KR20230056174A - 딥러닝 기반의 의료 영상 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따라 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 딥러닝 기반의 의료 영상 분석 방법이 개시된다. 상기 방법은, 사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 단계 및 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box) 내에서 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

딥러닝 기반의 의료 영상 분석 방법{METHOD FOR ANALYZING MEDICAL IMAGE BASED ON DEEP LEARNING}

본 발명은 의료 영상의 분석 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 인공 지능을 이용하여 의료 영상에 존재하는 염색 세포에 대한 분석을 수행하는 방법에 관한 것이다.

전통적인 병리 진단 검사는 사람의 몸에서 채취한 세포 또는 조직 검체를 유리 슬라이드로 제작해서 현미경으로 살펴보는 방식이다. 전통적인 검사 방식은 사람의 육안으로 슬라이드에 존재하는 세포를 일일이 검출하고 분류하기 때문에, 검사 속도가 더디고 최종적인 검사 결과를 확인하기까지 오랜 시간이 소요될 수 밖에 없다. 이로 인해 전통적인 검사 방식은 환자에 대한 진단 및 치료가 지연되는 문제를 야기한다. 특히, 노령 인구 및 암 환자 증가로 병리 진단 건수가 급속도로 증가한 현 시대에는 전통적인 검사 방식은 더 이상 적합하지 않은 것으로 판단된다. 따라서, 최근 들어 디지털 병리의 필요성이 높아지고 있다.

디지털 병리란, 병리 진단을 유리 슬라이드를 현미경을 통해 육안으로 살펴보는 전통적인 방식이 아닌, 스캐너를 사용하여 유리 슬라이드에서 디지털 영상을 획득하고 디지털 영상을 컴퓨팅 환경에서 관리, 공유 및 분석하는 방식을 말한다. 디지털 병리는 컴퓨팅 환경에서 유리 슬라이드의 디지털 영상을 자동으로 분석함으로써, 병리진단 업무가 효율적으로 수행될 수 있는 환경을 제공한다. 즉, 디지털 병리는 전통적인 검사 방식의 문제점인 검사의 지연 문제를 개선시켜 환자의 진단 및 치료가 효율적으로 진행될 수 있는 환경을 제공한다.

대한민국 공개특허 제10-2020-0117222호(2020.10.14)는 병리 진단 지원 장치 및 방법에 관하여 개시한다.

본 개시는 전술한 배경기술에 대응하여 안출된 것으로, 딥러닝을 기반으로 의료 영상에 존재하는 염색 세포를 분석하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 딥러닝 기반의 의료 영상 분석 방법이 개시된다. 상기 방법은, 사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 단계; 및 상기 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box) 내에서 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 단계는, 상기 의료 영상을 상기 신경망 모델에 입력하여 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스 및 상기 바운딩 박스의 좌표값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 신경망 모델은, 염색으로 발현된 세포의 양음성 여부 및 상기 세포를 포함하는 바운딩 박스가 라벨링(labeling)된 의료 영상을 기초로 사전 학습될 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 염색된 세포의 염색 비율은, 상기 바운딩 박스 내에서 염색으로 발현된 세포의 양성 영역의 넓이의 상기 바운딩 박스의 전체 넓이에 대한 비의 값일 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계는, 상기 의료 영상의 염색 강도를 기준으로, 상기 바운딩 박스에 대한 이진 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 이진 이미지를 기초로 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 이진 이미지는, 상기 바운딩 박스의 염색 강도와 제 1 임계값을 비교한 결과를 기초로 생성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 임계값은, 상기 염색된 세포를 양성 세포로 분류하는 기준이 되는 염색 강도일 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 이진 이미지를 기초로 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계는, 상기 이진 이미지의 크기와 제 2 임계값을 비교한 결과를 기초로 상기 이진 이미지로부터 기준 영역을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 기준 영역을 기반으로 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값 이하인 경우, 상기 기준 영역은, 상기 이진 이미지의 전체 영역일 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값을 초과하는 경우, 상기 기준 영역은, 상기 이진 이미지의 중심을 기준으로 하는 상기 이진 이미지의 부분 영역일 수 있다.

대안적 실시예에서, 상기 방법은, 상기 신경망 모델을 통해 획득된 상기 염색된 세포의 위치 정보 및 상기 산출된 염색 비율을 사용자 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 위치 정보는, 상기 위치 정보에 대응하는 상기 의료 영상의 바운딩 박스의 좌표값을 포함할 수 있다. 또한, 상기 염색 비율은, 상기 위치 정보에 대응하는 상기 의료 영상의 바운딩 박스 내에서 염색으로 발현된 세포의 양성 영역의 넓이의 상기 바운딩 박스의 전체 넓이에 대한 비의 값일 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 개시된다. 상기 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 경우, 딥러닝을 기반으로 의료 영상을 분석하기 위한 이하의 동작들을 수행하도록 하며, 상기 동작들은: 사전 학습

된 신경망 모델을 사용하여, 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 동작; 및 상기 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box) 내에서 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 동작을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라 딥러닝을 기반으로 의료 영상을 분석하는 컴퓨팅 장치가 개시된다. 상기 장치는, 적어도 하나의 코어를 포함하는 프로세서; 상기 프로세서에서 실행가능한 프로그램 코드들을 포함하는 메모리; 및 흉부 영역을 포함하는 의료 영상을 수신하기 위한 네트워크부를 포함하고, 상기 프로세서는, 사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 상기 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하고, 상기 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box) 내에서 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출할 수 있다.

본 개시는 딥러닝을 기반으로 의료 영상에 존재하는 염색 세포를 분석하고, 염색 세포의 개수를 계수하는 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 의료 영상을 분석하기 위한 컴퓨팅 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 신경망을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 의료 영상을 분석하는 과정을 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 이진 이미지를 생성하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 의료 영상을 분석하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 환경의 개략도이다.

다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 개시의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등은 컴퓨터-관련 엔티티, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합, 또는 소프트웨어의 실행을 지칭한다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서상에서 실행되는 처리과정(procedure), 프로세서, 객체, 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치에서 실행되는 애플리케이션 및 컴퓨팅 장치 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세서 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있다. 일 컴포넌트는 하나의 컴퓨터 내에 로컬화 될 수 있다. 일 컴포넌트는 2개 이상의 컴퓨터들 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이러한 컴포넌트들은 그 내부에 저장된 다양한 데이터 구조들을 갖는 다양한 컴퓨터 판독가능한 매체로부터 실행할 수 있다. 컴포넌트들은 예를 들어 하나 이상의 데이터 패킷들을 갖는 신호(예를 들면, 로컬 시스템, 분산 시스템에서 다른 컴포넌트와 상호작용하는 하나의 컴포넌트로부터의 데이터 및/또는 신호를 통해 다른 시스템과 인터넷과 같은 네트워크를 통해 전송되는 데이터)에 따라 로컬 및/또는 원격 처리들을 통해 통신할 수 있다.

더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

그리고, "A 또는 B 중 적어도 하나"이라는 용어는, "A만을 포함하는 경우", "B 만을 포함하는 경우", "A와 B의 구성으로 조합된 경우"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

당업자들은 추가적으로 여기서 개시된 실시예들과 관련되어 설명된 다양한 예시적 논리적 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 수단들, 로직들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양쪽 모두의 조합들로 구현될 수 있음을 인식해야 한다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환성을 명백하게 예시하기 위해, 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 구성들, 수단들, 로직들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능성 측면에서 일반적으로 위에서 설명되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 전반적인 시스템에 부과된 특정 어플리케이션(application) 및 설계 제한들에 달려 있다. 숙련된 기술자들은 각각의 특정 어플리케이션들을 위해 다양한 방법들로 설명된 기능성을 구현할 수 있다. 다만, 그러한 구현의 결정들이 본 개시내용의 영역을 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안된다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예 들로 한정되는 것이 아니다. 본 발명은 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 이용된 "이미지" 또는 "영상"이라는 용어는 이산적 영상 요소들(예컨대, 2차원 영상에 있어서는 픽셀)로 구성된 다차원 데이터를 지칭하며, 달리 말하자면, (예컨대, 비디오 화면에 표시된) 눈으로 볼 수 있는 대상 또는 (예컨대, CT, MRI 검출기 등의 픽셀 출력에 대응되는 파일과 같은) 그 대상의 디지털 표현물을 지칭하는 용어이다.

예를 들어 "이미지" 또는 "영상"은 전산화 단층 촬영(CT; computed tomography), 자기 공명 영상(MRI; magnetic resonance imaging), 초음파, 병리 스캔 또는 본 발명의 기술분야에서 공지된 임의의 다른 의료 영상 시스템의 의하여 수집된 피검체(subject)의 의료 영상일 수 있다.

본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 'DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine; 의료용 디지털 영상 및 통신)' 표준은 의료용 기기에서 디지털 영상 표현과 통신에 이용되는 여러 가지 표준을 총칭하는 용어인 바, DICOM 표준은 미국 방사선 의학회(ACR)와 미국 전기 공업회(NEMA)에서 구성한 연합 위원회에서 발표한다.

또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐 '의료영상 저장 전송 시스템(PACS; Picture Archiving and Communication System)'은 DICOM 표준에 맞게 저장, 가공, 전송하는 시스템을 지칭하는 용어이며, X선, CT, MRI, 병리 스캐너와 같은 디지털 의료영상 장비를 이용하여 획득된 의료영상 이미지는 DICOM 형식으로 저장되고 네트워크를 통하여 병원 내외의 단말로 전송이 가능하며, 이에는 판독 결과 및 진료 기록이 추가될 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 의료 영상을 분석하기 위한 컴퓨팅 장치의 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 컴퓨팅 장치(100)의 구성은 간략화 하여 나타낸 예시일 뿐이다. 본 개시의 일 실시예에서 컴퓨팅 장치(100)는 컴퓨팅 장치(100)의 컴퓨팅 환경을 수행하기 위한 다른 구성들이 포함될 수 있고, 개시된 구성들 중 일부만이 컴퓨팅 장치(100)를 구성할 수도 있다.

컴퓨팅 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(130), 네트워크부(150)를 포함할 수 있다.

프로세서(110)는 하나 이상의 코어로 구성될 수 있으며, 컴퓨팅 장치의 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 범용 그래픽 처리 장치 (GPGPU: general purpose graphics processing unit), 텐서 처리 장치(TPU: tensor processing unit) 등의 데이터 분석, 딥러닝을 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(130)에 저장된 컴퓨터 프로그램을 판독하여 본 개시의 일 실시예에 따른 기계 학습을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 본 개시의 일실시예에 따라 프로세서(110)는 신경망의 학습을 위한 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(110)는 딥러닝에서 학습을 위한 입력 데이터의 처리, 입력 데이터에서의 피처 추출, 오차 계산, 역전파(backpropagation)를 이용한 신경망의 가중치 업데이트 등의 신경망의 학습을 위한 계산을 수행할 수 있다. 프로세서(110)의 CPU, GPGPU, 및 TPU 중 적어도 하나가 신경망의 학습을 처리할 수 있다. 예를 들어, CPU 와 GPGPU가 함께 신경망의 학습, 신경망을 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에서 복수의 컴퓨팅 장치의 프로세서를 함께 사용하여 신경망의 학습, 신경망을 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에서 수행되는 컴퓨터 프로그램은 CPU, GPGPU 또는 TPU 실행가능 프로그램일 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 프로세서(110)는 의료 영상에 존재하는 조직 혹은 세포에 대한 정보를 분석할 수 있다. 프로세서(110)는 의료 영상을 신경망 모델에 입력하여 의료 영상에 존재하는 조직 혹은 세포를 분석할 수 있다. 프로세서(110)는 신경망 모델을 통해 출력된 조직 혹은 세포에 대한 정보를 기초로 병리 진단을 위해 필요한 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(110)는 신경망 모델을 사용하여 면역화학염색(immunohistochemistry)을 통해 염색된 세포를 포함하는 의료 영상에서 염색 세포의 위치를 추정할 수 있다. 프로세서(110)는 신경망 모델을 사용하여 의료 영상에 존재하는 염색 세포의 세포핵, 세포막, 세포질 등과 같은 구조를 파악할 수도 있다. 프로세서(110)는 신경망 모델을 통해 추정된 세포의 위치 및 구조 등에 대한 정보를 기초로 염색 색상, 염색 강도(intensity), 염색 세포의 크기, 염색 세포의 패턴, 염색 세포의 모양 등에 따라 의료 영상에 존재하는 염색 세포를 분류할 수 있다. 프로세서(110)는 분류된 염색 세포를 계수(counting)하여 계수 결과에 대응되는 수치값을 생성할 수 있다. 프로세서(110)를 통해 생성된 수치값은 염색 세포에 기반한 병리 진단에 활용될 수 있다.

이와 같은 프로세서(110)의 동작은 병리 진단에 필수적인 정보인 염색 세포의 개수에 대한 정보를 빠르고 정확하게 생성할 수 있도록 한다. 즉, 프로세서(110)는 종래에는 사람의 육안으로 파악해야 했던 염색 세포의 계수를 인공 신경망을 기반으로 컴퓨팅 환경에서 처리함으로써, 사람의 주관적인 판단 및 인식에 의존도가 높은 종래 병리 검사 방식의 문제점을 효과적으로 개선시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 메모리(130)는 프로세서(110)가 생성하거나 결정한 임의의 형태의 정보 및 네트워크부(150)가 수신한 임의의 형태의 정보를 저장할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 메모리(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(100)는 인터넷(internet) 상에서 상기 메모리(130)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다. 전술한 메모리에 대한 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

본 개시의 일 실시예에 따른 네트워크부(150)는 임의의 형태의 공지된 유무선 통신 시스템을 사용할 수 있다.

네트워크부(150)는 조직 혹은 세포가 표현된 의료 영상을 의료영상 저장 전송 시스템으로부터 수신할 수 있다. 조직 혹은 세포가 표현된 의료 영상은 신경망 모델의 학습용 데이터 또는 추론용 데이터일 수 있다. 예를 들어, 조직 혹은 세포가 표현된 의료 영상은 적어도 하나의 조직 혹은 세포를 포함하는 병리 슬라이드 영상일 수 있다. 이때, 병리 슬라이드 영상은 병리 진단을 위해 유리 슬라이드로부터 스캐너를 통해 획득되어 의료영상 저장 전송 시스템에 저장된 스캔 영상으로 이해될 수 있다. 병리 슬라이드 영상에서 표현된 조직 혹은 세포는 면역화학염색을 통해 염색된 조직 혹은 세포일 수 있다.

면역화학염색은 목표로 하는 단백질이나 항원을 조직에서 검출하기 위한 방법을 말한다. 구체적으로, 면역화학염색은 조직 절편에 목표로 하는 단백질이나 항원의 에피토프(epitope)에 결합할 수 있는 표지된 항체를 노출시키고, 조직 염색을 통해 가시화하는 방법을 말한다. 예를 들어, 면역화학염색은 유리 슬라이드에서 ki-67과 같은 암세포 증식 표지자에 대한 항체 반응을 수행한 후, DAB(Diaminobenezidine) 등과 같은 특정 용액을 사용하여 ki-67이 발현된 위치를 염색을 통해 가시화함으로써 수행될 수 있다. DAB 용액을 사용하여 염색된 세포들은 병리 슬라이드 영상에서 갈색으로 표시될 수 있다. 이때, 갈색의 세기에 따라 염색 세포에서 ki-67이 발현된 정도가 구분될 수 있다. ki-67 및 DAB 용액은 면역화학염색에 사용되는 하나의 예시일 뿐이므로, 본 개시에서 설명하는 면역화학염색은 전술한 예시에 한정되지 않는다.

또한, 네트워크부(150)는 프로세서(110)에 의해 처리된 정보, 사용자 인터페이스 등을 타 단말과의 통신을 통해 송수신할 수 있다. 예를 들어, 네트워크부(150)는 프로세서(110)에 의해 생성된 사용자 인터페이스를 클라이언트(e.g. 사용자 단말)로 제공할 수 있다. 또한, 네트워크부(150)는 클라이언트로 인가된 사용자의 외부 입력을 수신하여 프로세서(110)로 전달할 수 있다. 이때, 프로세서(110)는 네트워크부(150)로부터 전달받은 사용자의 외부 입력을 기초로 사용자 인터페이스를 통해 제공되는 정보의 출력, 수정, 변경, 추가 등의 동작을 처리할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 클라이언트와 통신을 통해 정보를 송수신하는 컴퓨팅 시스템으로서 서버를 포함할 수 있다. 이때, 클라이언트는 서버에 엑세스할 수 있는 임의의 형태의 단말일 수 있다. 예를 들어, 서버인 컴퓨팅 장치(100)는 의료 영상 촬영 시스템 혹은 사용자 단말로부터 의료 영상을 수신하여 세포의 개수를 계수하고, 계수 결과를 포함하는 분석 정보를 사용자 단말로 제공할 수 있다. 이때, 사용자 단말은 서버인 컴퓨팅 장치(100)로부터 수신한 사용자 인터페이스를 출력하고, 사용자와의 상호 작용을 통해 정보를 입력받거나 처리할 수 있다.

추가적인 실시예에서, 컴퓨팅 장치(100)는 임의의 서버에서 생성된 데이터 리소스를 전달받아 추가적인 정보 처리를 수행하는 임의의 형태의 단말을 포함할 수도 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 신경망을 나타낸 개략도이다.

본 개시의 일 실시예에 따른 신경망 모델은 의료 영상에 존재하는 염색 조직 혹은 세포의 위치를 추정하기 위한 신경망을 포함할 수 있다. 신경망은 일반적으로 노드라 지칭될 수 있는 상호 연결된 계산 단위들의 집합으로 구성될 수 있다. 이러한 노드들은 뉴런(neuron)들로 지칭될 수도 있다. 신경망은 적어도 하나 이상의 노드들을 포함하여 구성된다. 신경망들을 구성하는 노드(또는 뉴런)들은 하나 이상의 링크에 의해 상호 연결될 수 있다.

신경망 내에서, 링크를 통해 연결된 하나 이상의 노드들은 상대적으로 입력 노드 및 출력 노드의 관계를 형성할 수 있다. 입력 노드 및 출력 노드의 개념은 상대적인 것으로서, 하나의 노드에 대하여 출력 노드 관계에 있는 임의의 노드는 다른 노드와의 관계에서 입력 노드 관계에 있을 수 있으며, 그 역도 성립할 수 있다. 상술한 바와 같이, 입력 노드 대 출력 노드 관계는 링크를 중심으로 생성될 수 있다. 하나의 입력 노드에 하나 이상의 출력 노드가 링크를 통해 연결될 수 있으며, 그 역도 성립할 수 있다.

하나의 링크를 통해 연결된 입력 노드 및 출력 노드 관계에서, 출력 노드의 데이터는 입력 노드에 입력된 데이터에 기초하여 그 값이 결정될 수 있다. 여기서 입력 노드와 출력 노드를 상호 연결하는 링크는 가중치(weight)를 가질 수 있다. 가중치는 가변적일 수 있으며, 신경망이 원하는 기능을 수행하기 위해, 사용자 또는 알고리즘에 의해 가변 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 노드에 하나 이상의 입력 노드가 각각의 링크에 의해 상호 연결된 경우, 출력 노드는 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드들에 입력된 값들 및 각각의 입력 노드들에 대응하는 링크에 설정된 가중치에 기초하여 출력 노드 값을 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 신경망은 하나 이상의 노드들이 하나 이상의 링크를 통해 상호 연결되어 신경망 내에서 입력 노드 및 출력 노드 관계를 형성한다. 신경망 내에서 노드들과 링크들의 개수 및 노드들과 링크들 사이의 연관관계, 링크들 각각에 부여된 가중치의 값에 따라, 신경망의 특성이 결정될 수 있다. 예를 들어, 동일한 개수의 노드 및 링크들이 존재하고, 링크들의 가중치 값이 상이한 두 신경망이 존재하는 경우, 두 개의 신경망들은 서로 상이한 것으로 인식될 수 있다.

신경망은 하나 이상의 노드들의 집합으로 구성될 수 있다. 신경망을 구성하는 노드들의 부분 집합은 레이어(layer)를 구성할 수 있다. 신경망을 구성하는 노드들 중 일부는, 최초 입력 노드로부터의 거리들에 기초하여, 하나의 레이어(layer)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 최초 입력 노드로부터 거리가 n인 노드들의 집합은, n 레이어를 구성할 수 있다. 최초 입력 노드로부터 거리는, 최초 입력 노드로부터 해당 노드까지 도달하기 위해 거쳐야 하는 링크들의 최소 개수에 의해 정의될 수 있다. 그러나, 이러한 레이어의 정의는 설명을 위한 임의적인 것으로서, 신경망 내에서 레이어의 차수는 상술한 것과 상이한 방법으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 노드들의 레이어는 최종 출력 노드로부터 거리에 의해 정의될 수도 있다.

최초 입력 노드는 신경망 내의 노드들 중 다른 노드들과의 관계에서 링크를 거치지 않고 데이터가 직접 입력되는 하나 이상의 노드들을 의미할 수 있다. 또는, 신경망 네트워크 내에서, 링크를 기준으로 한 노드 간의 관계에 있어서, 링크로 연결된 다른 입력 노드들을 가지지 않는 노드들을 의미할 수 있다. 이와 유사하게, 최종 출력 노드는 신경망 내의 노드들 중 다른 노드들과의 관계에서, 출력 노드를 가지지 않는 하나 이상의 노드들을 의미할 수 있다. 또한, 히든 노드는 최초 입력 노드 및 최후 출력 노드가 아닌 신경망을 구성하는 노드들을 의미할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 신경망은 입력 레이어의 노드의 개수가 출력 레이어의 노드의 개수와 동일할 수 있으며, 입력 레이어에서 히든 레이어로 진행됨에 따라 노드의 수가 감소하다가 다시 증가하는 형태의 신경망일 수 있다. 또한, 본 개시의 다른 일 실시예에 따른 신경망은 입력 레이어의 노드의 개수가 출력 레이어의 노드의 개수 보다 적을 수 있으며, 입력 레이어에서 히든 레이어로 진행됨에 따라 노드의 수가 감소하는 형태의 신경망일 수 있다. 또한, 본 개시의 또 다른 일 실시예에 따른 신경망은 입력 레이어의 노드의 개수가 출력 레이어의 노드의 개수보다 많을 수 있으며, 입력 레이어에서 히든 레이어로 진행됨에 따라 노드의 수가 증가하는 형태의 신경망일 수 있다. 본 개시의 또 다른 일 실시예에 따른 신경망은 상술한 신경망들의 조합된 형태의 신경망일 수 있다.

딥 뉴럴 네트워크(DNN: deep neural network, 심층신경망)는 입력 레이어와 출력 레이어 외에 복수의 히든 레이어를 포함하는 신경망을 의미할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크를 이용하면 데이터의 잠재적인 구조(latent structures)를 파악할 수 있다. 즉, 사진, 글, 비디오, 음성, 음악의 잠재적인 구조(예를 들어, 어떤 물체가 사진에 있는지, 글의 내용과 감정이 무엇인지, 음성의 내용과 감정이 무엇인지 등)를 파악할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크는 컨볼루션 뉴럴 네트워크(CNN: convolutional neural network), 리커런트 뉴럴 네트워크(RNN: recurrent neural network), 오토 인코더(auto encoder), GAN(Generative Adversarial Networks), 제한 볼츠만 머신(RBM: restricted boltzmann machine), 심층 신뢰 네트워크(DBN: deep belief network), Q 네트워크, U 네트워크, 샴 네트워크, 적대적 생성 네트워크(GAN: Generative Adversarial Network) 등을 포함할 수 있다. 전술한 딥 뉴럴 네트워크의 기재는 예시일 뿐이며 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

본 개시의 일 실시예에서 신경망은 오토 인코더(autoencoder)를 포함할 수도 있다. 오토 인코더는 입력 데이터와 유사한 출력 데이터를 출력하기 위한 인공 신경망의 일종일 수 있다. 오토 인코더는 적어도 하나의 히든 레이어를 포함할 수 있으며, 홀수 개의 히든 레이어가 입출력 레이어 사이에 배치될 수 있다. 각각의 레이어의 노드의 수는 입력 레이어의 노드의 수에서 병목 레이어(인코딩)라는 중간 레이어로 축소되었다가, 병목 레이어에서 출력 레이어(입력 레이어와 대칭)로 축소와 대칭되어 확장될 수도 있다. 오토 인코더는 비선형 차원 감소를 수행할 수 있다. 입력 레이어 및 출력 레이어의 수는 입력 데이터의 전처리 이후에 차원과 대응될 수 있다. 오토 인코더 구조에서 인코더에 포함된 히든 레이어의 노드의 수는 입력 레이어에서 멀어질수록 감소하는 구조를 가질 수 있다. 병목 레이어(인코더와 디코더 사이에 위치하는 가장 적은 노드를 가진 레이어)의 노드의 수는 너무 작은 경우 충분한 양의 정보가 전달되지 않을 수 있으므로, 특정 수 이상(예를 들어, 입력 레이어의 절반 이상 등)으로 유지될 수도 있다.

뉴럴 네트워크는 교사 학습(supervised learning), 비교사 학습(unsupervised learning), 반교사학습(semi supervised learning), 또는 강화학습(reinforcement learning) 중 적어도 하나의 방식으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습은 뉴럴 네트워크가 특정한 동작을 수행하기 위한 지식을 뉴럴 네트워크에 적용하는 과정일 수 있다.

뉴럴 네트워크는 출력의 오류를 최소화하는 방향으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습에서 반복적으로 학습 데이터를 뉴럴 네트워크에 입력시키고 학습 데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 출력과 타겟의 에러를 계산하고, 에러를 줄이기 위한 방향으로 뉴럴 네트워크의 에러를 뉴럴 네트워크의 출력 레이어에서부터 입력 레이어 방향으로 역전파(backpropagation)하여 뉴럴 네트워크의 각 노드의 가중치를 업데이트 하는 과정이다. 교사 학습의 경우 각각의 학습 데이터에 정답이 라벨링되어있는 학습 데이터를 사용하며(즉, 라벨링된 학습 데이터), 비교사 학습의 경우는 각각의 학습 데이터에 정답이 라벨링되어 있지 않을 수 있다. 즉, 예를 들어 데이터 분류에 관한 교사 학습의 경우의 학습 데이터는 학습 데이터 각각에 카테고리가 라벨링 된 데이터 일 수 있다. 라벨링된 학습 데이터가 뉴럴 네트워크에 입력되고, 뉴럴 네트워크의 출력(카테고리)과 학습 데이터의 라벨을 비교함으로써 오류(error)가 계산될 수 있다. 다른 예로, 데이터 분류에 관한 비교사 학습의 경우 입력인 학습 데이터가 뉴럴 네트워크 출력과 비교됨으로써 오류가 계산될 수 있다. 계산된 오류는 뉴럴 네트워크에서 역방향(즉, 출력 레이어에서 입력 레이어 방향)으로 역전파 되며, 역전파에 따라 뉴럴 네트워크의 각 레이어의 각 노드들의 연결 가중치가 업데이트 될 수 있다. 업데이트 되는 각 노드의 연결 가중치는 학습률(learning rate)에 따라 변화량이 결정될 수 있다. 입력 데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 계산과 에러의 역전파는 학습 사이클(epoch)을 구성할 수 있다. 학습률은 뉴럴 네트워크의 학습 사이클의 반복 횟수에 따라 상이하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 뉴럴 네트워크의 학습 초기에는 높은 학습률을 사용하여 뉴럴 네트워크가 빠르게 일정 수준의 성능을 확보하도록 하여 효율성을 높이고, 학습 후기에는 낮은 학습률을 사용하여 정확도를 높일 수 있다.

뉴럴 네트워크의 학습에서 일반적으로 학습 데이터는 실제 데이터(즉, 학습된 뉴럴 네트워크를 이용하여 처리하고자 하는 데이터)의 부분집합일 수 있으며, 따라서, 학습 데이터에 대한 오류는 감소하나 실제 데이터에 대해서는 오류가 증가하는 학습 사이클이 존재할 수 있다. 과적합(overfitting)은 이와 같이 학습 데이터에 과하게 학습하여 실제 데이터에 대한 오류가 증가하는 현상이다. 예를 들어, 노란색 고양이를 보여 고양이를 학습한 뉴럴 네트워크가 노란색 이외의 고양이를 보고는 고양이임을 인식하지 못하는 현상이 과적합의 일종일 수 있다. 과적합은 머신러닝 알고리즘의 오류를 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다. 이러한 과적합을 막기 위하여 다양한 최적화 방법이 사용될 수 있다. 과적합을 막기 위해서는 학습 데이터를 증가시키거나, 레귤라이제이션(regularization), 학습의 과정에서 네트워크의 노드 일부를 비활성화하는 드롭아웃(dropout), 배치 정규화 레이어(batch normalization layer)의 활용 등의 방법이 적용될 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 의료 영상을 분석하는 과정을 나타낸 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(100)의 프로세서(110)는 사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 의료 영상(11)에 존재하는 염색 세포 정보(12)를 생성할 수 있다. 프로세서(110)는 의료 영상(11)을 입력받아 의료 영상(11)에 존재하는 염색 세포의 위치를 추정하는 제 1 모듈(200)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈(200)은 의료 영상(11)의 적어도 일부를 신경망 모델에 입력하여 염색 세포 정보(12)로서 염색 세포의 위치 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 모듈(200)은 신경망 모델을 사용하여 DAB 용액으로 염색된 세포들이 표현된 의료 영상을 기초로 DAB 용액으로 염색된 세포들 각각의 위치를 추정할 수 있다. ki-67이 발현된 세포는 DAB 용액을 통해 갈색으로 염색되므로, 제 1 모듈(200)은 갈색으로 염색된 세포들이 표현된 병리 슬라이드 영상을 신경망 모델에 입력하여 갈색으로 염색된 세포들 별로 위치 정보를 생성할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 염색 세포 정보(12)를 획득하기 위해서, 제 1 모듈(200)은 의료 영상(11)의 적어도 일부를 신경망 모델에 입력하여 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스를 생성할 수 있다. 또한, 제 1 모듈(200)은 신경망 모델을 통해 바운딩 박스를 생성함과 동시에 염색 세포의 위치 정보로서 바운딩 박스의 좌표값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 제 1 모듈(200)은 신경망 모델을 사용하여 DAB 용액으로 염색된 세포들이 표현된 의료 영상을 기초로 DAB 용액으로 염색된 염색 세포들 각각을 둘러싸는 바운딩 박스를 획득할 수 있다. 이때, 바운딩 박스는 염색 세포를 포함하는 가상의 다각형으로 이해될 수 있다. 또한, 제 1 모듈(200)은 신경망 모델을 사용하여 염색 세포들 각각의 바운딩 박스 뿐만 아니라 바운딩 박스의 좌표값을 염색 세포들 각각의 위치 정보로서 획득할 수 있다. 즉, 제 1 모듈(200)의 신경망 모델은 염색 세포들이 표현된 병리 슬라이드 영상을 입력받아 염색 세포들 별로 바운딩 박스를 생성하고, 바운딩 박스의 좌표값을 추정할 수 있다. 반대로, 제 1 모듈(200)의 신경망 모델은 염색 세포들이 표현된 병리 슬라이드 영상을 입력받아 염색 세포들 각각의 좌표값을 추정하고, 각 좌표값을 이용하여 염색 세포들을 개별적으로 포함하는 바운딩 박스를 생성할 수도 있다.

한편, 제 1 모듈(200)에서 염색 세포의 위치를 추정하기 위해 사용되는 신경망 모델은 영상의 부분 영역을 분할(segmentation)하기 위한 신경망 모델일 수도 있고, 영상에 존재하는 객체를 검출(detection)하기 위한 신경망 모델일 수도 있다. 예를 들어, 신경망 모델은 영상에 존재하는 객체를 검출하기 위한 YOLOv3 기반의 모델일 수 있다. 신경망 모델은 병리 슬라이드 영상을 입력받아 염색 세포의 바운딩 박스의 좌표값을 출력할 수 있다. 신경망 모델이 복수의 클래스에 대한 분류(multi-classification)를 수행하는 모델인 경우, 신경망 모델은 염색 세포에 대한 복수의 바운딩 박스들을 검출하여 각 박스 단위로 스코어(score)를 산출할 수 있다. 신경망 모델은 각 박스 단위의 스코어와 사전 결정된 임계값을 비교하여 바운딩 박스를 선별할 수 있다. 신경망 모델은 선별된 바운딩 박스를 염색 세포의 바운딩 박스로 결정하고, 해당 바운딩 박스의 좌표값을 출력할 수 있다. 한편, 본 개시의 신경망 모델은 상술한 YOLOv3에 한정되지 않는다. 즉, 본 개시의 신경망 모델로는 당업자가 이해 가능한 범위에서 의료 영상을 기초로 염색 세포의 위치를 추정할 수 있는 다양한 모델들이 적용될 수 있다.

제 1 모듈(200)에서 염색 세포의 위치를 추정하기 위해 사용되는 신경망 모델은 염색으로 발현된 세포의 양음성 여부 및 세포를 포함하는 바운딩 박스가 라벨링된 의료 영상을 기초로 사전 학습될 수 있다. 예를 들어, 신경망 모델의 학습 데이터는 도메인 전문가(병리 전문의 등)에 의해 세포 각각에 대해 DAB 염색을 기준으로 DAB 양성 혹은 DAB 음성 여부가 라벨링된 데이터 및 세포 각각을 포함하는 바운딩 박스가 라벨링된 데이터를 포함할 수 있다. 신경망 모델은 상술한 학습 데이터를 기초로 염색 세포의 바운딩 박스 및 바운딩 박스의 좌표값을 추정하도록 학습될 수 있다. 신경망 모델의 학습 데이터에 DAB 염색 뿐만 아니라 다른 면역화학염색이 모두 적용될 수 있으므로, 신경망 모델은 면역화학염색의 종류에 관계없이 의료 영상에 존재하는 염색 세포의 바운딩 박스 및 바운딩 박스의 좌표값을 추정하도록 학습될 수 있다.

도 3을 참조하면, 프로세서(110)는 제 1 모듈(200)에 의해 획득된 염색 세포 정보(12)를 기초로 의료 영상(11)의 특정 영역을 차지하는 염색 세포의 비율인 염색 비율(13)을 산출할 수 있다. 프로세서(110)는 염색 세포 정보(12)를 입력받아 의료 영상(11)에 존재하는 염색 세포의 바운딩 박스 내 염색 비율(13)을 추정하는 제 2 모듈(300)을 포함할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 염색 세포 정보(12)로서 산출된 염색 세포의 위치 정보에 대응하는 의료 영상의 바운딩 박스 내에서 염색 세포의 염색 비율(13)을 산출할 수 있다. 이때, 바운딩 박스는 의료 영상의 부분 영역으로서, 염색 세포를 둘러싸는 다각형의 영역일 수 있다.

예를 들어, 제 2 모듈(300)은 제 1 모듈(200)을 통해 생성된 DAB 염색 세포의 위치 정보를 기초로 DAB 염색 세포를 둘러싸는 바운딩 박스를 추출할 수 있다. 이때, 제 2 모듈(300)은 제 1 모듈(200)의 신경망 모델을 통해 산출된 DAB 염색 세포의 좌표값을 기초로 DAB 염색 세포를 둘러싸는 바운딩 박스를 직접 정의한 후, 정의된 바운딩 박스를 추출할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 제 1 모듈(200)의 신경망 모델을 통해 산출된 DAB 염색 세포의 바운딩 박스를 그대로 DAB 염색 세포를 둘러싸는 바운딩 박스로 정의하여 추출할 수도 있다. DAB 염색 세포의 바운딩 박스를 추출하고 나면, 제 2 모듈(300)은 바운딩 박스 내에서 DAB 염색 세포가 차지하는 비율인 염색 비율을 산출할 수 있다. ki-67이 발현된 세포는 DAB 용액을 통해 갈색으로 염색되므로, 제 2 모듈(300)은 바운딩 박스 내에서 갈색으로 발현되는 영역의 비율을 DAB 염색 세포의 염색 비율로 산출할 수 있다. 제 2 모듈(300)을 통해 산출되는 예측 비율은 Ki-67과 같은 특정 단백질의 발현 정도를 계측하여 병리학적 상태를 진단하는데 효과적으로 활용될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 염색 비율(13)을 획득하기 위해서, 제 2 모듈(300)은 의료 영상의 염색 강도를 기준으로 바운딩 박스에 대한 이진 이미지를 생성할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 의료 영상에 존재하는 염색 세포의 염색 발현 강도를 제 1 임계값과 비교하여 염색 세포를 둘러싸는 바운딩 박스에 대한 이진 이미지를 생성할 수 있다. 이때, 제 1 임계값은 염색 세포를 양성 세포로 분류하는 기준이 되는 염색 발현 강도일 수 있다.

예를 들어, 제 2 모듈(300)은 제 1 임계값을 기준으로 바운딩 박스 전체의 염색 강도를 판단하여 염색으로 발현된 세포의 양성 영역과 나머지 영역을 구분할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 픽셀 단위로 바운딩 박스의 염색 강도를 제 1 임계값과 비교하여 염색 강도가 제 1 임계값 이상인 픽셀은 양성 영역의 픽셀, 염색 강도가 제 1 임계값 이하인 픽셀은 나머지 영역의 픽셀로 판단할 수 있다. 구체적으로, DAB 염색의 경우, 제 2 모듈(300)은 바운딩 박스를 구성하는 픽셀에서 표현되는 갈색의 세기가 제 1 임계값 이상인 픽셀을 DAB 양성에 해당하는 세포의 픽셀로 판단할 수 있다. 반대로, 제 2 모듈(300)은 바운딩 박스를 구성하는 픽셀에서 표현되는 갈색의 세기가 제 1 임계값 이하인 픽셀을 DAB 음성에 해당하는 세포 혹은 염색 세포가 아닌 다른 조직의 픽셀로 판단할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 양성 영역의 픽셀(DAB 양성에 해당하는 세포의 픽셀)에는 1과 같은 특정 값을 할당하고, 나머지 영역의 픽셀(DAB 음성에 해당하는 세포 혹은 염색 세포가 아닌 다른 조직의 픽셀)에는 어떠한 값도 할당하지 않음으로써, 바운딩 박스의 이진 이미지를 생성할 수 있다.

제 2 모듈(300)은 상술한 바운딩 박스의 이진 이미지를 기초로 염색 세포의 염색 비율(13)을 산출할 수 있다. 이때, 염색 비율(13)은 바운딩 박스 내에서 염색으로 발현된 세포의 양성 영역의 넓이의 바운딩 박스의 전체 넓이에 대한 비의 값일 수 있다. 즉, 염색 비율(13)은 염색에 의해 발현된 세포의 양성 영역이 바운딩 박스 내에서 얼마나 차지하는지를 나타내는 값이므로, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지의 전체 영역의 넓이에 대한 이진 이미지에서 특정 값이 할당된 영역의 넓이의 비율을 염색 비율(13)로서 출력할 수 있다. 이진 이미지를 통해 바운딩 박스는 제 1 임계값에 따른 양성 영역과 나머지 영역으로 명확히 구분되므로, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지를 사용함으로써 바운딩 박스 내에서 염색으로 발현된 양성 세포의 염색 비율을 정확하게 산출할 수 있다.

예를 들어, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지에 포함된 1이라는 특정 값이 할당된 양성 영역(DAB 양성에 해당하는 바운딩 박스)의 넓이를 계산할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 양성 영역(DAB 양성에 해당하는 바운딩 박스)과 나머지 영역(DAB 음성에 해당하는 바운딩 박스 혹은 염색 세포가 아닌 다른 조직의 영역)을 모두 합한 이진 이미지의 전체 영역의 넓이를 계산할 수 있다. 앞선 계산 결과들을 기초로, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지의 전체 영역의 넓이에 대한 양성 영역(DAB 양성에 해당하는 바운딩 박스의 넓이의 비율을 연산할 수 있다. 이와 같은 연산 과정을 통해 제 2 모듈(300)은 특정 단백질의 발현 정도를 계측하여 병리학적 상태를 진단하는데 필수적인 염색으로 표현된 양성 세포의 비율을 정확히 산출할 수 있다.

한편, 제 2 모듈(300)은 염색 세포의 염색 비율을 산출의 정확도를 높이기 위해 바운딩 박스의 이진 이미지의 크기를 염색 비율을 산출하는 과정에서 고려할 수 있다. 염색 비율을 계산하는데 필요한 리소스를 최소화하여 계산의 효율성을 도모함과 동시에 계산된 값의 정확도 및 신뢰도가 유지될 수 있도록 하기 위해, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지의 크기를 고려하여 이진 이미지에서 염색 비율을 계산하는 기준 영역을 선정할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 이진 이미지의 크기와 제 2 임계값을 비교한 결과를 기초로 이진 이미지로부터 기준 영역을 추출할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 이진 이미지로부터 추출된 기준 영역을 기반으로 기준 영역 내에 존재하는 염색 세포의 염색 비율을 산출할 수 있다. 이때, 염색 비율은 기준 영역 내에서 염색으로 발현된 세포의 양성 영역의 넓이의 기준 영역의 전체 넓이에 대한 비의 값일 수 있다.

예를 들어, 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값 이하인 경우, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지 전체를 염색 비율을 산출하기 위한 기준 영역으로 판단할 수 있다. 따라서, 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값 이하인 경우, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지를 그대로 사용하여 이진 이미지 내에 존재하는 염색 세포의 염색 비율을 산출할 수 있다. 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값 이상인 경우, 제 2 모듈(300)은 이진 이미지의 중심을 기준으로 소정의 비율을 차지하는 이진 이미지의 부분 영역을 염색 비율을 산출하기 위한 기준 영역으로 판단할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 이진 이미지의 중심을 기준으로 소정의 비율을 차지하는 이진 이미지의 부분 영역을 이진 이미지에서 크롭(crop)하여 기준 영역에 해당하는 이미지를 생성할 수 있다. 제 2 모듈(300)은 기준 영역에 해당하는 이미지를 기초로 기준 영역 내에 존재하는 염색 세포의 염색 비율을 산출할 수 있다. 이때, 제 2 임계값은 100 픽셀 by 100 픽셀일 수 있다. 또한, 소정의 비율은 이진 이미지의 전체 영역의 50%일 수 있다. 다만, 상술한 구체적인 수치는 하나의 예시일 뿐이며, 당업자가 선택 가능한 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 이와 같이 이진 이미지의 크기를 고려하여 염색 비율을 산출하기 위한 기준 영역을 산출하게 되면, 계산된 값의 정확도 및 신뢰도가 유지되는 선에서 염색 비율을 계산하는데 필요한 리소스를 최소화하여 계산의 효율성을 도모할 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치가 이진 이미지를 생성하는 과정을 나타낸 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(100)의 프로세서(110)는 사전 학습된 신경망 모델을 사용하여 의료 영상에 존재하는 DAB 염색 세포를 둘러싸는 바운딩 박스 이미지(20)를 생성할 수 있다. 바운딩 박스 이미지(20)는 하나의 DAB 염색 세포의 모든 영역을 포함하는 최소 크기의 이미지이므로, DAB 염색 세포 뿐만 아니라 DAB 염색 세포의 주변 조직도 일부 포함할 수 밖에 없다. 도 4의 바운딩 박스 이미지(20)는 사각 이미지이지만, 사용자에 의해 설정되는 바에 따라 오각 이미지 등과 같은 다른 다각 이미지일 수도 있고, 원형 이미지일 수도 있다.

바운딩 박스 이미지(20) 내에 존재하는 DAB 염색 세포의 염색 비율을 정확하고 손쉽게 산출하기 위해서, 프로세서(110)는 바운딩 박스 이미지(20)를 이진 이미지(30)로 변환시킬 수 있다. 바운딩 박스 이미지(20)를 이진 이미지(30)로 변환시키기 위해서, 프로세서(110)는 바운딩 박스 이미지(20) 내 픽셀들의 염색 강도를 DAB 양성 세포로 분류되기 위한 최소 기준 강도에 해당하는 제 1 임계값과 비교하여 바운딩 박스 이미지(20)를 이진 처리할 수 있다. 즉, 프로세서(110)는 바운딩 박스 이미지(20)에서 DAB 염색으로 발현된 양성 세포에 해당하는 픽셀들을 기준으로 이진 이미지(30)를 생성할 수 있다. 이진 이미지(30)에서 검은색 영역이 DAB 양성 영역, 빗금 영역이 DAB 음성 영역 혹은 DAB 염색 바운딩 박스가 아닌 주변 조직 영역을 나타낸다. 프로세서(110)는 이진 이미지(30)를 통해 DAB 양성 영역을 손쉽게 구분하여 DAB 양성 영역의 이진 이미지(30) 전체 영역에 대한 넓이의 비율을 빠르고 정확하게 연산할 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 의료 영상을 분석하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, S100 단계에서, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 사용자 단말 혹은 PACS와의 통신을 통해 의료 영상을 수신할 수 있다. 이때, 의료 영상은 면역화학염색(e.g. DAB 염색 등)을 통해 염색된 세포를 포함하는 전체 슬라이드 이미지(WSI)일 수도 있고, 사용자에 의해 관심 영역으로 지정된 전체 슬라이드 이미지(WSI)의 부분 이미지일 수도 있다. S100 단계에서, 사용자 단말 혹은 PACS와의 통신을 통해 의료 영상을 수신하면, 컴퓨팅 장치(100)는 신경망 모델을 사용하여 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(100)는 전체 슬라이드 이미지(WSI) 혹은 관심 영역에 해당하는 전체 슬라이드 이미지(WSI)의 부분 이미지를 신경망 모델에 입력하여 염색 세포의 좌표값을 획득할 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치(100)는 신경망 모델을 통해 염색 세포의 좌표값과 함께 염색 세포를 포함하는 바운딩 박스를 획득할 수도 있다. 이때, 바운딩 박스는 염색 세포의 외곽선에 인접하는 최소 크기의 다각형 혹은 원형의 이미지일 수 있다.

S200 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)는 S100 단계에서 산출된 염색 세포의 위치 정보를 기초로 염색 세포를 포함하는 소정의 영역에 대한 이미지를 의료 영상으로부터 추출할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(100)는 염색 세포의 좌표값을 기초로 염색 세포의 좌표값에 대응되는 바운딩 박스를 추정하고, 바운딩 박스에 해당하는 이미지를 의료 영상으로부터 추출할 수 있다. 이때, S100 단계에서 염색 세포의 좌표값과 함께 바운딩 박스를 획득하는 경우, 컴퓨팅 장치(100)는 염색 세포를 포함하는 소정의 영역에 대한 이미지를 의료 영상으로부터 추출하지 않고 S100 단계에서 획득된 바운딩 박스를 그대로 사용할 수 있다. S200 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)는 S100 단계를 통해 산출된 위치 정보에 대응하는 의료 영상의 일 영역 내에서 염색된 세포의 염색 비율을 산출할 수 있다. 이때, 의료 영상의 일 영역은 앞서 의료 영상으로부터 추출된 바운딩 박스 영역일 수 있다. 컴퓨팅 장치(100)는 염색 강도를 임계값과 비교하여 바운딩 박스의 전체 영역을 기준으로 염색으로 발현된 세포의 양성 영역이 얼마나 차지하는지를 나타내는 염색 비율을 산출할 수 있다.

S300 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)는 S100 단계를 통해 산출된 염색 세포의 위치 정보 및 S200 단계를 통해 산출된 염색 비율을 사용자 단말로 전송할 수 있다. 컴퓨팅 장치(100)는 분석된 이미지 자체가 아닌 병리학적 진단에 필수적으로 활용되는 정보들만을 사용자 단말로 전송할 수 있다. 이를 통해 컴퓨팅 장치(100)는 사용자 단말과의 데이터 송수신 과정에서 불필요하게 많은 양의 리소스가 요구되는 것을 방지하고, 비용을 최소화하여 효율적인 데이터 통신이 수행될 수 있도록 한다. S100 단계에서 컴퓨팅 장치(100)에 의해 산출되는 염색 세포의 위치 정보 및 S200 단계에서 컴퓨팅 장치(100)에 의해 산출되는 염색 세포의 염색 비율은 병리학적 진단을 위해 염색 세포를 계수하는 연산 과정에 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, S100 단계에서 컴퓨팅 장치(100)에 의해 산출되는 염색 세포의 위치 정보 및 S200 단계에서 컴퓨팅 장치(100)에 의해 산출되는 염색 세포의 염색 비율은 염색 세포에 대한 영상 및 염색 세포의 계수 결과를 사용자 단말을 통해 시각화 하는데 효과적으로 활용될 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시예에 따라 데이터 구조를 저장한 컴퓨터 판독가능 매체가 개시된다.

데이터 구조는 데이터에 효율적인 접근 및 수정을 가능하게 하는 데이터의 조직, 관리, 저장을 의미할 수 있다. 데이터 구조는 특정 문제(예를 들어, 최단 시간으로 데이터 검색, 데이터 저장, 데이터 수정) 해결을 위한 데이터의 조직을 의미할 수 있다. 데이터 구조는 특정한 데이터 처리 기능을 지원하도록 설계된, 데이터 요소들 간의 물리적이거나 논리적인 관계로 정의될 수도 있다. 데이터 요소들 간의 논리적인 관계는 사용자 정의 데이터 요소들 간의 연결관계를 포함할 수 있다. 데이터 요소들 간의 물리적인 관계는 컴퓨터 판독가능 저장매체(예를 들어, 영구 저장 장치)에 물리적으로 저장되어 있는 데이터 요소들 간의 실제 관계를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 구체적으로 데이터의 집합, 데이터 간의 관계, 데이터에 적용할 수 있는 함수 또는 명령어를 포함할 수 있다. 효과적으로 설계된 데이터 구조를 통해 컴퓨팅 장치는 컴퓨팅 장치의 자원을 최소한으로 사용하면서 연산을 수행할 수 있다. 구체적으로 컴퓨팅 장치는 효과적으로 설계된 데이터 구조를 통해 연산, 읽기, 삽입, 삭제, 비교, 교환, 검색의 효율성을 높일 수 있다.

데이터 구조는 데이터 구조의 형태에 따라 선형 데이터 구조와 비선형 데이터 구조로 구분될 수 있다. 선형 데이터 구조는 하나의 데이터 뒤에 하나의 데이터만이 연결되는 구조일 수 있다. 선형 데이터 구조는 리스트(List), 스택(Stack), 큐(Queue), 데크(Deque)를 포함할 수 있다. 리스트는 내부적으로 순서가 존재하는 일련의 데이터 집합을 의미할 수 있다. 리스트는 연결 리스트(Linked List)를 포함할 수 있다. 연결 리스트는 각각의 데이터가 포인터를 가지고 한 줄로 연결되어 있는 방식으로 데이터가 연결된 데이터 구조일 수 있다. 연결 리스트에서 포인터는 다음이나 이전 데이터와의 연결 정보를 포함할 수 있다. 연결 리스트는 형태에 따라 단일 연결 리스트, 이중 연결 리스트, 원형 연결 리스트로 표현될 수 있다. 스택은 제한적으로 데이터에 접근할 수 있는 데이터 나열 구조일 수 있다. 스택은 데이터 구조의 한 쪽 끝에서만 데이터를 처리(예를 들어, 삽입 또는 삭제)할 수 있는 선형 데이터 구조일 수 있다. 스택에 저장된 데이터는 늦게 들어갈수록 빨리 나오는 데이터 구조(LIFO-Last in First Out)일 수 있다. 큐는 제한적으로 데이터에 접근할 수 있는 데이터 나열 구조로서, 스택과 달리 늦게 저장된 데이터일수록 늦게 나오는 데이터 구조(FIFO-First in First Out)일 수 있다. 데크는 데이터 구조의 양 쪽 끝에서 데이터를 처리할 수 있는 데이터 구조일 수 있다.

비선형 데이터 구조는 하나의 데이터 뒤에 복수개의 데이터가 연결되는 구조일 수 있다. 비선형 데이터 구조는 그래프(Graph) 데이터 구조를 포함할 수 있다. 그래프 데이터 구조는 정점(Vertex)과 간선(Edge)으로 정의될 수 있으며 간선은 서로 다른 두개의 정점을 연결하는 선을 포함할 수 있다. 그래프 데이터 구조 트리(Tree) 데이터 구조를 포함할 수 있다. 트리 데이터 구조는 트리에 포함된 복수개의 정점 중에서 서로 다른 두개의 정점을 연결시키는 경로가 하나인 데이터 구조일 수 있다. 즉 그래프 데이터 구조에서 루프(loop)를 형성하지 않는 데이터 구조일 수 있다.

데이터 구조는 신경망을 포함할 수 있다. 그리고 신경망을 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망을 포함한 데이터 구조는 또한 신경망에 의한 처리를 위하여 전처리된 데이터, 신경망에 입력되는 데이터, 신경망의 가중치, 신경망의 하이퍼 파라미터, 신경망으로부터 획득한 데이터, 신경망의 각 노드 또는 레이어와 연관된 활성 함수, 신경망의 학습을 위한 손실 함수 등을 포함할 수 있다. 신경망을 포함한 데이터 구조는 상기 개시된 구성들 중 임의의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 즉 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망에 의한 처리를 위하여 전처리된 데이터, 신경망에 입력되는 데이터, 신경망의 가중치, 신경망의 하이퍼 파라미터, 신경망으로부터 획득한 데이터, 신경망의 각 노드 또는 레이어와 연관된 활성 함수, 신경망의 학습을 위한 손실 함수 등 전부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 전술한 구성들 이외에도, 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망의 특성을 결정하는 임의의 다른 정보를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 구조는 신경망의 연산 과정에 사용되거나 발생되는 모든 형태의 데이터를 포함할 수 있으며 전술한 사항에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 기록 매체 및/또는 컴퓨터 판독가능 전송 매체를 포함할 수 있다. 신경망은 일반적으로 노드라 지칭될 수 있는 상호 연결된 계산 단위들의 집합으로 구성될 수 있다. 이러한 노드들은 뉴런(neuron)들로 지칭될 수도 있다. 신경망은 적어도 하나 이상의 노드들을 포함하여 구성된다.

데이터 구조는 신경망에 입력되는 데이터를 포함할 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터를 포함하는 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터는 신경망 학습 과정에서 입력되는 학습 데이터 및/또는 학습이 완료된 신경망에 입력되는 입력 데이터를 포함할 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터는 전처리(pre-processing)를 거친 데이터 및/또는 전처리 대상이 되는 데이터를 포함할 수 있다. 전처리는 데이터를 신경망에 입력시키기 위한 데이터 처리 과정을 포함할 수 있다. 따라서 데이터 구조는 전처리 대상이 되는 데이터 및 전처리로 발생되는 데이터를 포함할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

데이터 구조는 신경망의 가중치를 포함할 수 있다. (본 명세서에서 가중치, 파라미터는 동일한 의미로 사용될 수 있다.) 그리고 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망은 복수개의 가중치를 포함할 수 있다. 가중치는 가변적일 수 있으며, 신경망이 원하는 기능을 수행하기 위해, 사용자 또는 알고리즘에 의해 가변 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 노드에 하나 이상의 입력 노드가 각각의 링크에 의해 상호 연결된 경우, 출력 노드는 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드들에 입력된 값들 및 각각의 입력 노드들에 대응하는 링크에 설정된 가중치에 기초하여 출력 노드에서 출력되는 데이터 값을 결정할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

제한이 아닌 예로서, 가중치는 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치 및/또는 신경망 학습이 완료된 가중치를 포함할 수 있다. 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치는 학습 사이클이 시작되는 시점의 가중치 및/또는 학습 사이클 동안 가변되는 가중치를 포함할 수 있다. 신경망 학습이 완료된 가중치는 학습 사이클이 완료된 가중치를 포함할 수 있다. 따라서 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치 및/또는 신경망 학습이 완료된 가중치를 포함한 데이터 구조를 포함할 수 있다. 그러므로 상술한 가중치 및/또는 각 가중치의 조합은 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조에 포함되는 것으로 한다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 직렬화(serialization) 과정을 거친 후 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 메모리, 하드 디스크)에 저장될 수 있다. 직렬화는 데이터 구조를 동일하거나 다른 컴퓨팅 장치에 저장하고 나중에 다시 재구성하여 사용할 수 있는 형태로 변환하는 과정일 수 있다. 컴퓨팅 장치는 데이터 구조를 직렬화하여 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 직렬화된 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 역직렬화(deserialization)를 통해 동일한 컴퓨팅 장치 또는 다른 컴퓨팅 장치에서 재구성될 수 있다. 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 직렬화에 한정되는 것은 아니다. 나아가 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 컴퓨팅 장치의 자원을 최소한으로 사용하면서 연산의 효율을 높이기 위한 데이터 구조(예를 들어, 비선형 데이터 구조에서 B-Tree, Trie, m-way search tree, AVL tree, Red-Black Tree)를 포함할 수 있다. 전술한 사항은 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

데이터 구조는 신경망의 하이퍼 파라미터(Hyper-parameter)를 포함할 수 있다. 그리고 신경망의 하이퍼 파라미터를 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 하이퍼 파라미터는 사용자에 의해 가변되는 변수일 수 있다. 하이퍼 파라미터는 예를 들어, 학습률(learning rate), 비용 함수(cost function), 학습 사이클 반복 횟수, 가중치 초기화(Weight initialization)(예를 들어, 가중치 초기화 대상이 되는 가중치 값의 범위 설정), Hidden Unit 개수(예를 들어, 히든 레이어의 개수, 히든 레이어의 노드 수)를 포함할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

도 6은 본 개시의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경에 대한 간략하고 일반적인 개략도이다.

본 개시가 일반적으로 컴퓨팅 장치에 의해 구현될 수 있는 것으로 전술되었지만, 당업자라면 본 개시가 하나 이상의 컴퓨터 상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 실행가능 명령어 및/또는 기타 프로그램 모듈들과 결합되어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로써 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

일반적으로, 프로그램 모듈은 특정의 태스크를 수행하거나 특정의 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 컴포넌트, 데이터 구조, 기타 등등을 포함한다. 또한, 당업자라면 본 개시의 방법이 단일-프로세서 또는 멀티프로세서 컴퓨터 시스템, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터는 물론 퍼스널 컴퓨터, 핸드헬드(handheld) 컴퓨팅 장치, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램가능 가전 제품, 기타 등등(이들 각각은 하나 이상의 연관된 장치와 연결되어 동작할 수 있음)을 비롯한 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

본 개시의 설명된 실시예들은 또한 어떤 태스크들이 통신 네트워크를 통해 연결되어 있는 원격 처리 장치들에 의해 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 둘 다에 위치할 수 있다.

컴퓨터는 통상적으로 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 매체는 그 어떤 것이든지 컴퓨터 판독가능 매체가 될 수 있고, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체, 일시적(transitory) 및 비일시적(non-transitory) 매체, 이동식 및 비-이동식 매체를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 판독가능 전송 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보를 저장하는 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성 매체, 일시적 및 비-일시적 매체, 이동식 및 비이동식 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, CD-ROM, DVD(digital video disk) 또는 기타 광 디스크 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있고 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 기타 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

컴퓨터 판독가능 전송 매체는 통상적으로 반송파(carrier wave) 또는 기타 전송 메커니즘(transport mechanism)과 같은 피변조 데이터 신호(modulated data signal)에 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터 등을 구현하고 모든 정보 전달 매체를 포함한다. 피변조 데이터 신호라는 용어는 신호 내에 정보를 인코딩하도록 그 신호의 특성들 중 하나 이상을 설정 또는 변경시킨 신호를 의미한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 전송 매체는 유선 네트워크 또는 직접 배선 접속(direct-wired connection)과 같은 유선 매체, 그리고 음향, RF, 적외선, 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함한다. 상술된 매체들 중 임의의 것의 조합도 역시 컴퓨터 판독가능 전송 매체의 범위 안에 포함되는 것으로 한다.

컴퓨터(1102)를 포함하는 본 개시의 여러가지 측면들을 구현하는 예시적인 환경(1100)이 나타내어져 있으며, 컴퓨터(1102)는 처리 장치(1104), 시스템 메모리(1106) 및 시스템 버스(1108)를 포함한다. 시스템 버스(1108)는 시스템 메모리(1106)(이에 한정되지 않음)를 비롯한 시스템 컴포넌트들을 처리 장치(1104)에 연결시킨다. 처리 장치(1104)는 다양한 상용 프로세서들 중 임의의 프로세서일 수 있다. 듀얼 프로세서 및 기타 멀티프로세서 아키텍처도 역시 처리 장치(1104)로서 이용될 수 있다.

시스템 버스(1108)는 메모리 버스, 주변장치 버스, 및 다양한 상용 버스 아키텍처 중 임의의 것을 사용하는 로컬 버스에 추가적으로 상호 연결될 수 있는 몇 가지 유형의 버스 구조 중 임의의 것일 수 있다. 시스템 메모리(1106)는 판독 전용 메모리(ROM)(1110) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1112)를 포함한다. 기본 입/출력 시스템(BIOS)은 ROM, EPROM, EEPROM 등의 비휘발성 메모리(1110)에 저장되며, 이 BIOS는 시동 중과 같은 때에 컴퓨터(1102) 내의 구성요소들 간에 정보를 전송하는 일을 돕는 기본적인 루틴을 포함한다. RAM(1112)은 또한 데이터를 캐싱하기 위한 정적 RAM 등의 고속 RAM을 포함할 수 있다.

컴퓨터(1102)는 또한 내장형 하드 디스크 드라이브(HDD)(1114)(예를 들어, EIDE, SATA)－이 내장형 하드 디스크 드라이브(1114)는 또한 적당한 섀시(도시 생략) 내에서 외장형 용도로 구성될 수 있음－, 자기 플로피 디스크 드라이브(FDD)(1116)(예를 들어, 이동식 디스켓(1118)으로부터 판독을 하거나 그에 기록을 하기 위한 것임), 및 광 디스크 드라이브(1120)(예를 들어, CD-ROM 디스크(1122)를 판독하거나 DVD 등의 기타 고용량 광 매체로부터 판독을 하거나 그에 기록을 하기 위한 것임)를 포함한다. 하드 디스크 드라이브(1114), 자기 디스크 드라이브(1116) 및 광 디스크 드라이브(1120)는 각각 하드 디스크 드라이브 인터페이스(1124), 자기 디스크 드라이브 인터페이스(1126) 및 광 드라이브 인터페이스(1128)에 의해 시스템 버스(1108)에 연결될 수 있다. 외장형 드라이브 구현을 위한 인터페이스(1124)는 USB(Universal Serial Bus) 및 IEEE 1394 인터페이스 기술 중 적어도 하나 또는 그 둘 다를 포함한다.

이들 드라이브 및 그와 연관된 컴퓨터 판독가능 매체는 데이터, 데이터 구조, 컴퓨터 실행가능 명령어, 기타 등등의 비휘발성 저장을 제공한다. 컴퓨터(1102)의 경우, 드라이브 및 매체는 임의의 데이터를 적당한 디지털 형식으로 저장하는 것에 대응한다. 상기에서의 컴퓨터 판독가능 매체에 대한 설명이 HDD, 이동식 자기 디스크, 및 CD 또는 DVD 등의 이동식 광 매체를 언급하고 있지만, 당업자라면 집 드라이브(zip drive), 자기 카세트, 플래쉬 메모리 카드, 카트리지, 기타 등등의 컴퓨터에 의해 판독가능한 다른 유형의 매체도 역시 예시적인 운영 환경에서 사용될 수 있으며 또 임의의 이러한 매체가 본 개시의 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어를 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

운영 체제(1130), 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(1132), 기타 프로그램 모듈(1134) 및 프로그램 데이터(1136)를 비롯한 다수의 프로그램 모듈이 드라이브 및 RAM(1112)에 저장될 수 있다. 운영 체제, 애플리케이션, 모듈 및/또는 데이터의 전부 또는 그 일부분이 또한 RAM(1112)에 캐싱될 수 있다. 본 개시가 여러가지 상업적으로 이용가능한 운영 체제 또는 운영 체제들의 조합에서 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

사용자는 하나 이상의 유선/무선 입력 장치, 예를 들어, 키보드(1138) 및 마우스(1140) 등의 포인팅 장치를 통해 컴퓨터(1102)에 명령 및 정보를 입력할 수 있다. 기타 입력 장치(도시 생략)로는 마이크, IR 리모콘, 조이스틱, 게임 패드, 스타일러스 펜, 터치 스크린, 기타 등등이 있을 수 있다. 이들 및 기타 입력 장치가 종종 시스템 버스(1108)에 연결되어 있는 입력 장치 인터페이스(1142)를 통해 처리 장치(1104)에 연결되지만, 병렬 포트, IEEE 1394 직렬 포트, 게임 포트, USB 포트, IR 인터페이스, 기타 등등의 기타 인터페이스에 의해 연결될 수 있다.

모니터(1144) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치도 역시 비디오 어댑터(1146) 등의 인터페이스를 통해 시스템 버스(1108)에 연결된다. 모니터(1144)에 부가하여, 컴퓨터는 일반적으로 스피커, 프린터, 기타 등등의 기타 주변 출력 장치(도시 생략)를 포함한다.

컴퓨터(1102)는 유선 및/또는 무선 통신을 통한 원격 컴퓨터(들)(1148) 등의 하나 이상의 원격 컴퓨터로의 논리적 연결을 사용하여 네트워크화된 환경에서 동작할 수 있다. 원격 컴퓨터(들)(1148)는 워크스테이션, 컴퓨팅 디바이스 컴퓨터, 라우터, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 마이크로프로세서-기반 오락 기기, 피어 장치 또는 기타 통상의 네트워크 노드일 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터(1102)에 대해 기술된 구성요소들 중 다수 또는 그 전부를 포함하지만, 간략함을 위해, 메모리 저장 장치(1150)만이 도시되어 있다. 도시되어 있는 논리적 연결은 근거리 통신망(LAN)(1152) 및/또는 더 큰 네트워크, 예를 들어, 원거리 통신망(WAN)(1154)에의 유선/무선 연결을 포함한다. 이러한 LAN 및 WAN 네트워킹 환경은 사무실 및 회사에서 일반적인 것이며, 인트라넷 등의 전사적 컴퓨터 네트워크(enterprise-wide computer network)를 용이하게 해주며, 이들 모두는 전세계 컴퓨터 네트워크, 예를 들어, 인터넷에 연결될 수 있다.

LAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(1102)는 유선 및/또는 무선 통신 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(1156)를 통해 로컬 네트워크(1152)에 연결된다. 어댑터(1156)는 LAN(1152)에의 유선 또는 무선 통신을 용이하게 해줄 수 있으며, 이 LAN(1152)은 또한 무선 어댑터(1156)와 통신하기 위해 그에 설치되어 있는 무선 액세스 포인트를 포함하고 있다. WAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(1102)는 모뎀(1158)을 포함할 수 있거나, WAN(1154) 상의 통신 컴퓨팅 디바이스에 연결되거나, 또는 인터넷을 통하는 등, WAN(1154)을 통해 통신을 설정하는 기타 수단을 갖는다. 내장형 또는 외장형 및 유선 또는 무선 장치일 수 있는 모뎀(1158)은 직렬 포트 인터페이스(1142)를 통해 시스템 버스(1108)에 연결된다. 네트워크화된 환경에서, 컴퓨터(1102)에 대해 설명된 프로그램 모듈들 또는 그의 일부분이 원격 메모리/저장 장치(1150)에 저장될 수 있다. 도시된 네트워크 연결이 예시적인 것이며 컴퓨터들 사이에 통신 링크를 설정하는 기타 수단이 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

컴퓨터(1102)는 무선 통신으로 배치되어 동작하는 임의의 무선 장치 또는 개체, 예를 들어, 프린터, 스캐너, 데스크톱 및/또는 휴대용 컴퓨터, PDA(portable data assistant), 통신 위성, 무선 검출가능 태그와 연관된 임의의 장비 또는 장소, 및 전화와 통신을 하는 동작을 한다. 이것은 적어도 Wi-Fi 및 블루투스 무선 기술을 포함한다. 따라서, 통신은 종래의 네트워크에서와 같이 미리 정의된 구조이거나 단순하게 적어도 2개의 장치 사이의 애드혹 통신(ad hoc communication)일 수 있다.

Wi-Fi(Wireless Fidelity)는 유선 없이도 인터넷 등으로의 연결을 가능하게 해준다. Wi-Fi는 이러한 장치, 예를 들어, 컴퓨터가 실내에서 및 실외에서, 즉 기지국의 통화권 내의 아무 곳에서나 데이터를 전송 및 수신할 수 있게 해주는 셀 전화와 같은 무선 기술이다. Wi-Fi 네트워크는 안전하고 신뢰성 있으며 고속인 무선 연결을 제공하기 위해 IEEE 802.11(a, b, g, 기타)이라고 하는 무선 기술을 사용한다. 컴퓨터를 서로에, 인터넷에 및 유선 네트워크(IEEE 802.3 또는 이더넷을 사용함)에 연결시키기 위해 Wi-Fi가 사용될 수 있다. Wi-Fi 네트워크는 비인가 2.4 및 5GHz 무선 대역에서, 예를 들어, 11Mbps(802.11a) 또는 54 Mbps(802.11b) 데이터 레이트로 동작하거나, 양 대역(듀얼 대역)을 포함하는 제품에서 동작할 수 있다.

본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명에서 참조될 수 있는 데이터, 지시들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학장들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 표현될 수 있다.

본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 프로세서들, 수단들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, (편의를 위해, 여기에서 소프트웨어로 지칭되는) 다양한 형태들의 프로그램 또는 설계 코드 또는 이들 모두의 결합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 이들의 기능과 관련하여 위에서 일반적으로 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 따라 좌우된다. 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들은 본 개시의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.

여기서 제시된 다양한 실시예들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 용어 제조 물품은 임의의 컴퓨터-판독가능 저장장치로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 저장매체는 자기 저장 장치(예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예를 들면, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예를 들면, EEPROM, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 여기서 제시되는 다양한 저장 매체는 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 장치 및/또는 다른 기계-판독가능한 매체를 포함한다.

제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 개시의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 딥러닝 기반의 의료 영상 분석 방법으로서,
   사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 단계; 및
   상기 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box)내에서 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계;
   를 포함하는,
   방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 단계는,
   상기 의료 영상을 상기 신경망 모델에 입력하여 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스 및 상기 바운딩 박스의 좌표값을 획득하는 단계;
   를 포함하는,
   방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 신경망 모델은,
   염색으로 발현된 세포의 양음성 여부 및 상기 세포를 포함하는 바운딩 박스가 라벨링(labeling)된 의료 영상을 기초로 사전 학습되는,
   방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 염색된 세포의 염색 비율은,
   상기 바운딩 박스 내에서 염색으로 발현된 세포의 양성 영역의 넓이의 상기 바운딩 박스의 전체 넓이에 대한 비의 값인,
   방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계는,
   상기 의료 영상의 염색 강도(intensity)를 기준으로, 상기 바운딩 박스에 대한 이진 이미지를 생성하는 단계; 및
   상기 이진 이미지를 기초로 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계;
   를 포함하는,
   방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 이진 이미지는,
   상기 바운딩 박스의 염색 강도와 제 1 임계값을 비교한 결과를 기초로 생성되고,
   상기 제 1 임계값은,
   상기 염색된 세포를 양성 세포로 분류하는 기준이 되는 염색 강도인,
   방법.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 이진 이미지를 기초로 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계는,
   상기 이진 이미지의 크기와 제 2 임계값을 비교한 결과를 기초로 상기 이진 이미지로부터 기준 영역을 추출하는 단계; 및
   상기 추출된 기준 영역을 기반으로 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 단계;
   를 포함하는,
   방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값 이하인 경우,
   상기 기준 영역은,
   상기 이진 이미지의 전체 영역인,
   방법.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 이진 이미지의 크기가 제 2 임계값을 초과하는 경우,
   상기 기준 영역은,
   상기 이진 이미지의 중심을 기준으로 하는 상기 이진 이미지의 부분 영역인,
   방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 신경망 모델을 통해 획득된 상기 염색된 세포의 위치 정보 및 상기 산출된 염색 비율을 사용자 단말로 전송하는 단계;
    를 더 포함하되,
    상기 위치 정보는,
    상기 바운딩 박스의 좌표값을 포함하고,
    상기 염색 비율은,
    상기 바운딩 박스 내에서 염색으로 발현된 세포의 양성 영역의 넓이의 상기 바운딩 박스의 전체 넓이에 대한 비의 값인,
    방법.
    
11. 컴퓨터 판독가능 저장 매체 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 경우, 딥러닝을 기반으로 의료 영상을 분석하기 위한 이하의 동작들을 수행하도록 하며, 상기 동작들은:
    사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하는 동작; 및
    상기 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box) 내에서 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는 동작;
    을 포함하는,
    컴퓨터 판독가능 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
    
12. 딥러닝을 기반으로 의료 영상을 분석하는 컴퓨팅 장치로서,
    적어도 하나의 코어를 포함하는 프로세서;
    상기 프로세서에서 실행가능한 프로그램 코드들을 포함하는 메모리; 및
    의료 영상을 수신하거나 상기 프로세서의 연산 결과를 사용자 단말로 전송하기 위한 네트워크부;
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    사전 학습된 신경망 모델을 사용하여, 상기 의료 영상에 존재하는 염색된 세포의 위치 정보를 획득하고,
    상기 위치 정보에 대응하는 상기 염색된 세포를 포함하는 바운딩 박스(bounding box) 내에서 상기 염색된 세포의 염색 비율을 산출하는,
    장치.

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