituting the at least one second EEG characteristic and the importance to the decision-making structure to diagnose the patient's mental illness, and to explain the diagnosis result and the basis for the diagnosis. A processor that visualizes and provides a decision-making structure; includes, and the machine learning model may use an EEG for each age group and an EEG characteristic for each channel included in the EEG for each age as learning data for diagnosing a mental disease.

또한, 상기 프로세서는, 상기 의사결정 구조를 이해하기 위한 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명 및 중요도를 상기 의사결정 구조와 함께 제공하며, 상기 의사결정 구조는 트리 구조일 수 있다.In addition, the processor provides a description and importance of the at least one second EEG for understanding the decision-making structure together with the decision-making structure, and the decision-making structure may be a tree structure.

또한, 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명은 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 채널 명(channel name), 상기 채널 내의 뇌파 종류 및 뇌파 파워 및 채널 간의 연결도를 포함하며, 상기 진단 결과는 상기 환자가 앓고 있는 적어도 하나의 정신질환에 대한 정보일 수 있다. In addition, the description of the at least one second EEG characteristic includes a channel name necessary for diagnosing the patient's mental illness, an EEG type in the channel, EEG power, and a connection diagram between channels, and the diagnosis result may be information on at least one mental disease that the patient suffers from.

또한, 상기 프로세서는, 상기 의사결정 구조의 각 단계에서, 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 중 어느 하나를 임계값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라, 다음의 제2 뇌파 특성과 임계값의 비교 단계가 결정될 수 있다.Also, in each step of the decision-making structure, the processor compares any one of the at least one second EEG characteristic with a threshold value, and, according to the comparison result, compares the next second EEG characteristic with a threshold value A step may be determined.

또한, 상기 프로세서는, 상기 의사결정 구조의 가장 하위 단계에서 상기 중요도 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 기초하여 상기 환자의 정신 질환을 진단할 수 있다.In addition, the processor may diagnose the mental disorder of the patient based on the importance and the at least one second EEG characteristic in the lowest stage of the decision-making structure.

또한, 상기 기계학습 모델은 변이형 오토인코더(Variational Autoencoder)를 이용하여 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성을 추출할 수 있다. Also, the machine learning model may extract the at least one second EEG characteristic using a variational autoencoder.

또한, 상기 학습데이터는, 상기 정신질환 진단에 대한 의료진의 피드백 정보를 더 포함할 수 있다.In addition, the learning data may further include feedback information of medical staff on the diagnosis of the mental illness.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명인 설명 가능한 인공지능을 통해 정신 질환을 진단하는 방법은, 환자의 뇌파를 수신하는 단계; 노이즈 제거 및 에포킹(epoching) 처리를 통해 상기 측정된 뇌파를 전처리하는 단계; 상기 전처리된 뇌파에서 적어도 하나의 제1 뇌파 특성을 추출하는 단계; 정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여, 상기 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 결정하는 단계; 상기 환자의 정신질환 진단을 위한 의사결정 구조를 생성하는 단계; 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 중요도를 상기 의사결정 구조에 대입하여 상기 환자의 정신질환을 진단하는 단계; 및 상기 진단 결과 및 상기 진단에 대한 근거를 설명하기 위한 설명정보인 상기 의사결정 구조를 시각화하여 제공하는 단계;를 포함하며, 상기 기계학습 모델은 정신질환 진단을 위해 연령별 뇌파 및 상기 연령별 뇌파에 포함된 채널별 뇌파 특성을 학습 데이터로 이용할 수 있다. A method of diagnosing a mental disease through an explainable artificial intelligence of the present invention for solving the above-described problem, the method comprising: receiving a patient's brain waves; pre-processing the measured EEG through noise removal and epoching; extracting at least one first EEG characteristic from the preprocessed EEG; Using a machine learning model learned for diagnosing mental illness, at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing the patient's mental illness among the at least one first EEG characteristic and the importance of each of the at least one second EEG characteristic determining; generating a decision-making structure for diagnosing the patient's mental illness; diagnosing the mental disorder of the patient by substituting the at least one second EEG characteristic and the importance into the decision-making structure; and visualizing and providing the decision-making structure as explanatory information for explaining the diagnosis result and the basis for the diagnosis, wherein the machine learning model is included in the age-specific EEG and the age-specific EEG for diagnosing mental disorders The EEG characteristics of each channel can be used as learning data.

본 발명에 개시된 실시예들에 따르면, 설명 가능한 인공지능 시스템이 정신질환의 진단에 이르는 의사결정 과정을 사용자에게 설명 가능하기 때문에, 의료 현장에서 이용될 수 있다.According to the embodiments disclosed in the present invention, the explainable artificial intelligence system can be used in the medical field because it is possible to explain the decision-making process leading to the diagnosis of mental illness to the user.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습데이터를 수집하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 이용하여 정신질환을 진단하는 것을 설명하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 이용하여 정신질환을 진단하는 것을 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템에서 제공하는 의사결정 구조에 대한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 이용하여 정신질환을 진단하는 것을 설명하는 흐름도이다.
1 is a schematic diagram for collecting learning data according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating an XAI system according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating diagnosing a mental disorder using the XAI system according to an embodiment of the present invention.
4A to 4E are schematic diagrams illustrating diagnosing mental disorders using the XAI system according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram of a decision-making structure provided by the XAI system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating diagnosing a mental disorder using the XAI system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of 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 the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully understand the scope of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

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 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제 1", "제 2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components. Like reference numerals refer to like elements throughout, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited elements. Although "first", "second", etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.

"예시적인"이라는 단어는 본 명세서에서 "예시 또는 예증으로서 사용된"의 의미로 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인"것으로 설명된 임의의 실시예는 반드시 바람직한 것으로서 해석되거나 다른 실시예들보다 이점을 갖는 것으로 해석되어서는 안된다.The word "exemplary" is used herein in the sense of "used as an illustration or illustration." Any embodiment described herein as “exemplary” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments.

또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 엘리먼트를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 엘리먼트들, 객체지향 소프트웨어 엘리먼트들, 클래스 엘리먼트들 및 태스크 엘리먼트들과 같은 엘리먼트들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 엘리먼트들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 엘리먼트들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 엘리먼트들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Also, as used herein, the term “unit” refers to a hardware element such as software, FPGA, or ASIC, and “unit” performs certain roles. However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to refresh one or more processors. Thus, by way of example, “part” refers to elements such as software elements, object-oriented software elements, class elements and task elements, and processes, functions, properties, procedures, subroutines, and programs. It includes segments of code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within elements and “parts” may be combined into a smaller number of elements and “parts” or further separated into additional elements and “parts”.

또한, 본 명세서에서 모든 “부”는 적어도 하나의 프로세서에 의해 제어될 수 있으며 본 개시의 “부”가 수행하는 동작을 적어도 하나의 프로세서가 수행할 수도 있다.Also, in this specification, all “units” may be controlled by at least one processor, and at least one processor may perform operations performed by the “units” of the present disclosure.

본 명세서의 실시예들은 기능 또는 기능을 수행하는 블록의 관점에서 설명될 수 있다. 본 개시의 ‘부’ 또는 ‘모듈’ 등으로 지칭될 수 있는 블록은 논리 게이트, 집적 회로, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 메모리, 수동 전자 부품, 능동 전자 부품, 광학 컴포넌트, 하드와이어드 회로(hardwired circuits) 등과 같은 아날로그 또는 디지털 회로에 의해 물리적으로 구현되고, 선택적으로 펌웨어 및 소프트웨어에 의해 구동될 수 있다. Embodiments of the present specification may be described in terms of a function or a block performing a function. Blocks, which may be referred to as 'parts' or 'modules', etc. in the present disclosure include logic gates, integrated circuits, microprocessors, microcontrollers, memories, passive electronic components, active electronic components, optical components, hardwired circuits, and the like. It may be physically implemented by analog or digital circuitry, such as, and optionally driven by firmware and software.

본 명세서의 실시예는 적어도 하나의 하드웨어 디바이스 상에서 실행되는 적어도 하나의 소프트웨어 프로그램을 사용하여 구현될 수 있고 엘리먼트를 제어하기 위해 네트워크 관리 기능을 수행할 수 있다.Embodiments of the present specification may be implemented using at least one software program running on at least one hardware device and may perform a network management function to control an element.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein will have the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습데이터를 수집하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram for collecting learning data according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 설명가능한 인공지능 시스템인 XAI(eXplainable AI, 이하 XAI 시스템) 시스템(100)은 환자의 정신질환을 진단하고, 진단 결과 및 진단 근거를 함께 제공할 수 있다. XAI 시스템(100)은 학습을 위한 학습데이터를 수집하기 위해 적어도 하나의 서버(110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n)와 통신할 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 서버(110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n)는 아마존 웹 서비스(AWS) 또는 MS Azure 등과 같은 클라우드서버를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 서버(110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n)는 뇌파 신호를 분석하여 앓고 있는 정신질환을 파악하기 위해 뇌파 신호를 계산하는 계산 서버를 포함할 수 있다. 따라서 XAI 시스템(100)은 상기 적어도 하나의 서버(110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n)로부터 각종 뇌파 신호의 분석 자료 및 특정 뇌파 신호와 대응되는 정신질환 등을 획득할 수 있다.The XAI (eXplainable AI, hereinafter XAI system) system 100, which is an explanatory artificial intelligence system of the present invention, can diagnose a patient's mental illness, and provide a diagnosis result and a diagnostic basis together. The XAI system 100 may communicate with at least one server 110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n in order to collect learning data for learning. In this case, the at least one server 110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n may include a cloud server such as Amazon Web Services (AWS) or MS Azure. In addition, the at least one server (110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n) may include a calculation server for calculating the EEG signal in order to analyze the EEG signal to determine the mental illness suffering. Accordingly, the XAI system 100 may obtain analysis data of various EEG signals and mental disorders corresponding to specific EEG signals from the at least one server 110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n.

XAI 시스템(100)은 네트워크(120)를 이용하여 적어도 하나의 서버(110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n)와 통신할 수 있으며, 네트워크(120)는 유선, 무선 통신 링크 또는 광파이버 케이블과 같은 접속부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크(120)는 인트라넷, 근거리 통신망(LAN)이나 광역 통신망(WAN)과 같은 여러 가지 각종 네트워크로도 구현될 수도 있다.The XAI system 100 may communicate with at least one server 110a, 110b, 110c, 110d, ... 110n using the network 120, and the network 120 may be a wired, wireless communication link or optical fiber cable. It may include a connection part (not shown) such as In addition, the network 120 may be implemented as a variety of different networks, such as an intranet, a local area network (LAN), or a wide area network (WAN).

본 발명의 XAI 시스템(100)은 딥러닝과 같은 정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여 의사결정 구조 및 뇌파를 통해 환자의 정신질환을 진단할 수 있다. The XAI system 100 of the present invention can diagnose a patient's mental illness through a decision-making structure and brain waves using a machine learning model learned for diagnosing mental disorders, such as deep learning.

딥러닝이란 사람의 신경세포(biological neuron)를 모사하여 기계가 학습하도록 하는 인공신경망(Artificial Neural Network) 기반의 기계 학습법을 지칭할 수 있다.Deep learning can refer to an artificial neural network-based machine learning method that simulates human biological neurons and allows machines to learn.

기계학습 모델의 일 예로서, 심층신경망(Deep Neural Network; DNN)은, 하나 이상의 컴퓨터 내에 하나 이상의 레이어(Layer)를 구축하여 복수의 데이터를 바탕으로 판단을 수행하는 시스템 또는 네트워크를 포함할 수 있다. As an example of a machine learning model, a deep neural network (DNN) may include a system or network that builds one or more layers in one or more computers and performs a judgment based on a plurality of data. .

상기 심층신경망은 컨볼루션 풀링 층(Convolutional Pooling Layer), 로컬 접속 층(a locally-connected layer) 및 완전 연결 층(fully-connected layer)을 포함하는 층들의 세트로 구현될 수 있다. The deep neural network may be implemented as a set of layers including a convolutional pooling layer, a locally-connected layer, and a fully-connected layer.

상기 컨볼루션 풀링 층 또는 로컬 접속 층은 뇌파의 특징들을 추출하도록 구성될 수 있다. 상기 완전 연결 층은 뇌파 특징 간의 상관 관계를 결정할 수도 있다. The convolutional pooling layer or local connection layer may be configured to extract features of brain waves. The fully connected layer may determine correlations between brain wave features.

다른 예로, 본 발명의 심층신경망의 전체적인 구조는 컨볼루션 풀링 층에 로컬 접속 층이 이어지고, 로컬 접속 층에 완전 연결 층이 이러지는 형태로 이루어질 수 있다. 심층신경망은 다양한 판단기준(즉, 파라미터(Parameter))를 포함할 수 있고, 입력되는 뇌파 분석을 통해 새로운 판단기준(즉, 파라미터)를 추가할 수 있다.As another example, the overall structure of the deep neural network of the present invention may be formed in a form in which a local access layer is connected to a convolutional pooling layer, and a fully connected layer is formed in the local access layer. The deep neural network may include various judgment criteria (ie, parameters), and may add new judgment criteria (ie, parameters) through input EEG analysis.

본 발명의 실시예들에 따른 심층신경망은, 뇌파분석에 적합한 콘볼루셔널 신경망이라고 부르는 구조로서, 주어진 영상 데이터들로부터 가장 분별력(Discriminative Power)이 큰 특징을 스스로 학습하는 특징 추출층(Feature Extraction Layer)과 추출된 특징을 기반으로 가장 높은 예측 성능을 내도록 예측 모델을 학습하는 예측층(Prediction Layer)이 통합된 구조로 구성될 수도 있다. The deep neural network according to embodiments of the present invention is a structure called a convolutional neural network suitable for EEG analysis, and a feature extraction layer that learns by itself the feature with the greatest discriminative power from the given image data. ) and a prediction layer that learns a predictive model to obtain the highest predictive performance based on the extracted features may have an integrated structure.

상기 특징 추출층은 복수의 필터를 적용하여 특징 지도(Feature Map)를 만들어 내는 콘볼루션 층(Convolution Layer)과 특징 지도를 공간적으로 통합함으로써 위치나 회전의 변화에 불변하는 특징을 추출할 수 있도록 하는 통합층(Pooling Layer)을 번갈아 수 차례 반복하는 구조로 형성될 수 있다. 이를 통해, 점, 선, 면 등의 낮은 수준의 특징에서부터 복잡하고 의미 있는 높은 수준의 특징까지 다양한 수준의 특징을 추출해낼 수 있다. The feature extraction layer spatially integrates a convolution layer, which creates a feature map by applying a plurality of filters, and a feature map to extract features that are invariant to changes in position or rotation. It may be formed in a structure in which the pooling layer is alternately repeated several times. Through this, various level features can be extracted from low-level features such as points, lines, and planes to complex and meaningful high-level features.

상기 콘볼루션 층은 입력의 각 패치에 대하여 필터와 국지 수용장(Local Receptive Field)의 내적에 비선형 활성 함수(Activation Function)을 취함으로 서 특징지도(Feature Map)을 구하게 되는데, 다른 네트워크 구조와 비교하여, CNN은 희소한 연결성 (Sparse Connectivity)과 공유된 가중치(Shared Weights)를 가진 필터를 사용하는 특징이 있다. 이러한 연결구조는 학습할 모수의 개수를 줄여주고, 역전파 알고리즘을 통한 학습을 효율적으로 만들어 결과적으로 예측 성능을 향상시킨다. The convolutional layer obtains a feature map by taking a nonlinear activation function on the dot product of the filter and the local receptive field for each patch of input, and compares it with other network structures. Therefore, CNNs are characterized by using filters with sparse connectivity and shared weights. Such a connection structure reduces the number of parameters to be learned, makes learning through the backpropagation algorithm efficient, and consequently improves prediction performance.

콘볼루션 층과 통합 층의 반복을 통해 최종적으로 추출된 특징은 다중 신경망(MLP: Multi-layer Perception)이나 서포트 벡터 머신(SVM: Support Vector Machine)과 같은 분류 모델이 완전 연결 층(Fully-connected Layer)의 형태로 결합되어 분류 모델 학습 및 예측에 사용될 수 있다.The features finally extracted through iteration of the convolutional layer and the integration layer are fully connected layer (Fully-connected Layer) by classification models such as multi-layer perception (MLP) or support vector machine (SVM). ) and can be used for classification model training and prediction.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기계학습을 위한 학습 데이터는 U-Net-dhSgement 모델에 기초하여 생성될 수 있다. 여기서, U-Net-dhSgement 모델은 종단 간(end-to-end)의 완전 연결 컨벌루션 네트워크 (Fully Convolutional Networks. FCN)를 기초로, 확장(expansive) 경로를 수축(contracting) 경로와 대칭(symmetric)으로 설정하여 각 레벨에 대한 스킵(skip) 연결이 있는 U 자형 아키텍처를 생성한 모델일 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, training data for machine learning may be generated based on the U-Net-dhSgement model. Here, the U-Net-dhSgement model is based on an end-to-end fully connected convolutional network (FCN), and contracts an expansive path and a symmetric path. It could be a model that created a U-shaped architecture with a skip connection for each level by setting it to .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기계학습 모델은 연령별 뇌파, 상기 뇌파의 분석 자료 및 뇌파의 특성과 대응되는 정신질환 중 적어도 하나를 포함하는 학습데이터를 이용하여 정신질환 진단을 위해 학습할 수 있다. 기계학습 모델은 연령별 뇌파, 전처리된 연령별 뇌파에 포함된 뇌파 특성 및 상기 뇌파 특성 중 채널별 뇌파 특성과 대응되는 정신질환을 학습데이터로 이용할 수 있다. 구체적으로, 기계학습 모델은 후술할 의사결정 구조에 상기 채널별 뇌파 특성이 대입됨으로써 최종적으로 진단결과로 도출되는 환자의 정신질환을 학습데이터로 이용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the machine learning model can learn for diagnosing mental disorders using learning data including at least one of age-specific brain waves, analysis data of the brain waves, and mental disorders corresponding to the characteristics of the brain waves. . The machine learning model may use, as learning data, EEG characteristics for each age, EEG characteristics included in the preprocessed EEG for each age group, and mental disorders corresponding to EEG characteristics for each channel among the EEG characteristics. Specifically, the machine learning model may use, as learning data, the mental illness of a patient finally derived as a diagnosis result by substituting the EEG characteristics for each channel into a decision-making structure to be described later.

또한, 기계학습 모델을 정신질환 진단에 대한 의료진의 피드백 정보를 학습데이터로 이용할 수 있다. XAI 시스템(100)이 진단 결과 및 진단 근거인 의사결정 구조를 시각정보로 제공하는 경우, 의료진은 본인의 판단에 따라 해당 정보를 신뢰할지 여부를 결정할 수 있다. XAI 시스템(100)의 진단 결과 또는 의사결정 구조가 잘못되었다고 판단한 경우, 의료진은 잘못된 부분을 수정하여 피드백 정보로써 XAI 시스템(100)에 제공할 수 있고, XAI 시스템(100)은 상기 의료진의 피드백 정보를 학습데이터로 이용할 수 있다.In addition, the machine learning model can use the feedback information of medical staff on the diagnosis of mental illness as learning data. When the XAI system 100 provides the diagnosis result and the decision-making structure that is the basis for diagnosis as visual information, the medical staff may decide whether to trust the information according to their own judgment. When it is determined that the diagnosis result or decision-making structure of the XAI system 100 is incorrect, the medical staff may correct the wrong part and provide it to the XAI system 100 as feedback information, and the XAI system 100 provides feedback information of the medical staff can be used as training data.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템(200)을 나타낸 블록도이다. 도 2의 XAI 시스템(200)은 도 1의 XAI 시스템(100)과 대응될 수 있다.2 is a block diagram illustrating an XAI system 200 according to an embodiment of the present invention. The XAI system 200 of FIG. 2 may correspond to the XAI system 100 of FIG. 1 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, XAI 시스템(200)은 통신부(210), 메모리(220) 및 프로세서(230)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 XAI 시스템(200)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 XAI 시스템(200)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 구성요소들 중 통신부(210)는, 외부 장치(미도시) 또는 외부 서버와 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the XAI system 200 may include a communication unit 210 , a memory 220 , and a processor 230 . The components shown in FIG. 2 are not essential for implementing the XAI system 200, so the XAI system 200 described herein may have more or fewer components than those listed above. have. For example, among the components, the communication unit 210 may include one or more modules that enable wireless communication with an external device (not shown) or an external server.

뇌파는 뇌세포 집단의 미세한 전기활동을 두피에 전극을 부착하여 유도하고 이를 뇌파계에 의하여 증폭시켜 전위를 종축으로, 시간을 횡축으로 해서 기록한 것을 지칭한다. 다시 말해, 뇌파 측정은 대뇌피질에서 발생하는 전기적 활동을 측정하는 것으로, 뇌파는 뇌의 활동, 측정 시의 상태 및 뇌 기능에 따라 시공간적으로 변화하며, 주로 0~50Hz의 주파수와 10~200uV의 진폭을 가질 수 있다. 또한, 뇌파는 주파수 범위에 따라 델타파(δ파, Delta wave), 세타파(θ파, Theta wave), 알파파(α파, Alpha wave), 베타파(β파, Beta wave) 등으로 분류되고 주파수 별로 각 뇌파의 특성이 존재할 수 있다. EEG refers to recording the microscopic electrical activity of a group of brain cells by attaching electrodes to the scalp, amplifying them by the EEG system, and recording potential on the vertical axis and time on the horizontal axis. In other words, EEG measurement is to measure electrical activity occurring in the cerebral cortex. EEG changes spatio-temporally according to brain activity, state at the time of measurement, and brain function. can have In addition, brain waves are classified into delta waves (δ waves, Delta waves), theta waves (θ waves, Theta waves), alpha waves (α waves, Alpha waves), beta waves (β waves, Beta waves) according to the frequency range. Characteristics of each EEG may exist for each frequency.

본 발명의 일 실시예에 따르면, EEG(Electroencephalogram)는 뇌전도를 의미하며, 사람 또는 동물의 대뇌에 일어나는 전위변동, 또는 그것에 의하여 일어나는 뇌전류(brain current)를 두피(頭皮) 상에서 유도하여 기록한 전기 기록 신호를 의미한다. MEG (Magnetoencephalogram)는 뇌자도를 의미하며, SQUID 센서 등으로 뇌신경세포의 전기적 활동에서 발생하는 미세한 생체 자기를 측정하여 기록한 신호를 의미한다. ECoG (Electrocorticogram)는 피질전도를 의미하며, 대뇌에 일어나는 전위변동, 또는 그것에 의하여 일어나는 뇌전류(brain current)를 대뇌 피질(Cerebral Cortex)의 표면으로부터 전극을 심어 직접 측정하여 기록한 전기기록 신호를 의미한다. NIRS (Near-infrared spectroscopy)는 근적외선 분광기를 의미하며, 본 발명에 쓰일 수 있는 NIRS 뇌파 신호는 낮은 수준의 광파를 뇌에 비쳐 반사되어 나오는 차이를 측정하여 기록하는 신호를 의미한다. 본 명세서에서는 EEG, MEG, ECoG 등의 뇌파 신호를 예로 들었지만, 뇌파 신호는 상기 특정 종류의 뇌파 신호에 한정되지 않고 인간의 뇌로부터 발생하여 인간의 두부(頭部, 머리)에서 측정 가능한 모든 신호들을 지칭할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, EEG (Electroencephalogram) refers to electroencephalography, and electrical recording signals recorded by inducing electric potential fluctuations occurring in the brain of humans or animals, or brain currents caused by them, on the scalp. means MEG (Magnetoencephalogram) means an EEG, and it means a signal recorded by measuring the microscopic biomagnetism generated from the electrical activity of brain nerve cells with a SQUID sensor or the like. ECoG (Electrocorticogram) means cortical conduction, and it means an electrical recording signal recorded by directly measuring potential fluctuations occurring in the cerebrum or brain current caused by it by implanting electrodes from the surface of the cerebral cortex. NIRS (Near-infrared spectroscopy) refers to a near-infrared spectrometer, and the NIRS EEG signal that can be used in the present invention refers to a signal that measures and records a difference between a low-level light wave reflected by the brain. In the present specification, EEG, MEG, ECoG, etc. are exemplified, but the EEG signal is not limited to the specific type of EEG signal, and all signals that can be measured in the human head are generated from the human brain. can be referred to

본 발명의 일 실시예에 따르면, 환자의 뇌파는 Emotiv, OpenBci 또는 NeuroSky 등과 같은 휴대용 뇌파 측정장비를 사용하여 측정될 수 있다. 이 경우, 환자는 본인이 소유한 휴대용 뇌파 측정장비를 사용하여 뇌파를 측정한 후 뇌파를 병원으로 전송하거나, 병원으로부터 뇌파 측정장비를 제공받아 자신의 뇌파를 측정한 후 병원으로 전송할 수도 있다. 이를 통해, 환자는 비대면으로 병원에 가지 않고서 본인이 원하는 시간 또는 장소에서 앓고 있는 정신질환을 진단받기 위해 자신의 뇌파를 측정할 수 있다. 측정된 뇌파는 XAI 시스템(200)의 통신부(210)를 통해 수신될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the patient's EEG may be measured using a portable EEG measuring device such as Emotiv, OpenBci, or NeuroSky. In this case, the patient may measure the EEG using a portable EEG measurement device owned by the patient and then transmit the EEG to the hospital, or may receive EEG measurement equipment from the hospital to measure his/her EEG and then transmit it to the hospital. Through this, the patient can measure his or her EEG in order to be diagnosed with a mental illness at a desired time or place without going to the hospital in a non-face-to-face manner. The measured EEG may be received through the communication unit 210 of the XAI system 200 .

또한, 환자가 병원에 직접 내원한 경우라면, 환자의 뇌파 신호는 64개의 전극이 장착된 Biosemi(등록 상표)에 의해 제조된 헤드캡에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어 병원에서 의료진은 Electrical Geodesics Inc. (EGI) (등록 상표)에 의해 판매되는 GeodesicTM 뇌파측정 장치(미도시), 또는 통상 16 내지 256개의 전극 사이에서 계산하는 Compumedics NeuroScan(등록 상표)에 의해 판매되는 것들과 같은 다른 유형의 뇌파측정 장치(미도시)를 사용하여 환자의 뇌파를 측정될 수 있다. 환자가 직접 병원에 내원한 경우라면, XAI 시스템(200)은 병원에서 측정된 환자의 뇌파를 통신부(210)를 통해 수신할 수 있다.In addition, if the patient visits the hospital directly, the patient's EEG signal can be measured by a head cap manufactured by Biosemi (registered trademark) equipped with 64 electrodes. For example, in a hospital, medical staff may use Electrical Geodesics Inc. Geodesic™ electroencephalography (not shown) sold by (EGI) (registered trademark), or other types of electroencephalography devices, such as those sold by Compumedics NeuroScan (registered trademark), which usually calculates between 16 to 256 electrodes (not shown) may be used to measure the patient's brain waves. If the patient visits the hospital directly, the XAI system 200 may receive the EEG of the patient measured in the hospital through the communication unit 210 .

본 발명의 통신부(210)는 다양한 유형의 통신방식에 따라 다양한 유형의 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(210)는 와이파이칩, 블루투스 칩, 무선 통신 칩, NFC 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The communication unit 210 of the present invention may communicate with various types of external devices according to various types of communication methods. The communication unit 210 may include at least one of a Wi-Fi chip, a Bluetooth chip, a wireless communication chip, and an NFC chip.

본 명세서의 이동통신 기술에 따르면 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 외부 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. According to the mobile communication technology of the present specification, technical standards or communication methods (eg, Global System for Mobile communication (GSM), Code Division Multi Access (CDMA), Code Division Multi Access 2000 (CDMA2000), Enhanced EV-DO (EV-DO) Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), Wideband CDMA (WCDMA), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), Long Term Evolution (LTE), Long Term Evolution (LTE-A) -Advanced), etc.), transmits/receives radio signals to and from at least one of a base station, an external terminal, and an external server on a mobile communication network.

또한, 본 명세서의 무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있다.In addition, as the wireless Internet technology of the present specification, for example, WLAN (Wireless LAN), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi (Wireless Fidelity) Direct, DLNA (Digital Living Network Alliance), WiBro (Wireless Broadband) ), WiMAX (World Interoperability for Microwave Access), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), LTE (Long Term Evolution), LTE-A (Long Term Evolution-Advanced), and the like.

또한, 본 명세서의 근거리 통신 기술은, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원하는 기술을 포함할 수 있다.In addition, the short-range communication technology of the present specification, Bluetooth (Bluetooth™), RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (Infrared Data Association; IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC (Near Field Communication), Wi- A technology supporting short-range communication by using at least one of Wireless-Fidelity (Fi), Wi-Fi Direct, and Wireless Universal Serial Bus (USB) technology may be included.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 메모리(220)는 XAI 시스템(200)의 다양한 기능을 지원하는 로컬 저장 매체이다. 메모리(220)는 통신부(210)가 수신한 뇌파 신호를 포함하여 뇌파 신호의 분석 자료, 특정 뇌파 신호와 대응되는 정신질환의 종류 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(220)는 XAI 시스템(200)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), XAI 시스템(200)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 응용 프로그램은, 메모리(220)에 저장되고, XAI 시스템(200) 상에 설치되어, 프로세서(230)에 의하여 상기 XAI 시스템(200)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the memory 220 is a local storage medium supporting various functions of the XAI system 200 . The memory 220 may store analysis data of the EEG signal including the EEG signal received by the communication unit 210 , the type of mental illness corresponding to the specific EEG signal, and the like. In addition, the memory 220 may store a plurality of application programs (application programs or applications) driven in the XAI system 200 , data for the operation of the XAI system 200 , and instructions. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. The application program may be stored in the memory 220 , installed on the XAI system 200 , and driven to perform an operation (or function) of the XAI system 200 by the processor 230 .

또한, 본 발명의 메모리(220)는 XAI 시스템(200)에 공급되는 전원이 차단되더라도 데이터들이 남아있어야 하며, 변동사항을 반영할 수 있도록 쓰기 가능한 비휘발성 메모리(Writable Rom)로 구비될 수 있다. 즉, 메모리(220)는 플래쉬메모리(Flash Memory) 또는 EPROM 또는 EEPROM 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 본 발명에서 설명의 편의를 위해 하나의 메모리(220)에 모든 인스트럭션 정보가 저장되는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, XAI 시스템(200)는 복수의 메모리를 구비할 수 있다.In addition, the memory 220 of the present invention should retain data even when the power supplied to the XAI system 200 is cut off, and may be provided as a writable non-volatile memory (Writable Rom) to reflect changes. That is, the memory 220 may be provided with either a flash memory, an EPROM, or an EEPROM. In the present invention, it is described that all instruction information is stored in one memory 220 for convenience of description, but the present invention is not limited thereto, and the XAI system 200 may include a plurality of memories.

프로세서(230)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 XAI 시스템(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(230)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(220)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.The processor 230 generally controls the overall operation of the XAI system 200 in addition to the operation related to the application program. The processor 230 may provide or process appropriate information or functions to the user by processing signals, data, information, etc. input or output through the above-described components or by driving an application program stored in the memory 220 .

또한, 프로세서(230)는 메모리(220)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 2의 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(230)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, XAI 시스템(200)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.In addition, the processor 230 may control at least some of the components of FIG. 2 in order to drive an application program stored in the memory 220 . Furthermore, the processor 230 may operate by combining at least two or more of the components included in the XAI system 200 to drive the application program.

이하, 도 2 내지 도 6을 참고하여 XAI 시스템(200)의 프로세서(230)에 대한 동작을 설명하도록 한다.Hereinafter, an operation of the processor 230 of the XAI system 200 will be described with reference to FIGS. 2 to 6 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신부(210)를 통해 환자의 뇌파가 수신되면, 프로세서(230)는 전처리를 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when a patient's brain wave is received through the communication unit 210 , the processor 230 may perform pre-processing.

일반적으로 뇌파 측정시 심장 박동이나 몸의 움직임들로 인하여 노이즈가 생기는 구간이 발생할 수 있다. 따라서, 프로세서(230)는 뇌파 분석을 통한 정신질환 진단을 위해 불필요한 고주파 성분과 저주파 성분을 제거하고 움직임으로 인한 아티팩트(Aitufact)를 제거하는 전처리 과정을 수행할 수 있다.In general, when measuring EEG, noise may occur due to heartbeat or body movements. Accordingly, the processor 230 may perform a preprocessing process of removing unnecessary high-frequency components and low-frequency components for diagnosing mental disorders through brain wave analysis and removing artifacts due to movement.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 노이즈 제거 또는 필터링을 통해 수신된 뇌파의 전처리를 수행할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(230)는 노이즈 제거를 위해 근전도(EMG: Electromyography) 또는 안전도(EOG; Electrooculogram) 노이즈를 제거를 위한 독립성분분석법(Independent Component Analysis) 또는 주성분분석법(Principle Component Anaysis) 등을 이용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the processor 230 may pre-process the received EEG through noise removal or filtering. Specifically, the processor 230 may use an Independent Component Analysis (Independent Component Analysis) or a Principal Component Analysis (Principle Component Analysis) method for removing EMG (Electromyography) or EOG (electrooculogram) noise to remove noise. can

또한, 프로세서(230)는 노이즈를 제거 위해 저역 통과 필터(Low-Pass Filter), 고역 통과 필터 (High-Pass Filter), 대역통과 필터 (Band-Pass Filter), 노치 필터 (Notch Filter) 중 어느 하나를 이용하여 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 전송 경로(유, 무선 채널)에 따른 일반적인 노이즈(Noise Signal) 이외에도, EMG(Electromyogram, 근전도), EOG(Electrooculogram, 안전도) 등의 뇌파 신호 이외의 다른 생체 신호들도 관심 신호가 아니므로 프로세서(230)는 노이즈로 취급하여 필터링 등을 통해서 제거할 수 있다.In addition, the processor 230 may include any one of a low-pass filter, a high-pass filter, a band-pass filter, and a notch filter to remove noise. can be used to remove noise. For example, in addition to general noise signals along the general transmission path (wired and wireless channels), other biosignals other than EEG signals such as EMG (Electromyogram) and EOG (Electrooculogram, safety level) are also signals of interest. Since it is not, the processor 230 may treat it as noise and remove it through filtering or the like.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에포킹(Epoching) 처리는 노이즈가 제거된 뇌파 데이터를 신호 처리할 수 있도록 특정 구간으로 자르는 것을 지칭하며, 에포킹은 수십 밀리초(milisecond)에서 초(second)단위로 사용될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, epoching refers to cutting noise-removed EEG data into a specific section for signal processing, and epoching is performed from tens of milliseconds to seconds ( second) can be used.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 전처리된 뇌파에서 적어도 하나의 뇌파 특성을 추출할 수 있다. 이 경우, 프로세서(230)는 스펙트럼 밀도 분석을 통해 주파수별로 파워를 추출할 수 있으며, 선형 또는 비선형, 복잡계 네트워크 분석 등을 이용하여 정량적인 뇌파 특성을 추출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the processor 230 may extract at least one EEG characteristic from the preprocessed EEG. In this case, the processor 230 may extract power for each frequency through spectral density analysis, and may extract quantitative EEG characteristics using linear, nonlinear, or complex network analysis.

구체적으로, 프로세서(230)는 Fourier Transform, Partial Directed Coherence(PDC), Direct Transfer Function(DTF), Independent Component Analysis(ICA), Principle Component Analysis(PCA) 또는 Common Spatial Pattern(CSP) 등의 기술을 이용하여 뇌파 특성을 추출할 수 있다. 또한, 상기 뇌파 특성은 사건 관련 전위(ERP: event related potential), 정상 상태 시각 유발 전위(SSVEP: steady state visually evoked potential), 사건 관련 동기화(ERS: event related synchronization), 사건 관련 탈동기화(ERD: event related desynchronization), 디폴트 모드 네트워크(DMN: default mode network) 또는 이들의 조합으로부터 획득될 수 있다.Specifically, the processor 230 uses a technique such as Fourier Transform, Partial Directed Coherence (PDC), Direct Transfer Function (DTF), Independent Component Analysis (ICA), Principle Component Analysis (PCA), or Common Spatial Pattern (CSP). In this way, EEG characteristics can be extracted. In addition, the EEG characteristics include event related potential (ERP), steady state visually evoked potential (SSVEP), event related synchronization (ERS), and event related desynchronization (ERD: event related desynchronization), a default mode network (DMN), or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)를 통해 추출된 제1 뇌파는 환자의 주파수별 뇌파(예컨대, γ파, α파, β파, δ파, θ파 등) 파워, 주파수 및 채널간 연결도(Connectivity) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 채널은 환자의 뇌파가 측정된 두피의 복수의 지점을 포함할 수 있다. 또한, 채널간 연결도는 뇌파 신호들 사이의 위상동기화 지수(Phase Locking Vaule, PLV), 상관 지수(correlation coefficient), 간섭 지수(coherence coefficient), 그레인저 인과율(Granger's Causality Index), PDC(Partial Directed Coherence), DTF(Directed Transfer Function), 상호 정보량(Mutual Information), 전송 엔트로피(Transfer Entropy) 및 동기 유사도(Synchronization Likelihood) 등을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first EEG extracted through the processor 230 is EEG (eg, γ wave, α wave, β wave, δ wave, θ wave, etc.) power, frequency and channel for each frequency of the patient. It may include interconnectivity and the like. Here, the channel may include a plurality of points on the scalp where the EEG of the patient is measured. In addition, the inter-channel connection diagram is a phase locking value (PLV) between brainwave signals, a correlation coefficient, an interference coefficient, a Granger's Causality Index, and a Partial Directed Coherence (PDC). ), Directed Transfer Function (DTF), mutual information, transfer entropy, and synchronization similarity.

적어도 하나의 제1 뇌파 특성이 추출되면, 프로세서(230)는 정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여, 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 통해 정신질환을 진단할 수 있다. When the at least one first EEG characteristic is extracted, the processor 230 uses the machine learning model learned for diagnosing a mental disorder, at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing a patient's mental disorder and the at least one 2 Mental disorders can be diagnosed through the importance of each EEG characteristic.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 상기 진단 결과와 진단에 대한 근거를 설명하기 위한 설명정보로서 상기 의사결정 구조를 생성하고 생성된 의사결정 구조를 시각화하여 의료진에게 시각 정보를 제공할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the processor 230 generates the decision-making structure as explanatory information for explaining the diagnosis result and the basis for the diagnosis, and visualizes the generated decision-making structure to provide visual information to the medical staff. can provide

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 이용하여 정신질환을 진단하는 것을 설명하는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating diagnosing a mental disorder using the XAI system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 환자의 뇌파는 전처리 및 특성 추출 과정을 통해 F1 내지 Fn의 제1 뇌파가 추출될 수 있다 [S310]. First, from the patient's brainwave, the first brainwaves of F1 to Fn may be extracted through preprocessing and feature extraction [S310].

다음으로, 제1 뇌파 신호를 입력으로 하여 XAI 시스템(200)은 설명가능한 XAI 프로세스 과정을 통해 환자의 정신 질환을 진단할 수 있다 [S320]. 여기서, 설명가능한 XAI 프로세스 과정은 본 명세서의 기계학습 모델을 이용하여 정신질환을 진단하는 일련의 처리 과정을 지칭할 수 있다.Next, by inputting the first EEG signal as an input, the XAI system 200 can diagnose the patient's mental illness through the explanatory XAI process process [S320]. Here, the explainable XAI process process may refer to a series of processes for diagnosing mental disorders using the machine learning model of the present specification.

환자의 정신 질환 진단이 완료되면, XAI 시스템(200)은 진단 결과, 정신질환 진단과 관련된 뇌파 신호 및 상기 진단과 관련된 뇌파 신호에 대한 중요도 정보를 시각화하여 의료진에게 제공할 수 있다 [S330].When the diagnosis of the patient's mental illness is completed, the XAI system 200 may visualize the diagnosis result, the EEG signal related to the diagnosis of mental illness, and the importance information on the EEG signal related to the diagnosis and provide it to the medical staff [S330].

이하, 도 4a 내지 도 4e를 참조하여, 정신질환을 진단 과정을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a process for diagnosing a mental disorder will be described in more detail with reference to FIGS. 4A to 4E .

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 이용하여 정신질환을 진단하는 것을 설명하는 개략도이고, 도 5는 XAI 시스템에서 제공하는 의사결정 구조에 대한 예시도이다.4A to 4E are schematic diagrams illustrating diagnosing mental disorders using the XAI system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exemplary diagram of a decision-making structure provided by the XAI system.

우선, 도 4a를 참조하면, 뇌파 측정장비를 통해 환자의 뇌파가 측정될 수 있다 [S410]. First, referring to FIG. 4A , the patient's EEG may be measured using the EEG measuring device [S410].

환자의 뇌파는 Emotiv, OpenBci, NeuroSky 또는 GeodesicTM 등과 같은 뇌파 측정장비에 의해 측정되어 네트워크를 통해 XAI 시스템(200)의 통신부(210)로 수신될 수 있다.The patient's brain wave may be measured by an electroencephalogram measuring device such as Emotiv, OpenBci, NeuroSky, or GeodesicTM and received by the communication unit 210 of the XAI system 200 through a network.

도 4b를 참조하면, 수신된 뇌파(410)는 노이즈 제거 및 에포킹 처리를 통해 전처리될 수 있다 [S420].Referring to FIG. 4B , the received EEG 410 may be pre-processed through noise removal and epoch processing [S420].

구체적으로, 수신된 뇌파(410)는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 노치 필터 중 적어도 하나를 이용하여 노이즈를 제거하는 뇌파 신호 전처리기(420)에 의해 노이즈 제거 및 에포킹 처리를 통해 전처리될 수 있다. 이 경우, XAI 시스템(200)이 뇌파 신호 전처리기(420)를 포함하는 경우, 프로세서(230)는 뇌파 신호 전처리기(420)를 제어하여 전처리를 수행할 수 있다. 또는, 뇌파 신호 전처리기(420)가 XAI 시스템(200)의 외부 장치인 경우, XAI 시스템(200)은 뇌파 신호 전처리기(420)를 통해 전처리된 뇌파(430)를 통신부(210)를 통해 수신할 수 있다.Specifically, the received EEG 410 is subjected to noise removal and epoch processing by the EEG signal preprocessor 420 that removes noise using at least one of a low-pass filter, a high-pass filter, a band-pass filter, and a notch filter. can be pre-treated. In this case, when the XAI system 200 includes the EEG signal preprocessor 420 , the processor 230 may control the EEG signal preprocessor 420 to perform preprocessing. Alternatively, when the EEG signal preprocessor 420 is an external device of the XAI system 200 , the XAI system 200 receives the EEG 430 preprocessed through the EEG signal preprocessor 420 through the communication unit 210 . can do.

전처리가 완료되면, 프로세서(230)는 전처리된 뇌파(430)에서 적어도 하나의 제1 뇌파 특성을 추출할 수 있다[S430].When the preprocessing is completed, the processor 230 may extract at least one first EEG characteristic from the preprocessed EEG 430 [S430].

구체적으로, 프로세서(230)는 스펙트럼 밀도 분석을 통해 주파수별로 파워를 추출할 수 있으며, 선형 또는 비선형, 복잡계 네트워크 분석 등을 이용하여 정량적인 뇌파 특성을 추출할 수 있다.Specifically, the processor 230 may extract power for each frequency through spectral density analysis, and may extract quantitative EEG characteristics using linear, nonlinear, or complex network analysis.

다음으로, 프로세서(230)는 추출된 적어도 하나의 제1 뇌파를 정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델에 입력하여 정신질환을 진단할 수 있다 [S440]. Next, the processor 230 may diagnose a mental illness by inputting the extracted at least one first EEG into the machine learning model learned for diagnosing mental illness [S440].

이 경우, 상기 기계학습 모델에는 환자의 연령, 자가응답식 설문지를 통해 파악된 환자의 정신상태 및 의료진에 의해 파악된 환자의 건강상태 정보 중적어도 하나가 추가로 입력될 수 있다.In this case, at least one of the patient's age, the patient's mental state identified through the self-response questionnaire, and the patient's health state information identified by the medical staff may be additionally input to the machine learning model.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the processor 230 is configured to provide at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing the patient's mental illness among at least one first EEG characteristic and the importance of each of the at least one second EEG characteristic. can be decided

여기서, 제2 뇌파 특성은 환자의 주파수별 뇌파(예컨대, γ파, α파, β파, δ파, θ파 등) 파워, 주파수 및 채널간 연결도(Connectivity) 등을 포함할 수 있다. Here, the second EEG characteristic may include the patient's frequency-specific EEG (eg, γ-wave, α-wave, β-wave, δ-wave, θ-wave, etc.) power, frequency, and connectivity between channels.

프로세서(230)는 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성을 결정하기 위해 오토 인코더 또는 변이형 오코인코더(Variational Autoencoder, VAE)를 통해 학습한 기계학습 모델을 이용할 수 있다. The processor 230 is a machine learned through an auto-encoder or a Variational Autoencoder (VAE) to determine at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing a patient's mental illness among at least one first EEG characteristic. Learning models are available.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 적어도 하나의 제2 뇌파 특성뿐만 아니라, 기계학습 모델을 이용하여 제2 뇌파 특성에 대한 각각에 대한 중요도를 함께 결정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the processor 230 may determine not only the at least one second EEG characteristic, but also the importance of each of the second EEG characteristics using a machine learning model.

제2 뇌파 특성 및 중요도가 결정되면 프로세서(230)는 의사결정 구조를 통해 환자의 정신질환을 진단할 수 있다 [S450].When the second EEG characteristic and importance are determined, the processor 230 may diagnose the patient's mental illness through the decision-making structure [S450].

본 발명에서, 의사결정 구조는 프로세서(230)가 환자의 정신질환을 진단하기 위해 순차적으로 고려, 비교 및 계산하는 일련의 과정일 수 있다. In the present invention, the decision-making structure may be a series of processes that the processor 230 sequentially considers, compares, and calculates to diagnose a patient's mental illness.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 의사결정 구조는 가장 하위 단계에서 중요도 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 기초하여 상기 환자의 정신 질환이 진단되는, 트리 구조일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the decision-making structure may be a tree structure in which the mental disorder of the patient is diagnosed based on the importance and the at least one second EEG characteristic in the lowest stage.

프로세서(230)는 환자의 정신질환 진단을 위한 의사결정 구조를 생성하고, 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 중요도를 의사결정 구조에 대입하여 환자의 정신질환을 진단할 수 있다.The processor 230 may generate a decision-making structure for diagnosing a patient's mental illness, and may diagnose the patient's mental illness by substituting at least one second EEG characteristic and importance into the decision-making structure.

도 5를 참조하면, 프로세서(230)는 진단 결과(530) 및 진단에 대한 근거를 설명하기 위한 설명정보인 상기 의사결정 구조(510)를 시각화하여 제공할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the processor 230 may visualize and provide a diagnosis result 530 and the decision-making structure 510 , which is explanatory information for explaining the basis for diagnosis.

도 5에 도시된 바와 같이, 프로세서(230)는 의사결정 구조(510)의 각 단계에서, 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 중 어느 하나를 임계값과 비교할 수 있다. 또한, 비교 결과에 따라, 다음의 제2 뇌파와 임계값의 비교 단계가 결정될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(230)는 의사결정 구조(510)의 가장 상위 단계에서 제2 뇌파 특성 중 하나인 XAI-F1을 제1 특정 임계값과 비교할 수 있다. 이 경우, 비교 결과에 따라 의사결정 구조(510)의 두번째 단계에서 제2 뇌파 특성 중 하나인 XAI-F2와 크기에서 비교 대상이 되는 제2 특정 임계값은 달라질 수 있다. As shown in FIG. 5 , the processor 230 may compare any one of at least one second EEG characteristic with a threshold value in each step of the decision-making structure 510 . In addition, according to the comparison result, the next step of comparing the second EEG and the threshold value may be determined. For example, the processor 230 may compare XAI-F1, which is one of the second EEG characteristics, with the first specific threshold in the uppermost stage of the decision-making structure 510 . In this case, according to the comparison result, XAI-F2, which is one of the second EEG characteristics in the second step of the decision-making structure 510, and the second specific threshold value to be compared in size may be different.

본 발명에서, 동일한 순번의 비교 단계에서 비교되는 제2 뇌파 특성은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 각각의 제2 뇌파 특성과 비교되는 입계값 역시 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 의사결정 구조(510)의 두번째 비교 단계에서 비교 대상인 제2 뇌파 특성은 XAI-F2로 동일하고 첫번째 비교 단계인 상위 단계의 비교 결과에 따라 XAI-F2와 비교되는 임계값은 달라질 수 있다. 또한, 의사결정 구조(510)의 세번째 비교 단계에서는 비교 대상인 제2 뇌파 특성은 XAI-F3 또는 XAI-F5로 상이하고, 임계값 또한 70 또는 50으로 상이할 수 있다.In the present invention, the second EEG characteristics compared in the comparison step of the same turn may be the same or different. In addition, the grain boundary values compared with the respective second EEG characteristics may be the same or different. For example, the second EEG characteristic to be compared in the second comparison step of the decision-making structure 510 is the same as XAI-F2, and the threshold value compared to XAI-F2 may vary depending on the comparison result of the upper step, which is the first comparison step. have. In addition, in the third comparison step of the decision-making structure 510 , the second EEG characteristic to be compared may be different from XAI-F3 or XAI-F5, and the threshold value may also be different from 70 or 50.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 의사결정 구조(510)의 가장 하위 단계에서 중요도 및 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 기초하여 환자의 정신 질환을 진단할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(230)는 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 제2 뇌파 특성 각각에 상기 결정된 중요도를 부여하고 기계학습 모델을 통해 환자의 정신질환을 진단할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the processor 230 may diagnose the mental illness of the patient based on the importance and at least one second EEG characteristic in the lowest stage of the decision-making structure 510 . Specifically, the processor 230 may assign the determined importance to at least one second EEG characteristic and each of the second EEG characteristic, and diagnose the patient's mental illness through the machine learning model.

프로세서(230)는 정신질환 진단을 완료하면, 진단 결과(530) 및 진단에 사용된 의사결정 구조(510)를 시각화하여 제공할 수 있다. 따라서, 의료진은 제공된 시각 정보로부터 의사결정 구조(510)에 포함되어 환자의 정신질환 진단에 사용된 적어도 하나의 제2 뇌파 특성, 비교값으로 사용된 임계치, 정상 여부 및 환자가 앓고 있는 정신질환을 알 수 있다. 또한, 프로세서(230)는 정신질환 진단시 가장 하위 단계에서 사용한 계산식에 대한 정보를 함께 제공할 수도 있다. 프로세서(230)는 상기 계산식을 통해 제2 뇌파 특성과 중요도를 계산함으로써 환자가 앓고 있는 정신질환을 진단할 수 있다.When the diagnosis of the mental disorder is completed, the processor 230 may visualize and provide the diagnosis result 530 and the decision-making structure 510 used for diagnosis. Accordingly, the medical staff is included in the decision-making structure 510 from the provided visual information to determine at least one second EEG characteristic used for diagnosing a patient's mental illness, a threshold used as a comparison value, whether it is normal, and the mental illness the patient is suffering from. Able to know. In addition, the processor 230 may also provide information on the calculation formula used in the lowest stage when diagnosing a mental illness. The processor 230 may diagnose the mental illness the patient suffers from by calculating the second EEG characteristic and importance through the above calculation formula.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단 결과(530)는 적어도 하나의 정신질환에 대한 정보일 수 있다. 대부분은 정신질환은 독립적이지 않으므로, 환자는 복수의 정신질환을 함께 앓고 있을 수 있다. 따라서, 프로세서(230)는 정신질환 진단 결과, 환자가 복수의 정신질환을 함께 앓고 있는 경우, 환자가 앓고 있는 적어도 하나의 정신질환에 대한 정보를 상대적인 크기값으로 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diagnosis result 530 may be information on at least one mental disorder. Most mental disorders are not independent, so patients may have multiple mental disorders. Accordingly, as a result of diagnosing a mental illness, when the patient suffers from a plurality of mental diseases, the processor 230 may provide information on at least one mental disease that the patient suffers as a relative value.

정신질환 진단을 완료하면, 진단 결과(530) 및 진단에 사용된 의사결정 구조(510)를 시각화하여 제공할 수 있다. 따라서, 의료진은 제공된 시각 정보를 통해, 환자가 앓고 있는 정신질환뿐만 아니라, XAI 시스템(200)의 진단 근거와 관련된 정보를 함께 확인함으로써 의료진은 XAI 시스템(200)에 대한 신뢰성을 가질 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템(200)은 정신질환의 진단에 이르는 의사결정 과정을 의료진에게 설명 가능하기 때문에, 진단 결과에 대한 사용자의 신뢰도를 높임으로써, 의료 현장에서 적극 이용될 수 있다.When the diagnosis of mental illness is completed, the diagnosis result 530 and the decision-making structure 510 used for diagnosis may be visualized and provided. Therefore, the medical staff can have credibility in the XAI system 200 by checking information related to the diagnosis basis of the XAI system 200 as well as the mental illness the patient is suffering from through the provided visual information. Therefore, since the XAI system 200 according to an embodiment of the present invention can explain the decision-making process leading to the diagnosis of mental illness to the medical staff, it can be actively used in the medical field by increasing the user's confidence in the diagnosis result. have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(230)는 의사결정 구조(510)를 이해하기 위한 설명정보(520)를 의사결정 구조(510)와 함께 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the processor 230 may provide descriptive information 520 for understanding the decision-making structure 510 together with the decision-making structure 510 .

여기서, 설명정보(520)는 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명 및 중요도를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명은 환자의 정신질환 진단을 위해 사용된 채널 명(channel name), 상기 채널 내의 뇌파 종류 및 뇌파 파워 및 채널 간의 연결도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the description information 520 may include a description and importance of at least one second EEG characteristic. The description of the at least one second EEG characteristic may include at least one of a channel name used for diagnosing a patient's mental illness, an EEG type in the channel, EEG power, and a connection diagram between channels.

예를 들어, 도 5를 참조하면 프로세서(230)는 설명정보(520)를 통해, 특정 환자의 정신질환을 진단함에 있어 사용된 제2 뇌파 특성 (XAI-F1, XAI-F2, ... , XAI-Fm), 상기 제2 뇌파 특성 각각과 대응되는 채널의 이름, 사용된 채널 내의 뇌파 종류 및 뇌파 파워 및/또는 채널 간의 연결도를 제2 뇌파 특성에 대한 각각의 중요도와 함께 제공할 수 있다. For example, referring to FIG. 5 , the processor 230 through the explanatory information 520, the second EEG characteristics (XAI-F1, XAI-F2, ..., XAI-Fm), the name of the channel corresponding to each of the second EEG characteristics, the type of EEG in the channel used, and the EEG power and/or the connection between channels may be provided along with their respective importance for the second EEG characteristic. .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 XAI 시스템을 이용하여 정신질환을 진단하는 것을 설명하는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating diagnosing a mental disorder using the XAI system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 정신질환 진단 방법의 각 단계들은 통신부(210), 메모리(220) 및 프로세서(230)를 포함하는 XAI 시스템(200)과 같은 다양한 형태의 전자 장치에 의해 수행될 수 있다. Each step of the method for diagnosing mental illness of the present invention may be performed by various types of electronic devices such as the XAI system 200 including the communication unit 210 , the memory 220 , and the processor 230 .

이하에서는 도 6을 참조하여 프로세서(230)에 의한 본 발명의 정신질환 진단 방법을 중심으로 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for diagnosing mental disorders of the present invention by the processor 230 will be described in detail with reference to FIG. 6 .

XAI 시스템(200)에 대해 설명된 실시예들은 정신질환 진단 방법에 적어도 일부 또는 모두 적용이 가능하고, 반대로 정신질환 진단 방법에 대해 설명된 실시예들은 XAI 시스템(200)에 대한 실시예들에 적어도 일부 또는 모두 적용이 가능하다. 또한, 개시된 실시예들에 따른 정신질환 진단 방법은 본 명세서에 개시된 XAI 시스템(200)에 의해 수행되는 것으로 그 실시예가 한정되지 않고, 다양한 형태의 전자장치에 의해 수행될 수 있다.The embodiments described for the XAI system 200 are applicable to at least some or all of the methods for diagnosing mental disorders, and on the contrary, the embodiments described for the methods for diagnosing mental disorders are at least to the embodiments for the XAI system 200 . Some or all of them are applicable. In addition, the method for diagnosing mental illness according to the disclosed embodiments is not limited to being performed by the XAI system 200 disclosed herein, and may be performed by various types of electronic devices.

먼저, XAI 시스템(200)은 통신부(210)를 통해 환자의 뇌파를 수신할 수 있다 [S610].First, the XAI system 200 may receive the patient's brain waves through the communication unit 210 [S610].

다음으로, 프로세서(230)는 노이즈 제거 및 에포킹(epoching)처리를 통해 측정된 뇌파를 전처리할 수 있다 [S620].Next, the processor 230 may pre-process the EEG measured through noise removal and epoching [S620].

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전처리 단계(S620)는 프로세서(230)에서 수행되지 않을 수도 있다. 구체적으로, 뇌파의 전처리는 외부 장치(미도시) 또는 외부 서버(미도시)를 통해 수행되고, XAI 시스템(200)은 전처리된 뇌파 신호만을 수신할 수도 있다. 이 경우, 환자의 뇌파를 수신하는 단계 (S610) 및 전처리 단계 (S620)은 생략될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pre-processing step ( S620 ) may not be performed by the processor 230 . Specifically, the EEG preprocessing is performed through an external device (not shown) or an external server (not shown), and the XAI system 200 may receive only the preprocessed EEG signal. In this case, the step of receiving the patient's brain wave (S610) and the pre-processing step (S620) may be omitted.

다음으로, 프로세서(230)는 전처리된 뇌파에서 적어도 하나의 제1 뇌파 특성을 추출할 수 있다 [S630].Next, the processor 230 may extract at least one first EEG characteristic from the preprocessed EEG [S630].

다음으로, 프로세서(230)는 정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여, 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 결정할 수 있다 [S640].Next, the processor 230 uses the machine learning model learned for diagnosing a mental illness, at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing a patient's mental illness among at least one first EEG characteristic, and the at least one second EEG characteristic. 2 It is possible to determine the importance of each EEG characteristic [S640].

다음으로, 프로세서(230)는 환자의 정신질환 진단을 위한 의사결정 구조를 생성할 수 있다 [S650].Next, the processor 230 may generate a decision-making structure for diagnosing a patient's mental illness [S650].

다음으로, 프로세서(230)는 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 중요도를 의사결정 구조에 대입하여 환자의 정신질환을 진단할 수 있다 [S660].Next, the processor 230 may diagnose the patient's mental illness by substituting at least one second EEG characteristic and importance into the decision-making structure [S660].

마지막으로, 프로세서(230)는 진단 결과 및 의사결정 구조를 시각화하여 제공할 수 있다 [S670].Finally, the processor 230 may provide a visualization result and a decision-making structure [S670].

여기서, 시각화하여 제공되는 시각정보는 통신부(210)를 통해 디스플레이 기능을 갖는 외부 디스플레이(미도시)로 제공될 수 있다. 또는, XAI 시스템(200)이 디스플레이(미도시)를 포함하는 경우, XAI 시스템(200)은 진단 결과, 의사결정 구조(510) 및 설명정보(520) 등을 디스플레이를 통해 의료진에게 제공할 수도 있다.Here, the visual information provided by visualization may be provided to an external display (not shown) having a display function through the communication unit 210 . Alternatively, when the XAI system 200 includes a display (not shown), the XAI system 200 may provide the diagnosis result, the decision-making structure 510 and the explanatory information 520 to the medical staff through the display. .

본 발명의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예를 들어, XAI 시스템(200) 또는 컴퓨터)에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예를 들어, 메모리)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션들을 포함하는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기의 프로세서(예를 들어, 프로세서(230))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 인스트럭션들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 인스트럭션에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 인스트럭션들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예를 들어, 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예를 들어, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.Various embodiments of the present invention include one or more instructions stored in a storage medium (eg, memory) readable by a machine (eg, XAI system 200 or computer). It can be implemented as software. For example, the processor (eg, the processor 230 ) of the device may call at least one of the one or more instructions stored from the storage medium and execute it. This makes it possible for the device to be operated to perform at least one function according to the called at least one instruction. The one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, the 'non-transitory storage medium' is a tangible device and only means that it does not include a signal (eg, electromagnetic wave), and this term means that data is semi-permanently stored in the storage medium. and temporary storage. For example, the 'non-transitory storage medium' may include a buffer in which data is temporarily stored.

일 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예를 들어, compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다. 이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.According to one embodiment, the method according to various embodiments disclosed herein may be provided as included in a computer program product. Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities. The computer program product is distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (eg Play Store™) or on two user devices. It can be distributed (eg downloaded or uploaded) directly or online between devices (eg smartphones). In the case of online distribution, at least a portion of the computer program product (eg, a downloadable app) is stored at least on a machine-readable storage medium, such as a memory of a manufacturer's server, a server of an application store, or a relay server. It may be temporarily stored or temporarily created. As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains know that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

100, 200 : XAI 시스템 210 : 통신부
220 : 메모리 230 : 프로세서
100, 200: XAI system 210: communication department
220: memory 230: processor

Claims (10)

환자의 뇌파를 수신하는 통신부; 및
노이즈 제거 및 에포킹(epoching) 처리를 통해 상기 수신된 뇌파를 전처리하고,
상기 전처리된 뇌파에서 적어도 하나의 제1 뇌파 특성을 추출하고,
정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여, 상기 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 결정하고,
상기 환자의 정신질환 진단을 위한 의사결정 구조를 생성하고,
상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 중요도를 상기 의사결정 구조에 대입하여 상기 환자의 정신질환을 진단하고,
상기 진단 결과 및 상기 진단에 대한 근거를 설명하기 위한 설명정보인 상기 의사결정 구조를 시각화하여 제공하는 프로세서;를 포함하며,
상기 진단 결과는 상기 환자가 앓고 있는 적어도 하나의 정신질환에 대한 정보이고,
상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명은 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 채널 명, 상기 채널 내의 뇌파 종류 및 뇌파 파워 및 채널 간의 연결도를 포함하고,
상기 의사결정 구조는 상기 프로세서가 상기 환자의 정신질환을 진단하기 위해 순차적으로 고려하여 비교하고 계산하는 일련의 과정으로 이루어진 트리 구조이고,
상기 프로세서는,
상기 의사결정 구조의 각 단계에서, 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 중 어느 하나를 임계값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라, 다음의 제2 뇌파 특성과 임계값의 비교 단계가 결정되고,
상기 의사결정 구조를 이해하기 위한 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명 및 중요도를 상기 의사결정 구조와 함께 제공하며,상기 환자가 복수의 정신질환을 함께 앓고 있는 경우 상기 환자가 앓고 있는 정신질환에 대한 정보를 상대적인 크기값으로 제공하고,
상기 기계학습 모델은 정신질환 진단을 위해 연령별 뇌파 및 상기 연령별 뇌파에 포함된 채널별 뇌파 특성을 학습데이터로 이용하고, 공유된 중요도를 가지는 필터를 사용하며, 상기 진단 결과와 시각화된 상기 의사결정 구조에서 잘못된 부분에 대한 수정 정보를 포함하는 의료진의 피드백 정보를 더 이용하고,
상기 기계학습 모델에 환자의 연령, 자가응답식 설문지를 통해 파악된 환자의 정신상태 및 의료진에 의해 파악된 환자의 건강상태 정보가 추가로 입력되어 정신질환 진단이 수행되는, 설명 가능한 인공지능 시스템.
Communication unit for receiving the patient's brain waves; and
Pre-processing the received EEG through noise removal and epoching processing,
extracting at least one first EEG characteristic from the preprocessed EEG,
Using a machine learning model learned for diagnosing mental illness, at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing the patient's mental illness among the at least one first EEG characteristic and the importance of each of the at least one second EEG characteristic to decide,
generating a decision-making structure for diagnosing the patient's mental illness,
diagnosing the mental illness of the patient by substituting the at least one second EEG characteristic and the importance into the decision-making structure;
a processor that visualizes and provides the decision-making structure as explanatory information for explaining the diagnosis result and the basis for the diagnosis;
The diagnosis result is information about at least one mental disorder suffering from the patient,
The description of the at least one second EEG characteristic includes a channel name required for diagnosing the patient's mental illness, an EEG type and EEG power in the channel, and a connection diagram between channels,
The decision-making structure is a tree structure consisting of a series of processes in which the processor sequentially considers, compares, and calculates to diagnose the patient's mental illness,
The processor is
In each step of the decision-making structure, any one of the at least one second EEG characteristic is compared with a threshold value, and according to the comparison result, a next step of comparing the second EEG characteristic and the threshold value is determined,
a description and importance of the at least one second brain wave characteristic for understanding the decision structure is provided together with the decision structure, wherein the mental disorder the patient suffers from if the patient also suffers from a plurality of mental disorders provides information about the relative size,
The machine learning model uses the EEG by age and EEG characteristics for each channel included in the EEG by age as learning data for diagnosing mental disorders, uses a filter having a shared importance, and the decision-making structure visualized with the diagnosis result Use more feedback information from medical staff, including correction information for errors in
An explanatory artificial intelligence system in which the age of the patient, the mental state of the patient identified through the self-response questionnaire, and the health state information of the patient identified by the medical staff are additionally input to the machine learning model to perform mental disease diagnosis.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 기재된 설명 가능한 인공지능 시스템에 의해 수행되는 정신질환을 진단하는 정보를 제공하는 방법에 있어서,
환자의 뇌파를 수신하는 단계;
노이즈 제거 및 에포킹(epoching) 처리를 통해 상기 수신된 뇌파를 전처리하는 단계;
상기 전처리된 뇌파에서 적어도 하나의 제1 뇌파 특성을 추출하는 단계;
정신질환 진단용으로 학습된 기계학습 모델을 이용하여, 상기 적어도 하나의 제1 뇌파 특성 중 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 각각의 중요도를 결정하는 단계;
상기 환자의 정신질환 진단을 위한 의사결정 구조를 생성하는 단계;
상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 및 상기 중요도를 상기 의사결정 구조에 대입하여 상기 환자의 정신질환을 진단하는 정보를 생성하는 단계; 및
상기 진단 결과 및 상기 진단에 대한 근거를 설명하기 위한 설명정보인 상기 의사결정 구조를 시각화하여 제공하는 단계;를 포함하며,
상기 진단 결과는 상기 환자가 앓고 있는 적어도 하나의 정신질환에 대한 정보이고,
상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명은 상기 환자의 정신질환 진단을 위해 필요한 채널 명, 상기 채널 내의 뇌파 종류 및 뇌파 파워 및 채널 간의 연결도를 포함하고,
상기 의사결정 구조는 상기 프로세서가 상기 환자의 정신질환을 진단하기 위해 순차적으로 고려하여 비교하고 계산하는 일련의 과정으로 이루어진 트리 구조이고,
상기 의사결정 구조의 각 단계에서, 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성 중 어느 하나를 임계값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라, 다음의 제2 뇌파 특성과 임계값의 비교 단계가 결정되고,
상기 의사결정 구조를 이해하기 위한 상기 적어도 하나의 제2 뇌파 특성에 대한 설명 및 중요도를 상기 의사결정 구조와 함께 제공하며,
상기 환자가 복수의 정신질환을 함께 앓고 있는 경우 상기 환자가 앓고 있는 정신질환에 대한 정보를 상대적인 크기값으로 제공하고,
상기 기계학습 모델은 정신질환 진단을 위해 연령별 뇌파 및 상기 연령별 뇌파에 포함된 채널별 뇌파 특성을 학습 데이터로 이용하고, 공유된 중요도를 가지는 필터를 사용하며, 상기 진단 결과와 시각화된 상기 의사결정 구조에서 잘못된 부분에 대한 수정 정보를 포함하는 의료진의 피드백 정보를 더 이용하고,
상기 기계학습 모델에 환자의 연령, 자가응답식 설문지를 통해 파악된 환자의 정신상태 및 의료진에 의해 파악된 환자의 건강상태 정보가 추가로 입력되어 정신질환 진단이 수행되는, 정신질환을 진단하는 정보를 제공하는 방법.
In the method of providing information for diagnosing a mental illness performed by the explainable artificial intelligence system according to claim 1,
receiving the patient's brain waves;
pre-processing the received EEG through noise removal and epoching;
extracting at least one first EEG characteristic from the preprocessed EEG;
Using a machine learning model learned for diagnosing mental illness, at least one second EEG characteristic necessary for diagnosing the patient's mental illness among the at least one first EEG characteristic and the importance of each of the at least one second EEG characteristic determining;
generating a decision-making structure for diagnosing the patient's mental illness;
generating information for diagnosing the mental disorder of the patient by substituting the at least one second EEG characteristic and the importance into the decision-making structure; and
Visualizing and providing the decision-making structure as explanatory information for explaining the diagnosis result and the basis for the diagnosis;
The diagnosis result is information about at least one mental disorder suffering from the patient,
The description of the at least one second EEG characteristic includes a channel name required for diagnosing the patient's mental illness, an EEG type and EEG power in the channel, and a connection diagram between channels,
The decision-making structure is a tree structure consisting of a series of processes in which the processor sequentially considers, compares, and calculates to diagnose the patient's mental illness,
In each step of the decision-making structure, any one of the at least one second EEG characteristic is compared with a threshold value, and according to the comparison result, a next step of comparing the second EEG characteristic and the threshold value is determined,
providing a description and importance of the at least one second EEG characteristic for understanding the decision-making structure together with the decision-making structure;
When the patient suffers from a plurality of mental disorders, information on the mental illness the patient suffers from is provided as a relative value,
The machine learning model uses the EEG by age and EEG characteristics for each channel included in the EEG by age as learning data for diagnosing mental disorders, uses a filter having a shared importance, and the decision-making structure visualized with the diagnosis result using more feedback information from medical staff, including correction information for errors in
Information for diagnosing mental illness, in which the age of the patient, the mental state of the patient identified through the self-response questionnaire, and the health state information of the patient identified by the medical staff are additionally input to the machine learning model to perform the diagnosis of mental illness How to provide.
삭제delete 제 8 항에 기재된 정신질환을 진단하는 정보를 제공하는 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium storing a program for implementing the method of providing information for diagnosing a mental disorder according to claim 8.
KR1020210036451A 2020-11-19 2021-03-22 Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and method for diagnosing of mental diseases KR102344532B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/531,619 US20220151540A1 (en) 2020-11-19 2021-11-19 Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and the control method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200156656 2020-11-20
KR20200156656 2020-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102344532B1 true KR102344532B1 (en) 2021-12-28

Family

ID=79177958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210036451A KR102344532B1 (en) 2020-11-19 2021-03-22 Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and method for diagnosing of mental diseases

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102344532B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024090640A1 (en) * 2022-10-25 2024-05-02 주식회사 아이메디신 Digital phenotyping method, device, and computer program for drug response classification and prediction

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190069047A (en) 2017-12-11 2019-06-19 한림대학교 산학협력단 Apparatus and method for predicting disease
KR20190132290A (en) * 2018-05-18 2019-11-27 주식회사 송아리아이티 Method, server and program of learning a patient diagnosis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190069047A (en) 2017-12-11 2019-06-19 한림대학교 산학협력단 Apparatus and method for predicting disease
KR20190132290A (en) * 2018-05-18 2019-11-27 주식회사 송아리아이티 Method, server and program of learning a patient diagnosis

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gemein L A W etc., Machine-learning-based diagnostics of EEG pathology. Neuroimage. Vol.220, pp.1~16 (2020.06.10.)* *
Tjoa E, Guan C, A Survey on Explainable Artificial Intelligence (XAI): towards Medical XAI. Journal of Latex Class Files. Vol.14, No.8, pp.1~22 (2019.08.14.)* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024090640A1 (en) * 2022-10-25 2024-05-02 주식회사 아이메디신 Digital phenotyping method, device, and computer program for drug response classification and prediction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10806390B1 (en) System and method for detecting physiological state
US11559697B2 (en) System and method for generating electromagnetic treatment protocols for the nervous system
US10890972B2 (en) Prefrontal-based cognitive brain-machine interfacing apparatus and method thereof
US20110028827A1 (en) Spatiotemporal pattern classification of brain states
KR20190128978A (en) Method for estimating human emotions using deep psychological affect network and system therefor
Hassan et al. Fusion of multivariate EEG signals for schizophrenia detection using CNN and machine learning techniques
Khan et al. Development of wavelet coherence EEG as a biomarker for diagnosis of major depressive disorder
Rojas et al. Pain assessment based on fnirs using bi-lstm rnns
KR102344532B1 (en) Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and method for diagnosing of mental diseases
Al-Hajjar et al. An overview of machine learning methods in enabling IoMT-based epileptic seizure detection
Rajwal et al. Convolutional neural network-based EEG signal analysis: A systematic review
KR102031958B1 (en) Prefrontal based cognitive brain-machine interfacing apparatus and method thereof
Luján et al. Accurate neural network classification model for schizophrenia disease based on electroencephalogram data
KR102316631B1 (en) System for elctroceuticals prescription and the control method thereof using machine learcning model
Nagabushanam et al. Artifact Removal using Elliptic Filter and Classification using 1D-CNN for EEG signals
Barnova et al. Implementation of artificial intelligence and machine learning-based methods in brain-computer interaction
Wadhera et al. Autism spectrum disorder prediction using bidirectional stacked gated recurrent unit with time-distributor wrapper: an EEG study
Kose et al. Dynamic characterization of functional brain connectivity network for mental workload condition using an effective network identifier
US20220151540A1 (en) Explainable artificial intelligence system for diagnosis of mental diseases and the control method thereof
Makhmet et al. Machine learning for brain signal analysis.
Martins et al. A Comparison of Machine Learning Techniques for the Detection of Type-4 PhotoParoxysmal Responses in Electroencephalographic Signals
Li et al. Classification of coma/brain-death EEG dataset based on one-dimensional convolutional neural network
Balaji et al. Classifying subjects with pfc lesions from healthy controls during working memory encoding via graph convolutional networks
KR102610810B1 (en) An artificial intelligence system decoding the user's thoughts
Ghoreishi et al. Classification of autistic children using polar-based lagged state-space indices of EEG signals

Legal Events

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