KR102511511B1 - Apparatus and method for predicting recovery prognosis of motor function using clinical data from stroke patients - Google Patents

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Abstract

본 발명은 뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측하는 장치에 있어서, 복수의 환자 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 수집된 신체 데이터 및 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간 경과 후에 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 모델 학습부와, 분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득하는 데이터 획득부, 및 상기 획득한 신체 데이터 및 임상 데이터를 상기 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 상기 설정 종류의 운동 기능 점수를 예측하는 예측부를 포함하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 환자에 대응하여 수집된 현재의 임상 데이터를 기 학습된 예측 모델에 적용하는 것을 통하여 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 사전에 예측해낼 수 있다.
The present invention relates to an apparatus and method for predicting the prognosis of motor function recovery using clinical data of a stroke patient. According to the present invention, in an apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function in a stroke patient, body data related to a plurality of patients for each patient, and multiple types of motor function scores related to the affected limb of the patient observed within a reference period from the date of onset Prediction using a data collection unit that collects clinical data including stroke type, the collected physical data and clinical data as input data, and motor function scores of the set type observed after a set period elapses from the onset date as output data A model learning unit that trains a model, a data acquisition unit that acquires body data and currently observed clinical data for the patient to be analyzed, and applies the acquired body data and clinical data to the predictive model for a set period from Provided is an apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function of a stroke patient including a predictor for predicting the motor function score of the set type for the patient subject to analysis at a future time point after the passage of time.
According to the present invention, it is possible to predict the recovery prognosis of the patient's motor function at a future time in advance by applying the current clinical data collected in correspondence with the patient to the pre-learned predictive model.

Description

뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치 및 그 방법{Apparatus and method for predicting recovery prognosis of motor function using clinical data from stroke patients}Apparatus and method for predicting recovery prognosis of motor function using clinical data from stroke patients}

본 발명은 뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환자의 현재의 임상 데이터 만으로 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측할 수 있는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting the recovery of motor function using clinical data of a stroke patient, and more particularly, to a stroke that can predict the prognosis of recovery of motor function of a patient at a future point in time only with the patient's current clinical data It relates to a device and method for predicting the prognosis of recovery of motor function of a patient.

본 발명은 경산시에서 지원한 2020년 메디챌린저 육성사업의 지원을 받아 수행된 연구/용역의 일환으로 출원된 특허이며, 관련 사항은 아래와 같다.This invention is a patent applied for as part of research/service conducted with the support of the 2020 Medi Challenger Fostering Project supported by Gyeongsan City, and related matters are as follows.

[과제고유번호] 220C000565[Assignment identification number] 220C000565

[부처명] 경산시[Name of Department] Gyeongsan City

[연구관리전문기관] 영남대학교 산학협력단[Research management institution] Yeungnam University Industry-University Cooperation Foundation

[연구사업명] 연구/용역[Research Project Name] Research/Service

[연구과제명] 의료 빅데이터를 이용한 뇌졸중 환자의 삼킴 기능 회복 예측 인공지능 개발: 영상데이터에 기반한 개발[Research Project Title] Development of artificial intelligence to predict recovery of swallowing function in stroke patients using medical big data: development based on image data

[주관기관] 대구경북첨단의료산업진흥재단[Organizer] Daegu-Gyeongbuk Advanced Medical Industry Promotion Foundation

[연구기간] 2020.05.01~2020.12.31[Research Period] 2020.05.01~2020.12.31

뇌졸중은 가장 흔한 신경학적 질환이며 대다수의 뇌졸중 환자가 운동 기능 장애를 호소하고 있다. 이러한 운동 기능 장애는 뇌졸중 환자의 삶의 질에 절대적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 환자의 심리적 위축과 치료 의지 약화를 유발하여 병증 악화 원인이 되기도 한다.Stroke is the most common neurological disease, and the majority of stroke patients complain of motor dysfunction. These motor dysfunctions not only have an absolute impact on the quality of life of stroke patients, but also cause psychological atrophy and weakening of the will to treat patients, which can lead to aggravation of the condition.

하지만 실제 임상에서 의료진이 뇌졸중 환자의 운동 기능의 예후를 정확하게 평가하지 못하는 경우가 많으며, 이로 인하여 환자 개인별 재활 프로그램의 계획을 수립하는데 많은 어려움을 겪고 있다.However, in actual clinical practice, there are many cases in which medical staff cannot accurately evaluate the prognosis of stroke patients' motor function, and this makes it difficult to plan a rehabilitation program for each patient.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2019-0132710(2019.11.29 공개)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2019-0132710 (published on November 29, 2019).

본 발명은 환자의 현재 임상 데이터를 미리 학습된 예측 모델에 적용하여 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 사전 예측할 수 있는 뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention provides an apparatus and method for predicting the prognosis of motor function recovery using clinical data of a stroke patient, which can predict the patient's motor function recovery prognosis for a future time point in advance by applying the patient's current clinical data to a pre-learned predictive model. It aims to provide

본 발명은, 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측하는 장치에 있어서, 복수의 환자 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 수집된 신체 데이터 및 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간 경과 후에 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 모델 학습부와, 분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득하는 데이터 획득부, 및 상기 획득한 신체 데이터 및 임상 데이터를 상기 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 상기 설정 종류의 운동 기능 점수를 예측하는 예측부를 포함하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치를 제공한다.The present invention, in an apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function in a stroke patient, includes body data related to the patient for each of a plurality of patients, multiple types of motor function scores related to the affected limb of the patient observed within a reference period from the date of onset, Prediction model using a data collection unit that collects clinical data including stroke type, the collected physical data and clinical data as input data, and motor function scores of a set type observed after a set period elapses from the onset date as output data A model learning unit that learns, a data acquisition unit that acquires physical data and currently observed clinical data for the patient to be analyzed, and a set period of time elapsed from the present by applying the obtained physical data and clinical data to the prediction model. Provided is an apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function of a stroke patient including a predictor for predicting the motor function score of the set type for the patient to be analyzed at a future point in time.

또한, 상기 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치는, 상기 예측된 운동 기능 점수를 임계값과 비교하여 해당 종류의 운동 기능에 대한 회복 가능성 여부를 분류하는 분류부를 더 포함할 수 있다.In addition, the apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function of the stroke patient may further include a classification unit that classifies whether or not recovery of the corresponding motor function is possible by comparing the predicted motor function score with a threshold value.

또한, 상기 기준 기간은 30일 이내이고, 상기 설정 기간은 6개월 이상일 수 있다.Also, the reference period may be within 30 days, and the set period may be 6 months or longer.

또한, 상기 임상 데이터는, 단무지외전근과 전경골근의 운동유발전위 존재 유무를 더 포함할 수 있다.In addition, the clinical data may further include the presence or absence of evoked potentials of the abductor and tibialis anterior muscles.

또한, 상기 예측 모델의 입력 데이터로 사용된 복수 종류의 운동 기능 점수는, 관절 점수(MRC; Medical Research Council), 보행 점수(FAC; Functional Ambulation Category) 및 상지 움직임 점수(MBC; Modified Brunnstrom classification)를 포함하며, 상기 예측 모델의 출력 데이터로 사용된 설정 종류의 운동 기능 점수는, 상기 보행 점수(FAC) 및 상기 상지 움직임 점수(MBC)를 포함할 수 있다.In addition, the plurality of types of motor function scores used as input data of the prediction model include a joint score (Medical Research Council (MRC)), a gait score (Functional Ambulation Category (FAC)), and an upper extremity motion score (MBC; Modified Brunnstrom classification). and motor function scores of a set type used as output data of the prediction model may include the gait score (FAC) and the upper extremity motion score (MBC).

또한, 상기 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치는, 상기 보행 점수 및 상지 움직임 점수를 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 설정 기간 경과 후의 미래 시점에 대한 분석 대상 환자의 보행 기능 및 상지 움직임 기능의 회복 가능성 여부를 개별 분류하는 분류부를 더 포함할 수 있다.In addition, the apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function of the stroke patient compares the gait score and the upper limb movement score with preset threshold values, and the gait function and upper limb movement function of the patient subject to analysis for a future time point after a set period has elapsed. It may further include a classification unit that individually classifies whether recovery is possible.

또한, 상기 예측 모델은, 심층 신경망(DNN) 알고리즘을 통하여 학습될 수 있다.In addition, the predictive model may be learned through a deep neural network (DNN) algorithm.

그리고, 본 발명은, 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치에 있어서, 복수의 환자 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집하는 단계와, 상기 수집된 신체 데이터 및 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간 경과 후에 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 단계와, 분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득하는 단계, 및 상기 획득한 신체 데이터 및 임상 데이터를 상기 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 상기 설정 종류의 운동 기능 점수를 예측하는 단계를 포함하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법을 제공한다.In addition, the present invention, in the apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function of a stroke patient, using the apparatus for predicting the recovery of motor function, the body data related to the patient for each of a plurality of patients, the affected limb of the patient observed within the reference period from the date of onset Collecting clinical data including multiple types of related motor function scores and stroke types, using the collected physical data and clinical data as input data, and calculating motor function scores of the set types observed after a set period of time from the date of onset Learning a predictive model using output data, obtaining physical data and currently observed clinical data for the patient to be analyzed, and applying the acquired physical data and clinical data to the predictive model to set from the present Provided is a method for predicting the prognosis of recovery of motor function of a stroke patient, comprising the step of predicting the motor function score of the set type for the patient subject to analysis at a future time point after the lapse of the period.

본 발명에 따르면, 환자에 대응하여 수집된 현재의 임상 데이터를 기 학습된 예측 모델에 적용하는 것을 통하여 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 사전에 예측해낼 수 있다.According to the present invention, it is possible to predict the recovery prognosis of the patient's motor function at a future time in advance by applying the current clinical data collected in correspondence with the patient to the pre-learned predictive model.

아울러, 예측된 운동 기능 회복 예후 결과를 기반으로 의료진으로 하여금 환자 개인 별로 향후 치료/재활 프로그램의 계획을 보다 효율적으로 수립하고 병증 악화에 대비할 수 있도록 함은 물론 질병의 진행 억제 및 효율적 질병 관리가 가능하도록 한다.In addition, based on the predicted prognosis of motor function recovery, it enables medical staff to more efficiently plan future treatment/rehabilitation programs for each patient and prepare for worsening symptoms, as well as suppress disease progression and efficiently manage disease. let it do

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 각 부의 기능과 데이터 흐름을 간략히 설명한 도면이다.
도 3은 도 1의 장치를 이용한 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예측 모델의 학습에 사용된 세부 인자를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 사용된 세 가지 알고리즘의 성능 결과를 비교한 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function using clinical data of a stroke patient according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram briefly explaining functions and data flow of each unit of FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for predicting the prognosis of motor function recovery in a stroke patient using the apparatus of FIG. 1 .
4 is a diagram showing detailed factors used in learning a predictive model according to an embodiment of the present invention by way of example.
5 is a diagram comparing the performance results of the three algorithms used.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Then, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 발명은 뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치 장치 및 방법으로, 환자의 현재 임상 데이터를 미리 학습된 예측 모델에 적용하여 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측할 수 있는 기법을 제안한다.The present invention is an apparatus and method for predicting the recovery of motor function using clinical data of a stroke patient, which can predict the prognosis of the recovery of motor function of the patient for a future time point by applying the current clinical data of the patient to a pre-learned predictive model suggest a technique

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 뇌졸중 환자의 임상 데이터를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 각 부의 기능과 데이터 흐름을 간략히 설명한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for predicting the prognosis of recovery of motor function using clinical data of a stroke patient according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram briefly explaining the functions of each unit and data flow in FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치(100)(이하, 예측 장치)는 데이터 수집부(110), 모델 학습부(120), 데이터 획득부(130), 예측부(140), 분류부(150), 출력부(160)를 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 2 , an apparatus 100 (hereinafter referred to as a prediction apparatus) predicting the recovery of motor function of a stroke patient according to an embodiment of the present invention includes a data collection unit 110, a model learning unit 120, data It includes an acquisition unit 130, a prediction unit 140, a classification unit 150, and an output unit 160.

여기서 각 부(110~160)의 동작 및 각 부 간의 데이터 흐름은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.Here, the operation of each unit 110 to 160 and data flow between each unit may be controlled by a controller (not shown).

데이터 수집부(110)는 복수의 환자 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간(예: 7일, 30일) 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집한다. 여기서 기준 기간은 30일 이내의 기간 중에 해당할 수 있다.The data collection unit 110 includes physical data related to the patient for each of a plurality of patients, multiple types of motor function scores related to the affected limb of the patient observed within a reference period (eg, 7 days, 30 days) from the onset date, stroke type Collect clinical data including Here, the reference period may correspond to a period within 30 days.

데이터 수집부(110)는 복수의 환자(뇌졸중 환자)에 대한 신체 및 임상 데이터를 포함한 기초 데이터를 수집하여 빅데이터를 구축할 수 있다. 이러한 데이터 수집부(110)는 환자의 의료 정보를 관리 및 저장하는 EMR 또는 이와 연동하는 병원 서버 등으로부터 환자의 기초 데이터를 수집할 수 있다. The data collection unit 110 may build big data by collecting basic data including physical and clinical data of a plurality of patients (stroke patients). The data collection unit 110 may collect basic data of a patient from an EMR that manages and stores medical information of a patient or a hospital server that works with the EMR.

전자의무기록시스템인 EMR은 병원 서버에 포함되거나 병원 서버와 상호 연계하여 동작될 수 있다. EMR 또는 병원 서버는 환자의 개인 정보, 신체 정보, 과거 수개월 혹은 수년간 진료 기록, 각종 검사 정보 등을 포함한 환자의 의료 정보(의료 정보 DB) 이력을 시간 별로 관리할 수 있다. 이처럼 환자 별 기초 데이터는 EMR, 병원 서버 등을 통하여 수집될 수 있고 이로부터 예측 모델 학습에 필요한 빅데이터를 구축할 수 있다. EMR, an electronic medical record system, may be included in a hospital server or operated in conjunction with a hospital server. The EMR or hospital server can manage the patient's medical information (medical information DB) history including the patient's personal information, body information, medical records for the past several months or years, and various examination information on a time-by-time basis. In this way, basic data for each patient can be collected through EMR, hospital server, etc., and from this, big data necessary for predictive model learning can be built.

데이터 수집부(110)는 뇌졸중 발병일과 입원일(또는 전과일) 사이 기간이 7 ~ 30일 이내(early stage)에 임상 데이터가 수집된 환자를 대상으로 기초 데이터를 수집할 수 있다. The data collection unit 110 may collect basic data for patients whose clinical data is collected within 7 to 30 days (early stage) between the date of onset of stroke and the date of hospitalization (or the previous day).

여기서 물론, 기초 데이터의 선정은 뇌졸중을 처음으로 진단받은 자, 20살 이상인 자(미성년자 미포함), 발병일 내지 입원일 사이의 기간이 7~30일 이내이고 그 사이에 임상 데이터가 수집된 자, 발병일로부터 7 ~ 30일 이내의 MBC 점수가 설정값(예: 4) 이하이고 FAC 점수가 설정값(예: 3) 이하인 자, 발병 초기부터 마지막 평가 시까지 폐렴이나 심장 관련 문제 등의 심각한 합병증이 없었던 자를 대상으로 수행될 수 있고, 이를 통해 예측 모델의 효율성, 정확도 및 유효성을 높인다.Here, of course, the selection of basic data is for those who have been diagnosed with stroke for the first time, those who are 20 years old or older (excluding minors), those whose period between the date of onset and the date of hospitalization is within 7 to 30 days, and those whose clinical data were collected during that time, Those with an MBC score within 7 to 30 days from the onset of the set value (e.g. 4) and a FAC score below the set value (e.g. 3), serious complications such as pneumonia or heart-related problems from the beginning of the onset to the last assessment It can be performed for those who have not had this, thereby increasing the efficiency, accuracy and validity of the predictive model.

본 발명의 실시예에서 수집되는 환자별 기초 데이터는 신체 데이터 및 임상 데이터를 포함할 수 있다. 신체 데이터는 환자의 나이, 성별 등을 포함할 수 있다. 임상 데이터는 환자의 뇌졸중 유형(경색/출혈), 환측 사지(견관절 외전근, 주관절 굴곡근, 수지 굴곡근, 수지 신전근, 고관절 굴곡근, 슬관절 신전근, 족관절 배측굴곡근)와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 단무지외전근과 전경골근의 운동유발전위 존재 여부 등을 포함할 수 있다.Basic data for each patient collected in an embodiment of the present invention may include physical data and clinical data. The body data may include the patient's age, gender, and the like. Clinical data included the patient's stroke type (infarction/bleeding), multiple types of motor function scores related to the affected limbs (shoulder abductors, elbow flexors, hand flexors, hand extensors, hip flexors, knee extensors, ankle dorsiflexors), and abducted knuckles. The presence or absence of the exercise evoked potential of the muscle and the tibialis anterior muscle may be included.

여기서, 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수는 관절 점수(MRC; Medical Research Council), 보행 점수(FAC; Functional Ambulation Category), 상지 움직임 점수(MBC; Modified Brunnstrom classification)를 포함한다.Here, the plural types of motor function scores related to the affected limb include a joint score (Medical Research Council (MRC)), a gait score (Functional Ambulation Category (FAC)), and an upper limb movement score (MBC; Modified Brunnstrom classification).

각각의 운동 기능 점수(MRC, FAC, MBC)의 평가 기준은 아래 표 1 내지 표 3과 같다. 평가 점수가 높을수록 운동 기능이 양호함을 의미한다. 이들 운동 기능 점수는 의사, 재활치료사 등과 같은 의료진에 의해 평가된 후 병원 서버나 전자의무기록 시스템에 저장될 수 있다. The evaluation criteria of each motor function score (MRC, FAC, MBC) are shown in Tables 1 to 3 below. The higher the evaluation score, the better the motor function. These motor function scores may be evaluated by medical staff such as doctors and rehabilitation therapists and then stored in a hospital server or an electronic medical record system.

점수score MRCMRC 55 중력과 강한 저항에 대하여 완전한 관절운동범위(ROM) 가동 가능 (정상)Able to move full range of motion (ROM) against gravity and strong resistance (normal) 44 중력과 중등도의 저항에 대하여 완전한 ROMFull ROM against gravity and moderate resistance 33 중력에 대하여 완전한 ROMAgainst Gravity Complete ROM 22 중력이 작용하지 않을 때 완전한 ROMFull ROM when gravity is not acting 1One 약한 근수축은 있으나 관절운동은 없는 상태Weak muscle contraction but no joint movement 00 근수축이 없는 상태no muscle contraction

점수score FAC FAC 00 보행 불가unable to walk 1One 1인의 지속적인 지지가 필요함Requires constant support from one person 22 1인의 간헐적인 지지가 필요함Requires intermittent support from 1 person 33 구두 감독이 필요함Oral supervision required 44 계단이나 경사대, 울퉁불퉁한 바닥면에서는 도움이 필요함Assistance is required on steps, ramps, and uneven floors 55 어디서나 독립적으로 보행 가능함Able to walk independently anywhere

점수score MBCMBC 1One 자발적으로 손가락을 움직일 수 없음Inability to move fingers voluntarily 22 자발적으로 손가락을 움직임 수 있음Can move fingers voluntarily 33 환측 손을 자발적으로 닫을 수 있지만 펼 수는 없음Affected hand can close voluntarily but cannot open 44 엄지와 검지의 안쪽면으로 카드를 잡을 수 있으며, 손가락을 약간 펼 수 있음Cards can be grasped with the inner surfaces of thumb and index finger, fingers slightly spread 55 유리잔을 들고 잡을 수 있으며 손가락을 펼 수 있음Can lift and hold glass and can spread fingers 66 거의 정상에 가깝게 공을 잡고 던질 수 있으며 셔츠 단추를 잠그고 풀 수 있음Can catch and throw a ball near normal and can button and unbutton a shirt

데이터 수집부(110)는 모델 학습을 위하여, 발병일로부터 설정 기간(예: 6개월, 1년) 경과 후에 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수를 추가로 수집하고 저장할 수 있다. 이때, 설정 종류의 운동 기능 점수란, 관절 점수(MRC)를 제외한 보행 점수(FAC) 및 상지 움직임 점수(MBC)에 해당한다. 설정 기간은 6개월 이상의 기간 중에서 선택될 수 있다.The data collection unit 110 may additionally collect and store motor function scores of a set type observed after a set period (eg, 6 months, 1 year) from the onset date for model learning. In this case, the motor function score of the set type corresponds to the gait score (FAC) and the upper extremity motion score (MBC) excluding the joint score (MRC). The setting period may be selected from a period of 6 months or longer.

데이터 수집부(110)에서 수집한 환자별 데이터들은 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측하는 모델을 구축하기 위한 학습 데이터로 사용된다. 수집된 데이터 중 발병일과 입원일 사이의 30일 이내에 수집된 초기 데이터들은 예측 모델의 학습 시에 입력 데이터로 활용되고 6개월 경과 후의 데이터들은 출력 데이터로 활용된다. 예측 모델은 이들 입력 데이터와 출력 데이터 간의 관계를 머신 러닝을 기반으로 학습하게 된다.The patient-specific data collected by the data collection unit 110 is used as learning data for building a model for predicting the patient's motor function recovery prognosis. Among the collected data, the initial data collected within 30 days between the date of onset and the date of hospitalization are used as input data when learning the predictive model, and data after 6 months are used as output data. The predictive model learns the relationship between these input data and output data based on machine learning.

구체적으로, 모델 학습부(120)는 앞서 수집된 환자의 신체 데이터와 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간(예: 6개월) 경과 후에 해당 환자에게서 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수(FAC, MBC)를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시킨다.Specifically, the model learning unit 120 takes the patient's body data and clinical data previously collected as input data, and sets motor function scores of the set type observed in the patient after a set period (eg, 6 months) has elapsed from the onset date. A predictive model is trained using (FAC, MBC) as output data.

이러한 모델 학습부(120)는 인공지능 기반의 러닝 분석을 통하여 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측하기 위한 예측 모델을 생성할 수 있다.The model learning unit 120 may generate a predictive model for predicting a prognosis of motor function recovery of stroke patients through artificial intelligence-based running analysis.

예측 모델 생성에는 다양한 기법이 사용될 수 있는데, 심층신경망(Deep neural network, DNN), 로지스틱 회귀(logistic regression), 랜덤 포레스트(random forest) 알고리즘이 사용될 수 있다. Various techniques may be used to generate the predictive model, and deep neural network (DNN), logistic regression, and random forest algorithms may be used.

본 발명의 실시예는 심층 신경망(DNN)을 이용한 것을 대표 예시로 한다. 딥 러닝이란 여러 비선형 변환기법의 조합을 통해 높은 수준의 추상화를 시도하는 기계 학습 알고리즘의 집합이다. 딥 러닝에는 다양한 종류의 신경망이 존재하는데 본 발명의 실시예는 심층 신경망을 이용하였고, 뇌졸중 환자의 초기 임상데이터와 6개월 이후의 데이터를 이용하여 뇌졸중 환자의 6개월 이후 운동 회복 결과 예측 모델을 구현하였다. The embodiment of the present invention uses a deep neural network (DNN) as a representative example. Deep learning is a set of machine learning algorithms that attempt a high level of abstraction through a combination of several nonlinear transformation methods. There are various types of neural networks in deep learning. The embodiment of the present invention uses a deep neural network, and implements a predictive model for motor recovery results after 6 months of a stroke patient using the initial clinical data of stroke patients and data after 6 months did

예측 모델의 입력 데이터는 환자의 신체 데이터(나이, 성별 등), 뇌졸중 유형, 뇌졸중 발병일과 입원일 사이의 30일 이내 관측된 환측 사지 관련한 운동 기능 점수(MRC, FAC, MBC), 그리고 단무지외전근과 전경골근의 운동유발전위 존재 여부를 포함한다. 또한, 출력 데이터는 발병일로부터 6개월 경과 후에 관측된 환자의 운동 기능 점수(FAC, MBC)를 포함한다.The input data of the prediction model are the patient's physical data (age, gender, etc.), stroke type, motor function scores (MRC, FAC, MBC) related to the affected limb observed within 30 days between the date of stroke onset and the date of hospitalization, and the abductor abductor and the presence or absence of the motor evoked potential of the tibialis anterior muscle. In addition, the output data includes the patient's motor function scores (FAC, MBC) observed 6 months after the onset date.

예측 모델은 뇌졸중 발병 초기에 관측된 환자의 초기 임상 데이터와, 그에 대응하여 관측된 6개월 후의 운동 기능 점수(FAC, MBC) 간의 관계를 머신 러닝을 통하여 학습할 수 있다. 즉, 예측 모델은 환자의 기본 신체 데이터와 초기 임상 데이터의 입력에 대응하여 그로부터 예상되는 향후 6개월 후의 환자의 보행 점수와 상지 움직임 점수를 출력으로 도출하도록 학습된다.The predictive model can learn the relationship between the patient's initial clinical data observed at the beginning of stroke onset and correspondingly observed motor function scores (FAC, MBC) 6 months later through machine learning. That is, the predictive model is trained to derive the patient's gait score and upper extremity motion score as outputs for the next 6 months, which are predicted from the inputs of the patient's basic body data and initial clinical data.

모델 학습부(120)는 환자 별로 수집된 복수의 인자(변수)와 그에 대응하여 예측되는 출력 인자 간의 관계를 지도 학습을 기반으로 지속적으로 머신 러닝 분석하고 업데이트할 수 있고 심층 신경망 내 가중치를 수정 및 최적화할 수 있다. 물론 그 과정에서 오차가 임계치 이하에 들어올 때까지 학습을 수행할 수 있다.The model learning unit 120 can continuously analyze and update the relationship between a plurality of factors (variables) collected for each patient and output factors predicted in response to machine learning based on supervised learning, and can modify and update the weights in the deep neural network. can be optimized. Of course, in the process, learning may be performed until the error falls below the threshold value.

학습을 통하여 예측 모델이 완성되면, 임의의 분석 대상 환자(예: 초기 뇌졸증 환자, 뇌졸증 의심 환자)에 대한 현재 관측 데이터를 해당 모델에 적용하는 것만으로도 해당 환자에 대한 향후 6개월 후의 보행 점수 및 상지 움직임 점수를 예상할 수 있다.When the prediction model is completed through learning, simply by applying the current observation data for any patient subject to analysis (e.g., patients with early stroke, patients with suspected stroke) to the model, the gait score and Upper extremity movement scores can be predicted.

이를 위해, 데이터 획득부(130)는 분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득한다. 데이터 획득부(130)는 EMR 또는 병원 서버, 시스템 등과 연동하여 분석 대상 환자의 데이터를 획득할 수 있고, 의료진 등의 관리자로부터 해당 환자와 관련한 파라미터를 입력 인터페이스를 통해 입력받을 수 있다. 또한 데이터 획득부(130)는 EMR에 네트워크 연결되어 분석 대상 환자에 대한 신체 정보, 임상 정보 등을 포함한 의료 정보를 검색, 조회 및 로딩할 수 있다.To this end, the data acquisition unit 130 acquires body data and currently observed clinical data of the patient to be analyzed. The data acquisition unit 130 may acquire data of a patient to be analyzed in association with an EMR or a hospital server or system, and may receive parameters related to the patient from a manager such as a medical staff through an input interface. In addition, the data acquisition unit 130 may be network-connected to the EMR to search, inquire, and load medical information including physical information and clinical information about the patient to be analyzed.

예측부(140)는 분석 대상 환자에 대응하여 획득한 신체 데이터 및 임상 데이터를 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간(예: 6개월) 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 운동 기능 점수(MBC, FAC)를 예측하여 제공한다.The prediction unit 140 applies the physical data and clinical data acquired in correspondence with the patient to be analyzed to the prediction model, and the motor function score ( MBC, FAC) are predicted and provided.

예를 들어 예측부(140)는 현재 시점에서 분석 대상 환자에 대응하여 수집된 각 인자들을 예측 모델에 입력 파라미터로 적용하여 향후 6개월 후에 예상되는 환자의 MBC 및 FAC 점수를 도출하여 제공할 수 있다.For example, the prediction unit 140 applies each factor collected corresponding to the patient to be analyzed at the current time point as an input parameter to the predictive model to derive and provide MBC and FAC scores of the expected patient in the next 6 months. .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 예측 모델에 의하면, 분석 대상 환자의 현재 수집 데이터에 대응하여 6개월 후의 운동 기능 점수를 예측하여 제공하며, 이를 통해 현재로부터의 상지 및 하지 운동 기능의 악화, 호전 혹은 유지 상황을 사전 예측할 수 있다.Therefore, according to the predictive model according to an embodiment of the present invention, the motor function score after 6 months is predicted and provided in response to the current collection data of the patient to be analyzed, and through this, the deterioration and improvement of the motor function of the upper and lower limbs from the present Alternatively, the maintenance situation can be predicted in advance.

여기서, 모델 학습부(120)와 예측부(140)는 도 2와 같이 프로세서(Processor)에 포함 또는 내장될 수 있다. 이러한 프로세서는 인공지능을 이용한 예측 모델을 탑재하고 운동 기능 예후 예측 결과를 제공할 수 있으며, 외부 플랫폼 및 의료 정보 시스템등에 연결되어 인공지능 학습 데이터 및 예측 모델을 업데이트 및 갱신할 수 있다.Here, the model learning unit 120 and the prediction unit 140 may be included or embedded in a processor as shown in FIG. 2 . These processors can be loaded with prediction models using artificial intelligence, provide motor function prognosis prediction results, and can be connected to external platforms and medical information systems to update and update artificial intelligence learning data and prediction models.

또한 프로세서는 인공지능 알고리즘을 내장하고 머신러닝에 기반한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어 프로세서는 알고리즘의 사전 학습에 있어 고도로 다층화된 인공 신경망에 근거한 머신러닝 알고리즘을 사용할 수 있다. 프로세서는 인공지능 알고리즘을 통해 사전 학습된 가중치를 기반으로 현재 분석 대상이 되는 환자의 입력 데이터에 대응하여 미래에 시점에 예상되는 환자의 운동 기능 점수를 예측해 낼 수 있다. In addition, the processor can embed artificial intelligence algorithms and perform calculations based on machine learning. For example, the processor may use a machine learning algorithm based on a highly multilayered artificial neural network for pre-training of the algorithm. The processor can predict the patient's motor function score expected in the future in response to the patient's input data, which is currently the subject of analysis, based on pre-learned weights through an artificial intelligence algorithm.

분류부(150)는 예측된 운동 기능 점수를 임계값과 비교하여 해당 종류의 운동 기능에 대한 회복 가능성 여부를 분류한다. The classification unit 150 compares the predicted motor function score with a threshold value and classifies whether recovery is possible for the corresponding type of motor function.

구체적으로, 분류부(150)는 보행 점수(FAC) 및 상지 움직임 점수(MBC)를 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 설정 기간 경과 후의 미래 시점에 대한 분석 대상 환자의 보행 기능 및 상지 움직임 기능의 회복 가능성 여부를 개별 분류한다.Specifically, the classification unit 150 compares the gait score (FAC) and the upper extremity motion score (MBC) with preset threshold values, and the gait function and upper extremity motion function of the patient to be analyzed for a future time point after the set period has elapsed. The possibility of recovery is individually classified.

예를 들어, 뇌졸중 발병 6개월 후에 예상된 보행 점수(FAC)가 4점 이상이면, 환자의 하지 운동 기능의 회복 가능성이 높음으로 분류하고, 4점 미만이면 회복 가능성이 낮음으로 분류한다. 또한, 6개월 후 예상된 상지 움직임 점수(MBC)가 5점 이상이면, 6개월 후의 환자의 상지 운동 기능의 회복 예후가 좋은 것으로 분류하고 5점 미만이면 환자의 상지 운동 기능의 회복 예후가 나쁜 것으로 분류할 수 있다.For example, if the predicted gait score (FAC) 6 months after the onset of stroke is 4 points or more, the patient's lower extremity motor function recovery possibility is classified as high, and if it is less than 4 points, the recovery probability is classified as low. In addition, if the expected upper limb movement score (MBC) after 6 months was 5 points or more, the patient's prognosis for recovery of upper limb motor function after 6 months was classified as good, and if the score was less than 5 points, the patient's prognosis for recovery of upper limb motor function was poor. can be classified.

출력부(160)는 예측 모델을 통하여 도출된 운동 기능 점수 예측 결과 및 그에 따른 회복 가능성 분류 결과를 디스플레이 등을 통하여 출력하여 제공한다. The output unit 160 outputs and provides a motor function score prediction result derived through the prediction model and a recovery possibility classification result based thereon through a display or the like.

이와 같이 예측 장치(100)는 운동 기능 회복 예후 예측과 관련한 프로세스를 실행시키고 해당 결과를 제공함으로써, 환자의 진료, 상담, 처방, 치료 및 효율적 예후 관리가 가능하도록 한다.In this way, the prediction device 100 executes a process related to predicting the prognosis of recovery of motor function and provides a corresponding result, thereby enabling the patient's diagnosis, counseling, prescription, treatment, and efficient prognosis management.

이상과 같이, 본 발명은 뇌졸중 환자의 초기 임상 데이터와 설정 기간 후에 관측된 환측 사지의 운동 기능 점수를 학습한 예측 모델을 기반으로 분석 대상 환자에 대한 현재의 몇 가지 임상 데이터 만으로 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 사전에 편리하게 예측하여 제공할 수 있다.As described above, the present invention is based on a predictive model that learns the motor function score of the affected limb observed after the initial clinical data of the stroke patient and the set period, and can be used for future time points with only a few current clinical data for the patient to be analyzed. It is possible to conveniently predict and provide a prognosis for recovery of the patient's motor function in advance.

본 발명의 실시예에 따른 예측 장치(100)는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측을 수행하는 서버 그 자체 일수도 있고, 의료진 측의 단말 장치(PC, 데스크탑, 스마트폰, 노트북, 패드 등) 또는 사용자 단말(200) 상에 구현되는 어플리케이션(Application)에 해당할 수도 있다. 따라서 각 단말은 관련 어플리케이션(응용 프로그램)이 실행된 상태에서 예측 장치(100)와 네트워크 접속되어 관련 서비스를 제공받을 수 있다.The prediction device 100 according to an embodiment of the present invention may be a server itself that predicts the recovery prognosis of a stroke patient's motor function, or a terminal device (PC, desktop, smartphone, laptop, pad, etc.) It may correspond to an application implemented on the user terminal 200 . Accordingly, each terminal may be connected to the prediction device 100 through a network in a state in which a related application (application program) is executed, and may be provided with a related service.

도 3은 도 1의 장치를 이용한 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법을 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a method for predicting the prognosis of motor function recovery in a stroke patient using the apparatus of FIG. 1 .

먼저, 데이터 수집부(110)는 복수의 환자(뇌졸중 환자) 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간(예: 30일) 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수(MRC, FAC, MBC), 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집한다(S310). First, the data collection unit 110 provides physical data related to the patient for each of a plurality of patients (stroke patients) and multiple types of motor function scores related to the patient's affected limb observed within a reference period (eg, 30 days) from the date of onset. (MRC, FAC, MBC), clinical data including stroke type are collected (S310).

또한, 데이터 수집부(110)는 발병일로부터 설정 기간(예: 6개월) 후에 환자로부터 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수(FAC, MBC)도 수집한다. 데이터 수집부(110)는 이를 기반으로 모델 학습을 위한 빅데이터를 구축한다.In addition, the data collection unit 110 also collects motor function scores (FAC, MBC) of a set type observed from the patient after a set period (eg, 6 months) from the onset date. The data collection unit 110 builds big data for model learning based on this.

다음, 모델 학습부(120)는 인공지능 알고리즘에 기반한 프로세서를 이용하여, 환자 별 수집된 신체 데이터 및 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간 경과 후에 관측된 운동 기능 점수(FAC, MBC)를 출력 데이터로 하는 학습 데이터 세트를 기반으로 예측 모델을 학습시킨다(S320). Next, the model learning unit 120 uses a processor based on an artificial intelligence algorithm, uses the collected body data and clinical data for each patient as input data, and motor function scores (FAC, MBC) observed after a set period of time from the date of onset. ) as output data, the predictive model is trained based on the training data set (S320).

이때, 모델 학습부(120)는 심층 신경망(DNN)을 이용하여 모델을 학습시킬 수 있으며, 관련 환자들에 대한 빅데이터의 학습을 통하여 모델의 신뢰성을 높일 수 있다.At this time, the model learning unit 120 may learn the model using a deep neural network (DNN), and the reliability of the model may be increased through learning of big data for related patients.

학습이 완료된 이후부터는, 분석 대상 환자에 대한 현재의 인자들에 대응하여 미래 시점의 운동 기능 점수를 예측한 값을 제공할 수 있다.After learning is completed, a predicted value of a motor function score at a future time point may be provided in response to current factors for the patient to be analyzed.

구체적으로, 데이터 획득부(130)는 분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득하고(S330), 이를 예측부(140)로 전달한다. 데이터 획득부(130)는 병원 서버, EMR, 의료진 측 단말 장치 중 적어도 하나와 연동하여 관련 데이터를 획득하거나 입력받을 수 있다.Specifically, the data acquisition unit 130 acquires body data and currently observed clinical data of the patient to be analyzed (S330), and transfers them to the prediction unit 140. The data acquisition unit 130 may obtain or receive related data by interworking with at least one of a hospital server, an EMR, and a medical staff side terminal device.

예측부(140)는 분석 대상 환자에 대응하여 수신한 신체 데이터 및 임상 데이터를 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 운동 기능 점수(FAC, MBC)를 도출한다(S340).The prediction unit 140 derives a motor function score (FAC, MBC) for the patient to be analyzed at a future time point after a set period elapses from the present by applying the body data and clinical data received in correspondence with the patient to be analyzed to the predictive model. Do (S340).

이후, 분류부(150)는 예측된 운동 기능 점수를 임계값과 비교하여 해당 종류의 운동 기능에 대한 회복 가능성 여부를 분류한다(S350). Thereafter, the classification unit 150 compares the predicted motor function score with a threshold value to classify whether or not recovery is possible for the corresponding type of motor function (S350).

예를 들어, FAC가 임계값(예: 4점) 이상이면 6개월 후의 분석 대상 환자에 대한 하지 운동 기능의 회복 예후가 좋다고 판별할 수 있고, 그 미만이면 예후가 나쁜 것으로 판단할 수 있다. 또한, MBC가 임계값(예: 5점) 이상인지 여부에 따라서 6개월 후의 환자의 상지 운동 기능의 회복 예후 가능성을 분류하여 제공할 수 있다. 물론 각 경우에 대해 다단의 임계값을 부여하여 회복 예후를 다단(상, 중, 하 등)으로 분류하는 것도 가능하다.For example, if the FAC is greater than or equal to a critical value (eg, 4 points), it can be determined that the recovery prognosis of lower extremity motor function for the patient to be analyzed after 6 months is good, and if it is less than that, it can be determined that the prognosis is bad. In addition, depending on whether the MBC is higher than or equal to a threshold value (eg, 5 points), the probability of recovery of the patient's upper extremity motor function after 6 months may be classified and provided. Of course, it is also possible to classify the recovery prognosis into multiple stages (high, medium, low, etc.) by assigning multiple thresholds to each case.

이후, 출력부(160)는 운동 기능 점수 예측 결과 및 이에 기반한 회복 가능성 분류 결과를 디스플레이 등을 통하여 출력할 수 있다(S360).Thereafter, the output unit 160 may output the motor function score prediction result and the recovery possibility classification result based thereon through a display or the like (S360).

다음은 예측 모델 생성에 사용된 머신 러닝 알고리즘의 종류에 따른 예측 성능을 비교한 결과를 설명한다. The following describes the results of comparing prediction performance according to the type of machine learning algorithm used to generate the predictive model.

우선, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예측 모델의 학습에 사용된 세부 인자를 예시적으로 나타낸 도면이다. 그리고, 도 5는 사용된 세 가지 알고리즘의 성능 결과를 비교한 도면이다. First of all, FIG. 4 is a diagram showing detailed factors used in learning a predictive model according to an embodiment of the present invention by way of example. And, Figure 5 is a diagram comparing the performance results of the three algorithms used.

세 가지 알고리즘은 심층신경망(DNN), 로지스틱 회귀(logistic regression), 랜덤 포레스트(random forest) 알고리즘을 포함하며 이들 각각에 대한 성능 결과는 도 5를 통하여 확인할 수 있다. The three algorithms include a deep neural network (DNN), logistic regression, and random forest algorithm, and performance results for each of these algorithms can be confirmed through FIG. 5 .

세 가지 알고리즘은 모두 파이썬(python) 프로그램으로 구현되었으며, TensorFlow 2.3.0 및 scikit-learn toolkit 0.23.2을 사용하여 학습하였다. 데이터 셋은 훈련용 데이터 셋 70%, 검증용 데이터 셋 21%, 테스트용 데이터 셋 9%로 나누었다. 통계 분석은 receiver operating characteristic curve (ROC curve) 분석을 수행하였고, scikit-learn을 사용하여 area under the curve(AUC)를 계산하였다.All three algorithms were implemented as a python program and trained using TensorFlow 2.3.0 and scikit-learn toolkit 0.23.2. The data set was divided into 70% training data set, 21% validation data set, and 9% test data set. For statistical analysis, receiver operating characteristic curve (ROC curve) analysis was performed, and area under the curve (AUC) was calculated using scikit-learn.

도 5에서 좌측과 우측은 각각 MBC 점수와 FAC 점수에 관한 예측 성능 데이터를 나타낸다. 알고리즘별 Validation AUC 값을 비교해 보면, MBC 점수 예측의 경우 DNN은 0.996, logistic regression은 0.874, random forest은 0.882로 나타났고, FAC 점수 예측의 경우 DNN은 0.882, logistic regression은 0.765, random forest은 0.802로 나타났다. 도 5의 결과로부터 DNN, random forest, logistic regression 알고리즘의 순으로 좋은 성능을 보였고, 특히 DNN 알고리즘을 이용하여 예측 모델을 구성한 경우가 가장 우수한 성능을 나타내었다.In FIG. 5, the left and right sides represent prediction performance data for MBC scores and FAC scores, respectively. Comparing validation AUC values by algorithm, in the case of MBC score prediction, DNN was 0.996, logistic regression was 0.874, and random forest was 0.882. In the case of FAC score prediction, DNN was 0.882, logistic regression was 0.765, and random forest was 0.802. appear. From the results of FIG. 5, the DNN, random forest, and logistic regression algorithms showed good performance in the order, and in particular, the case where the prediction model was constructed using the DNN algorithm showed the best performance.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 환자에 대응하여 수집된 현재의 임상 데이터를 기 학습된 예측 모델에 적용하는 것을 통하여 향후 미래 시점에 대한 환자의 운동 기능 회복 예후를 사전에 예측해낼 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to predict the patient's motor function recovery prognosis for a future time point in advance by applying the current clinical data collected corresponding to the patient to the pre-learned predictive model.

아울러, 예측된 운동 기능 회복 예후 결과를 기반으로 의료진으로 하여금 환자 개인 별로 향후 치료/재활 프로그램의 계획을 보다 효율적으로 수립하고 병증 악화에 대비할 수 있도록 함은 물론 질병의 진행 억제 및 효율적 질병 관리가 가능하도록 한다.In addition, based on the predicted prognosis of motor function recovery, it enables medical staff to more efficiently plan future treatment/rehabilitation programs for each patient and prepare for worsening symptoms, as well as suppress disease progression and efficiently manage disease. let it do

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 운동 기능 회복 예후 예측 장치
110: 데이터 수집부 120: 모델 학습부
130: 데이터 획득부 140: 예측부
150: 분류부 160: 출력부
100: prognosis prediction device for recovery of motor function
110: data collection unit 120: model learning unit
130: data acquisition unit 140: prediction unit
150: classification unit 160: output unit

Claims (14)

뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후를 예측하는 장치에 있어서,
복수의 환자 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 수집된 신체 데이터 및 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간 경과 후에 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 모델 학습부;
분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득하는 데이터 획득부;
상기 획득한 신체 데이터 및 임상 데이터를 상기 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 상기 설정 종류의 운동 기능 점수를 예측하는 예측부; 및
상기 예측된 운동 기능 점수를 임계값과 비교하여 해당 종류의 운동 기능에 대한 회복 가능성 여부를 분류하는 분류부를 포함하며,
상기 예측 모델의 입력 데이터로 사용된 복수 종류의 운동 기능 점수는,
관절 점수(MRC; Medical Research Council), 보행 점수(FAC; Functional Ambulation Category) 및 상지 움직임 점수(MBC; Modified Brunnstrom classification)를 포함하며,
상기 예측 모델의 출력 데이터로 사용된 설정 종류의 운동 기능 점수는,
상기 보행 점수(FAC) 및 상기 상지 움직임 점수(MBC)를 포함하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치.
In the apparatus for predicting the prognosis of motor function recovery in stroke patients,
A data collection unit that collects physical data related to a plurality of patients for each patient, clinical data including multiple types of motor function scores related to the patient's affected limb and stroke type observed within a reference period from the date of onset;
a model learning unit learning a predictive model by taking the collected physical data and clinical data as input data and using motor function scores of a set type observed after a set period of time from the onset date as output data;
a data acquisition unit that acquires physical data and currently observed clinical data of the patient to be analyzed;
a prediction unit that applies the obtained physical data and clinical data to the predictive model to predict a motor function score of the set type for the patient to be analyzed at a future time point after a set period elapses from the present; and
A classification unit for comparing the predicted motor function score with a threshold value and classifying whether or not recovery is possible for the corresponding type of motor function;
The plurality of types of motor function scores used as input data of the prediction model,
Including joint score (MRC; Medical Research Council), gait score (FAC; Functional Ambulation Category) and upper limb movement score (MBC; Modified Brunnstrom classification),
The motor function score of the setting type used as the output data of the predictive model is,
An apparatus for predicting prognosis of motor function recovery in stroke patients, including the gait score (FAC) and the upper extremity motion score (MBC).
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 기준 기간은 30일 이내이고, 상기 설정 기간은 6개월 이상인 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치.
The method of claim 1,
The reference period is within 30 days, and the set period is a prognosis prediction device for recovery of motor function in stroke patients of 6 months or more.
청구항 1에 있어서,
상기 임상 데이터는,
단무지외전근과 전경골근의 운동유발전위 존재 유무를 더 포함하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치.
The method of claim 1,
The clinical data,
A device for predicting the prognosis of motor function recovery in stroke patients, further including the presence or absence of motor evoked potentials of the abductor abductor and tibialis anterior muscle.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 분류부는,
상기 보행 점수 및 상지 움직임 점수를 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 설정 기간 경과 후의 미래 시점에 대한 분석 대상 환자의 보행 기능 및 상지 움직임 기능의 회복 가능성 여부를 개별 분류하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치.
The method of claim 1,
The classification unit,
Restoration of motor function of a stroke patient by comparing the gait score and upper extremity movement score with each preset threshold value to individually classify whether or not the possibility of recovery of the gait function and upper limb movement function of the patient subject to analysis for a future time point after the lapse of the set period has elapsed Prognostic prediction device.
청구항 1에 있어서,
상기 예측 모델은,
심층 신경망(DNN) 알고리즘을 통하여 학습된 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치.
The method of claim 1,
The predictive model,
A device for predicting the prognosis of motor function recovery in stroke patients learned through a deep neural network (DNN) algorithm.
뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 장치를 이용한 운동 기능 회복 예후 예측 방법에 있어서,
복수의 환자 별로 환자와 관련한 신체 데이터와, 발병일로부터 기준 기간 이내에 관측된 환자의 환측 사지와 관련한 복수 종류의 운동 기능 점수, 뇌졸중 유형을 포함한 임상 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 신체 데이터 및 임상 데이터를 입력 데이터로 하고, 발병일로부터 설정 기간 경과 후에 관측된 설정 종류의 운동 기능 점수를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 단계;
분석 대상 환자에 대한 신체 데이터 및 현재 관측된 임상 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득한 신체 데이터 및 임상 데이터를 상기 예측 모델에 적용하여, 현재로부터 설정 기간 경과 후의 미래 시점의 분석 대상 환자에 대한 상기 설정 종류의 운동 기능 점수를 예측하는 단계; 및
상기 예측된 운동 기능 점수를 임계값과 비교하여 해당 종류의 운동 기능에 대한 회복 가능성 여부를 분류하는 단계를 포함하며,
상기 예측 모델의 입력 데이터로 사용된 복수 종류의 운동 기능 점수는,
관절 점수(MRC; Medical Research Council), 보행 점수(FAC; Functional Ambulation Category) 및 상지 움직임 점수(MBC; Modified Brunnstrom classification)를 포함하며,
상기 예측 모델의 출력 데이터로 사용된 설정 종류의 운동 기능 점수는,
상기 보행 점수(FAC) 및 상기 상지 움직임 점수(MBC)를 포함하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법.
In the method for predicting the prognosis of motor function recovery using a prognosis prediction device for motor function recovery in stroke patients,
Collecting physical data related to the patient for each of a plurality of patients, clinical data including multiple types of motor function scores and stroke types related to the affected limb of the patient observed within a reference period from the date of onset;
learning a predictive model using the collected physical data and clinical data as input data and motor function scores of a set type observed after a set period elapses from the onset date as output data;
Acquiring physical data and currently observed clinical data for the patient to be analyzed;
applying the acquired physical data and clinical data to the predictive model to predict a motor function score of the set type for a patient to be analyzed at a future time point after a set period elapses from the present; and
Comparing the predicted motor function score with a threshold value to classify whether recovery is possible for the corresponding type of motor function,
The plurality of types of motor function scores used as input data of the prediction model,
Including joint score (MRC; Medical Research Council), gait score (FAC; Functional Ambulation Category) and upper limb movement score (MBC; Modified Brunnstrom classification),
The motor function score of the setting type used as the output data of the predictive model is,
A method for predicting the prognosis of motor function recovery in stroke patients, including the gait score (FAC) and the upper extremity motion score (MBC).
삭제delete 청구항 8에 있어서,
상기 기준 기간은 30일 이내이고, 상기 설정 기간은 6개월 이상인 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법.
The method of claim 8,
The reference period is within 30 days, and the set period is a method for predicting the prognosis of recovery of motor function in stroke patients of 6 months or more.
청구항 8에 있어서,
상기 임상 데이터는,
단무지외전근과 전경골근의 운동유발전위 존재 유무를 더 포함하는 운동 기능 회복 예후 예측 방법.
The method of claim 8,
The clinical data,
A method for predicting the prognosis of motor function recovery, further including the presence or absence of the motor evoked potential of the abductor abductor and tibialis anterior muscle.
삭제delete 청구항 8에 있어서,
상기 해당 종류의 운동 기능에 대한 회복 가능성 여부를 분류하는 단계는,
상기 보행 점수 및 상지 움직임 점수를 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 설정 기간 경과 후의 미래 시점에 대한 분석 대상 환자의 보행 기능 및 상지 움직임 기능의 회복 가능성 여부를 개별 분류하는 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법.
The method of claim 8,
The step of classifying whether or not there is a possibility of recovery for the corresponding type of motor function,
Restoration of motor function of a stroke patient by comparing the gait score and upper extremity movement score with each preset threshold value to individually classify whether or not the possibility of recovery of the gait function and upper limb movement function of the patient subject to analysis for a future time point after the lapse of the set period has elapsed Prognosis prediction method.
청구항 8에 있어서,
상기 예측 모델은,
심층 신경망(DNN) 알고리즘을 통하여 학습된 뇌졸중 환자의 운동 기능 회복 예후 예측 방법.
The method of claim 8,
The predictive model,
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