KR20210152047A - Apparatus for predicting acute kidney injury using machine learning based on artificial intelligence and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for predicting acute renal failure using machine learning based on artificial intelligence and a method thereof. The apparatus for predicting acute renal failure using machine learning based on artificial intelligence, according to the present invention, comprises: a data input unit for configuring a retrospective cohort by receiving patient data collected by a retrospective study in response to a pre-selected criterion; a predictive model generation unit for extracting items related to data causing renal failure from the patient data, and generating a predictive model for predicting whether or not acute renal failure occurs by machine-learning the extracted data; and a prediction unit for predicting whether the acute renal failure of the patient will occur by reflecting the data items of the patient to be predicted in the prediction model. The present invention can reduce the risk of death due to the acute renal failure by predicting the occurrence of the acute renal failure at an early stage according to a clinical condition of the intensive care unit patient using the artificial intelligence-based machine learning model.

Description

인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PREDICTING ACUTE KIDNEY INJURY USING MACHINE LEARNING BASED ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND METHOD THEREOF}Acute renal failure occurrence prediction device and method using artificial intelligence-based machine learning

본 발명은 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 집중치료실 환자의 임상적 상태에 따라 급성 신부전의 발생을 조기에 예측하는 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning, and more particularly, to an artificial intelligence-based machine learning for early prediction of the occurrence of acute renal failure according to the clinical condition of an intensive care unit patient. It relates to an apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure and a method therefor.

급성 신부전(acute kidney injury, AKI)은 전체 입원 환자의 약 10% 정도에서 발생하며, 집중치료실(intensive care unit, ICU) 치료를 받는 환자의 경우에는 70%까지 발생하는 것으로 알려져 있으나, 복합적인 요인에 의해 발생하므로 조기에 발견 및 예측이 어려운 문제점이 있어 전세계적으로 급성 신부전의 발병률은 증가하고 있는 추세이다. 국내에서도 급성 신부전으로 진단 받은 환자의 수가 꾸준히 증가하고 있는 추세이며, 이로 인한 의료 비용 부담이 증가하고 있는 실정이다.Acute kidney injury (AKI) is known to occur in about 10% of all hospitalized patients and up to 70% of patients receiving intensive care unit (ICU) treatment. The incidence of acute renal failure worldwide is increasing because it is difficult to detect and predict early. In Korea, the number of patients diagnosed with acute renal failure is steadily increasing, resulting in an increase in medical expenses.

집중 치료실 환자에서 급성 신부전의 발생은 환자의 생존율을 15~60%까지 급격히 감소시키는 치명적인 합병증으로, 급성 신부전에서 회복하지 못하고 신대체요법을 요하게 될 경우에는 환자가 생존하더라도 향후 지속적인 신대체요법이 필요한 말기 신질환으로 이행할 가능성이 매우 높다.The occurrence of acute renal failure in intensive care unit patients is a fatal complication that sharply reduces the patient's survival rate by 15 to 60%. There is a very high probability of transitioning to end-stage renal disease.

최근에는 집중 치료실에서 발생하는 급성 신부전에 대해 많은 연구들이 진행되고 있으며, 이를 진단하고 그 정도를 세분화하는 노력들은 있었으나, 조기에 급성 신부전 발생을 예측하는 진단 알고리즘은 부재한 실정이다. 더욱이 급성 신부전을 일으키는 요인에는, 환자의 과거력, 약물 복용력, 중환자실 입실 원인, 생체 징후 등 매우 복합적인 요인들이 작용하므로 정확히 예측하는 데에 큰 어려움이 있는 문제점이 있다.Recently, many studies have been conducted on acute renal failure occurring in the intensive care unit, and efforts have been made to diagnose and subdivide the degree of it. Moreover, there is a problem in that it is very difficult to accurately predict the factors causing acute renal failure because very complex factors such as the patient's past history, drug taking history, the cause of admission to the intensive care unit, and vital signs act.

최근 들어 인공 지능(Artificial Intelligence)에 기반한 기계학습(Machine learning) 시스템은 질병의 진단 및 치료 알고리즘 개발에 새로운 패러다임을 불러일으킬 것으로 각광받고 있다.Recently, a machine learning system based on artificial intelligence has been in the spotlight as a new paradigm in the development of disease diagnosis and treatment algorithms.

이러한 인공 지능 기반 기계학습 시스템은 빅데이터 분석을 통하여 각종 질병의 발생 위험에 대한 예측 모델을 구현하고, 검사 직후 신속하게 치료 대응이 이루어지도록 하는 치료 의사 결정 모델을 구현하는 데에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.This artificial intelligence-based machine learning system can contribute greatly to the implementation of a predictive model for the risk of various diseases through big data analysis and a treatment decision-making model that allows prompt treatment response immediately after examination. It is expected that there will be

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0076571호(2014. 06. 20. 공개)에 개시되어 있다.The technology underlying the present invention is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0076571 (published on June 20, 2014).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인공 지능 기반의 기계 학습 모델을 이용하여 집중치료실 환자의 임상적 상태에 따라 급성 신부전의 발생을 조기에 예측하여 진단 및 치료가 신속하게 이루어지도록 하는 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical task of the present invention is to use an artificial intelligence-based machine learning model to predict the occurrence of acute renal failure according to the clinical condition of an intensive care unit patient at an early stage so that diagnosis and treatment can be performed quickly. To provide an apparatus and method for predicting the occurrence of acute renal failure using

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치는, 기 선정된 기준에 대응하여 후향적 연구로 수집된 환자 데이터를 입력받아 후향적 코호트(Retrospective cohort study)를 구성하는 데이터 입력부; 상기 환자 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 추출하고, 추출된 데이터를 기계 학습하여 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성하는 예측 모델 생성부; 및 예측하고자 하는 환자의 데이터 항목들을 상기 예측 모델에 반영하여 상기 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측부를 포함한다.The apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention for achieving this technical task receives patient data collected in a retrospective study in response to a pre-selected criterion and performs a retrospective cohort a data input unit constituting a cohort study); a predictive model generator for extracting items related to data causing renal failure from the patient data, and generating a predictive model for predicting whether or not acute renal failure occurs by machine learning the extracted data; and a predictor for predicting whether acute renal failure occurs in the patient by reflecting the data items of the patient to be predicted in the predictive model.

또한, 상기 예측 모델 생성부는 상기 추출된 항목들을 기 설정된 기준에 따라 정적(Static) 변수와 동적(dynamic) 변수로 구분하여, 상기 정적 변수에 대응하는 데이터들은 덴스 레이어(Dense Layer)를 이용하여 학습하고, 상기 동적 변수에 대응하는 데이터들은 LSTM 레이어(Long Short Term Memory Layer)를 이용하여 학습할 수 있다.In addition, the prediction model generator divides the extracted items into a static variable and a dynamic variable according to a preset criterion, and the data corresponding to the static variable is learned using a dense layer. And, the data corresponding to the dynamic variable can be learned using a Long Short Term Memory Layer (LSTM).

또한, 상기 정적 변수는 환자의 나이, 성별, 키, 체중, 입원일자, 퇴원일자, BMI, 기저병력, 입원 원인, 입원 당시 및 입원 기간 내의 혈청 크레아티닌, 투석 여부, 약제 투약력, 수술 여부 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 동적 변수는 백혈구 수치 변화 데이터, 검사 결과, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 하루 간격으로 측정한 데이터와, 혈압, 맥박, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 시간 단위로 측정한 데이터를 포함할 수 있다.In addition, the static variable is at least one of the patient's age, sex, height, weight, hospitalization date, discharge date, BMI, underlying medical history, hospitalization cause, serum creatinine at the time of admission and within the hospitalization period, whether dialysis, drug administration history, and surgery. including at least one, wherein the dynamic variable includes data obtained by measuring at least one of white blood cell count change data, test results, food intake, and excretion at daily intervals, and at least any one or more of blood pressure, pulse, food intake, and excretion. It may include data measured in units of time.

또한, 상기 예측 모델 생성부는 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 알고리즘 또는 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 알고리즘을 포함하는 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 알고리즘을 이용하여 상기 예측 모델을 학습할 수 있다.In addition, the predictive model generator learns the predictive model using an Artificial Neural Network (ANN) algorithm including a Recurrent Neural Network (RNN) algorithm or a Convolutional Neural Network (CNN) algorithm. can do.

또한, 상기 데이터 입력부는 상기 수집된 환자 데이터를 급성 신부전이 발생한 환자군과 발생하지 않은 환자군으로 구분하고, 구분된 데이터를 익명화 및 코드화하여 상기 후향적 코호트를 구성할 수 있다.In addition, the data input unit may classify the collected patient data into a patient group with and without acute renal failure, and anonymize and encode the divided data to configure the retrospective cohort.

또한, 상기 예측부를 통해 급성 신부전이 발생한 것으로 예측된 경우, 해당 환자가 기 정의된 유효성 평가 단계 중 어느 단계에 해당하는지 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다.In addition, when it is predicted that acute renal failure has occurred through the prediction unit, it may further include a determination unit for determining whether the patient corresponds to any of the predefined efficacy evaluation steps.

또한, 상기 기 정의된 유효성 평가 단계는 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 1.5배 이상 상승하거나 6시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제1 단계로 구분하고, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 2배 이상 상승하거나 12시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제2 단계로 구분하며, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 3배 이상 상승하거나 24시간 동안의 소변량이 0.3ml/kg 이하로 감소 또는 12시간 동안 무뇨인 경우 제3 단계로 구분하며 제3 단계로 갈수록 위험도가 높아지도록 설정될 수 있다.In addition, the predefined efficacy evaluation step is divided into the first step when the serum creatinine rises 1.5 times or more from the basal level or the urine volume for 6 hours decreases to 0.5 ml/kg or less, and the serum creatinine is 2 If the urine output increases more than twice or decreases to 0.5 ml/kg or less for 12 hours, it is classified as the second stage. Serum creatinine rises more than 3 times from the basal level or the urine output decreases to 0.3 ml/kg or less for 24 hours. Alternatively, if there is no urine for 12 hours, it may be divided into a third stage, and the risk may be set to increase toward the third stage.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 방법은 급성 신부전 발생 예측 장치는 기 선정된 기준에 대응하여 후향적 연구로 수집된 환자 데이터를 입력받아 후향적 코호트(Retrospective cohort study)를 구성하는 단계; 상기 환자 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 추출하고, 추출된 데이터를 기계 학습하여 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성하는 단계; 및 예측하고자 하는 환자의 데이터 항목들을 상기 예측 모델에 반영하여 상기 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to another embodiment of the present invention, the apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure receives patient data collected in a retrospective study in response to a pre-selected criterion and performs a retrospective cohort (Retrospective cohort study) configuring; extracting items related to data causing renal failure from the patient data, and generating a predictive model for predicting whether acute renal failure occurs by machine learning the extracted data; And by reflecting the data items of the patient to be predicted to the prediction model may include the step of predicting whether or not acute renal failure of the patient.

이와 같이 본 발명에 따르면, 인공 지능 기반의 기계 학습 모델을 이용하여 집중치료실 환자의 임상적 상태에 따라 급성 신부전의 발생을 조기에 예측함으로써 급성 신부전으로 인한 사망 위험률을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the risk of death due to acute renal failure by early prediction of the occurrence of acute renal failure according to the clinical condition of an intensive care unit patient using an artificial intelligence-based machine learning model.

또한 본 발명에 따르면, 급성 신부전 발병시 진단 및 치료가 신속하게 이루어지도록 함으로써 평균 입원 기간을 단축시킬 수 있고, 환자의 의료 비용을 경감시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, the average hospitalization period can be shortened and the patient's medical costs can be reduced by promptly performing diagnosis and treatment in the case of acute renal failure.

또한 본 발명에 따르면, 환자의 의료 정보를 지속적으로 학습하도록 하여 신뢰도 높은 예측 모델을 구축할 수 있고, 학습하는 데이터에 따라 신장 질환뿐만 아니라 타 만성 질환에도 확대 적용할 수 있어 미래 첨단 의료 보건 산업의 입지를 구축할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to build a reliable predictive model by continuously learning the patient's medical information, and according to the learned data, it can be applied to not only kidney disease but also other chronic diseases. It has the effect of establishing a position.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 덴스 레이어를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 LSTM 레이어를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에서 S420 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에서 S450 단계에서 기 정의된 유효성 평가 단계를 도시한 도면이다.
1 is a block diagram illustrating an apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a dense layer.
3 is a diagram illustrating an LSTM layer.
4 is a flowchart illustrating an operation flow of a method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention.
5 to 7 are diagrams for explaining step S420 in an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a pre-defined validity evaluation step in step S450 in an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

먼저, 도 1을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치에 대하여 설명한다.First, an apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치를 나타낸 블록구성도이다.1 is a block diagram illustrating an apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention.

도 1에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치(100)는, 데이터 입력부(110), 예측 모델 생성부(120), 예측부(130) 및 판단부(140)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the apparatus 100 for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention includes a data input unit 110 , a predictive model generation unit 120 , a prediction unit 130 , and a determination. part 140 .

먼저, 데이터 입력부(110)는 기 선정된 기준에 대응하여 후향적 연구(Retrospective Observational Study)로 수집된 환자 데이터를 입력받아 후향적 코호트(Retrospective cohort study)를 구성한다.First, the data input unit 110 configures a retrospective cohort study by receiving patient data collected through a retrospective observational study in response to a preset criterion.

이때, 데이터 입력부(110)는 입력받은 환자 데이터를 급성 신부전이 발생한 환자군과 발생하지 않은 환자군으로 구분하고, 구분된 데이터를 익명화 및 코드화하여 상기 후향적 코호트를 구성한다.At this time, the data input unit 110 divides the received patient data into a patient group with and without acute renal failure, and anonymizes and codes the divided data to configure the retrospective cohort.

자세히는, 일반적으로 중환자실 입실 환자에서 급성 신부전 발생률이 약 30% 내지 40%인 것을 고려했을 때 충분한 학습 모델 성능을 확보할 수 있도록, 설정 기간 동안 중환자실에 입원했던 만 18세 이상의 환자(3만명)를 대상으로 급성 신부전이 발생한 환자군과 발생하지 않은 환자군으로 환자 데이터를 구분하고, 구분된 데이터를 익명화 및 코드화하여 후향적 코호트를 구성한다.In detail, patients aged 18 years or older who were admitted to the intensive care unit for the set period (3 10,000), the patient data is divided into a patient group with and without acute renal failure, and a retrospective cohort is constructed by anonymizing and coding the classified data.

이때, 환자 데이터에는 각 대상자의 기본 인구학적 정보와 각 대상자가 처음 중환자실에 입실한 후의 병력청취기록, 문진기록, 약제 투약력, 혈액 검사, 소변 검사 및 영상 자료가 포함될 수 있다. In this case, the patient data may include basic demographic information of each subject, medical history taking records, medical questionnaire records, drug administration history, blood tests, urine tests, and image data after each subject first entered the intensive care unit.

단, 중환자실 입원 당시 입원시 혈청 크레아티닌이 4.0 mg/Dl 이상 또는 사구체 여과율(eGFR)이 15 ml/min/1.73m2 미만이거나 말기신부전으로 신대체요법을 받고 있는 환자 또는 중환자실 입원 24시간 이내에 사망한 환자 또는 해당 자료가 누락되어 분석이 불가한 환자는 수집 대상에서 제외되는 것이 바람직하다.However, at the time of admission to the intensive care unit, a serum creatinine of 4.0 mg/Dl or higher or a glomerular filtration rate (eGFR) less than 15 ml/min/1.73 m 2 , or receiving renal replacement therapy for end-stage renal disease, or within 24 hours of admission to the intensive care unit It is desirable to exclude patients who died or those who could not be analyzed due to omission of relevant data from the collection.

그리고 예측 모델 생성부(120)는 데이터 입력부(110)에서 입력받은 환자 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 추출하고, 추출된 데이터를 기계 학습하여 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성한다.And the predictive model generating unit 120 extracts items related to data causing renal failure from the patient data input from the data input unit 110, and machine learning the extracted data to generate a predictive model for predicting the occurrence of acute renal failure. .

예측 모델 생성부(120)는 추출된 항목들을 기 설정된 기준에 따라 정적(Static) 변수와 동적(dynamic) 변수로 각각 구분한다.The predictive model generator 120 divides the extracted items into static variables and dynamic variables according to preset criteria, respectively.

먼저, 정적 변수는 환자의 나이, 성별, 키, 체중, 입원일자, 퇴원일자, BMI, 기저병력, 입원 원인, 입원 당시 및 입원 기간 내의 혈청 크레아티닌, 투석 여부, 약제 투약력, 수술 여부 중 적어도 하나 이상을 포함한다.First, the static variable is at least one of the patient's age, sex, height, weight, hospitalization date, discharge date, BMI, underlying medical history, hospitalization cause, serum creatinine at the time of admission and within the hospitalization period, dialysis status, drug administration history, and surgery status. includes more than

이때, 정적 변수에 대응하는 데이터들은 덴스 레이어(Dense Layer)를 이용하여 학습한다.In this case, data corresponding to the static variable is learned using a dense layer.

여기서 덴스 레이어는 전결합층(fully conntected layer, FC Layer)이라고도 하며, 모든 입력 뉴런과 출력 뉴런을 연결하여 학습할 수 있도록 설계된 신경망이다.Here, the dense layer is also called a fully connected layer (FC Layer), and is a neural network designed to learn by connecting all input and output neurons.

도 2는 덴스 레이어를 설명하기 위해 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a dense layer.

도 2에서와 같이, 덴스 레이어는 입력과 출력을 모두 연결해주며, 입력과 출력을 각각 연결해주는 가중치를 포함하고 있다. 즉, 입력이 4개, 출력이 8개이면 가중치는 총 32개가 존재한다. 덴스 레이어는 머신러닝에서 가장 기본적인 층으로 영상이나 서로 연속적으로 상관관계가 있는 데이터가 아니라면 이 층을 통해 학습 시킬 수 있는 데이터가 많다. 이러한 덴스 레이어는 모델을 설계하고 추가를 통해 레이어층을 추가할 수 있는 특징이 있다.As shown in FIG. 2 , the density layer connects both the input and the output, and includes a weight that connects the input and the output, respectively. That is, if there are 4 inputs and 8 outputs, there are a total of 32 weights. The density layer is the most basic layer in machine learning, and unless it is an image or data that are continuously correlated with each other, there is a lot of data that can be learned through this layer. Such a dense layer has the characteristic of designing a model and adding a layer layer through addition.

그리고 동적 변수는 백혈구 수치 변화 데이터, 검사 결과, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 하루 간격으로 측정한 데이터와, 혈압, 맥박, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 시간 단위로 측정한 데이터를 포함한다.In addition, the dynamic variables include data obtained by measuring at least one of white blood cell count change data, test results, food intake, and excretion at daily intervals, and data measuring at least any one or more of blood pressure, pulse, food intake, and excretion in units of time. includes

이때, 동적 변수에 대응하는 데이터들은 LSTM 레이어(Long Short Term Memory Layer)를 이용하여 학습한다.In this case, data corresponding to the dynamic variable is learned using a Long Short Term Memory Layer (LSTM).

여기서 LSTM 레이어는 다양한 시간 단위의 시계열 데이터 분석 레이어를 의미하며, 순환 신경망의 특별한 종류로 순차적인 입력 데이터 간의 거리가 멀어도 더 잘 기억하고 학습할 수 있도록 설계된 신경망이다.Here, the LSTM layer refers to a time-series data analysis layer of various time units, and is a special type of recurrent neural network designed to remember and learn better even if the distance between sequential input data is long.

도 3은 LSTM 레이어를 설명하기 위해 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an LSTM layer.

도 3에서와 같이, LSTM 레이어는 맨 위에 컨베이너 벨트처럼 흐르는 CC값이 셀 스테이트(cell state)이며, LSTM은 이 셀 스테이트를 보호하고 컨트롤 하기 위한 세 가지 게이트(Forget gate, Input gate, Output gate)를 통해 그래디언트 소실(vanishing gradient)을 방지하고 그래디언트가 효과적으로 흐를 수 있게 한다.As shown in FIG. 3, the LSTM layer has a cell state with a CC value flowing like a conveyor belt on top, and the LSTM has three gates (Forget gate, Input gate, Output gate) for protecting and controlling this cell state. ) to prevent vanishing gradients and allow gradients to flow effectively.

세 가지 게이트 중 과거 정보를 잊기 위한 게이트(Forget gate ftft)는 시그모이드 함수의 출력 범위가 0 ~ 1 이기 때문에 그 값이 0이라면 이전 상태의 정보는 잊고, 1이라면 이전 상태의 정보를 온전히 기억하게 된다.For the Forget gate ftft of the three gates, the output range of the sigmoid function is 0 to 1, so if the value is 0, the information in the previous state is forgotten; will do

그리고 현재 정보를 기억하기 위한 게이트(Input gate itit)는 값이 시그모이드 이므로 0 ~ 1 이지만 아다마르 곱(hadamard product)을 하는 ~CtC~t는 쌍곡선 탄젠트(hyperbolic tangent)의 결과이므로 -1 ~ 1 이 된다. 따라서 결과는 음수가 될 수도 있다.And the gate (Input gate itit) for memorizing the current information has a value of 0 ~ 1 because it is a sigmoid, but ~CtC~t, which does the Hadamard product, is a result of the hyperbolic tangent, so -1 ~ becomes 1 Therefore, the result may be negative.

마지막으로 최종 결과 htht를 위한 게이트(Output gate otot)는 셀 스테이트의 쌍곡선 탄젠트를 아다마르 곱을 한 값이 LSTM 레이어의 최종 결과가 된다.Finally, as for the gate (Output gate otot) for the final result htht, the value obtained by multiplying the hyperbolic tangent of the cell state by Hadamard becomes the final result of the LSTM layer.

또한, 예측 모델 생성부(120)는 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 알고리즘 또는 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 알고리즘을 포함하는 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 알고리즘을 이용하여 예측 모델을 학습할 수도 있다.In addition, the predictive model generator 120 is a predictive model using an artificial neural network (ANN) algorithm including a recurrent neural network (RNN) algorithm or a convolutional neural network (CNN) algorithm. can also learn

그리고 예측부(130)는 예측하고자 하는 환자의 데이터 항목들을 예측 모델 생성부(120)에서 생성한 예측 모델에 반영하여 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측한다.In addition, the prediction unit 130 reflects the patient's data items to be predicted in the prediction model generated by the prediction model generation unit 120 to predict whether or not acute renal failure occurs in the patient.

즉, 예측하고자 하는 환자의 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 예측 모델에 입력하면, 예측부(130)는 해당 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측할 수 있다.That is, when items related to data causing renal failure in the patient's data to be predicted are input to the prediction model, the prediction unit 130 may predict whether acute renal failure occurs in the patient.

마지막으로 판단부(140)는 예측부(130)를 통해 해당 환자에게서 급성 신부전이 발생한 것으로 예측된 경우, 해당 환자가 기 정의된 유효성 평가 단계 중 어느 단계에 해당하는지 판단한다.Finally, when it is predicted that acute renal failure has occurred in the patient through the prediction unit 130 , the determination unit 140 determines which stage of the predefined efficacy evaluation steps the patient corresponds to.

이때, 유효성 평가 단계는 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 1.5배 이상 상승하거나 6시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제1 단계(경증, Risk)로 구분하고, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 2배 이상 상승하거나 12시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제2 단계(중등도, Injury)로 구분하며, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 3배 이상 상승하거나 24시간 동안의 소변량이 0.3ml/kg 이하로 감소 또는 12시간 동안 무뇨인 경우 제3 단계(중증, Failure)로 구분할 수 있으며, 제3 단계로 갈수록 위험도가 높아지도록 설정된다.At this time, the efficacy evaluation stage is divided into the first stage (mild, risk) when the serum creatinine rises 1.5 times or more from the basal level or the urine output decreases to 0.5 ml/kg or less for 6 hours, and the serum creatinine is higher than the basal level. If the urine output rises more than 2 times or decreases to 0.5 ml/kg or less for 12 hours, it is classified as Stage 2 (moderate, Injury). If it decreases to less than ml/kg or there is no urine for 12 hours, it can be classified as a third stage (severe, Failure), and the risk is set to increase as the third stage goes.

이하에서는 도 4 내지 도 8을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 8 .

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.4 is a flowchart illustrating an operation flow of a method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention. A detailed operation of the present invention will be described with reference to this.

본 발명의 실시 예에 따르면, 먼저 급성 신부전 발생 예측 장치(100)의 데이터 입력부(110)는 기 선정된 기준에 대응하여 후향적 연구로 수집된 환자 데이터를 입력받아 후향적 코호트를 구성한다(S410).According to an embodiment of the present invention, first, the data input unit 110 of the apparatus 100 for predicting the occurrence of acute renal failure configures a retrospective cohort by receiving patient data collected in a retrospective study in response to a pre-selected criterion (S410) ).

이때, 데이터 입력부(110)는 입력받은 환자 데이터를 급성 신부전이 발생한 환자군과 발생하지 않은 환자군으로 구분하고, 구분된 데이터를 익명화 및 코드화하여 상기 후향적 코호트를 구성한다.At this time, the data input unit 110 divides the received patient data into a patient group with and without acute renal failure, and anonymizes and codes the divided data to configure the retrospective cohort.

그 다음 예측 모델 생성부(120)는 S410 단계에서 입력받은 환자 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 추출하고, 추출된 데이터를 기계 학습하여 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성한다(S420). Next, the predictive model generator 120 extracts items related to data causing renal failure from the patient data input in step S410, and generates a predictive model for predicting whether or not acute renal failure occurs by machine learning the extracted data (S420) ).

이때, 예측 모델 생성부(120)는 추출된 항목들을 기 설정된 기준에 따라 정적 변수와 동적 변수로 각각 구분한다.In this case, the predictive model generator 120 divides the extracted items into a static variable and a dynamic variable according to a preset criterion, respectively.

먼저, 정적 변수는 환자의 나이, 성별, 키, 체중, 입원일자, 퇴원일자, BMI, 기저병력, 입원 원인, 입원 당시 및 입원 기간 내의 혈청 크레아티닌, 투석 여부, 약제 투약력, 수술 여부 중 적어도 하나 이상을 포함한다.First, the static variable is at least one of the patient's age, sex, height, weight, hospitalization date, discharge date, BMI, underlying medical history, hospitalization cause, serum creatinine at the time of admission and within the hospitalization period, dialysis status, drug administration history, and surgery status. includes more than

이때, 정적 변수에 대응하는 데이터들은 덴스 레이어를 이용하여 학습한다.In this case, data corresponding to the static variable is learned using the density layer.

그리고 동적 변수는 백혈구 수치 변화 데이터, 검사 결과, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 하루 간격으로 측정한 데이터와, 혈압, 맥박, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 시간 단위로 측정한 데이터를 포함한다.In addition, the dynamic variables include data obtained by measuring at least one of white blood cell count change data, test results, food intake, and excretion at daily intervals, and data measuring at least any one or more of blood pressure, pulse, food intake, and excretion in units of time. includes

이때, 동적 변수에 대응하는 데이터들은 LSTM 레이어를 이용하여 학습한다.In this case, the data corresponding to the dynamic variable is learned using the LSTM layer.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에서 S420 단계를 설명하기 위해 도시한 도면이다.5 to 7 are diagrams for explaining step S420 in an embodiment of the present invention.

도 5는 데이터 유시지 셋(Data Usage Set) 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 수집 시계열 데이터를 지도 학습 데이터 구조로 전환한 것으로 도시한 도면으로, 구체적인 데이터 분석 방법은 도 5에서와 같이, 급성 신부전 발생 시점까지 갱신된 데이터를 이용하여 다음 시점에서의 급성 신부전 발생 여부에 대한 예측 모델을 구성하며, 기본 인구학적 정보와 한시간 단위로 자른 생체 징후와 검사 결과를 하나로 묶어서 다음날의 급성 신손상 발생 여부를 반응 변수로 하는 개개의 케이스 형태로 데이터를 전처리한다. 이때, 정제된 데이터에 대해 예측 모델을 구성한다.5 is a diagram showing the configuration of a data usage set (Data Usage Set), and FIG. 6 is a diagram showing that the collected time series data is converted into a supervised learning data structure. The specific data analysis method is as in FIG. 5, A predictive model for the occurrence of acute renal failure at the next time point is constructed using the updated data up to the time point of acute renal failure, and the occurrence of acute renal injury the next day by combining basic demographic information and vital signs and test results cut in hourly units Data is preprocessed in the form of individual cases with whether or not it is a response variable. In this case, a predictive model is constructed on the refined data.

그리고 도 6에서와 같이, 48시간 이후의 미래를 예측하기 위하여 48시간 이후 결과 학습을 이용하여 48시간 미래를 예측(Past History Time(48 hour) + Forecast Time(48 hour)) 할 수 있다. And, as shown in FIG. 6 , in order to predict the future after 48 hours, it is possible to predict the future 48 hours (Past History Time (48 hour) + Forecast Time (48 hour)) by using the result learning after 48 hours.

도 7은 다변량 시퀸스 분류를 위해 정적 변수와 동적 변수가 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for describing a process in which a static variable and a dynamic variable are combined for multivariate sequence classification.

도 7에서와 같이, 덴스 레이어(Static Layer)는 정적 변수를 입력(Input: Static Variable)받아 다음 레이어에 전달하는데, 이때 시계열을 맞추기 위해 리피트벡터(Repeat Vector)를 사용하여 결합 레이어(concatenate Layer)로 전달하고, LSTM 레이어는 동적 변수(Dynamic Variable)를 입력(Input: Dynamic Day Variable, Input: Dynamic Hour Variable)받아 시간 단위 시계열 분석을 한 후 결합 레이어(concatenate Layer)로 전달한다. 이때, 결합 레이어(concatenate Layer)는 정적 변수와 동적 변수를 통합하여 최종 출력 레이어에서 클래스(Class)를 분류(Output: Static Variable, Output: Dynamic Day Variable, Output: Dynamic Hour Variable)하는 방법으로 구성된다.As shown in Figure 7, the density layer (Static Layer) receives a static variable as an input (Input: Static Variable) and transmits it to the next layer. At this time, a repeat vector is used to match the time series to a concatenate layer. , and the LSTM layer receives a dynamic variable as an input (Input: Dynamic Day Variable, Input: Dynamic Hour Variable), analyzes the time unit time series, and then delivers it to the concatenate layer. At this time, the concatenate layer is composed of a method of classifying a class in the final output layer (Output: Static Variable, Output: Dynamic Day Variable, Output: Dynamic Hour Variable) by integrating static and dynamic variables. .

따라서, 예측 모델 생성부(120)는 이와 같은 학습 과정을 통해 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성 및 학습할 수 있다.Accordingly, the predictive model generator 120 may generate and learn a predictive model for predicting whether or not acute renal failure occurs through such a learning process.

또한, 예측 모델 생성부(120)는 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 알고리즘 또는 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 알고리즘을 포함하는 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 알고리즘을 이용하여 예측 모델을 학습할 수도 있다.In addition, the predictive model generator 120 is a predictive model using an artificial neural network (ANN) algorithm including a recurrent neural network (RNN) algorithm or a convolutional neural network (CNN) algorithm. can also learn

그 다음 예측부(130)는 예측하고자 하는 환자의 데이터 항목들을 S420 단계에서 생성된 예측 모델에 반영하여 해당 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측한다(S430).Next, the prediction unit 130 reflects the patient's data items to be predicted in the prediction model generated in step S420 to predict whether or not acute renal failure of the patient will occur (S430).

즉, 예측하고자 하는 환자의 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 예측 모델에 입력하면, 예측부(130)는 해당 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측할 수 있다.That is, when items related to data causing renal failure in the patient's data to be predicted are input to the prediction model, the prediction unit 130 may predict whether acute renal failure occurs in the patient.

마지막으로 판단부(140)는 S430 단계의 예측 결과, 해당 환자에게서 신부전이 발생한 것으로 예측된 경우(S440), 해당 환자가 기 정의된 유효성 평가 단계 중 어느 단계에 해당하는지 판단한다(S450).Finally, as a result of the prediction of step S430, when it is predicted that renal failure has occurred in the patient (S440), the determination unit 140 determines which step the patient corresponds to among the predefined efficacy evaluation steps (S450).

이때, 유효성 평가 단계는 세계 신장 학회(KDIGO)에서 제시하는 가이드 라인(RIFLE criteria)을 참고하여 정의할 수 있다.In this case, the efficacy evaluation stage can be defined by referring to the guidelines (RIFLE criteria) presented by the World Renal Association (KDIGO).

도 8은 본 발명의 실시 예에서 S450 단계에서 기 정의된 유효성 평가 단계를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a pre-defined validity evaluation step in step S450 in an embodiment of the present invention.

도 8에서와 같이, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 1.5배 이상 상승하거나 6시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제1 단계(경증, Risk)로 구분하고, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 2배 이상 상승하거나 12시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제2 단계(중등도, Injury)로 구분하며, 혈청 크레아티닌이 기저수치보다 3배 이상 상승하거나 24시간 동안의 소변량이 0.3ml/kg 이하로 감소 또는 12시간 동안 무뇨인 경우 제3 단계(중증, Failure)로 구분할 수 있으며, 제3 단계로 갈수록 위험도가 높아지도록 설정된다.As shown in FIG. 8, when serum creatinine rises 1.5 times or more from the basal level or when the urine output decreases to 0.5 ml/kg or less for 6 hours, it is classified as the first stage (mild, risk), and serum creatinine is higher than the basal level. If the urine output rises more than 2 times or decreases to 0.5 ml/kg or less for 12 hours, it is classified as Stage 2 (moderate, Injury). If it decreases to less than ml/kg or there is no urine for 12 hours, it can be classified as a third stage (severe, Failure), and the risk is set to increase as the third stage goes.

따라서, 급성 신부전 발생 예측 장치(100)는 S450 단계의 판단 결과에 대응하여 해당 환자의 치료가 적절하게 이루어지도록 치료 의사 결정을 제공할 수도 있다.Accordingly, the apparatus 100 for predicting the occurrence of acute renal failure may provide a treatment decision so that the treatment of the corresponding patient is appropriately performed in response to the determination result of step S450 .

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치 및 그 방법은 인공 지능 기반의 기계 학습 모델을 이용하여 집중치료실 환자의 임상적 상태에 따라 급성 신부전의 발생을 조기에 예측함으로써 급성 신부전으로 인한 사망 위험률을 감소시킬 수 있다.As described above, the apparatus and method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning according to an embodiment of the present invention use an artificial intelligence-based machine learning model according to the clinical condition of an intensive care unit patient. By predicting the onset early, the risk of death from acute renal failure can be reduced.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 급성 신부전 발병시 진단 및 치료가 신속하게 이루어지도록 함으로써 평균 입원 기간을 단축시킬 수 있고, 환자의 의료 비용을 경감시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the average hospitalization period can be shortened and the patient's medical cost can be reduced by promptly performing diagnosis and treatment in the case of acute renal failure.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 환자의 의료 정보를 지속적으로 학습하도록 하여 신뢰도 높은 예측 모델을 구축할 수 있고, 학습하는 데이터에 따라 신장 질환뿐만 아니라 타 만성 질환에도 확대 적용할 수 있어 미래 첨단 의료 보건 산업의 입지를 구축할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a highly reliable predictive model can be built by continuously learning the patient's medical information, and it can be applied to not only kidney disease but also other chronic diseases according to the learning data, so future advanced medical care It has the effect of establishing a position in the health industry.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment 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 therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the following claims.

100 : 급성 신부전 발생 예측 장치 110 : 데이터 입력부
120 : 예측 모델 생성부 130 : 예측부
140 : 판단부
100: device for predicting the occurrence of acute renal failure 110: data input unit
120: predictive model generator 130: predictor
140: judgment unit

Claims (14)

인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 장치에 있어서,
기 선정된 기준에 대응하여 후향적 연구로 수집된 환자 데이터를 입력받아 후향적 코호트(Retrospective cohort study)를 구성하는 데이터 입력부;
상기 환자 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 추출하고, 추출된 데이터를 기계 학습하여 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성하는 예측 모델 생성부; 및
예측하고자 하는 환자의 데이터 항목들을 상기 예측 모델에 반영하여 상기 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측부를 포함하는 급성 신부전 발생 예측 장치.
In the apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning,
a data input unit configured to configure a retrospective cohort study by receiving patient data collected in a retrospective study in response to a pre-selected criterion;
a predictive model generator for extracting items related to data causing renal failure from the patient data, and generating a predictive model for predicting whether or not acute renal failure occurs by machine learning the extracted data; and
Acute renal failure occurrence prediction apparatus including a prediction unit for predicting whether or not acute renal failure in the patient by reflecting the data items of the patient to be predicted in the prediction model.
제1항에 있어서,
상기 예측 모델 생성부는,
상기 추출된 항목들을 기 설정된 기준에 따라 정적(Static) 변수와 동적(dynamic) 변수로 구분하여, 상기 정적 변수에 대응하는 데이터들은 덴스 레이어(Dense Layer)를 이용하여 학습하고, 상기 동적 변수에 대응하는 데이터들은 LSTM 레이어(Long Short Term Memory Layer)를 이용하여 학습하는 급성 신부전 발생 예측 장치.
According to claim 1,
The predictive model generation unit,
The extracted items are divided into a static variable and a dynamic variable according to a preset criterion, and the data corresponding to the static variable is learned using a density layer and corresponds to the dynamic variable. A device for predicting the occurrence of acute renal failure that learns using the LSTM layer (Long Short Term Memory Layer).
제2항에 있어서,
상기 정적 변수는,
환자의 나이, 성별, 키, 체중, 입원일자, 퇴원일자, BMI, 기저병력, 입원 원인, 입원 당시 및 입원 기간 내의 혈청 크레아티닌, 투석 여부, 약제 투약력, 수술 여부 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 동적 변수는,
백혈구 수치 변화 데이터, 검사 결과, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 하루 간격으로 측정한 데이터와, 혈압, 맥박, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 시간 단위로 측정한 데이터를 포함하는 급성 신부전 발생 예측 장치.
3. The method of claim 2,
The static variable is
Including at least one or more of the patient's age, sex, height, weight, hospitalization date, discharge date, BMI, underlying medical history, hospitalization cause, serum creatinine at the time of admission and within the hospitalization period, whether dialysis, drug administration, and surgery,
The dynamic variable is
Acute, including data obtained by measuring at least one of white blood cell count change data, test results, food intake, and excretion at daily intervals, and data measuring at least any one or more of blood pressure, pulse, food intake, and excretion in units of time A device for predicting the occurrence of renal failure.
제1항에 있어서,
상기 예측 모델 생성부는,
순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 알고리즘 또는 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 알고리즘을 포함하는 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 알고리즘을 이용하여 상기 예측 모델을 학습하는 급성 신부전 발생 예측 장치.
According to claim 1,
The predictive model generation unit,
Acute renal failure occurrence prediction apparatus for learning the predictive model using an artificial neural network (ANN) algorithm including a recurrent neural network (RNN) algorithm or a convolutional neural network (CNN) algorithm.
제1항에 있어서,
상기 데이터 입력부는,
상기 수집된 환자 데이터를 급성 신부전이 발생한 환자군과 발생하지 않은 환자군으로 구분하고, 구분된 데이터를 익명화 및 코드화하여 상기 후향적 코호트를 구성하는 급성 신부전 발생 예측 장치.
According to claim 1,
The data input unit,
A device for predicting the occurrence of acute renal failure by dividing the collected patient data into a patient group with and without acute renal failure, and anonymizing and encoding the separated data to configure the retrospective cohort.
제1항에 있어서,
상기 예측부를 통해 급성 신부전이 발생한 것으로 예측된 경우,
해당 환자가 기 정의된 유효성 평가 단계 중 어느 단계에 해당하는지 판단하는 판단부를 더 포함하는 급성 신부전 발생 예측 장치.
According to claim 1,
When it is predicted that acute renal failure has occurred through the prediction unit,
Acute renal failure occurrence prediction device further comprising a determination unit for determining whether the patient corresponds to any of the predefined efficacy evaluation steps.
제6항에 있어서,
상기 기 정의된 유효성 평가 단계는,
혈청 크레아티닌이 기저수치보다 1.5배 이상 상승하거나 6시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제1 단계로 구분하고,
혈청 크레아티닌이 기저수치보다 2배 이상 상승하거나 12시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제2 단계로 구분하며,
혈청 크레아티닌이 기저수치보다 3배 이상 상승하거나 24시간 동안의 소변량이 0.3ml/kg 이하로 감소 또는 12시간 동안 무뇨인 경우 제3 단계로 구분하며 제3 단계로 갈수록 위험도가 높아지도록 설정되는 급성 신부전 발생 예측 장치.
7. The method of claim 6,
The predefined effectiveness evaluation step is,
If the serum creatinine rises more than 1.5 times from the basal level or the urine output decreases to 0.5 ml/kg or less for 6 hours, it is classified as the first stage,
When serum creatinine rises more than twice the basal level or when urine output decreases to 0.5ml/kg or less for 12 hours, it is classified as the second stage,
When serum creatinine rises 3 times or more from the baseline level, or when urine output is reduced to 0.3 ml/kg or less for 24 hours, or when there is no urine for 12 hours, acute renal failure is classified as a third stage and the risk increases as the third stage progresses. occurrence prediction device.
인공 지능 기반 기계 학습을 이용한 급성 신부전 발생 예측 방법에 있어서,
급성 신부전 발생 예측 장치는 기 선정된 기준에 대응하여 후향적 연구로 수집된 환자 데이터를 입력받아 후향적 코호트(Retrospective cohort study)를 구성하는 단계;
상기 환자 데이터에서 신부전을 일으키는 데이터에 관한 항목들을 추출하고, 추출된 데이터를 기계 학습하여 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 예측 모델을 생성하는 단계; 및
예측하고자 하는 환자의 데이터 항목들을 상기 예측 모델에 반영하여 상기 환자의 급성 신부전 발생 여부를 예측하는 단계를 포함하는 급성 신부전 발생 예측 방법.
In a method for predicting the occurrence of acute renal failure using artificial intelligence-based machine learning,
The apparatus for predicting the occurrence of acute renal failure comprises: configuring a retrospective cohort study by receiving patient data collected in a retrospective study in response to a pre-selected criterion;
extracting items related to data causing renal failure from the patient data, and generating a predictive model for predicting whether acute renal failure occurs by machine learning the extracted data; and
A method of predicting the occurrence of acute renal failure by reflecting the data items of the patient to be predicted in the predictive model, comprising the step of predicting whether or not the patient will have acute renal failure.
제8항에 있어서,
상기 예측 모델을 생성하는 단계는,
상기 추출된 항목들을 기 설정된 기준에 따라 정적(Static) 변수와 동적(dynamic) 변수로 구분하여, 상기 정적 변수에 대응하는 데이터들은 덴스 레이어(Dense Layer)를 이용하여 학습하고, 상기 동적 변수에 대응하는 데이터들은 LSTM 레이어(Long Short Term Memory Layer)를 이용하여 학습하는 급성 신부전 발생 예측 방법.
9. The method of claim 8,
The step of generating the predictive model comprises:
The extracted items are divided into a static variable and a dynamic variable according to a preset criterion, and the data corresponding to the static variable is learned using a density layer and corresponds to the dynamic variable. A method for predicting the occurrence of acute renal failure by learning the data using the LSTM layer (Long Short Term Memory Layer).
제9항에 있어서,
상기 정적 변수는,
환자의 나이, 성별, 키, 체중, 입원일자, 퇴원일자, BMI, 기저병력, 입원 원인, 입원 당시 및 입원 기간 내의 혈청 크레아티닌, 투석 여부, 약제 투약력, 수술 여부 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 동적 변수는,
백혈구 수치 변화 데이터, 검사 결과, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 하루 간격으로 측정한 데이터와, 혈압, 맥박, 음식 섭취량, 배설량 중 적어도 어느 하나 이상을 시간 단위로 측정한 데이터를 포함하는 급성 신부전 발생 예측 방법.
10. The method of claim 9,
The static variable is
Including at least one or more of the patient's age, sex, height, weight, hospitalization date, discharge date, BMI, underlying medical history, hospitalization cause, serum creatinine at the time of admission and within the hospitalization period, whether dialysis, drug administration, and surgery,
The dynamic variable is
Acute, including data obtained by measuring at least one of white blood cell count change data, test results, food intake, and excretion at daily intervals, and data measuring at least any one or more of blood pressure, pulse, food intake, and excretion in units of time A method for predicting the occurrence of renal failure.
제8항에 있어서,
상기 예측 모델을 생성하는 단계는,
순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 알고리즘 또는 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 알고리즘을 포함하는 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 알고리즘을 이용하여 상기 예측 모델을 학습하는 급성 신부전 발생 예측 방법.
9. The method of claim 8,
The step of generating the predictive model comprises:
Acute renal failure occurrence prediction method for learning the predictive model using an artificial neural network (ANN) algorithm including a recurrent neural network (RNN) algorithm or a convolutional neural network (CNN) algorithm.
제8항에 있어서,
상기 후향적 코호트를 구성하는 단계는,
상기 수집된 환자 데이터를 급성 신부전이 발생한 환자군과 발생하지 않은 환자군으로 구분하고, 구분된 데이터를 익명화 및 코드화하여 상기 후향적 코호트를 구성하는 급성 신부전 발생 예측 방법.
9. The method of claim 8,
The step of constructing the retrospective cohort comprises:
A method for predicting the occurrence of acute renal failure by dividing the collected patient data into a patient group with and without acute renal failure, and anonymizing and encoding the separated data to configure the retrospective cohort.
제8항에 있어서,
상기 예측하는 단계에서 신부전이 발생한 것으로 예측된 경우,
해당 환자가 기 정의된 유효성 평가 단계 중 어느 단계에 해당하는지 판단하는 단계를 더 포함하는 급성 신부전 발생 예측 방법.
9. The method of claim 8,
When it is predicted that renal failure has occurred in the predicting step,
Acute renal failure occurrence prediction method further comprising the step of determining whether the patient corresponds to any of the predefined efficacy evaluation steps.
제13항에 있어서,
상기 기 정의된 유효성 평가 단계는,
혈청 크레아티닌이 기저수치보다 1.5배 이상 상승하거나 6시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제1 단계로 구분하고,
혈청 크레아티닌이 기저수치보다 2배 이상 상승하거나 12시간 동안의 소변량이 0.5ml/kg 이하로 감소하는 경우 제2 단계로 구분하며,
혈청 크레아티닌이 기저수치보다 3배 이상 상승하거나 24시간 동안의 소변량이 0.3ml/kg 이하로 감소 또는 12시간 동안 무뇨인 경우 제3 단계로 구분하며 제3 단계로 갈수록 위험도가 높아지도록 설정되는 급성 신부전 발생 예측 방법.
14. The method of claim 13,
The predefined effectiveness evaluation step is,
If the serum creatinine rises more than 1.5 times from the basal level or the urine output decreases to 0.5 ml/kg or less for 6 hours, it is classified as the first stage,
When serum creatinine rises more than twice the basal level or when urine output decreases to 0.5ml/kg or less for 12 hours, it is classified as the second stage,
When serum creatinine rises 3 times or more from the baseline level, or when urine output is reduced to 0.3 ml/kg or less for 24 hours, or when there is no urine for 12 hours, acute renal failure is classified as a third stage and the risk increases as the third stage progresses. How to predict the occurrence.
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