KR20220149093A - Apparatus for predicting intradialytic hypotension using AI and method thereof - Google Patents

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KR20220149093A
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서울대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a device for predicting hypotension during hemodialysis using artificial intelligence and a method thereof. According to the present invention, the device for predicting hypotension during hemodialysis is provided which comprises: a data collection unit collecting each of fixed variable data including body information and comorbidity information related to each of a plurality of patients and variable data including blood pressure and dialysis conditions observed during hemodialysis by time; a model learning unit using the fixed variable data and the variable data by time and using systolic blood pressure (SBP), systolic blood pressure variance per unit time (ㅿSBP), and mean arterial blood pressure variance (ㅿMAP) of the patient after a set time elapses to train a prediction model; a data acquisition unit acquiring the fixed variable data and the variable data observed by time during hemodialysis in real time for a patient undergoing hemodialysis; and a prediction unit predicting SBP, ㅿSBP, and ㅿMAP values after the set time elapses from the present for each hour during hemodialysis by applying the fixed variable data and the variable data observed by time in real time to the prediction model. According to the present invention, based on artificial intelligence, possibility of hypotension in the patient which may occur during hemodialysis can be predicted and informed in advance. Accordingly, hypotension during hemodialysis can be prevented and prognosis of hemodialysis patients can be improved.

Description

인공 지능을 이용한 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치 및 그 방법{Apparatus for predicting intradialytic hypotension using AI and method thereof}Apparatus for predicting intradialytic hypotension using AI and method thereof

본 발명은 인공 지능을 이용한 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인공 지능을 이용하여 혈액 투석 중에 환자의 저혈압 발생 가능성을 사전 예측할 수 있는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for predicting hypotension during hemodialysis using artificial intelligence and a method therefor, and more particularly, to an apparatus for predicting hypotension during hemodialysis capable of predicting in advance the possibility of occurrence of hypotension in a patient during hemodialysis using artificial intelligence, and the same it's about how

혈액 투석 환자의 사망률은 5년에 40%에 육박할 정도로 매우 높고, 사망 원인의 절반은 심뇌혈관질환과 연관성이 있다. 심뇌혈관질환 사망률을 낮추기 위해서는 혈액 투석 중 저혈압이 발생하지 않아야 하나, 아직까지 이를 예측하는 모델이나 이를 예방하기 위한 기법은 존재하지 않는다.The mortality rate of hemodialysis patients is very high, approaching 40% in 5 years, and half of the causes of death are related to cardiovascular disease. Hypotension should not occur during hemodialysis in order to lower the mortality rate from cardiovascular disease, but there is no model for predicting it or a technique for preventing it yet.

기존에는 혈액 투석 중 저혈압을 예측하는 모델이나 소프트웨어, 기기 등이 없기 때문에, 의료진과 간호진이 혈액 투석 중에 환자의 혈압을 대략 30분 ~ 1시간 간격으로 측정하면서 직접 모니터링하고 있다.Because there is no model, software, or device that predicts hypotension during hemodialysis, medical staff and nursing staff directly monitor the patient's blood pressure during hemodialysis, measuring the patient's blood pressure at intervals of approximately 30 minutes to 1 hour.

환자의 수는 급증하고 있기에, 이들의 업무량은 증가하고 있으며, 혈액 투석 중에 예측이 어려운 저혈압이 갑자기 발생하면 대처가 어려워 환자의 예후가 악화되게 된다. Since the number of patients is rapidly increasing, their workload is increasing, and when unpredictable hypotension suddenly occurs during hemodialysis, it is difficult to cope with it, and the patient's prognosis is deteriorated.

특히, 혈액 투석 중 저혈압은 이미 저혈압이 발생한 다음에야 대처가 가능하였고, 대처 방법으로는 환자의 투석 조건, 환자의 체위 등을 변경하는 방식을 선택하였다. 하지만, 이미 혈압이 떨어진 다음에 대처하는 것이기 때문에, 저혈압과 관련한 부작용이 나타나고, 이에 따른 환자의 심뇌혈관질환 발생 및 사망 위험도가 증가하는 문제점이 있다.In particular, hypotension during hemodialysis could be dealt with only after hypotension had already occurred. As a coping method, a method of changing the patient's dialysis conditions and patient's position was selected. However, since it is to be dealt with after the blood pressure has already dropped, there is a problem that side effects related to hypotension appear, and the risk of cardiovascular disease and death of the patient is increased accordingly.

이러한 문제를 해결하기 위해 예측 모델의 임상 적용이 필수인데, 그럼에도 아직까지 예측 모델이 개발되지 않는 이유는 일반적인 수학적 혹은 통계적 모델로는 투석 중 저혈압 예측이 어렵기 때문이다. To solve this problem, clinical application of predictive models is essential, but the reason that predictive models have not yet been developed is that it is difficult to predict hypotension during dialysis with general mathematical or statistical models.

따라서 혈액 투석 중 환자의 저혈압을 효과적으로 예측할 수 있는 새로운 모델이 요구되는 실정이다.Therefore, there is a need for a new model that can effectively predict a patient's hypotension during hemodialysis.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제1995-0702440호(1995.07.29 공개)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 1995-0702440 (published on July 29, 1995).

본 발명은 인공 지능을 기반으로 혈액 투석 중에 환자의 저혈압 가능성을 사전 예측할 수 있는 인공 지능을 이용한 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for predicting hypotension during hemodialysis using artificial intelligence capable of predicting in advance the possibility of hypotension in a patient during hemodialysis based on artificial intelligence.

본 발명은, 복수의 환자 별로 해당 환자와 관련한 신체 정보와 동반 질환 정보를 포함한 고정 변수 데이터, 혈액 투석 중 시간별 관측된 혈압과 투석 조건을 포함한 가변 변수 데이터를 각각 수집하는 데이터 수집부와, 상기 고정 변수 데이터 및 시간별 가변 변수 데이터를 입력 데이터로 하고, 각 시간별로 해당 시간에서 설정 시간 경과 후의 환자의 수축기 혈압(SBP), 단위시간당 수축기 혈압 변화량(ㅿSBP) 및 평균동맥혈압 변화량(ㅿMAP)을 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 모델 학습부와, 혈액 투석 중인 환자를 대상으로 상기 고정 변수 데이터와 현재 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 가변 변수 데이터를 실시간 획득하는 데이터 획득부, 및 상기 고정 변수 데이터 및 시간별 관측되는 상기 가변 변수 데이터를 상기 예측 모델에 실시간으로 적용하여, 혈액 투석 중에 매 시간 별로 현재로부터 설정 시간 경과 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 예측하는 예측부를 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치를 제공한다.The present invention provides a data collection unit that collects fixed variable data including body information and accompanying disease information related to the patient for each patient, and variable variable data including blood pressure and dialysis conditions observed by time during hemodialysis, respectively; Using variable data and time-dependent variable data as input data, the patient's systolic blood pressure (SBP), systolic blood pressure change per unit time (SBP), and mean arterial blood pressure change (ㅿMAP) a model learning unit for learning a predictive model using the output data; a data acquisition unit for acquiring the fixed variable data and the variable variable data observed by time during current hemodialysis for a patient on hemodialysis in real time; and the fixed variable data and Hypotension prediction device during hemodialysis including a prediction unit that applies the variable variable data observed for each hour to the prediction model in real time, and predicts the SBP, SBP, and MAP values after a set time has elapsed from the present for every hour during hemodialysis provides

또한, 상기 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치는, 매 시간 별로 예측된 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 혈액 투석 중 저혈압 가능성 여부를 실시간 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다.In addition, the apparatus for predicting hypotension during hemodialysis may further include a determination unit that compares SBP, ㅿSBP, and MAP values predicted for each hour with each preset threshold value to determine in real time whether hypotension is possible during hemodialysis. can

또한, 상기 판단부는, 상기 예측된 SBP 값이 90 미만이거나 ㅿSBP 값이 20 이상이거나 ㅿMAP 값이 10 이상이면, 현재로부터 설정 시간 경과 후 환자의 저혈압 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다.In addition, if the predicted SBP value is less than 90, the SBP value is 20 or more, or the MAP value is 10 or more, it may be determined that there is a possibility of hypotension of the patient after a set time has elapsed from the present.

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

또한, 상기 설정 시간은, 혈액 투석 작업에 소요되는 총 투석 시간의 절반보다 작은 시간일 수 있다.In addition, the set time may be less than half of the total dialysis time required for the hemodialysis operation.

또한, 상기 고정 변수 데이터는 복용 약물 정보, 혈액 검사 정보, 환자의 저혈압 위험도 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In addition, the fixed variable data may further include at least one of taking drug information, blood test information, and a patient's hypotension risk.

또한, 상기 가변 변수 데이터 중 상기 투석 조건은 혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 가변 변수 데이터는 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 맥박, 체온 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In addition, the dialysis condition among the variable variable data may include at least one of blood flow, ultrafiltration rate, and dialysis fluid electrolyte concentration, and the variable variable data may further include at least one of a pulse rate and body temperature observed over time during hemodialysis.

그리고, 본 발명은, 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치를 이용한 저혈압 예측 방법에 있어서, 복수의 환자 별로 해당 환자와 관련한 신체 정보와 동반 질환 정보를 포함한 고정 변수 데이터, 혈액 투석 중 시간별 관측된 혈압과 투석 조건을 포함한 가변 변수 데이터를 각각 수집하는 단계와, 상기 고정 변수 데이터 및 시간별 가변 변수 데이터를 입력 데이터로 하고, 각 시간별로 해당 시간에서 설정 시간 경과 후의 환자의 수축기 혈압(SBP), 단위시간당 수축기 혈압 변화량(ㅿSBP) 및 평균동맥혈압 변화량(ㅿMAP)을 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 단계와, 혈액 투석 중인 환자를 대상으로 상기 고정 변수 데이터와 현재 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 가변 변수 데이터를 실시간 획득하는 단계, 및 상기 고정 변수 데이터 및 시간별 관측되는 상기 가변 변수 데이터를 상기 예측 모델에 실시간으로 적용하여, 혈액 투석 중에 매 시간 별로 현재로부터 설정 시간 경과 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 예측하는 단계를 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for predicting hypotension using a hypotension prediction device during hemodialysis, fixed variable data including body information and accompanying disease information related to the patient for each of a plurality of patients, blood pressure observed by time during hemodialysis and dialysis conditions Collecting variable variable data including: the fixed variable data and the variable variable data for each time as input data, the patient's systolic blood pressure (SBP) after a set time has elapsed at the corresponding time for each time, the amount of change in the systolic blood pressure per unit time Learning a predictive model using (ㅿSBP) and mean arterial blood pressure change (ㅿMAP) as output data; obtaining, and applying the fixed variable data and the variable variable data observed by time to the predictive model in real time to predict the SBP, SBP, and MAP values after a set time has elapsed from the present for every hour during hemodialysis It provides a method for predicting hypotension during hemodialysis, comprising the steps of:

또한, 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법은, 매 시간 별로 예측된 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 혈액 투석 중 저혈압 가능성 여부를 실시간 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for predicting hypotension during hemodialysis may further include determining in real time whether hypotension is possible during hemodialysis by comparing the SBP, SBP, and MAP values predicted for each hour with each preset threshold value. have.

또한, 상기 판단하는 단계는, 상기 예측된 SBP 값이 90 미만이거나 ㅿSBP 값이 20 이상이거나 ㅿMAP 값이 10 이상이면, 현재로부터 설정 시간 경과 후 환자의 저혈압 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다. In addition, in the determining step, if the predicted SBP value is less than 90, the SBP value is 20 or more, or the MAP value is 10 or more, it can be determined that there is a possibility of hypotension of the patient after a set time has elapsed from the present.

본 발명에 따르면, 인공 지능을 기반으로 혈액 투석 중 발생할 수 있는 환자의 저혈압 가능성을 사전 예측하여 알릴 수 있다. 이를 통해, 저혈압 발생 전에 환자에 대한 처치 및 평가가 가능해져 혈액 투석 중 저혈압을 예방할 수 있음은 물론, 혈액 투석 환자의 예후를 증진시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to predict in advance the possibility of hypotension in a patient, which may occur during hemodialysis, based on artificial intelligence. Through this, it is possible to treat and evaluate a patient before hypotension occurs, thereby preventing hypotension during hemodialysis and improving the prognosis of a hemodialysis patient.

특히, 본 발명의 경우 혈액 투석 중에 실시간 가변하는 환자의 생체 신호와 투석 조건을 인공 지능 모델을 통하여 실시간 분석하여, 환자의 혈액 투석 시작 시점부터 종료 시점까지 1시간 이내에 저혈압 발생 가능성을 실시간으로 예측하여 제공할 수 있다.In particular, in the case of the present invention, real-time analysis of the patient's biosignals and dialysis conditions, which vary in real time during hemodialysis, through an artificial intelligence model, predicts the possibility of hypotension in real time from the start of hemodialysis to the end of the patient's hemodialysis within 1 hour. can provide

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 각 부의 기능과 데이터 흐름을 간략히 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 사용된 순환 신경망을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 혈액 투석 중 관측되는 혈압 파라미터를 예시한 도면이다.
도 5는 도 1의 장치를 이용한 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 사용된 알고리즘 별 성능 결과를 비교한 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for predicting hypotension during hemodialysis according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram briefly explaining the function and data flow of each part of FIG. 1 .
3 is a diagram illustrating a recurrent neural network used in an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating blood pressure parameters observed during hemodialysis in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a method for predicting hypotension during hemodialysis using the apparatus of FIG. 1 .
6 is a diagram comparing performance results for each algorithm used.

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

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. . Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 발명은 인공 지능을 이용한 혈액 투석 중 저혈압 예측 기법으로, 혈액 투석 중에 실시간 변화하는 생체 신호와 투석 조건을 인공 지능을 통하여 분석함으로써 혈액 투석 중에도 1시간 이내 저혈압 발생 가능성을 예측하여 실시간으로 제공할 수 있고, 저혈압 발생 전에 미리 처치가 가능하게 하여 혈액 투석 중 저혈압을 예방하고 환자 예후를 증진시키는 기법을 제안한다.The present invention is a technique for predicting hypotension during hemodialysis using artificial intelligence. By analyzing biosignals and dialysis conditions that change in real time during hemodialysis through artificial intelligence, the possibility of hypotension occurring within 1 hour during hemodialysis can be predicted and provided in real time. and proposes a technique for preventing hypotension during hemodialysis and improving the patient's prognosis by enabling treatment in advance before the occurrence of hypotension.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 각 부의 기능과 데이터 흐름을 간략히 설명한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for predicting hypotension during hemodialysis according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram briefly explaining the function and data flow of each part of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투석 중 저혈압 예측 장치(100)(이하, 예측 장치)는 데이터 수집부(110), 모델 학습부(120), 데이터 획득부(130), 예측부(140), 판단부(150), 출력부(160)를 포함한다.1 and 2 , an apparatus 100 for predicting hypotension during dialysis (hereinafter, referred to as a prediction apparatus) according to an embodiment of the present invention includes a data collection unit 110 , a model learning unit 120 , and a data acquisition unit 130 . ), a prediction unit 140 , a determination unit 150 , and an output unit 160 .

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

데이터 수집부(110)는 과거 혈액 투석을 진행한 복수의 환자(혈액 투석 환자) 별로 고정 변수 데이터와 가변 변수 데이터를 수집한다. 여기서 고정 변수 데이터는 환자와 관련한 신체 정보(나이, 성별) 및 동반 질환 정보를 포함하며, 그 밖에도 복용 약물 정보, 혈액 검사 정보, 환자의 저혈압 위험도 등을 포함할 수 있다.The data collection unit 110 collects fixed variable data and variable variable data for each of a plurality of patients (hemodialysis patients) who have undergone hemodialysis in the past. Here, the fixed variable data may include patient-related body information (age, gender) and accompanying disease information, and may include information on medications taken, blood test information, and a patient's hypotension risk.

가변 변수 데이터는 시간에 따라 가변하는 변수로서, 혈액 투석 중에 시간별로 주기적으로 측정된 환자의 혈압과 환자의 투석 조건(혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도)을 포함하며, 생체 신호의 경우 혈압 이외에도 혈액 투석 중 관측되는 맥박, 체온 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Variable variable data is a variable that varies with time, and includes the patient's blood pressure and the patient's dialysis conditions (blood flow rate, ultrafiltration rate, and dialysis fluid electrolyte concentration) periodically measured for each time during hemodialysis. It may further include at least one of a pulse and body temperature observed during dialysis.

이러한 데이터 수집부(110)는 환자의 의료 정보를 관리 및 저장하는 EMR 또는 병원 서버 등으로부터 환자의 기초 데이터를 수집할 수 있다. The data collection unit 110 may collect basic patient data from an EMR or hospital server that manages and stores the patient's medical information.

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

여기서, 데이터 수집부(110)는 모델 학습을 위하여, 과거 환자의 혈액 투석 중에 측정된 혈압 데이터 기록으로부터 획득되는 시간별 혈압 파라미터인 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 추가로 수집할 수 있다.Here, for model learning, the data collection unit 110 may additionally collect SBP, SBP, and MAP values, which are blood pressure parameters for each time, obtained from blood pressure data records measured during hemodialysis of a patient in the past.

이때, SBP는 수축기 혈압(Systolic Blood Pressure), MBP는 평균동맥혈압(Mean arterial pressure)이고, ㅿSBP는 단위시간당 수축기 혈압 변화량, ㅿMAP는 단위시간당 평균동맥혈압을 나타낸다. In this case, SBP is the systolic blood pressure, MBP is the mean arterial pressure, ㅿSBP is the change in systolic blood pressure per unit time, and MAP is the mean arterial pressure per unit time.

따라서, 시간별 혈압 파라미터 중에서 SBP는 환자의 수축기 혈압, ㅿSBP는 단위시간당 수축기 혈압 변화량, ㅿMAP는 단위시간당 평균동맥혈압을 나타낸다. Therefore, among the blood pressure parameters over time, SBP is the patient's systolic blood pressure, sBP is the amount of change in systolic blood pressure per unit time, and MAP is the mean arterial blood pressure per unit time.

여기서 ㅿSBP는 시간에 따른 SBP 값으로부터 실시간 얻어지고, ㅿMAP 시간에 따른 MBP로부터 실시간 얻어질 수 있다. 예를 들어, ㅿSBP는 매 시간 별로 시간 t인 현재 SBP 값(SBP)을 그로부터 1시간 전의 SBP 값(SBP')에서 뺀 값에 해당할 수 있다(ㅿSBP=SBP'-SBP). ㅿ값은 현재 값이 단위 시간 전의 값보다 낮을 때 양수로 도출된다.Here, ⅿSBP may be obtained in real time from the SBP value according to time, and may be obtained in real time from the MBP according to the time ⅿMAP. For example, ㅿSBP may correspond to a value obtained by subtracting the current SBP value (SBP) at time t for each hour from the SBP value (SBP') one hour before (ㅿSBP=SBP'-SBP). The value of ㅿ is derived as a positive number when the current value is lower than the value before the unit time.

일반적으로 혈액 투석은 총 4 시간 소요되므로, 혈액 투석을 진행하는 4 시간 동안에 매 시간(예: 수초, 수분) 별로 혈압 파라미터 값이 주기적으로 획득될 수 있다. 데이터 수집부(110)는 이와 같이 혈액 투석 중 실시간 측정되는 시간별 혈압 파라미터 값인 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP를 추가로 수집하여 모델 학습부(120)로 제공할 수 있다.In general, since hemodialysis takes a total of 4 hours, blood pressure parameter values may be periodically obtained for every hour (eg, several seconds, minutes) during the four hours of hemodialysis. The data collection unit 110 may additionally collect SBP, SBP, and MAP, which are blood pressure parameter values for each time measured in real time during hemodialysis, and provide it to the model learning unit 120 .

데이터 수집부(110)에서 수집한 과거 환자별 데이터들은 환자의 혈액 투석 중 저혈압(intradialytic hypotension)을 예측하는 모델을 구축하기 위한 학습 데이터로 사용된다. Past patient-specific data collected by the data collection unit 110 is used as learning data for building a model for predicting intradialytic hypotension during hemodialysis of a patient.

수집된 데이터 중 환자의 고정 변수 데이터(환자의 나이, 성별, 복용 약물, 동반 질병 등)와 투석 중 시간별로 관측된 가변 변수 데이터(혈압, 맥박, 체온, 혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도 등)는 예측 모델의 학습 시에 입력 데이터로 활용되고, 각 시간에 대한 설정 시간(예: 1시간) 후의 혈압 파라미터(SBP, ㅿSBP, ㅿMAP)는 출력 데이터로 활용한다. 예측 모델은 이들 입력 데이터와 출력 데이터 간의 관계를 딥러닝을 기반으로 학습하게 된다.Among the collected data, the patient's fixed variable data (patient's age, sex, medications, comorbidities, etc.) and the variable variable data observed over time during dialysis (blood pressure, pulse, body temperature, blood flow, ultrafiltration rate, dialysis fluid electrolyte concentration, etc.) is used as input data when learning the predictive model, and blood pressure parameters (SBP, sBP, MAP) after a set time for each time (eg, 1 hour) are used as output data. The predictive model learns the relationship between these input data and output data based on deep learning.

이에 따르면, 혈액 투석 중 해당 환자에 대응되는 고정 변수 데이터와 시간 별 측정되는 가변 변수 데이터를 딥러닝 분석하여 현재로부터 1시간 후에 예상되는 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 실시간 도출해낼 수 있게 된다. 물론, 모델 학습 시에 어떤 시점의 출력 데이터를 적용하는지에 따라 1시간 후가 아닌 30분 후에 예상되는 혈압 파라미터를 도출해낼 수도 있다.According to this, by deep learning analysis of the fixed variable data corresponding to the patient during hemodialysis and the variable variable data measured by time, it is possible to derive the SBP, SBP, and MAP values expected one hour after the present in real time. Of course, it is also possible to derive the expected blood pressure parameter after 30 minutes instead of 1 hour, depending on which point in time the output data is applied during model training.

구체적으로, 모델 학습부(120)는 앞서 수집된 환자의 고정 변수 데이터(시간 고정 변수) 및 시간별 가변 변수 데이터를 입력 데이터로 하고, 각 시간별로 해당 시간에서 설정 시간 경과 후의 환자의 수축기 압력(SBP), 단위 시간당 SBP 변화량(ㅿSBP) 및 MAP 변화량(ㅿMAP)을 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시킨다.Specifically, the model learning unit 120 uses the patient's fixed variable data (time-fixed variable) and time-dependent variable data as input data, and the patient's systolic pressure (SBP) after a set time has elapsed at the corresponding time for each time. ), SBP change amount per unit time (ㅿSBP), and MAP change amount (ㅿMAP) are used as output data to train a predictive model.

이러한 모델 학습부(120)는 인공지능 기반의 분석을 통하여 혈액 투석 중인 환자의 1시간 이내 저혈압 발생 가능성을 예측하기 위한 예측 모델을 생성할 수 있다.The model learning unit 120 may generate a prediction model for predicting the possibility of occurrence of hypotension within 1 hour of a patient undergoing hemodialysis through artificial intelligence-based analysis.

예측 모델 생성에는 다양한 기법이 사용될 수 있는데, 순환 신경망(Recurrent neural network, RNN), 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron, MLP), LightGBM, 로지스틱 회귀(LR; logistic regression) 알고리즘 등이 사용될 수 있다.Various techniques may be used to generate the predictive model, and a recurrent neural network (RNN), a multi-layer perceptron (MLP), LightGBM, a logistic regression (LR) algorithm, etc. may be used.

본 발명의 실시예는 순환 신경망(RNN)을 이용한 것을 대표 예시로 한다. 예측 모델의 입력 데이터는 과거에 혈액 투석을 진행한 환자들에 대해 수집된 고정변수 데이터 및 혈액 투석 중 관측된 가변 변수 데이터를 포함하고, 출력 데이터는 각 시간으로부터 설정 시간(예: 1시간) 후 관측된 환자의 혈압 파라미터들 즉, SBP, ㅿSBP, ㅿMAP를 포함한다. 설정 시간은 혈액 투석에 소요되는 총 투석 시간 보다 작으며 이를 통하여 혈액 투석 중에도 수시간 또는 수분 이내의 저혈압 가능성 예측이 이루어진다.An embodiment of the present invention uses a recurrent neural network (RNN) as a representative example. The input data of the predictive model includes fixed variable data collected for patients who have undergone hemodialysis in the past and variable variable data observed during hemodialysis, and the output data is after a set time (eg, 1 hour) from each time. Observed patient blood pressure parameters, ie, SBP, SBP, and MAP. The set time is less than the total dialysis time required for hemodialysis, and through this, the possibility of hypotension within several hours or minutes is predicted even during hemodialysis.

예측 모델은 이러한 입력 데이터와 출력 데이터 간의 관계를 RNN 딥러닝 알고리즘을 통하여 학습할 수 있다. 즉, 예측 모델은 환자의 고정 변수 데이터, 투석 중 시간에 따라 가변하는 가변 변수 데이터의 입력에 대응하여 그로부터 예상되는 매시간 별로 설정 시간 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 파라미터를 각각 도출하도록 학습된다.The predictive model can learn the relationship between the input data and the output data through the RNN deep learning algorithm. That is, the predictive model is trained to derive the SBP, SBP, and MAP parameters after a set time for each expected hourly from the input of the patient's fixed variable data and the variable variable data that varies with time during dialysis, respectively.

모델 학습부(120)는 입력 데이터와 출력 데이터 간의 관계를 지도 학습을 기반으로 지속적으로 머신 러닝 분석하여 신경망 내 가중치를 수정 및 최적화할 수 있다. 물론 그 과정에서 측정 값과 예측 값 간에 오차가 임계치 이하에 들어올 때까지 학습을 수행할 수 있다.The model learning unit 120 may modify and optimize the weights in the neural network by continuously analyzing the relationship between the input data and the output data by machine learning based on supervised learning. Of course, in the process, learning can be performed until the error between the measured value and the predicted value falls below the threshold.

학습을 통하여 예측 모델이 완성되면, 현재 투석 중인 환자에 대한 고정 변수 데이터 및 투석 중 시간에 따라 가변하는 가변 변수 데이터를 해당 모델에 적용하는 것만으로 해당 환자의 투석 중 저혈압 가능성을 예상할 수 있다.When the predictive model is completed through learning, the possibility of hypotension during dialysis of the patient can be predicted simply by applying the fixed variable data for the currently dialysis patient and the variable variable data that varies according to time during dialysis to the model.

이를 위해, 데이터 획득부(130)는 혈액 투석 환자를 대상으로 고정 변수 데이터와 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 가변 변수 데이터를 실시간 획득한다.To this end, the data acquisition unit 130 acquires, in real time, fixed variable data and time-dependent variable variable data observed during hemodialysis for a hemodialysis patient.

데이터 획득부(130)는 병원 서버, 투석 장비, 의료 정보 서버, 컴퓨터 등과 연동하여 혈액 투석 환자와 관련한 고정 변수 데이터 및 가변 변수 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 고정 데이터의 경우 관리자 등으로부터 관련 데이터를 입력 인터페이스, 유무선 인터페이스 등을 통하여 입력받을 수도 있다. 또한 혈액 투석 중 실시간 관찰되는 가변 변수 데이터의 경우, 투석 장비 또는 그와 연결된 컴퓨터 등과 같은 사용자 단말기 등으로부터 실시간 획득될 수 있다.The data acquisition unit 130 may acquire fixed variable data and variable variable data related to a hemodialysis patient by interworking with a hospital server, dialysis equipment, a medical information server, a computer, and the like. Here, in the case of fixed data, related data may be input from a manager or the like through an input interface, a wired/wireless interface, or the like. In addition, variable variable data observed in real time during hemodialysis may be acquired in real time from a user terminal such as a dialysis equipment or a computer connected thereto.

또한, 본 발명의 예측 장치(100)는 투석 진행 중 환자의 저혈압을 예측하는 웹 서버 또는 앱 서버 등의 온오프라인 플랫폼으로 구현되거나 사용자 단말 등에 응용 프로그램, 어플리케이션(Application) 등의 형태로 구현될 수 있다.In addition, the prediction device 100 of the present invention may be implemented as an on/offline platform such as a web server or an app server that predicts a patient's hypotension during dialysis, or may be implemented in the form of an application, an application, etc. in a user terminal. have.

본 발명의 경우 혈액 투석 중인 환자에 대한 기 획득된 고정 변수 데이터(나이, 성별, 동반질환, 이전 저혈압 위험도, 혈액 검사, 사용 약물 등)와 현재 투석 중에 실시간 변화하여 관측되는 가변 변수 데이터(혈압, 맥박, 체온, 혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도 등)를 이용하여 혈액 투석 중에 현재로부터 1시간 후 예상되는 혈압 파라미터 예측 결과를 지속적으로 제공하고 이로부터 저혈압 가능성 여부를 실시간 확인할 수 있다.In the present invention, pre-obtained fixed variable data (age, sex, comorbidities, previous hypotension risk, blood tests, medications used, etc.) for patients undergoing hemodialysis and variable variable data (blood pressure, blood pressure, Using the pulse rate, body temperature, blood flow, ultrafiltration rate, and electrolyte concentration of the dialysate, etc.), the blood pressure parameter prediction results expected one hour after the present are continuously provided during hemodialysis, and the possibility of hypotension can be checked in real time.

예측부(140)는 고정 변수 데이터 및 시간별 관측되는 상기 가변 변수 데이터를 상기 예측 모델에 실시간으로 적용하여, 혈액 투석 중에 매 시간 별로 현재로부터 설정 시간 경과 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 예측한다.The prediction unit 140 applies the fixed variable data and the variable variable data observed by time to the prediction model in real time, and predicts the SBP, SBP, and MAP values after a set time has elapsed from the present for every hour during hemodialysis. .

여기서 설정 시간이란, 앞서 설명한 바와 같이, 혈액 투석 작업에 소요되는 총 투석 시간(예: 4시간)의 절반 보다는 작은 시간에 해당하고 이를 통해 투석 중 저혈압 가능성을 미리 예측할 수 있다. 예를 들어, 설정 시간은 10분, 30분, 1시간 등 다양할 수 있으며, 본 발명의 실시예는 1 시간인 것을 예시한다.Here, as described above, the set time corresponds to less than half of the total dialysis time (eg, 4 hours) required for hemodialysis, and through this, the possibility of hypotension during dialysis can be predicted in advance. For example, the set time may be various, such as 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, and the embodiment of the present invention exemplifies that it is 1 hour.

예측부(140)는 혈액 투석 환자의 고정 변수 인자(나이, 성별, 동반질환, 이전 저혈압 위험도, 혈액 검사, 사용 약물 등)와 현재 투석 중 실시간 관측되는 가변 변수 인자(혈압, 맥박, 체온, 혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도 등)를 RNN 기반의 예측 모델에 입력 파라미터로 적용하여, 매 시간마다 현재로부터 1시간 경과 시 예상되는 혈액 파라미터 값들(SBP, ㅿSBP, ㅿMAP)을 인공 지능 분석을 통하여 실시간 도출하여 제공할 수 있다.The prediction unit 140 includes fixed variable factors (age, sex, comorbidities, prior hypotension risk, blood tests, medications used, etc.) of the hemodialysis patient and variable variable factors (blood pressure, pulse, body temperature, blood flow, etc.) observed in real time during current dialysis. , ultrafiltration rate, dialysis fluid electrolyte concentration, etc.) are applied as input parameters to the RNN-based prediction model, and the blood parameter values (SBP, ㅿSBP, ㅿMAP) expected when 1 hour has elapsed from the present every hour are analyzed by artificial intelligence. It can be derived and provided in real time through

도 3은 본 발명의 실시예에 사용된 순환 신경망을 예시한 도면이다. 도 3과 같이, 본 발명의 경우 순환 신경망에 입력되는 시간별 입력 벡터에 대응하여 출력 데이터를 시간 별로 실시간 도출한다. 3 is a diagram illustrating a recurrent neural network used in an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 , in the case of the present invention, output data is derived in real time in response to an input vector for each time input to the recurrent neural network.

이때, 시간 고정 변수(time-invariant feature) 및 시간 가변 변수(time-varying feature)를 정규화하여 인공 지능 모델에 학습 시킬 수 있는 형태로 변환한 다음, RNN 레이어에 통과시킬 수 있으며, 이후에 은닉층을 거쳐 최종적으로 투석 중 저혈압을 예측할 수 있다. 예측된 값은 실제 저혈압 발생 여부를 잘 예측할 수 있을 때까지 반복적으로 학습될 수 있다.At this time, the time-invariant feature and time-varying feature are normalized and transformed into a form that can be learned by the artificial intelligence model, and then passed through the RNN layer, and then the hidden layer Finally, hypotension during dialysis can be predicted. The predicted value may be repeatedly learned until it is possible to predict whether hypotension actually occurs.

여기서, 모델 학습부(120)와 예측부(140)는 도 2와 같이 프로세서(Processor)에 포함 또는 내장될 수 있다. 이러한 프로세서는 인공지능을 이용한 예측 모델을 탑재하고 관련 예측 결과를 제공할 수 있으며, 외부 플랫폼 및 관련 서버 등에 연결되어 인공지능 학습 데이터 및 예측 모델을 업데이트 및 갱신할 수도 있다.Here, the model learning unit 120 and the prediction unit 140 may be included or embedded in a processor as shown in FIG. 2 . Such a processor may be equipped with a prediction model using artificial intelligence and provide related prediction results, and may be connected to external platforms and related servers to update and update AI learning data and prediction models.

또한 프로세서는 인공지능 알고리즘을 내장하고 머신러닝에 기반한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어 프로세서는 알고리즘의 사전 학습에 있어 고도로 다층화된 인공 신경망에 근거한 머신러닝 알고리즘을 사용할 수 있다. 프로세서는 인공지능 알고리즘을 통해 사전 학습된 가중치를 기반으로 현재 분석 대상이 되는 환자의 입력 데이터에 대응하여 예상되는 결과 값을 예측해 낼 수 있다. In addition, the processor has built-in artificial intelligence algorithms and can perform operations based on machine learning. For example, a processor may use a machine learning algorithm based on a highly multi-layered artificial neural network in the pre-training of the algorithm. The processor may predict an expected result value in response to the patient's input data currently being analyzed based on the weights learned in advance through the artificial intelligence algorithm.

판단부(150)는 매 시간 별로 예측된 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 혈액 투석 중 저혈압 가능성 여부를 실시간 판단한다.The determination unit 150 compares the SBP, SBP, and MAP values predicted for each hour with each preset threshold value to determine in real time whether hypotension is possible during hemodialysis.

구체적으로, 판단부(150)는, 현재 예측된 SBP 값이 90 미만(SBP < 90)이거나, ㅿSBP 값이 20 이상(ㅿSBP ≥ 20) 이거나, ㅿMAP 값이 10 이상(ㅿMBP ≥ 10)인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우에, 현재로부터 설정 시간(예:1 시간) 경과 후 투석 중 환자의 저혈압 발생 가능성이 있는 것으로 판단한다. 물론 이러한 예측 결과는 현 시점으로부터 1 시간 이내에 저혈압 가능성이 있는 상황으로 간주될 수 있다.Specifically, the determination unit 150, the currently predicted SBP value is less than 90 (SBP < 90), the ㅿSBP value is 20 or more (ㅿSBP ≥ 20), or the ㅿMAP value is 10 or more (ㅿMBP ≥ 10) ), it is determined that there is a possibility of hypotension in the patient during dialysis after a set time (eg: 1 hour) has elapsed from the present. Of course, such a prediction result can be considered as a situation where there is a possibility of hypotension within 1 hour from the present time.

이에 따르면, 혈액 투석 중 저혈압이 발생하기 1 시간 전에 미리 저혈압 발생을 예측하고 그에 대한 사전 조치가 가능하게 함으로써, 투석 부작용 중 하나인 투석 중 저혈압을 사전 예방할 수 있고 응급 상황 발생 전에 빠른 대응이 가능하게 할 수 있다.According to this, hypotension during hemodialysis can be prevented in advance, one of the side effects of dialysis, by predicting the occurrence of hypotension one hour before the occurrence of hypotension and enabling pre-measures against it, enabling rapid response before emergency situations occur. can do.

도 4는 본 발명의 실시예에서 혈액 투석 중 관측된 시계열 혈압 파라미터를 예시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating time-series blood pressure parameters observed during hemodialysis in an embodiment of the present invention.

도 4의 좌측 그림은 4 시간 동안의 혈액 투석 중에 저혈압이 발생하지 않은 케이스이고, 우측 그림은 3 시간 째에서 저혈압이 발생한 케이스를 나타낸다. 우측 그림의 경우 2시간 째에 관측된 SBP 값은 102 mmHg이고, 그로부터 1시간 후 3시간 째에 관측된 SBP 값은 81 mmHg로, ㅿSBP 값이 20을 초과한 경우이다.The left figure of FIG. 4 shows a case in which hypotension did not occur during hemodialysis for 4 hours, and the right figure shows a case in which hypotension occurred at 3 hours. In the case of the right figure, the observed SBP value at 2 hours is 102 mmHg, and 1 hour after that, the observed SBP value at 3 hours is 81 mmHg, which is a case in which the SBP value exceeds 20.

본 발명의 실시예에 따르면, 인공 지능 기반의 예측 알고리즘을 적용함에 따라, 실제 혈압이 떨어지는 시점(우측 그림에서 3시간째 시점) 보다 1시간 더 일찍(2시간째 시점) 저혈압 가능성을 예측할 수 있다. 이러한 알고리즘은 임상 의사에게 저혈압에 대해 좀 더 신속하게 대응하고 환자의 문제를 평가할 수 있는 기회를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, by applying an artificial intelligence-based prediction algorithm, it is possible to predict the possibility of hypotension one hour earlier (second hour) than when the actual blood pressure drops (the third hour in the right figure). . These algorithms provide clinicians with the opportunity to respond more quickly to hypotension and evaluate the patient's problems.

출력부(160)는 예측 모델을 통해 도출된 실시간 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값 및 그에 따른 저혈압 가능성 분류 결과를 디스플레이 또는 네트워크 연결된 사용자 단말기 등을 통하여 출력하여 제공할 수 있다. 여기서 사용자 단말기는 데스크탑, 태블릿 PC, 스마트폰, 스마트 패드, 노트북 등을 포함할 수 있다.The output unit 160 may output and provide the real-time SBP, SBP, and MAP values derived through the predictive model and the resulting hypotension possibility classification result through a display or a network-connected user terminal. Here, the user terminal may include a desktop, a tablet PC, a smart phone, a smart pad, a notebook computer, and the like.

이와 같이, 예측 장치(100)는 혈액 투석 중 저혈압 예측과 관련한 프로세스를 실행시키고 해당 결과를 제공함으로써, 혈액 투석 환자의 투석 중 발생 가능한 저혈압 발생 상황에 대한 신속한 처치는 물론 효율적 예후 관리가 가능하게 한다.As described above, the prediction device 100 executes a process related to prediction of hypotension during hemodialysis and provides the corresponding result, thereby enabling efficient prognosis management as well as rapid treatment of hypotension that may occur during dialysis in a hemodialysis patient. .

도 3은 본 발명의 실시예에서 혈액 투석 중 저혈압 발생 관련 데이터를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining data related to occurrence of hypotension during hemodialysis in an embodiment of the present invention.

먼저, 데이터 수집부(110)는 과거 혈액 투석 이력이 있는 환자 별로, 환자와 관련한 고정 변수 데이터와 혈액 투석 중 시간별 관측된 가변 변수 데이터를 각각 학습 데이터로 수집한다(S510). First, for each patient with a past hemodialysis history, the data collection unit 110 collects patient-related fixed variable data and time-observed variable variable data during hemodialysis as learning data, respectively ( S510 ).

또한, 데이터 수집부(110)는 과거 환자의 혈액 투석 중에 측정된 혈압 데이터 기록으로부터 획득되는 시간별 혈압 파라미터인 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP를 추가로 수집한다. 데이터 수집부(110)는 이를 기반으로 모델 학습을 위한 빅데이터를 구축한다.In addition, the data collection unit 110 additionally collects SBP, SBP, and MAP, which are blood pressure parameters for each time, obtained from blood pressure data records measured during hemodialysis of a patient in the past. The data collection unit 110 builds big data for model learning based on this.

다음, 모델 학습부(120)는 수집된 고정 변수 데이터 및 시간별 가변 변수 데이터를 입력 데이터로 하고, 각 시간별로 설정 시간 경과 후의 환자의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP를 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시킨다(S520).Next, the model learning unit 120 uses the collected fixed variable data and time-dependent variable variable data as input data, and the SBP, ㅿSBP, and MAP of the patient after the set time has elapsed for each time as output data to learn the predictive model. make it (S520).

이때, 모델 학습부(120)는 순환 신경망(RNN)을 이용하여 모델을 학습시킬 수 있으며, 관련 환자들에 대한 빅데이터 학습을 통하여 모델의 신뢰성을 높일 수 있다.In this case, the model learning unit 120 may train the model using a recurrent neural network (RNN), and may increase the reliability of the model through big data learning for related patients.

학습이 완료된 이후부터는, 실제 혈액 투석 환자에 대한 현재의 인자들에 대응하여 혈액 투석 중 현재루부터 1시간 이내의 저혈압 가능성 여부를 예측하여 제공할 수 있다.After the learning is completed, it is possible to predict and provide the possibility of hypotension within 1 hour from the current flow during hemodialysis in response to current factors for an actual hemodialysis patient.

구체적으로, 데이터 획득부(130)는 혈액 투석 중인 환자에 대한 고정 변수 데이터 및 가변 변수 데이터를 실시간 획득하고(S530), 이를 예측부(140)로 전달한다. Specifically, the data acquisition unit 130 acquires fixed variable data and variable variable data for a patient undergoing hemodialysis in real time ( S530 ), and transmits them to the prediction unit 140 .

그리고, 예측부(140)는 혈액 투석 중인 환자에 대응하여 수신한 고정 변수 데이터와 시간에 따른 가변 변수 데이터를 예측 모델에 실시간으로 적용하여, 혈액 투석 중에 매 시간 별로 현재로부터 설정 시간 경과 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 예측하여 도출한다(S540). In addition, the prediction unit 140 applies the fixed variable data received corresponding to the patient on hemodialysis and the variable variable data according to time to the prediction model in real time, and the SBP after a set time has elapsed from the present for every hour during hemodialysis, Predicting and deriving the ㅿSBP and ㅿMAP values (S540).

이후, 판단부(150)는 예측된 값들을 각각의 임계값과 비교하여 투석 중 저혈압 가능성 여부 실시간 판단한다(S550). 그리고 출력부(160)는 혈압 파라미터 예측 결과 및 이에 기반한 투석 중 혈압 저하증 가능성 판단 결과를 디스플레이 등을 통하여 출력할 수 있다(S560).Thereafter, the determination unit 150 compares the predicted values with the respective threshold values to determine whether hypotension is possible during dialysis in real time ( S550 ). In addition, the output unit 160 may output the blood pressure parameter prediction result and the result of determining the possibility of hypotension during dialysis based thereon through a display or the like (S560).

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

도 6은 사용된 알고리즘 별 성능 결과를 비교한 도면이다. 도 6에서 IDH-1, IDH-2, IDH-3은 각각 SBP, ㅿSBP, ㅿMBP 값에 대한 성능 결과로서, 모든 경우에 있어서 RNN 알고리즘을 이용하여 예측 모델을 구성한 경우가 가장 우수한 성능을 나타내었다.6 is a diagram comparing performance results for each algorithm used. 6, IDH-1, IDH-2, and IDH-3 are performance results for the SBP, ㅿSBP, and ㅿMBP values, respectively, and in all cases, the case where the prediction model is constructed using the RNN algorithm shows the best performance. It was.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 인공 지능을 기반으로 혈액 투석 중 발생할 수 있는 환자의 저혈압 가능성을 사전 예측하여 알릴 수 있다. 이를 통해, 저혈압 발생 전에 환자에 대한 처치 및 평가가 가능해져 혈액 투석 중 저혈압을 예방할 수 있고 혈액 투석 환자의 예후를 증진시킬 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to predict and notify the possibility of hypotension in a patient that may occur during hemodialysis based on artificial intelligence. Through this, it is possible to treat and evaluate a patient before hypotension occurs, thereby preventing hypotension during hemodialysis and improving the prognosis of a hemodialysis patient.

특히, 본 발명의 경우 혈액 투석 중에 실시간 가변하는 환자의 생체 신호와 투석 조건을 RNN 인공 지능 모델을 통하여 실시간 분석하여, 환자의 혈액 투석 시작 시점부터 종료 시점까지 1시간 이내에 저혈압 발생 가능성을 실시간으로 예측하여 제공할 수 있고 혈액 투석 중 발생 가능한 응급 상황에 신속히 대처할 수 있도록 한다.In particular, in the case of the present invention, real-time analysis of the patient's biosignals and dialysis conditions, which vary in real time during hemodialysis, through the RNN artificial intelligence model, predicts the possibility of hypotension in real time from the start of hemodialysis of the patient to the end of hemodialysis within 1 hour This allows for rapid response to emergencies that may occur during hemodialysis.

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

100: 투석 중 저혈압 예측 장치 110: 데이터 수집부
120: 모델 학습부 130: 데이터 획득부
140: 예측부 150: 판단부
160: 출력부
100: device for predicting hypotension during dialysis 110: data collection unit
120: model learning unit 130: data acquisition unit
140: prediction unit 150: judgment unit
160: output unit

Claims (12)

복수의 환자 별로 해당 환자와 관련한 신체 정보와 동반 질환 정보를 포함한 고정 변수 데이터, 혈액 투석 중 시간별 관측된 혈압과 투석 조건을 포함한 가변 변수 데이터를 각각 수집하는 데이터 수집부;
상기 고정 변수 데이터 및 시간별 가변 변수 데이터를 입력 데이터로 하고, 각 시간별로 해당 시간에서 설정 시간 경과 후의 환자의 수축기 압력(SBP), 단위 시간당 SBP 변화량(ㅿSBP) 및 MAP 변화량(ㅿMAP)을 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 모델 학습부;
혈액 투석 중인 환자를 대상으로 상기 고정 변수 데이터와 현재 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 가변 변수 데이터를 실시간 획득하는 데이터 획득부; 및
상기 고정 변수 데이터 및 시간별 관측되는 상기 가변 변수 데이터를 상기 예측 모델에 실시간으로 적용하여, 혈액 투석 중에 매 시간 별로 현재로부터 설정 시간 경과 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 예측하는 예측부를 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
a data collection unit configured to collect, for each patient, fixed variable data including body information and comorbid disease information related to the patient, and variable variable data including blood pressure and dialysis conditions observed for each time during hemodialysis;
Using the fixed variable data and time-dependent variable data as input data, the patient's systolic pressure (SBP) after the set time has elapsed at the corresponding time for each time, the amount of SBP change per unit time (SBP), and the amount of change in MAP (ㅿMAP) are output a model learning unit for learning a predictive model using data;
a data acquisition unit for acquiring the fixed variable data and the variable variable data observed for each hour during current hemodialysis in real time from a patient on hemodialysis; and
Blood including a prediction unit that applies the fixed variable data and the variable variable data observed by time to the predictive model in real time to predict the SBP, SBP, and MAP values after a set time has elapsed from the present for each hour during hemodialysis Hypotension prediction device during dialysis.
청구항 1에 있어서,
매 시간 별로 예측된 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 혈액 투석 중 저혈압 가능성 여부를 실시간 판단하는 판단부를 더 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
The method according to claim 1,
The apparatus for predicting hypotension during hemodialysis further comprising a determination unit configured to determine in real time whether hypotension is possible during hemodialysis by comparing the SBP, SBP, and MAP values predicted for each hour with respective preset threshold values.
청구항 2에 있어서,
상기 판단부는,
상기 예측된 SBP 값이 90 미만이거나 ㅿSBP 값이 20 이상이거나 ㅿMAP 값이 10 이상이면, 현재로부터 설정 시간 경과 후 환자의 저혈압 가능성이 있는 것으로 판단하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
3. The method according to claim 2,
The judging unit,
If the predicted SBP value is less than 90, the SBP value is 20 or more, or the MAP value is 10 or more, the hypotension prediction device during hemodialysis determines that the patient has hypotension after a set time has elapsed from the present.
청구항 1에 있어서,
상기 예측 모델은,
순환 신경망(RNN) 알고리즘을 통하여 학습된 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
The method according to claim 1,
The predictive model is
A device for predicting hypotension during hemodialysis learned through a recurrent neural network (RNN) algorithm.
청구항 1에 있어서,
상기 설정 시간은,
혈액 투석 작업에 소요되는 총 투석 시간의 절반보다 작은 시간인 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
The method according to claim 1,
The set time is
A device for predicting hypotension during hemodialysis, which is less than half of the total dialysis time required for hemodialysis operations.
청구항 1에 있어서,
상기 고정 변수 데이터는 복용 약물 정보, 혈액 검사 정보, 환자의 저혈압 위험도 중 적어도 하나를 더 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
The method according to claim 1,
The fixed variable data may further include at least one of information on taking medications, blood test information, and a patient's risk of hypotension.
청구항 1에 있어서,
상기 가변 변수 데이터 중 상기 투석 조건은 혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 가변 변수 데이터는 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 맥박, 체온 중 적어도 하나를 더 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 장치.
The method according to claim 1,
Among the variable variable data, the dialysis condition includes at least one of blood flow, ultrafiltration rate, and dialysis fluid electrolyte concentration,
The variable variable data may further include at least one of a pulse and body temperature observed for each hour during hemodialysis.
혈액 투석 중 저혈압 예측 장치를 이용한 저혈압 예측 방법에 있어서,
복수의 환자 별로 해당 환자와 관련한 신체 정보와 동반 질환 정보를 포함한 고정 변수 데이터, 혈액 투석 중 시간별 관측된 혈압과 투석 조건을 포함한 가변 변수 데이터를 각각 수집하는 단계;
상기 고정 변수 데이터 및 시간별 가변 변수 데이터를 입력 데이터로 하고, 각 시간별로 해당 시간에서 설정 시간 경과 후의 환자의 수축기 혈압(SBP), 단위시간당 수축기 혈압 변화량(ㅿSBP) 및 평균동맥혈압 변화량(ㅿMAP)을 출력 데이터로 하여 예측 모델을 학습시키는 단계;
혈액 투석 중인 환자를 대상으로 상기 고정 변수 데이터와 현재 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 가변 변수 데이터를 실시간 획득하는 단계; 및
상기 고정 변수 데이터 및 시간별 관측되는 상기 가변 변수 데이터를 상기 예측 모델에 실시간으로 적용하여, 혈액 투석 중에 매 시간 별로 현재로부터 설정 시간 경과 후의 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 예측하는 단계를 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법.
A method for predicting hypotension using an apparatus for predicting hypotension during hemodialysis, the method comprising:
Collecting, for each patient, fixed variable data including body information and accompanying disease information related to the corresponding patient, and variable variable data including blood pressure and dialysis conditions observed for each time during hemodialysis;
Using the fixed variable data and time-dependent variable variable data as input data, the patient's systolic blood pressure (SBP), systolic blood pressure change per unit time (SBP), and mean arterial blood pressure change (ㅿMAP) ) as output data to train a predictive model;
acquiring the fixed variable data and the variable variable data observed for each hour during current hemodialysis in real time for a patient undergoing hemodialysis; and
The step of applying the fixed variable data and the variable variable data observed by time to the predictive model in real time to predict the SBP, SBP, and MAP values after a set time has elapsed from the present for each hour during hemodialysis. Methods for predicting hypotension during dialysis.
청구항 8에 있어서,
매 시간 별로 예측된 SBP, ㅿSBP, ㅿMAP 값을 기 설정된 각각의 임계 값과 비교하여, 혈액 투석 중 저혈압 가능성 여부를 실시간 판단하는 단계를 더 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법.
9. The method of claim 8,
The method of predicting hypotension during hemodialysis further comprising the step of determining in real time whether hypotension is possible during hemodialysis by comparing the SBP, SBP, and MAP values predicted for each hour with each preset threshold value.
청구항 9에 있어서,
상기 판단하는 단계는,
상기 예측된 SBP 값이 90 미만이거나 ㅿSBP 값이 20 이상이거나 ㅿMAP 값이 10 이상이면, 현재로부터 설정 시간 경과 후 환자의 저혈압 가능성이 있는 것으로 판단하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법.
10. The method of claim 9,
The determining step is
When the predicted SBP value is less than 90, the SBP value is 20 or more, or the MAP value is 10 or more, the hypotension prediction method during hemodialysis is to determine that the patient is likely to have hypotension after a set time has elapsed.
청구항 8에 있어서,
상기 예측 모델은,
순환 신경망(RNN) 알고리즘을 통하여 학습된 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법.
9. The method of claim 8,
The predictive model is
A method for predicting hypotension during hemodialysis learned through a recurrent neural network (RNN) algorithm.
청구항 8에 있어서,
상기 고정 변수 데이터는 복용 약물 정보, 혈액 검사 정보, 환자의 저혈압 위험도 중 적어도 하나를 더 포함하며,
상기 가변 변수 데이터 중 상기 투석 조건은 혈류량, 초여과율, 투석액 전해질 농도 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 가변 변수 데이터는 혈액 투석 중에 시간별 관측되는 맥박, 체온 중 적어도 하나를 더 포함하는 혈액 투석 중 저혈압 예측 방법.
9. The method of claim 8,
The fixed variable data further includes at least one of information about taking medications, blood test information, and a patient's risk of hypotension,
Among the variable variable data, the dialysis condition includes at least one of blood flow, ultrafiltration rate, and dialysis fluid electrolyte concentration,
The method for predicting hypotension during hemodialysis, wherein the variable variable data further includes at least one of a pulse and body temperature observed for each hour during hemodialysis.
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