KR20200027148A - System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory - Google Patents

System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory Download PDF

Info

Publication number
KR20200027148A
KR20200027148A KR1020180105088A KR20180105088A KR20200027148A KR 20200027148 A KR20200027148 A KR 20200027148A KR 1020180105088 A KR1020180105088 A KR 1020180105088A KR 20180105088 A KR20180105088 A KR 20180105088A KR 20200027148 A KR20200027148 A KR 20200027148A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dbn
ocd
probability
prostate cancer
nocd
Prior art date
Application number
KR1020180105088A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102208043B1 (en
Inventor
최인영
김재권
노미정
최문주
Original Assignee
가톨릭대학교 산학협력단
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 가톨릭대학교 산학협력단 filed Critical 가톨릭대학교 산학협력단
Priority to KR1020180105088A priority Critical patent/KR102208043B1/en
Publication of KR20200027148A publication Critical patent/KR20200027148A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102208043B1 publication Critical patent/KR102208043B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G16H50/70ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for mining of medical data, e.g. analysing previous cases of other patients
    • 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
    • G16H10/00ICT specially adapted for the handling or processing of patient-related medical or healthcare data
    • G16H10/60ICT specially adapted for the handling or processing of patient-related medical or healthcare data for patient-specific data, e.g. for electronic patient records
    • 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
    • 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
    • G16H50/50ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

The present invention relates to a system for predicting a pathological stage of a prostate cancer based on a deep belief network (DBN) and a Dempster-Shafer (DS) theory, to predict the pathology of the prostate cancer with an inference theory, and a method thereof. According to the present invention, the system comprises: a pretreatment unit pretreating each of a prostate specific antigen (PSA), a Gleason score, and a clinical T stage, which are used as input data, into a multi-input variable of the DBN; a DBN unit learning and predicting each of PSA, Gleason score, and clinical T stage data pretreated by the pretreatment unit; and a DS inference unit using the DS theory to linearly combine prediction values of the DBN unit with respect to the PSA, the Gleason score, and the clinical T stage to predict the pathological stage of the prostate cancer.

Description

심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법{System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory}System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory

본 발명은 전립선암의 병리학적 병기 예측에 관한 것으로서, 특히 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer이론에 기반한 전립선암의 병리학적 단계 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to predicting pathological stages of prostate cancer, and more particularly, to a system and method for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory.

전립선 암은 남성에서 가장 흔한 암 중의 하나이며, 2012년에는 전세계적으로 남성의 경우 약 110 만 건이 발생하고 약 30 만 건의 사망이 발생하였다. 또한, 남성의 40-50 %가 잠재적으로 외인성 질환을 가질 수 있다고 추정된다. 암 절제술(Carcinectomy)과 방사선 요법은 전립선 암을 위한 전형적인 치료 방법이다. 전립선 암 치료법을 선택하려면 광범위한 경험과 치료 사례 분석이 필요하다.Prostate cancer is one of the most common cancers in men, and in 2012, approximately 1.1 million cases and 300,000 deaths in men worldwide. It is also estimated that 40-50% of men could potentially have an exogenous disease. Carcinectomy and radiation therapy are typical treatments for prostate cancer. Choosing a treatment for prostate cancer requires extensive experience and analysis of treatment cases.

병리학적 병기(Pathology Stage)는 치료 전 환자로부터 전립선 암 질환의 가능성을 예측하는 과정이다. 임상 단계 평가는 치료 전 또는 종양의 수술적 제거 이전에 이용 가능한 임상 시험에서 수집한 데이터를 기반으로 한다. 암 발병 평가는 종양이 제거되기 전과 후에 모두 발생하며, 임상적 및 병리학적 단계이다.Pathology Stage is the process of predicting the likelihood of prostate cancer disease from a patient prior to treatment. Clinical stage assessments are based on data collected from clinical trials available prior to treatment or prior to surgical removal of the tumor. Cancer onset assessment occurs both before and after the tumor is removed and is a clinical and pathological stage.

병리학적 병기 결정은 종양 조직 제거 후 및 수술 후 결정된다. 이것은 질병의 직접적인 본질을 평가하기 때문에 임상적 준비보다 더 정확할 수 있다. 따라서 임상적 자료 분석을 이용한 병리학적 단계(stage, 병기)의 예측은 전립선 암의 치료에 중요한 요소이다.Pathological staging is determined after tumor tissue removal and post-surgery. This can be more accurate than clinical preparation because it assesses the direct nature of the disease. Therefore, prediction of pathological stage (stage) using clinical data analysis is an important factor in the treatment of prostate cancer.

병리학적 병기 예측은 의사에게 최적의 치료 및 관리 전략을 제공하기 때문에 매우 중요하다. 예를 들어, 전립 샘의 외과적 제거인 급진 전립선 절제술은 전립선 암이 국소화되고 병리학적 단계의 정확한 예측이 가장 유익한 치료 방법을 제공할 수 있는 최선의 치료 방법을 제공한다.Pathological staging is important because it provides doctors with optimal treatment and management strategies. For example, radical prostatectomy, a surgical removal of the prostate gland, provides the best treatment method for prostate cancer to be localized and accurate prediction of the pathological stage to provide the most beneficial treatment method.

현재, Partin 테이블은 전립선 암에 대한 예후 임상 결과를 예측하는 데 사용되며, 로지스틱 회귀와 같은 통계적 방법을 기반으로 구성되어 있다. Partin 테이블은 병리학 단계를 예측하기 위해 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 단계(Clinical T stage)를 포함한 임상 테스트 데이터를 사용한다. Currently, the Partin table is used to predict prognostic clinical outcomes for prostate cancer and is structured based on statistical methods such as logistic regression. The Partin table uses clinical test data, including prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and Clinical T stage to predict pathological stages.

Partin 테이블이 2001 년에서 2011 년 사이에 검증되었지만 환경 변화에 따른 현재 환자에 대한 적용 가능성에 대한 문제가 있다. 따라서 병리학적 단계의 정확한 예측을 위해서는 기계 학습을 이용한 새로운 분류 방법이 필요하다.The Partin table has been validated between 2001 and 2011, but there is a problem with the applicability to current patients due to environmental changes. Therefore, a new classification method using machine learning is needed for accurate prediction of the pathological stage.

즉, 전립선 암의 병리학적 예측은 생체염탐(biopsy) 정보를 이용하여 수술 이전에 환자의 전립선 전이 상태를 예측하여 의사결정을 할 수 있다. 병리학적 예측과 관련된 biopsy 변수는 환자 마다의 개개인의 차이에 대한 불확실성을 가지고 있기 때문에 변수에 따라 분류를 할 수 있는 방법이 필요하다.That is, the pathological prediction of prostate cancer can be made by predicting the patient's prostate metastasis state before surgery using biopsy information. Since biopsy variables related to pathological predictions have uncertainty about individual differences among patients, a method for classifying according to variables is needed.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 병리학적 예측과 관련된 생체염탐(biopsy) 변수는 환자 마다 개개인의 차이에 대한 불확실성을 가지고 있기 때문에 변수에 따라 분류를 할 수 있는 필요가 있고 이러한 필요성을 해결하기 위해, 인공지능과 불확실성을 확률을 이용하여 해결하는 추론 이론을 이용하여 전립선암의 병리 예측을 하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is that the biopsy variable related to the above-described pathological prediction has an uncertainty for each individual patient, so there is a need to classify according to the variable, and to solve this need To predict the pathology of prostate cancer based on the Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory, which predicts the pathology of prostate cancer using inference theory that solves artificial intelligence and uncertainty using probability. Is to provide a way.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템은, 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 데이터로 하여 상기 입력 데이터 각각을 DBN(Deep Belief Network)의 다중 입력 변수로 전처리하는 전처리부; 상기 전처리부에 의해 전처리된 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터 각각에 대해 DBN(Deep Belief Network)을 통해 학습하고 예측하는 DBN부; 및 상기 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 각각에 대한 상기 DBN부의 예측값을 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용하여 선형결합하여 전립선 암의 병리학적 병기를 예측하는 DS추론부를 포함한다.The system for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention for achieving the above technical problem is a prostate-specific antigen (PSA) of a prostate cancer, a Gleason score ) And a clinical T stage (Clinical T stage) as input data, each of the input data pre-processing unit for pre-processing with multiple input variables of the Deep Belief Network (DBN); A DBN unit for learning and predicting prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage data pre-treated by the pre-treatment unit through Deep Belief Network (DBN), respectively; And the prostate-specific antigen (PSA), Gleason score (Gleason score), and clinical T stage (Clinical T stage) of the prostate cancer, using the DS (Dempster-Shafer) theory of DS to linearly combine the predicted values of the prostate cancer It includes a DS reasoning unit for predicting the pathological stage of.

상기 전치리부는 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하는 제1변환부; 전립선 암의 글리슨 점수(Gleason score)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하는 제2변환부; 및 전립선 암의 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하는 제3변환부를 포함한다.The proximal region is a first conversion unit for converting a prostate-specific antigen (PSA) of prostate cancer into an input variable into a binary number; A second conversion unit that converts a Gleason score of prostate cancer into an input variable and converts it into a binary number; And a third conversion unit for converting a clinical T stage of prostate cancer into an input variable and converting it into a binary number.

상기 제1변환부는 입력변수 전립선 특이 항원(PSA)의 데이터를 이진수로 변환하고, 상기 제2변환부는 상기 입력변수 글리슨 점수(Gleason score)의 데이터를 플래그 형식의 이진수로 변환하고, 상기 제3변환부는 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터를 플래그 형식의 데이터로 변환하는 것을 특징으로 한다.The first conversion unit converts the data of the input variable prostate-specific antigen (PSA) into binary numbers, and the second conversion unit converts the data of the input variable Gleason score into flag-type binary numbers, and the third conversion. The department is characterized by converting clinical T stage data into flag type data.

상기 DBN부는 제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제1변환부에 의해 이진수로 변환된 전립선 특이 항원(PSA)의 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD(Organ Confine Disease) 의 확률값과 NODC(Non Organ Confine Disease)의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어지는 제1DBN; 제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제2변환부에 의해 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD의 확률값과 NODC의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어지는 제2DBN; 및 제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제2변환부에 의해 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD의 확률값과 NODC의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어지는 제3DBN을 포함한다. The DBN unit has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and inputs each bit of the prostate-specific antigen (PSA) data converted to binary by the first conversion unit. A first DBN consisting of a Deep Belief Network having two output nodes for learning as a node and outputting a probability value of OCD (Organ Confine Disease) and a probability value of Non Organ Confine Disease (NODC); It has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and learning is performed by using each bit of the Gleason score data converted to binary by the second conversion unit as an input node. A second DBN consisting of a Deep Belief Network having two output nodes that output OCD probability values and NODC probability values; And a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and each bit of the Gleason score data converted to binary by the second converter is used as an input node. And a third DBN consisting of a Deep Belief Network having two output nodes for learning and outputting probability values of OCD and probability values of NODC.

상기 DS추론부는 상기 제1DBN, 제2DBN 및 제3DBN의 출력을 Dempster-Shafer 이론을 이용하여 선형결합하여 OCD(Organ Confine Disease)에 대한 확률값과 NOCD(Non Organ Confine Disease)에 대한 확률값을 추론하여 확률값이 높은 것으로 OCD(Organ Confine Disease) 또는 NOCD(Non Organ Confine Disease)를 예측하는 것을 특징으로 한다.The DS inference unit linearly combines the outputs of the first DBN, the second DBN, and the third DBN using Dempster-Shafer theory to infer probability values for Organ Confine Disease (OCD) and probability values for Non Organ Confine Disease (NOCD). It is characterized by predicting OCD (Organ Confine Disease) or NOCD (Non Organ Confine Disease).

상기 DS추론부는 상기 3개의 입력 변수인 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 기본 확률 배정 함수를 m1, m2 및 m3라 할 때, 상기 m1, m2 및 m3의 공집합(1-(OCD확률 + NOCD확률))을 계산하는 공집합 계산부; 상기 계산된 m1 및 m2의 OCD, NOCD 및 공집합 확률을 이용하여 m1과 m2를 병합하는 제1병합부; 상기 m1과 m2를 병합한 결과와 m3를 병합하여 OCD의 확률과 NOCD의 확률을 계산하는 제2병합부; 및 The DS reasoning unit is the m1, m2, and m3 when the basic probability assignment functions for the three input variables, prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage are m1, m2, and m3. , m2 and m3 empty set (1- (OCD probability + NOCD probability)) to calculate the empty set; A first merging unit that merges m1 and m2 using the calculated OCD, NOCD, and empty set probabilities of m1 and m2; A second merger for calculating the probability of OCD and the probability of NOCD by merging m1 and m2 with m3; And

상기 제2병합부의 병합 결과 OCD의 확률이 NOCD의 확률보다 크면 OCD로 판단하고, NODC의 확률이 크면 NOCD로 판단하는 병리학적 병기 추론부를 포함한다.As a result of merging the second merger, if the probability of OCD is greater than the probability of NOCD, it is determined as OCD, and when the probability of NODC is large, it includes a pathological staging unit that determines as NOCD.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 방법은, 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 변수로 하여 상기 입력 변수 각각에 대해 별도의 DBN(Deep Belief Network)을 통해 학습하는 단계; 및 상기 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 각각에 대한 상기 DBN의 예측값을 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용하여 선형결합하여 전립선 암의 병리학적 병기를 예측하는 단계를 포함한다.A method of predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention for achieving the above technical problem, prostate-specific antigen of prostate cancer (PSA), Gleason score (Gleason score) ) And clinical T stage (Clinical T stage) as an input variable for each of the input variables to learn through a separate Deep Belief Network (DBN); And prostate cancer by linearly combining the predicted values of the DBN for each of the prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage of the prostate cancer using Desster-Shafer (DS) theory. Predicting the pathological stage of the.

상기 DBN는 각 입력변수에 대해 OCD(Organ Confine Disease) 및 NOCD(Non Organ Confine Disease)가 확률로 계산되는 두 개의 출력 노드를 포함한다.The DBN includes two output nodes in which the organ confine disease (OCD) and the non organ confine disease (NOCD) are calculated with probability for each input variable.

상기 DBN을 통한 학습은 상기 3개의 입력변수 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 데이터가 입력되면 이진수로 변환하는 단계; 상기 이진수로 변환된 전립선 특이 항원(PSA) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 PSA 데이터를 OCD 및 NOCD 각각의 확률값으로 추론하는 단계; 상기 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 글리슨 점수(Gleason score) 데이터를 OCD 및 NOCD 각각의 확률값으로 추론하는 단계; 및 상기 이진수로 변환된 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터를 OCD 및 NOCD의 각각의 확률값으로 추론하는 단계를 포함한다. The learning through the DBN comprises converting the data of the three input variables prostate specific antigen (PSA), Gleason score and clinical T stage into binary numbers; Learning each bit of the prostate-specific antigen (PSA) data converted to binary number as an input node and learning through a DBN to infer PSA data as probability values of OCD and NOCD, respectively; Learning each bit of the Gleason score data converted to the binary number as an input node and learning through a DBN to infer the Gleason score data as probability values of OCD and NOCD; And learning each bit of the clinical T stage data converted to the binary number as an input node through DBN to infer the clinical T stage data to the probability values of OCD and NOCD, respectively. Includes.

상기 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용한 전립선 암의 병리학적 병기 예측은 상기 3개의 입력 변수인 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 기본 확률 배정 함수를 m1, m2 및 m3라 할 때, 상기 m1, m2 및 m3의 공집합(1-(OCD확률 + NOCD확률))을 계산하는 단계; 상기 계산된 m1 및 m2의 OCD, NOCD 및 공집합 확률을 이용하여 m1과 m2를 병합하는 단계; 상기 m1과 m2를 병합한 결과와 m3를 병합하여 OCD의 확률과 NOCD의 확률을 계산하는 단계; 및 상기 계산 결과 OCD의 확률이 NOCD의 확률보다 크면 OCD로 추론하고, NODC의 확률이 크면 NOCD로 추론하는 단계를 포함한다.The pathological stage prediction of prostate cancer using the Dempster-Shafer (DS) theory is the basic probability for the three input variables: prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage. When the assignment function is m1, m2 and m3, calculating an empty set (1- (OCD probability + NOCD probability)) of m1, m2 and m3; Merging m1 and m2 using the calculated OCD, NOCD, and empty set probabilities of m1 and m2; Calculating the probability of OCD and the probability of NOCD by merging m1 and m2 with m3; And if the probability of the OCD is greater than the probability of the NOCD as a result of the calculation, inferring to the OCD, and if the probability of the NODC is large, the reasoning to the NOCD.

본 발명에 따른 심층 신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 방법 및 시스템에 의하면, 전립선 암 병리학 스테이징에 대한 예측 모델은 임상 테스트를 기반으로 하며 암의 확산을 예측하는 데 사용할 수 있다. 수술 후 병리학적 단계에서 암을 보다 정확하게 진단하고 전립선 암의 전이 정도를 결정하는 것이 가능하다.According to the method and system for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention, the predictive model for prostate cancer pathology staging is based on clinical tests and the spread of cancer Can be used to predict. It is possible to more accurately diagnose cancer at the pathological stage after surgery and determine the degree of metastasis of prostate cancer.

본 발명에 의하면, DBN-DS 기반 다기관 접근법을 통해 전립선 암의 병리학적 단계를 예측할 수 있다.According to the present invention, a pathological stage of prostate cancer can be predicted through a DBN-DS-based multicenter approach.

또한 본 발명은 임상 시험을 사용하여 측정된 데이터 간의 관계를 바탕으로 깊은 학습 및 정보 융합을 통해 정확성을 향상시키는 예측 모델을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a predictive model that improves accuracy through deep learning and information fusion based on the relationship between data measured using clinical trials.

또한 본 발명에 따른 DBN-DS는 PSA, Gleason score and Clinical T stage variable를 3개의 DBN을 이용하여 학습을 함으로써 DBN으로부터 예측된 아웃풋(output)에 대한 불확실성을 제거하고 올바른 판단을 위해 DS를 이용하여 정보를 결합한다.In addition, DBN-DS according to the present invention removes the uncertainty about the predicted output from the DBN by learning PSA, Gleason score and Clinical T stage variable using 3 DBNs, and uses DS for correct judgment. Combine information.

도 1은 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템에서 사용되는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)의 일 예를 나타낸 것이다.
도 3은 DS추론부의 세부 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 5은 본 발명에 따른 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법에서 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)을 이용하여 딥러닝 모델을 학습하기 위한 학습 흐름도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법에서 데이터 입력에 따른 병리학적 병기(Pathology stage)의 추론 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 7는 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템의 구성에 대한 일 구현 예를 나타낸 것이다.
도 8은 유효성 확인 세트(validation set)을 이용한 다양한 분류 방법들의 ROC 곡선을 나타낸 것이다.
도 9는 하나의 유효성 확인 세트(validation set)을 이용한 본 발명에 따른 DBN-DS기반 분류 방법의 ROC 곡선을 나타낸 것이다.
1 is a block diagram showing an embodiment of the configuration of a system for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention.
Figure 2 shows an example of a deep trust neural network (Deep Belief Network) used in the pathological stage prediction system of prostate cancer according to the present invention.
3 is a block diagram showing the detailed configuration of the DS reasoning unit.
4 is a flowchart illustrating a method for predicting pathological stages of prostate cancer based on a Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention.
5 is a learning flow diagram for learning a deep learning model using a deep trust neural network (Deep Belief Network) in a system and method for predicting pathological stages of prostate cancer according to the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method for inferring a pathology stage according to data input in a system and method for predicting pathological stages of prostate cancer according to the present invention.
7 shows an example of implementation of a system for predicting pathological stages of prostate cancer based on a Deep Belief Network and a Dempster-Shafer theory according to the present invention.
8 shows ROC curves of various classification methods using a validation set.
9 shows the ROC curve of the DBN-DS based classification method according to the present invention using one validation set.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Configurations shown in the embodiments and drawings described herein are only one preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.

도 1은 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템은 DBN부(120) 및 DS추론부(130)를 포함하여 이루어지고, 전처리부(110)를 더 포함할 수 있다.1 is a block diagram showing an embodiment of the configuration of a system for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention. The system for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention comprises a DBN unit 120 and a DS reasoning unit 130, and a pre-processing unit 110 ) May be further included.

본 발명에서 사용되는 입력변수는 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 사용한다. PSA level, Gleason score 및 Clinical T state은 병리 예측에 중요한 변수이며, 각 환자마다 데이터의 분포가 다를 수 있기 때문에 불확실성이 있으므로 각 변수에 대한 증거의 조합이 필요하다.The input variable used in the present invention uses prostate-specific antigen (PSA), Gleason score and clinical T stage of prostate cancer. PSA level, Gleason score, and Clinical T state are important variables for pathology prediction, and because the distribution of data can be different for each patient, there is uncertainty, so a combination of evidence for each variable is required.

상기 전립선 특이항원(prostate specific antigen, PSA)은 전립선의 상피세포에서 합성되는 단백분해 효소로 전립선 이외의 조직에서는 거의 발현되지 않아 전립선암의 선별에 이용되는 유용한 종양 표지자이다. 하지만 PSA는 전립선 조직에는 특이적이지만 종양에는 특이적이지 않아 전립선 비대증, 전립선염, 전립선 경색 등에서도 증가할 수 있다. PSA는 전립선암의 선별 검사뿐만 아니라 수술 후 재발 판정에도 유용하게 이용할 수 있다. The prostate specific antigen (PSA) is a proteolytic enzyme synthesized in epithelial cells of the prostate, and is rarely expressed in tissues other than the prostate, and thus is a useful tumor marker used for the selection of prostate cancer. However, PSA is specific for prostate tissue but not tumor, so it may increase in prostate hyperplasia, prostatitis, and prostate infarction. PSA can be useful for screening prostate cancer as well as for recurrence determination after surgery.

상기 글리슨 점수(Gleason score)는 전립선암의 악성도를 표현하는 지표로서, 병리의사가 전립선조직을 현미경으로 관찰하고 1부터 5까지 글리슨 점수를 매겨 가장 많은 부위의 점수와 그 다음으로 많은 부위의 점수를 합산한다.  그래서 글리슨 점수는 2-10사이이며, 글리슨 점수는 전립선암의 예후를 정확하게 예측할 수 있다.  상기 임상 T 병기(Clinical T stage)는 전립선암 임상적 병기를 나타낸다.The Gleason score (Gleason score) is an index expressing the malignancy of prostate cancer, the pathologist observed the prostate tissue under a microscope and scored the Gleason score from 1 to 5, the score of the most sites and the score of the most sites Add up. Therefore, the Gleason score is between 2 and 10, and the Gleason score can accurately predict the prognosis of prostate cancer. The clinical T stage represents the clinical stage of prostate cancer.

본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템의 출력변수는 병리학 적 T 병기 (pT2a, pT2b, pT3a, pT3b, pT3c)와 N 병기 (pN1)로 구성된 두 개의 변수가 사용될 수 있으며, 최종적으로 출력 변수는 American Joint Committee on Cancer (AJCC) 가이드라인의 기준을 근거로 Organ Confine Disease(OCD; pT2 +) 와 Non Organ Confine Disease (NOCD, pT3 + 또는 N +)으로 구성될 수 있다The output parameters of the pathologic staging system of prostate cancer based on the Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention include pathological T stages (pT2a, pT2b, pT3a, pT3b, pT3c) and N stages ( pN1) can be used, and finally, the output variable is Organ Confine Disease (OCD; pT2 +) and Non Organ Confine Disease (NOCD, pT3) based on the criteria of the American Joint Committee on Cancer (AJCC) guidelines. + Or N +)

전처리부(110)은 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 데이터로 하여 상기 입력 데이터 각각을 DBN(Deep Belief Network)의 다중 입력 변수로 전처리하며, 제1변환부(112), 제2변환부(114) 및 제3변환부(116)를 구비한다.The pre-processing unit 110 uses the prostate-specific antigen (PSA), the Gleason score, and the clinical T stage of the prostate cancer as input data, and inputs each of the input data into a deep belief network (DBN) multiplexed. It is pre-processed as a variable, and includes a first conversion unit 112, a second conversion unit 114, and a third conversion unit 116.

제1변환부(112)는 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하며, 예를 들어 입력변수 전립선 특이 항원(PSA)의 데이터를 이진수로 변환할 수 있다. 제2변환부(114)는 전립선 암의 글리슨 점수(Gleason score)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하며, 상기 입력변수 글리슨 점수(Gleason score)의 데이터를 플래그 형식의 이진수로 변환할 수 있다. 제3변환부(116)는 전립선 암의 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하며, 상기 입력변수 글리슨 점수(Gleason score)의 데이터를 플래그 형식의 이진수로 변환할 수 있다.The first converter 112 converts the prostate-specific antigen (PSA) of the prostate cancer into an input variable and converts the data of the input variable prostate-specific antigen (PSA) into a binary number, for example. The second conversion unit 114 converts the Gleason score of the prostate cancer into an input variable and converts the data of the input variable Gleason score into a binary number in the form of a flag. The third conversion unit 116 may convert a clinical T stage of prostate cancer into an input variable and convert the data of the input variable Gleason score into a binary number in a flag format. .

DBN부(120)는 전처리부(110)에 의해 전처리된 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터 각각에 대해 DBN(Deep Belief Network)을 통해 학습하고 병기(Stage)를 예측한다. DBN(Deep Belief Network)는 딥러닝(deep learning) 기술로서, 분류 예측에 효과적이다. DBN은 unsupervised learning과 supervised learning을 모두 지원하므로 불확실한 데이터 관계에 대해 효과적으로 학습 할 수 있다. Deep belief Network (DBN)는 잠재적인 변수의 여러 층으로 구성되는 생성적인(generative) 그래픽 모델 또는 Deep neural network의 한 유형으로, 각 층 내의 노드들은 연결되지 않으며, 층(layer) 과 층(layer) 사이의 노드는 연결이 되어 있다. DBN은 Restrict Bolzmann Machine(RBM)을 여러 층으로 구성된다. DBN의 학습 방법은 visible layer와 hidden layer를 1개의 RBM 층으로 구성이 되며, 여러 층의 RBM으로 구성될 수 있다. 1 계층을 통해 학습이 되면, 다음 층으로의 데이터가 전송이 되며, 재학습 된다. 이러한 방식으로 마지막 계층까지 순차적으로 수행된다. 또한, DBN을 사용하는 classification method은 DBN의 최상위 계층에서 구성되며 Back propagation 을 사용한다. DBN은 임의로 선택된 연결 강도를 사용하는 인공 신경망(ANN)보다 더 나은 결과를 보여준다.The DBN unit 120 learns through the Deep Belief Network (DBN) for each of the prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and Clinical T stage data preprocessed by the pretreatment unit 110. And predict the stage. DBN (Deep Belief Network) is a deep learning technology, which is effective for classification prediction. DBN supports both unsupervised learning and supervised learning, so you can effectively learn about uncertain data relationships. Deep belief network (DBN) is a type of deep neural network or a generative graphical model consisting of several layers of potential variables, where nodes within each layer are not connected, and layers and layers The nodes between are connected. DBN consists of several layers of Restrict Bolzmann Machine (RBM). In the DBN learning method, the visible layer and the hidden layer are composed of one RBM layer, and may be composed of several layers of RBM. When learning through the first layer, data to the next layer is transmitted and re-learned. In this way, it is performed sequentially up to the last layer. In addition, the classification method using DBN is composed at the top layer of DBN and uses Back propagation. DBN shows better results than artificial neural networks (ANN) using randomly selected connection strengths.

도 2는 본 발명에 따른 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템에서 사용되는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)의 일 예를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에서 사용되는 DBN은 다중 입력 변수와 출력 변수에 대한 다중 분류기로 구성될 수 있으며, 각 변수에 대해 하나의 분류기를 구성할 수 있다. 따라서 하나의 변수를 여러 개의 입력 값으로 변환할 필요가 있으며, PSA는 연속 데이터이므로 이진수로 변환되어 입력노드를 구성하고, Gleason Score 와 Clinical T stage는 범주형 데이터 이므로 플래그 형식으로 데이터를 구성하여 입력노드를 구성할 수 있다. Figure 2 shows an example of a deep trust neural network (Deep Belief Network) used in the pathological stage prediction system of prostate cancer according to the present invention. Referring to FIG. 2, the DBN used in the present invention may be configured with multiple classifiers for multiple input variables and output variables, and one classifier for each variable. Therefore, it is necessary to convert one variable to multiple input values, and since PSA is continuous data, it is converted to binary to construct an input node, and since Gleason Score and Clinical T stage are categorical data, data is configured in flag format to input. Nodes can be configured.

도 1을 참조하면, DBN부(120)는 제1DBN(122), 제2DBN(124) 및 제3DBN(126)를 구비한다. 제1DBN(122)는 제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 제1변환부(112)에 의해 이진수로 변환된 전립선 특이 항원(PSA)의 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD(Organ Confine Disease) 의 확률값과 NODC(Non Organ Confine Disease)의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the DBN unit 120 includes a first DBN 122, a second DBN 124, and a third DBN 126. The first DBN 122 has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and data of a prostate-specific antigen (PSA) converted to binary by the first conversion unit 112 It consists of a Deep Belief Network, which has two output nodes that learn each bit as an input node and output the probability value of OCD (Organ Confine Disease) and the probability value of NODC (Non Organ Confine Disease).

제2DBN(124)는 제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 제2변환부(114)에 의해 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD의 확률값과 NODC의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어진다.The second DBN 124 has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked by using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and the Gleason score data converted into binary by the second conversion unit 114 It consists of a Deep Belief Network with two output nodes that learn each bit as an input node and output the probability value of the OCD and the probability value of the NODC.

제3DBN(126)은 제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제2변환부에 의해 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD의 확률값과 NODC의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어진다.The third DBN 126 has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and each bit of the Gleason score data converted to binary by the second conversion unit. It consists of a Deep Belief Network having two output nodes for learning as an input node and outputting a probability value of OCD and a probability value of NODC.

DS추론부(130)는 상기 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 각각에 대한 DBN부(120)의 예측값을 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용하여 선형결합하여 전립선 암의 병리학적 병기(pathology stage)를 예측하며, 제1DBN(122), 제2DBN(124) 및 제3DBN(126)의 출력을 Dempster-Shafer 이론을 이용하여 선형결합하여 OCD(Organ Confine Disease)에 대한 확률값과 NOCD(Non Organ Confine Disease)에 대한 확률값을 추론하여 확률값이 높은 것으로 OCD(Organ Confine Disease) 또는 NOCD(Non Organ Confine Disease)를 추론한다. The DS inference unit 130 calculates the predicted value of the DBN unit 120 for each of the prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage of the prostate cancer DS (Dempster-Shafer) Predict the pathology stage of prostate cancer by linear combination using theory, and linearly combine the outputs of first DBN 122, second DBN 124, and third DBN 126 using Dempster-Shafer theory By inferring the probability value for OCD (Organ Confine Disease) and the probability value for Non Organ Confine Disease (NOCD), the probability value is high and inferring OCD (Organ Confine Disease) or NOCD (Non Organ Confine Disease).

본 발명에서는 입력변수들에 대해 다중 분류자를 사용하며, DS이론 (Dempster-Shafer Theory)을 사용하여 분류자들의 예측을 선형 결합한다. Dempster-Shafer Theory는 Arthur Dempster와 Glenn Shafer에 의하여 제시된 불확실하고 부정확한 문제를 다루는 수학적 이론이다. DS는 데이터 집합에 대해서 믿음 값과 가능성 값을 이용하여 증거구간 설정과 같은 효과적인 방법을 제공한다. DS는 확신의 정도를 구간으로 표현하며 확률과 같이 서로 배타적인 가설 집합을 설정한다. 대상의 집합을 환경이라고 하며 θ으로 표시한다. In the present invention, multiple classifiers are used for the input variables, and the prediction of classifiers is linearly combined using a DS theory (Dempster-Shafer Theory). Dempster-Shafer Theory is a mathematical theory dealing with uncertain and inaccurate problems presented by Arthur Dempster and Glenn Shafer. DS provides an effective method for establishing evidence intervals by using belief values and likelihood values for data sets. DS expresses the degree of confidence in intervals and sets a set of hypotheses that are mutually exclusive, such as probability. The set of objects is called the environment and is denoted by θ.

θ는 θ={θ1, θ2, θ3, ..., θn} 와 같이 여러 개의 원소를 가질 수 있으며 부분집합의 개수는 2k가 된다. θ가 오직 한가지의 원소를 가질 때, 식별 프레임이라고 한다. 2k개의 부분집합으로 구성된 것은 멱집합(Power Set)이라 하며 Θ으로 표기한다. 2k개의 부분집합으로 구성된 것은 멱집합(Power Set)이라 하며 Θ으로 표기한다. Θ가 어느 증거에 의해 지원받는 정도를 기본확률 배정함수 m이라 하며 수학식 1과 같다. m은 공집합에 대해서는 0의 확률값에 사상되며, Θ의 모든 부분집합에 대해서 m의 합은 1이 된다.(수학식 2)θ can have multiple elements such as θ = {θ 1 , θ 2 , θ 3 , ..., θ n }, and the number of subsets is 2 k . When θ has only one element, it is called an identification frame. What consists of 2 k subsets is called Setset (Power Set) and is denoted by Θ. What consists of 2 k subsets is called Setset (Power Set) and is denoted by Θ. The degree to which Θ is supported by some evidence is called the basic probability assignment function m, and is shown in Equation 1. m is mapped to a probability value of 0 for the empty set, and m is 1 for all subsets of Θ (Equation 2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

DS에서 주어진 증거에 의하여 임의의 가설 H(Hypnosis)에 대한 믿음 값인 Belief(H)는 수학식 3와 같다. Based on the evidence given in DS, Belief (H), a belief value for an arbitrary hypothesis H (Hypnosis), is equal to Equation 3.

Figure pat00003
Figure pat00003

신뢰의 정도는 주어진 증거들의 신뢰성과 전반적인 환경의 영향에 따라 결정되며 정도의 비율은 e로 표시할 수 있다.(수학식 4)The degree of confidence is determined by the reliability of the given evidence and the overall environmental impact, and the ratio of the degree can be expressed as e (Equation 4).

Figure pat00004
Figure pat00004

r은 0과 1사이의 값 (0≤r≤1)이며, r=0이면 참이고, r=1이면 거짓이 된다. DS는 서로 다른 증거들간의 융합의 과정을 통해 새로운 믿음의 값을 계산한다. 따라서 증거들간의 융합은 수학식 5과같이 표현할 수 있으며, X∩Y=D이면, 두 증거들 간의 융합의 믿음 값은 0이다. r is a value between 0 and 1 (0≤r≤1), true if r = 0, false if r = 1. DS calculates the value of new faith through the process of fusion between different evidences. Therefore, the fusion between the evidences can be expressed as in Equation 5, and if X = Y = D, the belief value of the fusion between the two evidences is 0.

Figure pat00005
Figure pat00005

DS는 H에 대한 신뢰 척도를 Bel(H)값으로 표현되지 않고, [Bel(H), Pls(H)] 와 강ㅌ은 구간으로 표시한다. 이 구간을 증거구간 (Evidential Interval)이라 한다. Plausibility(Pls)는 증거에 기초하여 가설이 부정되지 않는 범위를 의미하며(참과 거짓의 구간을 제외한 빈 구간), 최대로 신뢰 받을 수 있는 가능성을 의미한다. Bel은 0~1까지의 범위를 가지며(참과 거짓의 범위), Pls는 수학식 6와 같이 정의할 수 있으며 [0,1] 값을 갖는다. 또한, 가능성 값은 믿음 값의 융합과 마찬가지로 다수의 증거로부터 융합의 과정을 표현 할 수 있다. DS does not express the confidence measure for H as a Bel (H) value, but is represented by [Bel (H), Pls (H)] and strong intervals. This interval is called the Evidential Interval. Plausibility (Pls) refers to the extent that the hypothesis is not denied based on evidence (empty intervals except for the true and false intervals), and the possibility of maximum trust. Bel has a range from 0 to 1 (range of true and false), Pls can be defined as Equation 6, and has a value of [0,1]. Also, likelihood of fusion of faith values, likelihood values can represent the process of fusion from multiple evidences.

Figure pat00006
Figure pat00006

본 발명에서는 Multi classifier로부터 예측된 3개의 출력 데이터를 융합하여 계산을 한다. In the present invention, three output data predicted from a multi classifier are fused and calculated.

도 3는 DS추론부(130)의 세부 구성을 블록도로 나타낸 것이다. 도 3를 참조하면, DS추론부(130)는 공집합 계산부(310), 제1병합부(320), 제2병합부(330) 및 병기추론부(340)를 포함하여 이루어질 수 있다. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of the DS reasoning unit 130. Referring to FIG. 3, the DS inference unit 130 may include an empty set calculation unit 310, a first merge unit 320, a second merge unit 330, and a stage reasoning unit 340.

공집합 계산부(310)는 상기 3개의 입력 변수인 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 기본 확률 배정 함수를 m1, m2 및 m3라 할 때, 상기 m1, m2 및 m3의 공집합(1-(OCD확률 + NOCD확률))을 계산한다. 제1병합부(320)는 상기 계산된 m1 및 m2의 OCD, NOCD 및 공집합 확률을 이용하여 m1과 m2를 병합한다. 제2병합부(330)는 상기 m1과 m2를 병합한 결과와 m3를 병합하여 OCD의 확률과 NOCD의 확률을 계산한다. 병기 추론부(340)는 제2병합부(330)의 병합 결과 OCD의 확률이 NOCD의 확률보다 크면 OCD로 판단하고, NODC의 확률이 크면 NOCD로 추론한다.The empty set calculation unit 310 when the basic probability assignment functions for the three input variables prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage are m1, m2, and m3 , Calculate the empty set of m1, m2 and m3 (1- (OCD probability + NOCD probability)). The first merging unit 320 merges m1 and m2 using the calculated OCD, NOCD, and empty set probabilities of m1 and m2. The second merging unit 330 calculates the probability of OCD and the probability of NOCD by merging m1 and m2 and m3. The staging unit 340 determines the OCD when the probability of the OCD is greater than the probability of the NOCD as the result of the merge of the second merger 330, and infers the NOCD when the probability of the NODC is large.

DS추론부(130)에 대해 부연하여 설명하기로 한다. 제1DBN(Initial PSA, 122)을 m1로, 제2DBN(Gleason score, 124)을 m2로, 제3DBN(Clinical T stage, 126)을 m3으로 구성하며, 모든 것을 융합한 m4로 구성한다. 출력데이터에 대해서 각 m1, m2 그리고 m3의 공집합은 수학식 7과 같다. The DS reasoning unit 130 will be described in detail. The first DBN (Initial PSA, 122) is m1, the second DBN (Gleason score, 124) is m2, the third DBN (Clinical T stage, 126) is m3, and everything is composed of m4. For the output data, the empty set of m1, m2 and m3 is as shown in Equation 7.

Figure pat00007
Figure pat00007

위와 같이, m1, m2, m3를 각각 구한 이후에 m4로 결합을 한다. m4의 결합은 수학식 8와 같다.As above, m1, m2, and m3 are obtained, respectively, and then combined with m4. The combination of m4 is as shown in Equation 8.

Figure pat00008
Figure pat00008

다음으로, OCD와 NOCD의 evidential interval 구간은 수학식 9과 같이 정리할 수 있다. Next, the evidential interval section of the OCD and NOCD can be summarized as in Equation 9.

Figure pat00009
Figure pat00009

위와 같이 OCD와 NOCD에 대해 evidential interval 구간을 구성하여, OCD와 NOCD중에서 확률이 높은 값을 최종 출력 값으로 정한다.As shown above, evidential interval section is configured for OCD and NOCD, and the highest probability value among OCD and NOCD is determined as the final output value.

도 4는 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 방법을 흐름도로 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 방법에 의하면, 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 변수로 하여 상기 입력 변수 각각에 대해 별도의 DBN(Deep Belief Network)을 통해 학습하고 OCD와 NOCD 확률값을 출력한다. 그리고 나서 상기 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 각각에 대한 상기 DBN의 예측값을 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용하여 선형결합하여 전립선 암의 병리학적 병기를 예측한다. 상기 DBN는 각 입력변수에 대해 OCD(Organ Confine Disease) 및 NOCD(Non Organ Confine Disease)가 확률로 계산되는 두 개의 출력 노드를 포함한다. 상기 DS(Dempster-Shafer)를 통한 출력은 상기 각 입력변수에 대한 DBN의 출력노드들을 선형결합하여 OCD(Organ Confine Disease)와 NOCD(Non Organ Confine Disease)를 예측한다. 상기 입력변수 전립선 특이 항원(PSA)은 이진수로 변환되어 상기 DBN의 입력노드로 구성되고, 상기 입력변수 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)는 플래그 형식의 데이터로 변환되어 상기 DBN의 입력노드로 구성될 수 있다.4 is a flowchart illustrating a method for predicting pathological stages of prostate cancer based on a Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention. According to the method of predicting the pathological stage of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention, the prostate-specific antigen (PSA), Gleason score and clinical T stage of prostate cancer Using (Clinical T stage) as an input variable, each of the input variables is learned through a separate Deep Belief Network (DBN) and outputs OCD and NOCD probability values. The prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage of the prostate cancer were then linearly combined using the DS (Dempster-Shafer) theory to predict the DBN prediction values for each of the prostate cancers. Predict the pathological stage of cancer. The DBN includes two output nodes in which the organ confine disease (OCD) and the non organ confine disease (NOCD) are calculated with probability for each input variable. The output through the Dempster-Shafer (DS) predicts Organ Confine Disease (OCD) and Non Organ Confine Disease (NOCD) by linearly combining the output nodes of the DBN for each input variable. The input variable prostate-specific antigen (PSA) is converted into a binary number and composed of the input node of the DBN, and the input variable Gleason score and clinical T stage are converted into flag data. It can be configured as a DBN input node.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 방법은 먼저 상기 3개의 입력변수 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 데이터가 입력되면 이진수로 변환한다.(S410단계) Referring to FIG. 4, the method for predicting pathological stages of prostate cancer based on the Deep Belief Network and the Dempster-Shafer theory according to the present invention is first of all three input variables prostate specific antigen (PSA), Gleason score ( When data for Gleason score) and clinical T stage are input, they are converted into binary numbers (step S410).

상기 이진수로 변환된 전립선 특이 항원(PSA) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 PSA 데이터를 OCD 및 NOCD 각각의 확률값으로 추론한다.(S420단계) 또한 상기 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 글리슨 점수(Gleason score) 데이터를 OCD 및 NOCD 각각의 확률값으로 추론한다.(S420단계) 또한 상기 이진수로 변환된 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터를 OCD 및 NOCD의 각각의 확률값으로 추론한다.(S420단계)Each bit of the prostate-specific antigen (PSA) data converted to the binary number is used as an input node to learn through DBN to infer PSA data as probability values of OCD and NOCD. (Step S420) Also, the Gleason score converted to the binary number (Gleason score) Each bit of the data is used as an input node to learn through the DBN to infer the Gleason score (Gleason score) data to the probability values of OCD and NOCD, respectively. (Step S420) Also, the clinical T stage converted to the binary number ( Clinical T stage) Using each bit of data as an input node, learning through the DBN to infer clinical T stage data to the probability values of OCD and NOCD (step S420).

상기 3개의 입력 변수인 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 기본 확률 배정 함수를 m1, m2 및 m3라 할 때, 상기 m1, m2 및 m3의 공집합(1-(OCD확률 + NOCD확률))을 계산한다.(S430단계)When the basic probability assignment functions for the three input variables, prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage are m1, m2 and m3, the m1, m2 and m3 Calculate the empty set of (1- (OCD probability + NOCD probability)) (step S430).

상기 계산된 m1 및 m2의 OCD, NOCD 및 공집합 확률을 이용하여 m1과 m2를 병합한다.(S440단계) 상기 m1과 m2를 병합한 결과와 m3를 병합하여 OCD의 확률과 NOCD의 확률을 계산한다.(S450단계) 상기 계산 결과 OCD의 확률이 NOCD의 확률보다 크면(S460단계), OCD로 추론하고(S470단계), NODC의 확률이 크면 NOCD로 추론한다.(S480단계) M1 and m2 are merged using the calculated OCD, NOCD, and empty set probabilities of m1 and m2 (step S440). The result of merging m1 and m2 and m3 are merged to calculate the probability of OCD and the probability of NOCD. (Step S450) If the probability of the OCD is greater than the probability of the NOCD (step S460), infer to the OCD (step S470). If the probability of the NODC is large, infer to the NOCD (step S480).

도 5은 본 발명에 따른 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법에서 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)을 이용하여 딥러닝 모델을 학습하기 위한 학습 흐름도를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, PSA, Gleason score, Clinical T stage 데이터를 입력(500)하고, PSA, Gleason score, Clinical T stage 데이터의 이진수 변환(510)한다. 이진수 데이터로 구성된 PSA, Gleason score, Clinical T stage을 각각 Deep Belief Network으로 학습(520)한다. DBN 학습(520)은 PSA 데이터 학습(522), Gleason score 데이터 학습(524) 및 Clinical T stage 데이터 학습(526)을 포함한다. DBN학습 후에는 PSA, Gleason score, Clinical T stage으로 학습 모델을 완성(530) 한다.Figure 5 shows a learning flow chart for learning a deep learning model using a deep trust neural network (Deep Belief Network) in the system and method for predicting pathological stages of prostate cancer according to the present invention. Referring to FIG. 5, PSA, Gleason score, and Clinical T stage data are input (500), and binary conversion of PSA, Gleason score and Clinical T stage data is performed (510). The PSA, Gleason score, and Clinical T stage composed of binary data are trained (520) with a Deep Belief Network, respectively. DBN learning 520 includes PSA data learning 522, Gleason score data learning 524 and Clinical T stage data learning 526. After learning DBN, the learning model is completed (530) with PSA, Gleason score, and Clinical T stage.

도 6은 본 발명에 따른 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법에서 데이터 입력에 따른 병리학적 병기(Pathology stage)의 추론 방법을 흐름도로 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, PSA, Gleason score, Clinical T stage 데이터를 입력(600)하고, PSA, Gleason score, Clinical T stage 데이터의 이진수 변환(610)한다. 이진수 데이터로 구성된 PSA, Gleason score, Clinical T stage을 각각 Deep Belief Network 학습모델로 추론(620)한다. DBN 학습모델 추론(620)은 PSA 데이터 추론(622), Gleason score 데이터 추론(624) 및 Clinical T stage 데이터 추론(626)을 포함하여 이루어진다.6 is a flowchart illustrating a method for inferring a pathology stage according to data input in a system and method for predicting pathological stages of prostate cancer according to the present invention. Referring to FIG. 6, PSA, Gleason score, and Clinical T stage data are input (600), and binary conversion of PSA, Gleason score and Clinical T stage data is performed (610). The PSA, Gleason score, and Clinical T stage composed of binary data are inferred (620) by the Deep Belief Network learning model. DBN learning model inference 620 includes PSA data inference 622, Gleason score data inference 624, and clinical T stage data inference 626.

DBN학습모델로 추론한 후에는 PSA, Gleason score, Clinical T stage으로 추론된 결과를 이용하여 Dempster-Shafer 방법으로 추론(630)한다. Dempster-Shafer 방법으로 추론(630)은 m1, m2, m3의 공집합()을 계산(632)하고, m1와 m2를 병합(OCD, NOCD, 공집합 추론, 634)하고, m1와 m2의 병합 결과와 m3를 병합 (OCD, NOCD, 공집합 추론, 636)하고, 최종적으로 m4의 OCD, NOCD 결과값을 제공(638)한다.After inference with the DBN learning model, the inference is made using the Dempster-Shafer method using the results inferred from the PSA, Gleason score, and Clinical T stage (630). In the Dempster-Shafer method, inference (630) calculates the empty set () of m1, m2, and m3 (632), merges m1 and m2 (OCD, NOCD, empty set inference, 634), and the result of the merge of m1 and m2. M3 is merged (OCD, NOCD, co-set inference, 636), and finally, the result of OCD and NOCD of m4 is provided (638).

도 5와 도 6에 대한 예를 들면 다음과 같다. 입력데이터는 PSA(m1)에 대해, 실제 데이터는 88.85이고 이진수로 변환하면 1011000 이 되고, 딥러닝으로부터 나온 확률(OCD/NOCD)은 0.126 / 0.812이다. Examples for FIGS. 5 and 6 are as follows. The input data is PSA (m1), the actual data is 88.85, and when converted to binary, it becomes 1011000, and the probability (OCD / NOCD) from deep learning is 0.126 / 0.812.

Gleason Score (m2)에 대해서는, 실제 데이터는 7a 이고, 이진수로 변환하면 00000010000 이고, 딥러닝으로부터 나온 확률(OCD/NOCD)은 0.602 / 0.397 이다. Clinical T stage (m3)에 대해서는, 실제 데이터는 1c 이고, 이진수로 변환하면 00100000 이고, 딥러닝으로부터 나온 확률(OCD/NOCD)은 0.707 / 0.292 이다.For Gleason Score (m2), the actual data is 7a, when converted to binary, it is 00000010000, and the probability (OCD / NOCD) from deep learning is 0.602 / 0.397. For Clinical T stage (m3), the actual data is 1c, when converted to binary, it is 00100000, and the probability (OCD / NOCD) from deep learning is 0.707 / 0.292.

표 1은 입력 값에 대한 딥러닝 결과를 나타낸 것이다.Table 1 shows the deep learning results for the input values.

실제 데이터Real data 이진수Binary 딥러닝 결과Deep Learning Results OCDOCD NOCDNOCD PSAPSA 88.8588.85 10110001011000 0.1260.126 0.8120.812 Gleason ScoreGleason Score 7a (5)7a (5) 0000001000000000010000 0.6020.602 0.3970.397 Clinical T stageClinical T stage 1c (3)1c (3) 0010000000100000 0.0700.070 0.2920.292

도 6의 참조번호 630에 대한 예로서, Dempster-shafer 알고리즘을 적용한 예제를 설명한다. 먼저 공집합을 구한다(도 6의 참조번호 632). As an example for reference numeral 630 of FIG. 6, an example in which a Dempster-shafer algorithm is applied will be described. First, an empty set is obtained (reference numeral 632 in FIG. 6).

m1(φ) = 1- (0.126 + 0.812) = 0.062m1 (φ) = 1- (0.126 + 0.812) = 0.062

m2(φ) = 1- (0.602 + 0.397) = 0.001m2 (φ) = 1- (0.602 + 0.397) = 0.001

m3(φ) = 1- (0.707 + 0.292) = 0.001m3 (φ) = 1- (0.707 + 0.292) = 0.001

다음과 같이 OCD와 NOCD를 계산한다. Calculate OCD and NOCD as follows.

m4(OCD) = m1(OCD)

Figure pat00010
m2(OCD)
Figure pat00011
m3(OCD)m4 (OCD) = m1 (OCD)
Figure pat00010
m2 (OCD)
Figure pat00011
m3 (OCD)

m4(NOCD) = m1(NOCD)

Figure pat00012
m2(NOCD)
Figure pat00013
m3(NOCD)m4 (NOCD) = m1 (NOCD)
Figure pat00012
m2 (NOCD)
Figure pat00013
m3 (NOCD)

위 과정은 m1과 m2를 계산한 후에, m3를 이후에 결합한다. 순서는 아래와 같다.The above process calculates m1 and m2, and then combines m3. The order is as follows.

첫 번째로, m1(OCD)

Figure pat00014
m2(OCD)을 진행한다.(도 6의 참조번호 634)First, m1 (OCD)
Figure pat00014
Proceed with m2 (OCD) (reference numeral 634 in FIG. 6).

m1(OCD)

Figure pat00015
m2(OCD) = ((m1(OCD)*m2(OCD)) + (m1(OCD)*m2(φ)) + (m2(OCD)*m1(φ))) * (1/(1-((m1(OCD)*m2(NOCD)) + (m2(OCD)*m1(NOCD))))m1 (OCD)
Figure pat00015
m2 (OCD) = ((m1 (OCD) * m2 (OCD)) + (m1 (OCD) * m2 (φ)) + (m2 (OCD) * m1 (φ))) * (1 / (1- ( (m1 (OCD) * m2 (NOCD)) + (m2 (OCD) * m1 (NOCD))))

= ((0.126*0.602) + (0.126*0.001) + (0.602*0.062)) * (1/(1-((0.126*0.397) + (0.602*0.812))))= ((0.126 * 0.602) + (0.126 * 0.001) + (0.602 * 0.062)) * (1 / (1-((0.126 * 0.397) + (0.602 * 0.812))))

= (0.0759 + 0.0001 + 0.0373) * (1/(1-0.5388)= (0.0759 + 0.0001 + 0.0373) * (1 / (1-0.5388)

= 0.1133 * 2.1685 = 0.1133 * 2.1685

= 0.2457= 0.2457

두 번째로, m1(NOCD)

Figure pat00016
m2(NOCD)을 진행합니다. 계산 방법은 m1(OCD)
Figure pat00017
m2(OCD)와 동일하다.(도 6의 참조번호 634)Second, m1 (NOCD)
Figure pat00016
Proceed with m2 (NOCD). The calculation method is m1 (OCD)
Figure pat00017
It is the same as m2 (OCD). (Reference number 634 in FIG. 6)

m1(NOCD)

Figure pat00018
m2(NOCD) m1 (NOCD)
Figure pat00018
m2 (NOCD)

=((m1(NOCD)*m2(NOCD))+(m1(NOCD)*m2(φ))+(m2(NOCD)*m1(φ)))*(1/(1-((m1(OCD)*m2(NOCD))+(m2(OCD)*m1(NOCD))))= ((m1 (NOCD) * m2 (NOCD)) + (m1 (NOCD) * m2 (φ)) + (m2 (NOCD) * m1 (φ)))) * (1 / (1-((m1 (OCD) ) * m2 (NOCD)) + (m2 (OCD) * m1 (NOCD))))

=((0.812*0.397)+(0.812*0.001)+(0.397*0.062))*(1/(1-((0.126*0.397)+(0.602*0.812))))= ((0.812 * 0.397) + (0.812 * 0.001) + (0.397 * 0.062)) * (1 / (1-((0.126 * 0.397) + (0.602 * 0.812))))

= (0.3224 + 0.0246 + 0.0008) * (1/(1-0.5388)= (0.3224 + 0.0246 + 0.0008) * (1 / (1-0.5388)

= 0.3478 * 2.1685 = 0.7542= 0.3478 * 2.1685 = 0.7542

세 번째로, m1(φ)

Figure pat00019
m2(φ)을 계산한다. 이것을 해야 m3을 합병할 수 있다.(도 6의 참조번호 634)Third, m1 (φ)
Figure pat00019
Calculate m2 (φ). This is necessary to merge m3 (reference numeral 634 in FIG. 6).

m1(φ)

Figure pat00020
m2(φ)=(m1(φ)*m2(φ))*(1/(1-((m1(OCD)*m2(NOCD))+(m2(OCD)*m1(NOCD))))m1 (φ)
Figure pat00020
m2 (φ) = (m1 (φ) * m2 (φ)) * (1 / (1-((m1 (OCD) * m2 (NOCD)) + (m2 (OCD) * m1 (NOCD))))

= 0.0001 * (1/(1-((0.126*0.397) + (0.602*0.812))))= 0.0001 * (1 / (1-((0.126 * 0.397) + (0.602 * 0.812))))

= 0.0001 * (1/(1-0.5388)= 0.0001 * (1 / (1-0.5388)

= 0.0001 (m1과 m2의 공집합의 계산 결과이다.)= 0.0001 (This is the result of calculating the empty set of m1 and m2.)

m1, m2의 조합 결과는 OCD: 0.2457, NOCD: 0.7542, φ: 0.0001이다.The combination result of m1 and m2 is OCD: 0.2457, NOCD: 0.7542, and φ: 0.0001.

다음으로 계산된 m1, m2의 OCD, NOCD, 공집합을 이용하여 m3와 조합한다. 최종 m4의 OCD이다. (도 6의 참조번호636)Next, it is combined with m3 using the calculated OCD, NOCD, and empty set of m1 and m2. The final m4 is OCD. (Reference number 636 in FIG. 6)

m4(OCD) = m1(OCD)

Figure pat00021
m2(OCD)
Figure pat00022
m3(OCD)m4 (OCD) = m1 (OCD)
Figure pat00021
m2 (OCD)
Figure pat00022
m3 (OCD)

=((m1(OCD)

Figure pat00023
m2(OCD)*m3(OCD))+(m1(OCD)
Figure pat00024
m2(OCD)*m3(φ))+(m3(OCD)*m1(φ)m2(φ)))*(1/(1-((m1(OCD)
Figure pat00025
m2(OCD)*m3(NOCD))+((m1(NOCD)
Figure pat00026
m2(NOCD)*m3(OCD)))= ((m1 (OCD)
Figure pat00023
m2 (OCD) * m3 (OCD)) + (m1 (OCD)
Figure pat00024
m2 (OCD) * m3 (φ)) + (m3 (OCD) * m1 (φ) m2 (φ))) * (1 / (1-((m1 (OCD)
Figure pat00025
m2 (OCD) * m3 (NOCD)) + ((m1 (NOCD)
Figure pat00026
m2 (NOCD) * m3 (OCD)))

= ((0.2457*0.602) + (0.2457*0.001) + (0.602*0.0001) * (1/(1-(0.0975+0.4540)))= ((0.2457 * 0.602) + (0.2457 * 0.001) + (0.602 * 0.0001) * (1 / (1- (0.0975 + 0.4540)))

= (0.1479 + 0.0002 + 0.0001) * (1/(1-0.5516))= (0.1479 + 0.0002 + 0.0001) * (1 / (1-0.5516))

= 0.1482 * 2.2299 = 0.1482 * 2.2299

= 0.3305= 0.3305

마지막으로 계산된 m1, m2의 OCD, NOCD, 공집합을 이용하여 m3와 조합한다. 최종 m4의 NOCD이다. (도 6의 참조번호 636)Finally, m1 and m2 are combined with m3 using OCD, NOCD, and empty set. It is the final m4 NOCD. (Reference number 636 in FIG. 6)

m4(NOCD) = m1(NOCD)

Figure pat00027
m2(NOCD)
Figure pat00028
m3(NOCD)m4 (NOCD) = m1 (NOCD)
Figure pat00027
m2 (NOCD)
Figure pat00028
m3 (NOCD)

=((m1(NOCD)

Figure pat00029
m2(NOCD)*m3(NOCD))+(m1(NOCD)
Figure pat00030
m2(NOCD)*m3(φ))+ (m3(NOCD)*m1(φ)m2(φ)))*(1/(1-((m1(OCD)
Figure pat00031
m2(OCD)*m3(NOCD))+ ((m1(NOCD)
Figure pat00032
m2(NOCD)*m3(OCD) ))= ((m1 (NOCD)
Figure pat00029
m2 (NOCD) * m3 (NOCD)) + (m1 (NOCD)
Figure pat00030
m2 (NOCD) * m3 (φ)) + (m3 (NOCD) * m1 (φ) m2 (φ))) * (1 / (1-((m1 (OCD)
Figure pat00031
m2 (OCD) * m3 (NOCD)) + ((m1 (NOCD)
Figure pat00032
m2 (NOCD) * m3 (OCD)))

=((0.7542*0.397)+(0.7542*0.001)+(0.397*0.0001))*(0.602*0.0001)*(1/(1-(0.0975+0.4540)))= ((0.7542 * 0.397) + (0.7542 * 0.001) + (0.397 * 0.0001)) * (0.602 * 0.0001) * (1 / (1- (0.0975 + 0.4540)))

= (0.2994+0.0008+0.0001) * (1/(1-(0.0975+0.4540)))= (0.2994 + 0.0008 + 0.0001) * (1 / (1- (0.0975 + 0.4540)))

= 0.3002 * (1/(1-0.5516))= 0.3002 * (1 / (1-0.5516))

= 0.3002 * 2.2299 = 0.3002 * 2.2299

= 0.6695= 0.6695

결과적으로 입력데이터에 따라, OCD는 0.3305의 확률이며, NOCD는 0.6695의 확률을 나타낸다. NOCD가 높은 확률이기 때문에 NOCD로 진단한다.(도 6의 참조번호 638)As a result, according to the input data, OCD has a probability of 0.3305, and NOCD has a probability of 0.6695. Because NOCD has a high probability, it is diagnosed as NOCD (reference numeral 638 in FIG. 6).

한편, 본 발명에 의한 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템 및 방법에 대한 실험예를 설명하기로 한다. Meanwhile, an experimental example of a system and method for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention will be described.

표 2은 임상적으로 국소화된 전립선 암종(carcinoma)이 있는 OCD 또는 NOCD의 병리학적 단계(pathology stage)에 있는 6,345 명의 환자의 initial PSA의 요약이다. 표 3는 임상적으로 국소화된 전립선 암종(carcinoma)이 있는 OCD 또는 NOCD의 병리학적 단계(pathology stage)에 있는 6,345 명의 환자의 글리슨 점수 분포이다. 표 4은 임상적으로 국소화된 전립선 암종(carcinoma)이 있는 OCD 또는 NOCD의 병리학적 단계(pathology stage)에 있는 6,345 명의 환자의 clinical T stage 분포이다.Table 2 is a summary of the initial PSA of 6,345 patients at the pathological stage of OCD or NOCD with clinically localized prostate carcinoma. Table 3 is the distribution of Gleason scores of 6,345 patients at the pathological stage of OCD or NOCD with clinically localized prostate carcinoma. Table 4 is the clinical T stage distribution of 6,345 patients at the pathological stage of OCD or NOCD with clinically localized prostate carcinoma.

Figure pat00033
Figure pat00033

Figure pat00034
Figure pat00034

Figure pat00035
Figure pat00035

표 2, 표 3 및 표 4에 나타나 있는 바와 같이, 실험예에 사용된 Gleason score 의 특성으로는, OCD의 Gleason 점수는 6에 많이 분포되어 있다. 5 점 이하에서는 OCD가 NOCD보다 더 많이 분포되어 있다. NOCD는 6 점 이상에서 대부분 분포되어 있다. OCD와 NOCD 그룹의 차이는 유의하다. Clinical T stage 의 특성으로는, 대부분의 환자는 T2+에 분포되어 있다. T1a는 OCD에서만 나타났다. 또한, T1+은 OCD에 많이 속해 있으며, T3+는 NOCD에 많이 속해 있다. As shown in Table 2, Table 3 and Table 4, as a characteristic of the Gleason score used in the experimental example, the Gleason score of OCD is widely distributed in 6. Below 5 points, OCD is more distributed than NOCD. NOCD is mostly distributed over 6 points. The difference between the OCD and NOCD groups is significant. As a characteristic of the clinical T stage, most patients are distributed in T2 +. T1a appeared only in OCD. In addition, T1 + belongs to OCD a lot, and T3 + belongs to NOCD a lot.

도 7은 본 발명에 따른 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 Dempster-Shafer 이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템의 구성에 대한 일 구현 예로서, 실험 예에 사용된다. 도 7을 참조하면, 트레이닝 세트(710)는 변환부(720)를 통해 바이너리(binary) 형식으로 변경한다. 초기 PSA 값은 가장 높은 값 (440 ng / mL)을 기준으로 9 개의 2 진수로 변환한다. Gleason 점수는 3에서 10까지의 9 개 플래그로 구성한다. 임상 T 단계는 T1a에서 T3b까지의 8 개의 플래그로 구성한다.7 is an example of an embodiment of the construction of a system for predicting pathological stages of prostate cancer based on a Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory according to the present invention, and is used in an experimental example. Referring to FIG. 7, the training set 710 is changed to a binary format through the conversion unit 720. The initial PSA value is converted to 9 binary numbers based on the highest value (440 ng / mL). The Gleason score consists of 9 flags from 3 to 10. The clinical T stage consists of 8 flags from T1a to T3b.

3개의 변수 각각의 바이너리 데이터는 DBN 분류기(730, 740, 750)에 의해 학습된다. 즉 첫 번째 DBN(530)은 초기 PSA 바이너리 데이터의 입력 데이터이기 때문에 9 개의 입력 노드로 구성된다. DBN분류기(730, 740, 750)의 출력 노드는 OCD와 NOCD가 확률로 계산 될 수 있도록 두 개로 구성된다. 1개의 DBN은 세 개의 RBM 레이어로 구성되어 있으며 각 RBM의 노드 수는 입력 노드 수와 동일하다. 본 발명의 실험 예에서는 Unsupervised 학습은 총 100 회 수행되고, 역전파를 이용한 Supervised 학습은 1000 회 수행한다. 마지막으로 출력 변수의 확률을 DS(760)로 계산하고 최종 출력으로 m4 (OCD) 및 m4 (NOCD)의 최종 개수를 결정한다. The binary data of each of the three variables is trained by DBN classifiers 730, 740, and 750. That is, since the first DBN 530 is input data of initial PSA binary data, it consists of 9 input nodes. The output nodes of the DBN classifiers 730, 740, and 750 are composed of two so that OCD and NOCD can be calculated with probability. One DBN consists of three RBM layers, and the number of nodes in each RBM is the same as the number of input nodes. In the experimental example of the present invention, Unsupervised learning is performed 100 times, and Supervised learning using back propagation is performed 1000 times. Finally, the probability of the output variable is calculated as DS 760, and the final number of m4 (OCD) and m4 (NOCD) is determined as the final output.

표 5는 트레이닝 세트(training set) 및 유효성 검사 세트(validation set) 간의 분류 방법의 실험결과를 나타낸 것이다. Table 5 shows the experimental results of the classification method between the training set and the validation set.

Figure pat00036
Figure pat00036

표 5에서, 트레이닝 세트 70%, 유효성검사 세트 30%로 구성되고, 비교를 위해, C4.5, Na

Figure pat00037
ive Bayesian, Logistic Regression, Back Propagation, SVM, RF, Simple DBN, Partin Table 비교하였다. 실험 측도는 Sensitivity, Specificity, Accuracy, ROC curve를 이용하였다.In Table 5, consisting of 70% training set and 30% validation set, for comparison, C4.5, Na
Figure pat00037
We compared ive Bayesian, Logistic Regression, Back Propagation, SVM, RF, Simple DBN, Partin Table. Sensitivity, Specificity, Accuracy, and ROC curves were used for the experimental measurements.

표 6은 유효성 검사 세트를 이용한 다양한 분류 방법의 자세한 ROC 분석 결과를 나타낸 것이다.Table 6 shows detailed ROC analysis results of various classification methods using a validation set.

Figure pat00038
Figure pat00038

도 8은 유효성 확인 세트(validation set)을 이용한 다양한 분류 방법들의 ROC 곡선을 나타낸 것이다. 8 shows ROC curves of various classification methods using a validation set.

각 DBN마다 조합을 실험한 결과는 표 7과 같다. 표 7은 트레이닝 세트와 유효성 검사 세트를 비교한 DBN-DS 혼합 매트릭스의 결과를 나타낸 것이다. DBN#1은 PSA를 위한 것이고, DBN#2는 Gleason score를 위한 것이고, DBN#3은 Clinical T stage를 위한 것이다.Table 7 shows the results of experiments for each DBN combination. Table 7 shows the results of the DBN-DS mixing matrix comparing the training set and the validation set. DBN # 1 is for PSA, DBN # 2 is for Gleason score, and DBN # 3 is for Clinical T stage.

Figure pat00039
Figure pat00039

Figure pat00040
Figure pat00040

도 9는 하나의 유효성 확인 세트(validation set)을 이용한 본 발명에 따른 DBN-DS기반 분류 방법의 ROC 곡선을 나타낸 것이다. 9 shows an ROC curve of a DBN-DS-based classification method according to the present invention using one validation set.

상술한 전립선 암 병리학 스테이징에 대한 예측 모델에서, 입력은 Initial PSA 수준, Gleason score 및 clinical T stage 변수를 사용하고, 출력은 병리학적 스테이징 (pT)에서 OCD와 NOCD을 이용한다. 이러한 접근법은 다수의 3차 의료기관의 데이터를 수집한 KPCR 데이터베이스의 환자 기록 6345 건을 포함하는 기존의 유효성이 입증된 환자 데이터 세트를 사용하여 평가되었다.In the predictive model for prostate cancer pathology staging described above, the input uses Initial PSA level, Gleason score and clinical T stage variables, and the output uses OCD and NOCD in pathological staging (pT). This approach was evaluated using an existing validated patient data set that included 6345 patient records from the KPCR database, which collected data from multiple tertiary care institutions.

본 발명에 의한 DBN-DS의 성능은 NB, LR, BPN, SVM, RF, DBN 및 Partin 테이블의 성능과 비교되었다. 결과는 본 발명에 따른 DBN-DS가 다른 모든 방법보다 더 나은 성능을 보여 주었다.The performance of DBN-DS according to the present invention was compared with that of NB, LR, BPN, SVM, RF, DBN and Partin tables. The results showed that the DBN-DS according to the present invention performed better than all other methods.

본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.The present invention can be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium (including all devices having information processing functions). The computer-readable recording medium includes any kind of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording devices include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, and optical data storage devices. Further, in this specification, “unit” may be a hardware component such as a processor or a circuit, and / or a software component executed by a hardware component such as a processor.

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

110 : 전처리부 112 : 제1변환부
114 : 제2변환부 116 : 제3변환부
120 : DBN부 122 : 제1DBN
124 : 제2DBN 126 : 제3DBN
130 : DS추론부 310 : 공집합 계산부
320 : 제1병합부 330 : 제2병합부
340 : 병기추론부
110: pre-processing unit 112: first conversion unit
114: second conversion unit 116: third conversion unit
120: DBN unit 122: first DBN
124: second DBN 126: third DBN
130: DS reasoning unit 310: empty set calculation unit
320: first merger 330: second merger
340: Ordnance Reasoning Division

Claims (12)

전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 데이터로 하여 상기 입력 데이터 각각을 DBN(Deep Belief Network)의 다중 입력 변수로 전처리하는 전처리부; 및
상기 전처리부에 의해 전처리된 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터 각각에 대해 DBN(Deep Belief Network)을 통해 학습하고 예측하는 DBN부; 및
상기 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 각각에 대한 상기 DBN부의 예측값을 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용하여 선형결합하여 전립선 암의 병리학적 병기를 예측하는 DS추론부를 포함하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 시스템.
A pre-processing unit that pre-processes each of the input data as multiple input variables of Deep Belief Network (DBN) using prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage of prostate cancer as input data ; And
A DBN unit for learning and predicting prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage data pre-treated by the pre-treatment unit through Deep Belief Network (DBN), respectively; And
Prostate specific antigen (PSA), Gleason score (Gleason score) and the predicted value of the DBN part for each of the clinical T stages of the prostate cancer were linearly coupled using the theory of DS (Dempster-Shafer) to prostate cancer A pathological staging system for prostate cancer based on Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS) theories, including a DS inference unit for predicting pathological staging.
제1항에 있어서, 상기 전치리부는
전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하는 제1변환부;
전립선 암의 글리슨 점수(Gleason score)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하는 제2변환부; 및
전립선 암의 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 변수로 하여 이진수로 변환하는 제3변환부를 포함하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템.
The method according to claim 1, wherein the front teeth
A first conversion unit for converting a prostate-specific antigen (PSA) of prostate cancer into an input variable;
A second conversion unit that converts a Gleason score of prostate cancer into an input variable and converts it into a binary number; And
Pathology of prostate cancer based on Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS) theory, including a third transform unit that converts the clinical T stage of prostate cancer into a binary number using the clinical T stage as an input variable Staging system.
제2항에 있어서, 상기 제1변환부는
입력변수 전립선 특이 항원(PSA)의 데이터를 이진수로 변환하고,
상기 제2변환부는
상기 입력변수 글리슨 점수(Gleason score)의 데이터를 플래그 형식의 이진수로 변환하고,
상기 제3변환부는
임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터를 플래그 형식의 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 시스템.
The method of claim 2, wherein the first conversion unit
Convert the data of the input variable prostate specific antigen (PSA) to binary,
The second conversion unit
Convert the data of the input variable Gleason score (Gleason score) to a binary number in the form of a flag,
The third conversion unit
A system for predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS) theory, characterized by converting clinical T stage data into flag type data.
제2항에 있어서, 상기 DBN부는
제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제1변환부에 의해 이진수로 변환된 전립선 특이 항원(PSA)의 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD(Organ Confine Disease) 의 확률값과 NODC(Non Organ Confine Disease)의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어지는 제1DBN;
제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제2변환부에 의해 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD의 확률값과 NODC의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어지는 제2DBN; 및
제한 볼쯔만 머신(RBM)을 빌딩블록으로 해서 복수의 층을 쌓은 딥러닝 구조를 가지며, 상기 제2변환부에 의해 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 학습하여 OCD의 확률값과 NODC의 확률값을 출력하는 두 개의 출력노드를 구비하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)으로 이루어지는 제3DBN을 포함하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선 암의 병리학적 병기 예측 시스템.
The method of claim 2, wherein the DBN unit
A limited Boltzmann machine (RBM) as a building block has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked, and each bit of data of the prostate-specific antigen (PSA) converted to binary by the first converter is used as an input node. A first DBN consisting of a Deep Belief Network having two output nodes for learning and outputting probability values of Organ Confine Disease (OCD) and probability values of Non Organ Confine Disease (NODC);
It has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and learning is performed by using each bit of the Gleason score data converted to binary by the second conversion unit as an input node. A second DBN consisting of a Deep Belief Network having two output nodes that output OCD probability values and NODC probability values; And
It has a deep learning structure in which a plurality of layers are stacked using a limited Boltzmann machine (RBM) as a building block, and learning is performed by using each bit of the Gleason score data converted to binary by the second conversion unit as an input node. A deep trust neural network (Deep Belief Network) and DS (Dempster-Shafer) theory, including a third DBN consisting of a deep trust network (Deep Belief Network) having two output nodes that output the probability values of OCD and NODC -Based system for predicting pathology of prostate cancer.
제2항에 있어서, 상기 DS추론부는
상기 제1DBN, 제2DBN 및 제3DBN의 출력을 Dempster-Shafer 이론을 이용하여 선형결합하여 OCD(Organ Confine Disease)에 대한 확률값과 NOCD(Non Organ Confine Disease)에 대한 확률값을 추론하여 확률값이 높은 것으로 OCD(Organ Confine Disease) 또는 NOCD(Non Organ Confine Disease)를 예측하는 것을 특징으로 하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 시스템.
The method of claim 2, wherein the DS reasoning unit
The output of the first DBN, the second DBN, and the third DBN is linearly combined using Dempster-Shafer theory to infer the probability value for Organ Confine Disease (OCD) and the probability value for Non Organ Confine Disease (NOCD), and the OCD has a high probability value. (Organ Confine Disease) or NOCD (Non Organ Confine Disease) predicted pathological staging system of prostate cancer based on the Deep Belief Network (Deep Belief Network) and DS (Dempster-Shafer) theory, characterized by predicting.
제5항에 있어서, 상기 DS추론부는
상기 3개의 입력 변수인 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 기본 확률 배정 함수를 m1, m2 및 m3라 할 때, 상기 m1, m2 및 m3의 공집합(1-(OCD확률 + NOCD확률))을 계산하는 공집합 계산부;
상기 계산된 m1 및 m2의 OCD, NOCD 및 공집합 확률을 이용하여 m1과 m2를 병합하는 제1병합부
상기 m1과 m2를 병합한 결과와 m3를 병합하여 OCD의 확률과 NOCD의 확률을 계산하는 제2병합부; 및
상기 제2병합부의 병합 결과 OCD의 확률이 NOCD의 확률보다 크면 OCD로 판단하고, NODC의 확률이 크면 NOCD로 판단하는 병리학적 병기 추론부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 시스템.
The method of claim 5, wherein the DS reasoning unit
When the basic probability assignment functions for the three input variables, prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage are m1, m2 and m3, the m1, m2 and m3 An empty set calculation unit that calculates the empty set (1- (OCD probability + NOCD probability));
A first merge unit that merges m1 and m2 using the calculated OCD, NOCD, and empty set probabilities of m1 and m2
A second merger for calculating the probability of OCD and the probability of NOCD by merging m1 and m2 with m3; And
The deep merge neural network (Deep Belief Network), characterized in that it includes a pathological staging unit that determines the OCD when the probability of OCD is greater than the probability of NOCD as a result of merging the second merger, and determines that the probability of NODC is NOCD. Pathology staging system for prostate cancer based on DS (Dempster-Shafer) theory.
전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)를 입력 변수로 하여 상기 입력 변수 각각에 대해 별도의 DBN(Deep Belief Network)을 통해 학습하는 단계; 및
상기 전립선 암의 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage) 각각에 대한 상기 DBN의 예측값을 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용하여 선형결합하여 전립선 암의 병리학적 병기를 추론하는 단계를 포함하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 방법.
Learning through a separate Deep Belief Network (DBN) for each of the input variables using prostate-specific antigen (PSA), Gleason score, and Clinical T stage of the prostate cancer as input variables; And
The prostate-specific antigen (PSA), Gleason score (Gleason score) and the predicted value of the DBN for each of the clinical T stages of the prostate cancer were linearly coupled using the DS (Dempster-Shafer) theory to determine the prostate cancer. A method of predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS) theories, including the step of inferring pathological stages.
제7항에 있어서, 상기 DBN는
각 입력변수에 대해 OCD(Organ Confine Disease) 및 NOCD(Non Organ Confine Disease)가 확률로 계산되는 두 개의 출력 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 방법.
The method of claim 7, wherein the DBN
Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS), characterized in that it includes two output nodes, each of which is computed with probability of Organ Confine Disease (OCD) and Non Organ Confine Disease (NOCD) for each input variable. ) A method for predicting pathological stages of prostate cancer based on theory.
제8항에 있어서, 상기 DS(Dempster-Shafer)를 통한 출력은
상기 각 입력변수에 대한 DBN의 출력노드들을 선형결합하여 OCD(Organ Confine Disease)와 NOCD(Non Organ Confine Disease)를 예측한 것임을 특징으로 하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 방법.
The method of claim 8, wherein the output through the DS (Dempster-Shafer)
Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS) characterized by predicting OCD (Organ Confine Disease) and NOCD (Non Organ Confine Disease) by linearly combining DBN output nodes for each input variable. A method for predicting pathological stages of prostate cancer based on theory.
제7항에 있어서,
상기 입력변수 전립선 특이 항원(PSA)은 이진수로 변환되어 상기 DBN의 입력노드로 구성되고,
상기 입력변수 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)는 플래그 형식의 데이터로 변환되어 상기 DBN의 입력노드로 구성되는 것을 특징으로 하는, 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 방법.
The method of claim 7,
The input variable prostate-specific antigen (PSA) is converted into a binary number and is composed of the input node of the DBN,
The input variable Gleason score (Gleason score) and clinical T stage (Clinical T stage) is converted to flag-type data, characterized in that composed of the input node of the DBN, Deep Trust Neural Network (Deep Belief Network) and DS ( Dempster-Shafer) method for predicting the pathological stage of prostate cancer based on the theory.
제7항에 있어서, 상기 DBN을 통한 학습은
상기 3개의 입력변수 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 데이터가 입력되면 이진수로 변환하는 단계;
상기 이진수로 변환된 전립선 특이 항원(PSA) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 PSA 데이터를 OCD 및 NOCD 각각의 확률값으로 추론하는 단계;
상기 이진수로 변환된 글리슨 점수(Gleason score) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 글리슨 점수(Gleason score) 데이터를 OCD 및 NOCD 각각의 확률값으로 추론하는 단계; 및
상기 이진수로 변환된 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터의 각 비트를 입력노드로 하여 DBN을 통해 학습하여 임상 T 병기(Clinical T stage) 데이터를 OCD 및 NOCD의 각각의 확률값으로 추론하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 방법.
The method of claim 7, wherein learning through the DBN
Converting data for the three input variables prostate specific antigen (PSA), Gleason score and clinical T stage into binary;
Learning each bit of the prostate-specific antigen (PSA) data converted to binary number as an input node and learning through a DBN to infer PSA data as probability values of OCD and NOCD, respectively;
Learning each bit of the Gleason score data converted to the binary number as an input node and learning through a DBN to infer the Gleason score data as probability values of OCD and NOCD; And
Including each bit of the clinical T stage (Clinical T stage) data converted to the binary number through the DBN to learn the clinical T stage (Clinical T stage) data to infer the probability value of each of the OCD and NOCD A method of predicting pathological stages of prostate cancer based on Deep Belief Network (DS) and Dempster-Shafer (DS) theory.
제11항에 있어서, 상기 DS(Dempster-Shafer) 이론을 사용한 전립선 암의 병리학적 병기 예측은
상기 3개의 입력 변수인 전립선 특이 항원(PSA), 글리슨 점수(Gleason score) 및 임상 T 병기(Clinical T stage)에 대한 기본 확률 배정 함수를 m1, m2 및 m3라 할 때, 상기 m1, m2 및 m3의 공집합(1-(OCD확률 + NOCD확률))을 계산하는 단계;
상기 계산된 m1 및 m2의 OCD, NOCD 및 공집합 확률을 이용하여 m1과 m2를 병합하는 단계;
상기 m1과 m2를 병합한 결과와 m3를 병합하여 OCD의 확률과 NOCD의 확률을 계산하는 단계; 및
상기 계산 결과 OCD의 확률이 NOCD의 확률보다 크면 OCD로 추론하고, NODC의 확률이 크면 NOCD로 추론하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심층신뢰 신경망(Deep Belief Network)과 DS(Dempster-Shafer)이론에 기반한 전립선암의 병리학적 병기 예측 방법.
12. The method of claim 11, wherein the pathological stage prediction of prostate cancer using the DS (Dempster-Shafer) theory is
When the basic probability assignment functions for the three input variables, prostate specific antigen (PSA), Gleason score, and clinical T stage are m1, m2 and m3, the m1, m2 and m3 Calculating an empty set of (1- (OCD probability + NOCD probability));
Merging m1 and m2 using the calculated OCD, NOCD, and empty set probabilities of m1 and m2;
Calculating the probability of OCD and the probability of NOCD by merging m1 and m2 with m3; And
A deep trust network (Deep Belief Network) and a DS (Dempster-Shafer) theory comprising the step of inferring to OCD when the probability of the OCD is greater than the probability of the NOCD, and inferring to the NOCD when the probability of the NODC is large. -Based method for predicting the pathological stage of prostate cancer.
KR1020180105088A 2018-09-04 2018-09-04 System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory KR102208043B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180105088A KR102208043B1 (en) 2018-09-04 2018-09-04 System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180105088A KR102208043B1 (en) 2018-09-04 2018-09-04 System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200027148A true KR20200027148A (en) 2020-03-12
KR102208043B1 KR102208043B1 (en) 2021-01-26

Family

ID=69803211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180105088A KR102208043B1 (en) 2018-09-04 2018-09-04 System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102208043B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111939479A (en) * 2020-08-20 2020-11-17 哈尔滨乔然科技有限公司 Phased array thermotherapy machine and control method thereof
CN112733915A (en) * 2020-12-31 2021-04-30 大连大学 Situation estimation method based on improved D-S evidence theory
KR20220039046A (en) * 2020-09-21 2022-03-29 가톨릭대학교 산학협력단 Prostate cancer relapse prediction device, method and application thereby

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180046432A (en) * 2016-10-27 2018-05-09 가톨릭대학교 산학협력단 Method and Apparatus for Classification and Prediction of Pathology Stage using Decision Tree for Treatment of Prostate Cancer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180046432A (en) * 2016-10-27 2018-05-09 가톨릭대학교 산학협력단 Method and Apparatus for Classification and Prediction of Pathology Stage using Decision Tree for Treatment of Prostate Cancer

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Expert Systems with Applications. 2010, 37: 8536-8542.* *
Healthc. Inform. Res. 2017, 23(3): 169-175.* *
PLOS ONE. 2016, 11(6): e0155856.* *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111939479A (en) * 2020-08-20 2020-11-17 哈尔滨乔然科技有限公司 Phased array thermotherapy machine and control method thereof
KR20220039046A (en) * 2020-09-21 2022-03-29 가톨릭대학교 산학협력단 Prostate cancer relapse prediction device, method and application thereby
CN112733915A (en) * 2020-12-31 2021-04-30 大连大学 Situation estimation method based on improved D-S evidence theory
CN112733915B (en) * 2020-12-31 2023-11-07 大连大学 Situation estimation method based on improved D-S evidence theory

Also Published As

Publication number Publication date
KR102208043B1 (en) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Torfi et al. Differentially private synthetic medical data generation using convolutional GANs
Suresh et al. Hybridized neural network and decision tree based classifier for prognostic decision making in breast cancers
Zomorodi‐moghadam et al. Hybrid particle swarm optimization for rule discovery in the diagnosis of coronary artery disease
Jerez-Aragonés et al. A combined neural network and decision trees model for prognosis of breast cancer relapse
Abbod et al. Application of artificial intelligence to the management of urological cancer
Behlouli et al. Identifying relative cut-off scores with neural networks for interpretation of the Minnesota Living with Heart Failure questionnaire
Zand A comparative survey on data mining techniques for breast cancer diagnosis and prediction
Kareem et al. An application of belief merging for the diagnosis of oral cancer
KR102208043B1 (en) System and method for pathological staging of prostate cancer based on Deep Belief Network and Dempster-Shafer theory
Nitta et al. Machine learning methods can more efficiently predict prostate cancer compared with prostate-specific antigen density and prostate-specific antigen velocity
KR102142754B1 (en) Prostate cancer pathologic step prediction method based on deep learning
CN113113130A (en) Tumor individualized diagnosis and treatment scheme recommendation method
Afolayan et al. Breast cancer detection using particle swarm optimization and decision tree machine learning technique
Abdikenov et al. Analytics of heterogeneous breast cancer data using neuroevolution
Sanz et al. A new survival status prediction system for severe trauma patients based on a multiple classifier system
Stoean et al. Ensemble of classifiers for length of stay prediction in colorectal cancer
Zhang et al. PregGAN: A prognosis prediction model for breast cancer based on conditional generative adversarial networks
Almutairi et al. Breast cancer classification using Deep Q Learning (DQL) and gorilla troops optimization (GTO)
Dutta et al. Breast cancer prediction using stacked GRU-LSTM-BRNN
Paikaray et al. An extensive approach towards heart stroke prediction using machine learning with ensemble classifier
Kumar et al. A multi-objective randomly updated beetle swarm and multi-verse optimization for brain tumor segmentation and classification
Burugadda et al. Personalized Cardiovascular Disease Risk Prediction Using Random Forest: An Optimized Approach
Minh et al. An improvement in integrating clustering method and neural network to extract rules and application in diagnosis support
Ramesh Kumar et al. Detection of brain tumor size using modified deep learning and multilevel thresholding utilizing modified dragonfly optimization algorithm
Durai et al. Enhanced fuzzy rule based diagnostic model for lung cancer using priority values

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant