LU506274B1 - A SYSTEM FOR MONITORING DISEASE PROGRESSION IN LEUKEMIA BASED ON THE REGULATION OF HO-1 EXPRESSION - Google Patents

A SYSTEM FOR MONITORING DISEASE PROGRESSION IN LEUKEMIA BASED ON THE REGULATION OF HO-1 EXPRESSION Download PDF

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LU506274B1
LU506274B1 LU506274A LU506274A LU506274B1 LU 506274 B1 LU506274 B1 LU 506274B1 LU 506274 A LU506274 A LU 506274A LU 506274 A LU506274 A LU 506274A LU 506274 B1 LU506274 B1 LU 506274B1
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leukemia
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multimodal
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Jishi Wang
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt ein System zur Überwachung des Krankheitsverlaufs bei Leukämie auf der Grundlage der Regulierung der HO-1-Expression und dessen Kernstück ein gut konzipiertes multimodales neuronales Netz für tiefes Lernen ist. Das System integriert genomische Daten, klinische Daten und HO-1-Expressionsniveaus und analysiert diese komplexen medizinischen Daten effektiv durch einen Mehrkopf-Aufmerksamkeitsmechanismus. Dieser Ansatz verbessert die Genauigkeit und Personalisierung der Leukämiebehandlung und - überwachung erheblich und bietet eine starke Datenunterstützung für die klinische Entscheidungsfindung.The present invention proposes a system for monitoring disease progression in leukemia based on the regulation of HO-1 expression, and at the core of which is a well-designed multimodal deep learning neural network. The system integrates genomic data, clinical data and HO-1 expression levels and effectively analyzes these complex medical data through a multi-head attention mechanism. This approach greatly improves the accuracy and personalization of leukemia treatment and monitoring and provides strong data support for clinical decision-making.

Description

Ein System zur Überwachung des Krankheitsverlaufs bei Leukämie auf der Grundlage ddr/506274A system for monitoring disease progression in leukemia based on ddr/506274

Regulierung der HO-1-ExpressionRegulation of HO-1 expression

Technischer BereichTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der medizinischen und gesundheitlichen Datenverarbeitung und Krankheitsvorhersage und wird insbesondere auf dieThe present invention relates to the field of medical and health data processing and disease prediction and is particularly directed to the

Überwachung und das Management der akuten myeloischen Leukämie (AML) angewendet.Monitoring and management of acute myeloid leukemia (AML).

Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zur Überwachung desMore specifically, the present invention relates to a system for monitoring the

Krankheitsverlaufs von Leukämie, das multimodale Deep-Learning-Techniken in Verbindung mitdisease progression of leukemia, which combines multimodal deep learning techniques with

Expressionsdaten der Häm-Oxygenase-1 (HO-1) verwendet.Expression data of heme oxygenase-1 (HO-1) were used.

Technologie im HintergrundTechnology in the background

Akute myeloische Leukämie (AML) ist eine häufige hämatologische Malignität, die durch das Vorhandensein einer großen Anzahl unreifer weißer Blutzellen im Knochenmark gekennzeichnet ist. Die Behandlung und das Management von AML ist ein komplexer Prozess, der eine umfassende Berücksichtigung von Daten aus einer Vielzahl von Aspekten erfordert, einschließlich der genetischen Informationen des Patienten, der klinischen Präsentation und derAcute myeloid leukemia (AML) is a common hematological malignancy characterized by the presence of large numbers of immature white blood cells in the bone marrow. The treatment and management of AML is a complex process that requires comprehensive consideration of data from a variety of aspects, including the patient's genetic information, clinical presentation, and

Labortestergebnisse. Bei der Behandlung der AML ist eine rechtzeitige und genaue Bewertung desLaboratory test results. In the treatment of AML, a timely and accurate evaluation of the

Krankheitsverlaufs, des Ansprechens auf die Therapie und der Patientenprognose entscheidend für die Verbesserung der Behandlungsergebnisse.Disease progression, response to therapy and patient prognosis are crucial for improving treatment outcomes.

Derzeit stützt sich die Leukämieüberwachung hauptsächlich auf die Analyse derCurrently, leukemia surveillance relies mainly on the analysis of

Krankenakten der Patienten durch die Kliniker und auf regelmäßige Labortests. Dieser traditionelle Ansatz hat jedoch seine Grenzen: Erstens ist die manuelle Analyse der Daten zeitaufwändig und fehleranfällig, zweitens ermöglicht sie keine Echtzeit-Überwachung vonPatients' medical records by clinicians and regular laboratory tests. However, this traditional approach has its limitations: firstly, manual analysis of the data is time-consuming and prone to errors, and secondly, it does not allow real-time monitoring of

Veränderungen der Erkrankung und drittens ist es schwierig, die langfristige Entwicklung derChanges in the disease and thirdly, it is difficult to predict the long-term development of

Krankheit genau vorherzusagen.to accurately predict disease.

In den letzten Jahren haben sich mit der Entwicklung der Mechanisierung und der technologischen Techniken, insbesondere im Bereich der Datenanalyse im Gesundheitswesen, neue Möglichkeiten zur Lösung dieser Probleme eröffnet. Mithilfe dieser fortschrittlichenIn recent years, the development of mechanization and technological techniques, especially in the field of data analysis in healthcare, has opened up new opportunities to solve these problems. With the help of these advanced

Datenanalysetechniken können wertvolle Informationen aus komplexen Gesundheitsdaten effektiv extrahiert werden, wodurch die Genauigkeit und Effizienz der Krankheitsüberwachung verbessert wird. Insbesondere multimodale Deep-Learning-Techniken, die Daten aus verschiedenen Quellen (z. B. genomische Daten, klinische Daten usw.) verarbeiten und integrieren können, bieten eine umfassendere Perspektive für die Vorhersage und Behandlung von Leukämie.Data analysis techniques can effectively extract valuable information from complex health data, improving the accuracy and efficiency of disease monitoring. In particular, multimodal deep learning techniques that can process and integrate data from different sources (e.g. genomic data, clinical data, etc.) provide a more comprehensive perspective for the prediction and treatment of leukemia.

Ein umfassendes System, das diese fortschrittlichen Technologien für dieA comprehensive system that combines these advanced technologies for the

Echtzeitüberwachung und das Management von AML einsetzen kann, fehlt jedoch in den bestehenden Technologien. Insbesondere fehlt ein prognostisch relevantes Überwachungssystem, das in der Lage ist, das Expressionsniveau von HO-1 zu erfassen, einem Biomarker, der für dieHowever, existing technologies lack a prognostically relevant monitoring system that can detect the expression level of HO-1, a biomarker that is important for the

Behandlung und prognostische Beurteilung der AML wichtig ist.Treatment and prognostic assessment of AML is important.

Daher besteht die Notwendigkeit, ein neues System zu entwickeln, das in der Lage ist, multimodale Daten zu integrieren und Deep-Learning-Techniken anzuwenden, insbesondere inTherefore, there is a need to develop a new system capable of integrating multimodal data and applying deep learning techniques, especially in

Verbindung mit dem HO-1-Expressionsniveau, um die Genauigkeit und Effizienz derConnection with the HO-1 expression level to improve the accuracy and efficiency of

Überwachung des Krankheitsverlaufs bei AML zu verbessern.To improve monitoring of disease progression in AML.

Inhalt der ErfindungContent of the invention

Die vorliegende Erfindung bietet ein System zur Überwachung des Krankheitsverlaufs beiThe present invention provides a system for monitoring disease progression in

Leukämie auf der Grundlage der Regulierung der HO-1-Expression und darauf abzielt, eine umfassende, effiziente und präzise Lösung für die Diagnose, Überwachung und Behandlung der akuten myeloischen Leukämie (AML) zu bieten, indem fortschrittliche multimodale Deep¥206274Leukemia based on the regulation of HO-1 expression and aims to provide a comprehensive, efficient and precise solution for the diagnosis, monitoring and treatment of acute myeloid leukemia (AML) by applying advanced multimodal deep¥206274

Learning-Techniken verwendet werden. Das System kombiniert multimodale Daten wie genomische Daten, klinische Daten, Labortestergebnisse und HO-1-Expressionswerte, um denLearning techniques are used. The system combines multimodal data such as genomic data, clinical data, laboratory test results and HO-1 expression values to

Krankheitsverlauf, das Ansprechen auf die Behandlung und die Patientenprognose durch seinDisease progression, response to treatment and patient prognosis by its

Deep-Learning-Modell effektiv vorherzusagen.Deep learning model to effectively predict.

Die Systemarchitektur der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Hauptmodule: 1. Datenschnittstellenmodul: Direkte Schnittstellen zu Krankenhausinformationssystemen,The system architecture of the present invention comprises the following main modules: 1. Data interface module: Direct interfaces to hospital information systems,

Gensequenzierungsplattformen und Laborgeräten, um Patientenakten, genomische Daten,Gene sequencing platforms and laboratory equipment to analyze patient records, genomic data,

Labortestergebnisse usw. in Echtzeit zu erfassen; unterstützt eine Vielzahl medizinischerlaboratory test results, etc. in real time; supports a variety of medical

Datenformate, um Datenintegrität und -genauigkeit zu gewährleisten. 2. Datenverarbeitungs- und Integrationsmodul: Vorverarbeitung der gesammelten Daten, einschließlich Datenbereinigung (Entfernen von Fehlern und fehlenden Werten), Konvertierung (Standardisierung von Datenformaten) und Integration (Vereinheitlichung von Informationen aus verschiedenen Datenquellen); besonderes Augenmerk wird auf die Fusion multimodaler Daten gelegt, um die effektive Integration von Daten in das Modell zu gewährleisten. 3. Zentrales Data Warehouse: als leistungsstarke Datenspeicherlösung konzipiert, um einen sicheren und schnellen Datenzugriff zu gewährleisten; unterstützt Big-Data-Technologien, um diedata formats to ensure data integrity and accuracy. 2. Data processing and integration module: pre-processing of collected data, including data cleaning (removing errors and missing values), conversion (standardization of data formats) and integration (unification of information from different data sources); special attention is paid to the fusion of multimodal data to ensure the effective integration of data into the model. 3. Centralized data warehouse: designed as a powerful data storage solution to ensure secure and fast data access; supports big data technologies to

Verarbeitung und Analyse großer Datenmengen zu erleichtern. 4. Fortschrittliches Feature-Engineering-Modul: führt eine eingehende Datenanalyse durch, um Schlüsselmerkmale zu extrahieren, die für die Diagnose und Behandlung von Leukämie relevant sind, mit besonderem Schwerpunkt auf automatischen Merkmalslernfunktionen. 5. Multimodales Deep-Learning-Modul: Erstellung von neuronalen Netzwerkmodellen mit mehreren Aufmerksamkeitsmechanismen und komplexen Merkmalsextraktionsschichten, die fürto facilitate processing and analysis of large amounts of data. 4. Advanced feature engineering module: performs in-depth data analysis to extract key features relevant to the diagnosis and treatment of leukemia, with a particular focus on automatic feature learning capabilities. 5. Multimodal deep learning module: builds neural network models with multiple attention mechanisms and complex feature extraction layers suitable for

Leukämie trainiert und optimiert wurden. 6. Entscheidungsunterstützendes System: Bereitstellung von datengesteuerterleukemia. 6. Decision support system: providing data-driven

Entscheidungshilfe für Ärzte und Patienten unter Verwendung der Ergebnisse des Deep-Learning-Decision support for doctors and patients using the results of the deep learning

Modells, einschließlich Krankheitsvorhersage, Behandlungsempfehlung und Prognosebeurteilung. 7. Interaktive Benutzerschnittstelle: Bereitstellung einer intuitiven Benutzerschnittstelle fürmodel, including disease prediction, treatment recommendation and prognosis assessment. 7. Interactive user interface: Providing an intuitive user interface for

Ärzte und Patienten zur Abfrage von Informationen, zur Anzeige von Vorhersageergebnissen und zur Abgabe von Feedback. 8. Kontinuierliches Lern- und Optimierungsmodul: Optimiert kontinuierlich dieDoctors and patients to query information, view prediction results and provide feedback. 8. Continuous learning and optimization module: Continuously optimizes the

Modellleistung und -genauigkeit auf der Grundlage von Benutzerfeedback und neu gesammeltenModel performance and accuracy based on user feedback and newly collected

Daten. 9. Systemmanagement- und Überwachungsmodul: Verantwortlich für den täglichen Betrieb und die Wartung, einschließlich Leistungsüberwachung, Sicherheitsmanagement undData. 9. System Management and Monitoring Module: Responsible for daily operations and maintenance, including performance monitoring, security management and

Datensicherung.Data backup.

Der Arbeitsablauf der vorliegenden Erfindung sieht wie folgt aus: 1. Datenerfassung und -empfangThe workflow of the present invention is as follows: 1. Data acquisition and reception

Das System verfügt über Schnittstellen zu mehreren Datenquellen, wie z. B. elektronischenThe system has interfaces to several data sources, such as electronic

Krankenakten in Krankenhäusern, Gensequenzierungslabors usw., um in Echtzeit detaillierte medizinische Daten von Patienten, genetische Testergebnisse, Blutanalysedaten und spezifischeMedical records in hospitals, gene sequencing laboratories, etc. to provide real-time detailed patient medical data, genetic test results, blood analysis data and specific

Biomarkerdaten, einschließlich HO-1-Expressionswerte, zu empfangen.to receive biomarker data, including HO-1 expression levels.

Diese Daten lassen sich in vier große Kategorien einteilen:This data can be divided into four broad categories:

A. Genomische Daten: Sequenzierungsdaten des gesamten Genoms des Patienten, einschließlich Genvarianten, Genexpressionsmuster usw.; gezielte Sequenzierungsergebnisse für bestimmte genetische Marker, z. B. für bestimmte mit AML assoziierte Gene. LUS06274A. Genomic data: sequencing data of the patient's entire genome, including gene variants, gene expression patterns, etc.; targeted sequencing results for specific genetic markers, e.g. for specific genes associated with AML. LUS06274

B. Klinische Daten: Krankenakten der Patienten, einschließlich diagnostischer Informationen,B. Clinical data: patient medical records, including diagnostic information,

Anamnese, Ergebnisse der körperlichen Untersuchung; Behandlungsunterlagen, einschließlichMedical history, results of physical examination, treatment records, including

Medikamentenschema, Dosierung und Ansprechen; Labortestergebnisse, wie hämatologischeDrug regimen, dosage and response; laboratory test results, such as hematological

Tests, biochemische Indikatoren usw.Tests, biochemical indicators, etc.

C. Zeitreihendaten: Daten zur Nachbeobachtung des Patienten, einschließlich klinischerC. Time series data: Patient follow-up data, including clinical

Indikatoren, Ansprechen auf die Behandlung und Aufzeichnungen über Symptome bei regelmäßigen Untersuchungen; physiologische Messungen im Zeitverlauf, wie Blutdruck,Indicators, response to treatment and recording of symptoms at regular examinations; physiological measurements over time, such as blood pressure,

Blutzucker usw.blood sugar etc.

D. HO-1-Expressionsdaten: HO-1-Protein- und Genexpressionswerte, die in der Regel durchD. HO-1 expression data: HO-1 protein and gene expression levels, which are usually determined by

Bluttests oder Gewebebiopsien ermittelt werden; Korrelationsdaten zwischen HO-1-Expression und Krankheitsverlauf, Behandlungsansprechen. 2. Die Datenvorverarbeitung und QualitätskontrolleBlood tests or tissue biopsies; correlation data between HO-1 expression and disease progression, treatment response. 2. Data preprocessing and quality control

A. Datenbereinigung: Identifizierung und Korrektur fehlerhafter Daten, Behandlung vonA. Data cleansing: identification and correction of erroneous data, treatment of

Ausreißern und Auffüllen fehlender Werte. Um die Integrität der Daten zu gewährleisten, werden fortschrittliche Algorithmen zur Schätzung und Interpolation fehlender Daten eingesetzt.Outliers and filling missing values. To ensure data integrity, advanced algorithms are used to estimate and interpolate missing data.

B. Datenstandardisierung und -normalisierung: Konvertierung von Daten aus verschiedenenB. Data standardization and normalization: Conversion of data from different

Quellen in ein einheitliches Format und einen einheitlichen Umfang, um die Auswirkungen dersources into a uniform format and scope to reduce the impact of

Variabilität der Datenquellen zu verringern.Reduce variability of data sources.

C. Datenvalidierung: Qualitätsprüfung der Daten, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Eingabedaten zu gewährleisten. 3. Merkmalsentwicklung und DatenintegrationC. Data validation: Quality control of data to ensure the accuracy and reliability of the input data. 3. Feature engineering and data integration

A. Methoden zur Merkmalsextraktion: Bei genomischen Daten werden dieA. Methods for feature extraction: For genomic data, the

Hauptkomponentenanalyse (PCA) und die Genexpressionsnetzwerkanalyse verwendet, um wichtige Genvarianten und Expressionsmuster zu identifizieren; bei klinischen Daten werdenPrincipal component analysis (PCA) and gene expression network analysis are used to identify important gene variants and expression patterns; for clinical data,

Zeitreihenanalyse- und Trendanalysealgorithmen verwendet, um Veränderungen in klinischenTime series analysis and trend analysis algorithms are used to identify changes in clinical

Metriken zu verfolgen und vorherzusagen; und bei Daten über das Ansprechen auf Medikamente werden die Modellierung von Netzwerken für das Ansprechen auf Medikamente und die pharmakodynamische Modellierung verwendet, um das Ansprechen der Patienten auf bestimmtemetrics; and for drug response data, drug response network modeling and pharmacodynamic modeling are used to predict patient response to specific

Medikamente zu bewerten und vorherzusagen .to evaluate and predict medications.

B. Datenintegrationstechniken: Strukturierte Daten (z. B. Labortestergebnisse) werden durch standardisierte Verarbeitung (z. B. Einheitenumrechnung, Bereichsanpassung) integriert; unstrukturierte Daten (z. B. Arztnotizen, Bildgebungsberichte) werden durch Anwendung vonB. Data integration techniques: Structured data (e.g., laboratory test results) are integrated using standardized processing (e.g., unit conversion, range adjustment); unstructured data (e.g., physician notes, imaging reports) are integrated using

Techniken der natürlichen Sprachverarbeitung (NLP) wie Named-Entity-Erkennung undNatural language processing (NLP) techniques such as named entity recognition and

Sentiment-Analyse in strukturierte Formate umgewandelt; Daten aus verschiedenen Quellen undSentiment analysis converted into structured formats; data from various sources and

Formaten werden durch kollaborative Filterung und Hybridmodelle effektiv integriert.Formats are effectively integrated through collaborative filtering and hybrid models.

C. Merkmalsauswahl und -optimierung: Algorithmen des maschinellen Lernens wie RandomC. Feature selection and optimization: Machine learning algorithms such as Random

Forest und Gradient Boosting Decision Tree werden angewandt, um die informativsten Merkmale auf der Grundlage der Bewertung der Merkmalsbedeutung des Modells auszuwählen;Forest and Gradient Boosting Decision Tree are applied to select the most informative features based on the model's feature importance evaluation;

Korrelationsanalysen werden für die Merkmalsmenge durchgeführt, um redundante Merkmale zu reduzieren, und die Merkmalsmenge wird durch L2-Regularisierungsmethoden weiter optimiert.Correlation analyses are performed on the feature set to reduce redundant features, and the feature set is further optimized by L2 regularization methods.

Mit dem oben beschriebenen Ansatz ist das System in der Lage, die wertvollstenWith the approach described above, the system is able to identify the most valuable

Informationen aus den reichhaltigen und komplexen multimodalen Daten zu extrahieren und sie in ein umfassendes Bild des Zustands zu integrieren, das dem Deep-Learning-Modell hochwertigeExtract information from the rich and complex multimodal data and integrate it into a comprehensive picture of the state that provides the deep learning model with high-quality

Eingaben liefert.provides inputs.

4. Training und Optimierung des Deep Learning-Modells LUS062744. Training and optimization of the deep learning model LUS06274

Der Multi-Head-Attention-Mechanismus ermôglicht es dem Modell, sich auf die wichtigstenThe Multi-Head Attention mechanism allows the model to focus on the most important

Informationen in den Daten zu konzentrieren, wodurch seine Fähigkeit, komplexe Muster zu erfassen, verbessert wird. Das Modell wird mithilfe eines Validierungssatzes abgestimmt, einschließlich der Anpassung der Netzwerkparameter, der Lernrate und derinformation in the data, improving its ability to capture complex patterns. The model is tuned using a validation set, including adjusting the network parameters, learning rate and

Regularisierungsstrategie, und es werden Kreuzvalidierung und andere Techniken angewandt, um die Generalisierungsfähigkeit und Vorhersageleistung des Modells zu bewerten. 5. prädiktive Analysen und Interpretation der ErgebnisseRegularization strategy, and cross-validation and other techniques are applied to evaluate the generalization ability and predictive performance of the model. 5. Predictive analysis and interpretation of results

In Verbindung mit den neuesten medizinischen Erkenntnissen und klinischen Leitlinien ermöglicht das Modell die Vorhersage des Krankheitsverlaufs, die Bewertung des Ansprechens auf die Behandlung und die Prognose des Patienten. Es werden detaillierte Vorhersageberichte erstellt, einschlieBlich einer visuellen Dateninterpretation, die Arzten und Patienten hilft, die Grundlage der Modellvorhersagen zu verstehen. 6. Interaktive Benutzeroberfläche und FeedbackschleifeCombined with the latest medical evidence and clinical guidelines, the model enables prediction of disease progression, evaluation of treatment response and patient prognosis. Detailed prediction reports are generated, including visual data interpretation to help doctors and patients understand the basis of the model predictions. 6. Interactive user interface and feedback loop

Die Benutzeroberfläche ist so konzipiert, dass sie intuitiv und einfach zu bedienen ist. Sie unterstützt Arzte und Patienten bei der Anzeige personalisierter Vorhersageergebnisse und bei derThe user interface is designed to be intuitive and easy to use, helping doctors and patients view personalized prediction results and

Eingabe neuer klinischer Informationen oder Rückmeldungen; ein Feedback-Mechanismus wurde eingerichtet, um die Benutzeroberfläche und die Leistung des Modells auf der Grundlage vonInput of new clinical information or feedback; a feedback mechanism has been established to improve the user interface and the performance of the model based on

Benutzernutzung und Rückmeldungen kontinuierlich zu optimieren. 7. Systemverwaltung, -überwachung und -wartungto continuously optimize user usage and feedback. 7. System administration, monitoring and maintenance

RegelmäBige Bewertungen der Systemleistung und -sicherheit werden durchgeführt, um denRegular assessments of system performance and security are carried out to ensure

Datenschutz und die Privatsphäre zu gewährleisten; Datensicherungs- undto ensure data protection and privacy; data backup and

Notfallwiederherstellungspläne werden implementiert, um die Systemstabilität undDisaster recovery plans are implemented to ensure system stability and

Datensicherheit zu garantieren.To guarantee data security.

Das Herzstück der vorliegenden Erfindung ist eine innovative multimodale neuronaleThe heart of the present invention is an innovative multimodal neural

Netzwerkstruktur, die in der Lage ist, verschiedene Arten von medizinischen Daten zu verarbeiten und zu integrieren und tiefgreifende Merkmale für die prädiktive Analyse von Leukämie zu extrahieren.Network structure capable of processing and integrating various types of medical data and extracting in-depth features for predictive analysis of leukemia.

Ferner umfasst die in der vorliegenden Erfindung verwendete multimodale neuronaleFurthermore, the multimodal neural network used in the present invention comprises

Netzwerkstruktur die folgenden Hauptmerkmale und -komponenten: 1. Die Eingabeschicht:Network structure has the following main features and components: 1. The input layer:

Konzipiert mit mehreren Eingangskanälen, die genomischen Daten, klinischen Daten,Designed with multiple input channels that include genomic data, clinical data,

Zeitreihendaten und HO-1-Expressionsdaten entsprechen; jeder Kanal bereitet die Daten durch spezielle Vorverarbeitungsschritte (Normalisierung und Datentransformation) auf. 2. Parallel verarbeitende Teilnetze:Time series data and HO-1 expression data; each channel prepares the data through special preprocessing steps (normalization and data transformation). 2. Parallel processing subnetworks:

Faltungs-Teilnetz: für die Verarbeitung genomischer Daten, enthält mehrereConvolutional subnetwork: for processing genomic data, contains several

Faltungsschichten und Pooling-Schichten.Convolutional layers and pooling layers.

Dichtes Teilnetz: wird für klinische Daten verwendet und besteht aus mehreren vollständig verbundenen Schichten.Dense subnet: used for clinical data and consists of several fully connected layers.

Sequenzverarbeitungs-Teilnetz: verwendet ein rekurrentes neuronales LSTM-Netz zurSequence processing subnetwork: uses a recurrent LSTM neural network to

Verarbeitung von Zeitreihendaten.Processing time series data.

HO-1-Expressions-Teilnetz: ein weiteres dichtes Teilnetz zur Verarbeitung von HO-1-HO-1 expression subnetwork: another dense subnetwork for processing HO-1

Expressionsdaten. 3. Die Ebene der Merkmalsfusion:Expression data. 3. The level of feature fusion:

Verbindet und integriert Merkmale aus verschiedenen Teilnetzen; diese Schicht dient alsConnects and integrates features from different subnetworks; this layer serves as

Konvergenzpunkt für die Ergebnisse der Teilnetze, um eine umfassende Fusion der Informationen/ 206274 zu gewährleisten. 4. Multi-Head-Attention-Mechanismus-Schicht:Convergence point for the results of the subnetworks to ensure comprehensive fusion of the information/ 206274. 4. Multi-Head Attention Mechanism Layer:

Die Multi-Head-Attention-Mechanism-Schicht ist das zentrale Bindeglied für die 5 Verarbeitung und Analyse von Daten; diese Schicht ist wie folgt implementiert:The Multi-Head Attention Mechanism layer is the central link for the processing and analysis of data; this layer is implemented as follows:

A. Skalierte Punktprodukt-Attention: Diese Schicht implementiert den Mechanismus der skalierten Punktprodukt-Attention, der eine wirksame Methode ist, um komplexe Beziehungen zwischen verschiedenen Merkmalen zu behandeln; bei diesem Mechanismus berechnet jederA. Scaled Dot Product Attention: This layer implements the scaled dot product attention mechanism, which is an effective method to handle complex relationships between different features; in this mechanism, each

Aufmerksamkeits-„Kopf“ Aufmerksamkeitsscores für verschiedene Teile der Eingabedaten und ist soin der Lage, verschiedene Muster und Beziehungen in den Daten zu erfassen.Attention “head” attention scores for different parts of the input data and is thus able to detect different patterns and relationships in the data.

B. Multi-Head-Struktur: Im Netz werden acht Aufmerksamkeits ,kôpfe“ eingerichtet, von denen sich jeder auf einen anderen Aspekt der Daten konzentriert; diese Multi-Head-Struktur ermöglicht es dem Netz, die Daten aus mehreren Perspektiven gleichzeitig zu analysieren, was dasB. Multi-head structure: Eight attention heads are set up in the network, each of which focuses on a different aspect of the data; this multi-head structure enables the network to analyze the data from multiple perspectives simultaneously, which

Verständnis der Daten verbessert.Improved understanding of the data.

C. Outputs der Aufmerksamkeitsschicht: Die Outputs der einzelnen Köpfe werden zunächst unabhängig voneinander berechnet, und dann werden diese Outputs zusammen integriert, in derC. Attention layer outputs: The outputs of each head are first calculated independently, and then these outputs are integrated together in the

Regel durch Spleißen oder gewichtete Summierung; die endgültigen Outputs sind diese integrierten Aufmerksamkeitssignale, die Informationen aus verschiedenen Köpfen kombinieren und zur Erfassung komplexer Beziehungen in multimodalen Daten verwendet werden. 5. Tiefe Merkmalsextraktionsschicht:Rule by splicing or weighted summation; the final outputs are these integrated attention signals that combine information from different minds and are used to capture complex relationships in multimodal data. 5. Deep feature extraction layer:

Umfasst mehrere vollständig verbundene Schichten, jeweils gefolgt von einer ReLU-Comprises several fully connected layers, each followed by a ReLU

Aktivierungsfunktion; Restverbindungen in der gesamten Merkmalsextraktionsschicht, um dasActivation function; residual connections in the entire feature extraction layer to

Trainingsproblem des tiefen Netzes zu mildern; Batch-Normalisierung wird nach jeder vollständig verbundenen Schicht verwendet, um den Trainingsprozess zu optimieren und die Modellstabilität zu verbessern. 6. Die Ausgabeschicht:To alleviate the training problem of the deep network; batch normalization is used after each fully connected layer to optimize the training process and improve model stability. 6. The output layer:

Die Ausgabeschicht ist direkt mit der tiefen Merkmalsextraktionsschicht verbunden, um die erlernten hochrangigen Merkmale in spezifische Vorhersageergebnisse umzuwandeln; eineThe output layer is directly connected to the deep feature extraction layer to convert the learned high-level features into specific prediction results; a

Vielzahl von Ausgangsknoten ist so konzipiert, dass sie verschiedenen Vorhersageaufgaben entsprechen, wie z. B. Krankheitsverlauf, Ansprechen auf die Behandlung und Patientenprognose; je nach den verschiedenen Vorhersageaufgaben verwendet die Ausgabeschicht entweder eineA variety of output nodes are designed to correspond to different prediction tasks, such as disease progression, response to treatment and patient prognosis; depending on the different prediction tasks, the output layer uses either a

Sigmoid- oder eine Softmax-Aktivierungsfunktion.Sigmoid or softmax activation function.

Wenn die HO-1-Expressionswerte zur Bestimmung des spezifischen Entwicklungsstadiums der Leukämie (z. B. früh, mittel, spät) verwendet werden, ist vorzugsweise eine Softmax-If the HO-1 expression values are used to determine the specific stage of leukemia (e.g. early, middle, late), a softmax

Aktivierungsfunktion geeignet.Activation function suitable.

Wenn die HO-1-Expressionswerte zur Vorhersage eines binären Ergebnisses der Leukämie verwendet werden (z. B. ob die Krankheit zurückkehren wird), sollte vorzugsweise eine Sigmoid-If HO-1 expression levels are used to predict a binary outcome of leukemia (e.g., whether the disease will return), a sigmoid

Aktivierungsfunktion verwendet werden.activation function can be used.

Wenn die HO-1-Expressionswerte zur Vorhersage des Ansprechens auf eine bestimmteIf HO-1 expression levels are used to predict response to a particular

Behandlung (z. B. gutes oder schlechtes Ansprechen) verwendet werden, ist vorzugsweise einetreatment (e.g. good or poor response), preferably a

Sigmoid-Funktion geeignet.Sigmoid function suitable.

Wenn die HO-1-Expressionswerte zur Vorhersage des Ansprechens auf eine bestimmteIf HO-1 expression levels are used to predict response to a particular

Behandlung verwendet werden, sollte vorzugsweise eine Softmax-Funktion verwendet werden, wenn es mehr als eine Möglichkeit des Ansprechens auf die Behandlung gibt (z. B. vollständigestreatment, a softmax function should preferably be used if there is more than one possibility of response to treatment (e.g. complete

Ansprechen, teilweises Ansprechen, kein Ansprechen).response, partial response, no response).

Beschreibung der beigefügten Zeichnungen LU506274Description of the attached drawings LU506274

Bild 1 zeigt ein Diagramm der Systemarchitektur der vorliegenden Erfindung;Figure 1 shows a diagram of the system architecture of the present invention;

Bild 2 zeigt ein Diagramm der multimodalen neuronalen Netzwerkarchitektur, die im vorliegenden System verwendet wird.Figure 2 shows a diagram of the multimodal neural network architecture used in the present system.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In dieser Ausführungsform werden die Merkmale und Anwendungen der Architektur und derIn this embodiment, the features and applications of the architecture and the

Komponenten eines Systems zur Überwachung des Krankheitsverlaufs bei Leukämie auf derComponents of a system for monitoring the disease progression of leukemia on the

Grundlage der Modulation der HO-1-Expression im Detail beschrieben. Das System nutzt eine multimodale Deep-Learning-Technik, die Daten wie genomische Daten, klinische Daten,The basis of modulation of HO-1 expression is described in detail. The system uses a multimodal deep learning technique that combines data such as genomic data, clinical data,

Labortestergebnisse und HO-1-Expressionswerte kombiniert, um den Krankheitsverlauf, dasLaboratory test results and HO-1 expression levels combined to predict disease progression,

Ansprechen auf die Behandlung und die Patientenprognose bei akuter myeloischer Leukämie (AML) vorherzusagen und zu bewerten.To predict and evaluate treatment response and patient prognosis in acute myeloid leukemia (AML).

In Verbindung mit Bild 1 umfasst die Systemarchitektur der vorliegenden Erfindung die folgenden Hauptmodule: 1. Datenschnittstellenmodul: Direkte Schnittstellen zu Krankenhausinformationssystemen,In connection with Figure 1, the system architecture of the present invention comprises the following main modules: 1. Data interface module: Direct interfaces to hospital information systems,

Gensequenzierungsplattformen und Laborgeräten, um Patientenakten, genomische Daten,Gene sequencing platforms and laboratory equipment to analyze patient records, genomic data,

Labortestergebnisse usw. in Echtzeit zu erfassen; unterstützt eine Vielzahl medizinischerlaboratory test results, etc. in real time; supports a variety of medical

Datenformate, um Datenintegrität und -genauigkeit zu gewährleisten. 2. Datenverarbeitungs- und Integrationsmodul: Vorverarbeitung der gesammelten Daten, einschließlich Datenbereinigung (Entfernen von Fehlern und fehlenden Werten), Konvertierung (Standardisierung von Datenformaten) und Integration (Vereinheitlichung von Informationen aus verschiedenen Datenquellen); besondere Aufmerksamkeit wird der Fusion multimodaler Daten gewidmet, um eine effektive Integration der Daten in das Modell zu gewährleisten. 3. Zentrales Data Warehouse: als hochleistungsfähige Datenspeicherlösung konzipiert, um einen sicheren und schnellen Datenzugriff zu gewährleisten; unterstützt Big-Data- Technologien, um die Verarbeitung und Analyse großer Datensätze zu erleichtern. 4. Fortschrittliches Feature-Engineering-Modul: Führt eine gründliche Datenanalyse durch, um wichtige Merkmale zu extrahieren, die für die Diagnose und Behandlung von Leukämie relevant sind, mit besonderem Schwerpunkt auf automatischen Merkmalslernfunktionen. 5. Multimodales Deep-Learning-Modul: Aufbau von neuronalen Netzmodellen mit mehrerendata formats to ensure data integrity and accuracy. 2. Data processing and integration module: pre-processing of collected data, including data cleaning (removing errors and missing values), conversion (standardization of data formats) and integration (unification of information from different data sources); special attention is paid to the fusion of multimodal data to ensure effective integration of the data into the model. 3. Centralized data warehouse: designed as a high-performance data storage solution to ensure secure and fast data access; supports big data technologies to facilitate the processing and analysis of large data sets. 4. Advanced feature engineering module: performs in-depth data analysis to extract key features relevant to the diagnosis and treatment of leukemia, with special emphasis on automatic feature learning capabilities. 5. Multimodal deep learning module: building neural network models with multiple

Aufmerksamkeitsmechanismen und komplexen Merkmalsextraktionsschichten, die für dieAttention mechanisms and complex feature extraction layers that are responsible for

Merkmale von Leukämie trainiert und optimiert sind. 6. Entscheidungsunterstützendes System: Bereitstellung von datengesteuertercharacteristics of leukemia are trained and optimized. 6. Decision support system: Providing data-driven

Entscheidungshilfe für Ärzte und Patienten unter Verwendung der Ergebnisse des Deep-Learning-Decision support for doctors and patients using the results of the deep learning

Modells, einschließlich Krankheitsvorhersage, Behandlungsempfehlung und Prognosebewertung. 7. Interaktive Benutzeroberfläche: Bereitstellung einer intuitiven Benutzeroberfläche fürmodel, including disease prediction, treatment recommendation and prognosis evaluation. 7. Interactive user interface: Providing an intuitive user interface for

Ärzte und Patienten zur Abfrage von Informationen, zur Anzeige von Vorhersageergebnissen und zur Bereitstellung von Feedback. 8. Kontinuierliches Lern- und Optimierungsmodul: kontinuierliche Optimierung der Leistung und Genauigkeit des Modells auf der Grundlage von Nutzerfeedback und neu erhobenen Daten. 9. Systemmanagement- und Überwachungsmodul: verantwortlich für den täglichen Betrieb und die Wartung, einschließlich Leistungsüberwachung, Sicherheitsmanagement undDoctors and patients to query information, view prediction results and provide feedback. 8. Continuous learning and optimization module: continuously optimize the performance and accuracy of the model based on user feedback and newly collected data. 9. System management and monitoring module: responsible for daily operation and maintenance, including performance monitoring, safety management and

Datensicherung.Data backup.

Des Weiteren sieht der Arbeitsablauf der vorliegenden Erfindung wie folgt aus: 1. Datenerfassung und -empfangFurthermore, the workflow of the present invention is as follows: 1. Data acquisition and reception

Das System verfügt über Schnittstellen zu mehreren Datenquellen, wie z. B. elektronischen 906274The system has interfaces to several data sources, such as electronic 906274

Krankenakten in Krankenhäusern und Gensequenzierungslabors, um detaillierte Patientenakten, genetische Testergebnisse, Blutanalysedaten und spezifische Biomarkerdaten, einschließlich HO- 1-Expressionswerte, in Echtzeit zu empfangen.Medical records in hospitals and gene sequencing laboratories to receive detailed patient records, genetic test results, blood analysis data and specific biomarker data, including HO-1 expression levels, in real time.

Diese Daten lassen sich in vier große Kategorien einteilen:This data can be divided into four broad categories:

A. Genomische Daten: Sequenzierungsdaten des gesamten Genoms des Patienten, einschließlich Genvarianten, Genexpressionsmuster usw.; gezielte Sequenzierungsergebnisse für bestimmte genetische Marker, z. B. für bestimmte mit AML assoziierte Gene.A. Genomic data: sequencing data of the patient's entire genome, including gene variants, gene expression patterns, etc.; targeted sequencing results for specific genetic markers, e.g. for certain genes associated with AML.

B. Klinische Daten: Krankenakten der Patienten, einschließlich diagnostischer Informationen,B. Clinical data: patient medical records, including diagnostic information,

Anamnese, Ergebnisse der körperlichen Untersuchung; Behandlungsunterlagen, einschließlichMedical history, results of physical examination, treatment records, including

Medikamentenschema, Dosierung und Ansprechen; Labortestergebnisse, wie hämatologischeDrug regimen, dosage and response; laboratory test results, such as hematological

Tests, biochemische Indikatoren usw.Tests, biochemical indicators, etc.

C. Zeitreihendaten: Daten zur Nachbeobachtung des Patienten, einschließlich klinischerC. Time series data: Patient follow-up data, including clinical

Indikatoren für regelmäßige Untersuchungen, Ansprechen auf die Behandlung undIndicators for regular examinations, response to treatment and

Aufzeichnungen über Symptome; physiologische Messungen im Zeitverlauf, wie Blutdruck,Records of symptoms; physiological measurements over time, such as blood pressure,

Blutzucker usw.blood sugar etc.

D. HO-1-Expressionsdaten: Expressionsniveaus des HO-1-Proteins und -Gens, die in derD. HO-1 expression data: Expression levels of the HO-1 protein and gene expressed in the

Regel durch Bluttests oder Gewebebiopsien ermittelt werden; Korrelationsdaten zwischen HO-1-Usually determined by blood tests or tissue biopsies; correlation data between HO-1

Expression und Krankheitsverlauf sowie Ansprechen auf die Therapie. 2. Die Datenvorverarbeitung und QualitätskontrolleExpression and disease progression as well as response to therapy. 2. Data preprocessing and quality control

A. Datenbereinigung: Identifizierung und Korrektur fehlerhafter Daten, Behandlung vonA. Data cleansing: identification and correction of erroneous data, treatment of

Ausreißern und Auffüllen fehlender Werte. Um die Integrität der Daten zu gewährleisten, werden fortschrittliche Algorithmen zur Schätzung und Interpolation fehlender Daten eingesetzt.Outliers and filling missing values. To ensure data integrity, advanced algorithms are used to estimate and interpolate missing data.

B. Datenstandardisierung und -normalisierung: Konvertierung von Daten aus verschiedenenB. Data standardization and normalization: Conversion of data from different

Quellen in ein einheitliches Format und einen einheitlichen Umfang, um die Auswirkungen dersources into a uniform format and scope to reduce the impact of

Variabilität der Datenquellen zu verringern.Reduce variability of data sources.

C. Datenvalidierung: Qualitätsprüfung der Daten, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Eingabedaten zu gewährleisten. 3. Merkmalsentwicklung und DatenintegrationC. Data validation: Quality control of data to ensure the accuracy and reliability of the input data. 3. Feature engineering and data integration

A. Methoden zur Merkmalsextraktion: Bei genomischen Daten werden dieA. Methods for feature extraction: For genomic data, the

Hauptkomponentenanalyse (PCA) und die Genexpressionsnetzwerkanalyse verwendet, um wichtige Genvarianten und Expressionsmuster zu identifizieren; bei klinischen Daten werdenPrincipal component analysis (PCA) and gene expression network analysis are used to identify important gene variants and expression patterns; for clinical data,

Zeitreihenanalyse- und Trendanalysealgorithmen verwendet, um Veränderungen in klinischenTime series analysis and trend analysis algorithms are used to identify changes in clinical

Metriken zu verfolgen und vorherzusagen; und bei Daten über das Ansprechen auf Medikamente werden die Modellierung von Netzwerken für das Ansprechen auf Medikamente und die pharmakodynamische Modellierung verwendet, um das Ansprechen der Patienten auf bestimmtemetrics; and for drug response data, drug response network modeling and pharmacodynamic modeling are used to predict patient response to specific

Medikamente zu bewerten und vorherzusagen .to evaluate and predict medications.

B. Datenintegrationstechniken: Strukturierte Daten (z. B. Labortestergebnisse) werden durch standardisierte Verarbeitung (z. B. Einheitenumrechnung, Bereichsanpassung) integriert; unstrukturierte Daten (z. B. Arztnotizen, Bildgebungsberichte) werden durch Anwendung vonB. Data integration techniques: Structured data (e.g., laboratory test results) are integrated using standardized processing (e.g., unit conversion, range adjustment); unstructured data (e.g., physician notes, imaging reports) are integrated using

Techniken der natürlichen Sprachverarbeitung (NLP) wie Named-Entity-Erkennung undNatural language processing (NLP) techniques such as named entity recognition and

Sentiment-Analyse in strukturierte Formate umgewandelt; Daten aus verschiedenen Quellen undSentiment analysis converted into structured formats; data from various sources and

Formaten werden durch kollaborative Filterung und Hybridmodelle effektiv integriert.Formats are effectively integrated through collaborative filtering and hybrid models.

C. Merkmalsauswahl und -optimierung: Algorithmen des maschinellen Lernens wie RandomC. Feature selection and optimization: Machine learning algorithms such as Random

Forest und Gradient Boosting Decision Tree werden angewandt, um die informativsten Merkmale auf der Grundlage der Bewertung der Merkmalsbedeutung des Modells auszuwähleh/506274Forest and Gradient Boosting Decision Tree are applied to select the most informative features based on the model's feature importance rating/506274

Korrelationsanalysen werden für die Merkmalsmenge durchgeführt, um redundante Merkmale zu reduzieren, und die Merkmalsmenge wird durch L2-Regularisierungsmethoden noch weiter optimiert.Correlation analyses are performed on the feature set to reduce redundant features, and the feature set is further optimized by L2 regularization methods.

Durch die oben genannten Methoden ist das System in der Lage, die wertvollstenThrough the methods mentioned above, the system is able to identify the most valuable

Informationen aus den reichhaltigen und komplexen multimodalen Daten zu extrahieren und sie in ein umfassendes Bild des Zustands zu integrieren, das hochwertige Fingaben für das Deep-Extract information from the rich and complex multimodal data and integrate it into a comprehensive picture of the state that provides high-quality inputs for deep

Learning-Modell liefert. 4. Training und Optimierung des Deep-Learning-ModellsLearning model delivers. 4. Training and optimization of the deep learning model

Der Multi-Head-Attention-Mechanismus ermôglicht es dem Modell, sich auf die wichtigstenThe Multi-Head Attention mechanism allows the model to focus on the most important

Informationen in den Daten zu konzentrieren und verbessert die Fähigkeit, komplexe Muster zu erfassen; das Modell wird mithilfe eines Validierungssatzes abgestimmt, einschließlich derinformation in the data and improves the ability to capture complex patterns; the model is tuned using a validation set, including the

Anpassung der Netzwerkparameter, der Lernrate und der Regularisierungsstrategie; und es werdenAdjustment of the network parameters, the learning rate and the regularization strategy; and

Kreuzvalidierung und andere Techniken angewandt, um die Generalisierungsfähigkeit undCross-validation and other techniques are used to assess the generalization ability and

Vorhersageleistung des Modells zu bewerten. 5. Prädiktive Analysen und Interpretation der ErgebnisseTo evaluate the predictive performance of the model. 5. Predictive analyses and interpretation of results

In Kombination mit der neuesten medizinischen Wissensbasis und klinischen Leitlinien liefert das Modell Vorhersagen über den Krankheitsverlauf, die Bewertung des Ansprechens auf die Behandlung und die Prognose des Patienten; es werden detaillierte Vorhersageberichte erstellt, einschließlich visueller Dateninterpretation, um Ärzten und Patienten zu helfen, die Grundlage derCombined with the latest medical knowledge base and clinical guidelines, the model provides predictions of disease progression, treatment response assessment and patient prognosis; detailed prediction reports are generated, including visual data interpretation, to help doctors and patients understand the basis of

Modellvorhersagen zu verstehen. 6. Interaktive Benutzeroberfläche und Feedback-SchleifeUnderstanding model predictions. 6. Interactive user interface and feedback loop

Die Benutzeroberfläche ist so konzipiert, dass sie intuitiv und einfach zu bedienen ist undThe user interface is designed to be intuitive and easy to use and

Ärzte und Patienten dabei unterstützt, personalisierte Vorhersageergebnisse einzusehen und neue klinische Informationen oder Rückmeldungen einzugeben; ein Feedback-Mechanismus wurde eingerichtet, um die Benutzeroberfläche und die Leistung des Modells auf der Grundlage vonHelped doctors and patients view personalized prediction results and enter new clinical information or feedback; a feedback mechanism was established to improve the user interface and model performance based on

Benutzernutzung und Rückmeldungen kontinuierlich zu optimieren. 7. Systemverwaltung, -überwachung und -wartungto continuously optimize user usage and feedback. 7. System administration, monitoring and maintenance

Regelmäßige Bewertungen der Systemleistung und -sicherheit werden durchgeführt, um denRegular assessments of system performance and security are carried out to ensure

Datenschutz und die Privatsphäre zu gewährleisten; Datensicherungs- undto ensure data protection and privacy; data backup and

Notfallwiederherstellungspläne werden implementiert, um die Systemstabilität undDisaster recovery plans are implemented to ensure system stability and

Datensicherheit zu garantieren.To guarantee data security.

Das Herzstück der vorliegenden Erfindung ist eine innovative multimodale neuronaleThe heart of the present invention is an innovative multimodal neural

Netzstruktur, die in der Lage ist, verschiedene Arten von medizinischen Daten zu verarbeiten und zu integrieren und tiefgreifende Merkmale für die prädiktive Analyse von Leukämie zu extrahieren.Network structure capable of processing and integrating various types of medical data and extracting in-depth features for predictive analysis of leukemia.

In Verbindung mit Bild 2 umfasst die in der vorliegenden Erfindung verwendete multimodale neuronale Netzwerkstruktur die folgenden Hauptmerkmale und Komponenten: 1. Die Eingabeschicht:In connection with Figure 2, the multimodal neural network structure used in the present invention comprises the following main features and components: 1. The input layer:

Konzipiert mit mehreren Eingangskanälen, die genomischen Daten, klinischen Daten,Designed with multiple input channels that include genomic data, clinical data,

Zeitreihendaten und HO-1-Expressionsdaten entsprechen; jeder Kanal bereitet die Daten durch spezielle Vorverarbeitungsschritte (Normalisierung und Datentransformation) auf. 2. Parallel verarbeitende Teilnetze:Time series data and HO-1 expression data; each channel prepares the data through special preprocessing steps (normalization and data transformation). 2. Parallel processing subnetworks:

Faltungs-Teilnetz: für die Verarbeitung genomischer Daten, enthält mehrereConvolutional subnetwork: for processing genomic data, contains several

Faltungsschichten und Pooling-Schichten.Convolutional layers and pooling layers.

Dichtes Teilnetz: wird für klinische Daten verwendet und besteht aus mehreren vollständig verbundenen Schichten. LUS06274Dense subnet: used for clinical data and consists of several fully connected layers. LUS06274

Sequenzverarbeitungs-Teilnetz: verwendet ein rekurrentes neuronales LSTM-Netz zurSequence processing subnetwork: uses a recurrent LSTM neural network to

Verarbeitung von Zeitreihendaten.Processing time series data.

HO-1-Expressions-Teilnetz: ein weiteres dichtes Teilnetz zur Verarbeitung von HO-1-HO-1 expression subnetwork: another dense subnetwork for processing HO-1

Expressionsdaten. 3. Die Ebene der Merkmalsfusion:Expression data. 3. The level of feature fusion:

Verbindet und integriert Merkmale aus verschiedenen Teilnetzen; diese Schicht dient alsConnects and integrates features from different subnetworks; this layer serves as

Konvergenzpunkt fiir die Ergebnisse der Teilnetze, um eine umfassende Fusion der Informationen zu gewährleisten. 4. Multi-Head-Attention-Mechanismus-Schicht:Convergence point for the results of the subnetworks to ensure comprehensive fusion of information. 4. Multi-Head Attention Mechanism Layer:

Die Multi-Head-Attention-Mechanism-Schicht ist das zentrale Bindeglied fiir dieThe Multi-Head Attention Mechanism layer is the central link for the

Verarbeitung und Analyse von Daten; diese Schicht ist wie folgt implementiert:Processing and analysis of data; this layer is implemented as follows:

A. Skalierte Punktprodukt-Attention: Diese Schicht implementiert den Mechanismus der skalierten Punktprodukt-Attention, der eine wirksame Methode ist, um komplexe Beziehungen zwischen verschiedenen Merkmalen zu behandeln; bei diesem Mechanismus berechnet jederA. Scaled Dot Product Attention: This layer implements the scaled dot product attention mechanism, which is an effective method to handle complex relationships between different features; in this mechanism, each

Aufmerksamkeits-, Kopf Aufmerksamkeitsscores für verschiedene Teile der Eingabedaten und ist so in der Lage, verschiedene Muster und Beziehungen in den Daten zu erfassen.Attention, head attention scores for different parts of the input data and is thus able to detect different patterns and relationships in the data.

B. Multi-Head-Struktur: Acht Aufmerksamkeits- „Köpfe“ werden im Netz eingerichtet, die sich jeweils auf einen anderen Aspekt der Daten konzentrieren; diese Multi-Head-Struktur ermöglicht es dem Netz, die Daten aus mehreren Perspektiven gleichzeitig zu analysieren, was dasB. Multi-head structure: Eight attention “heads” are set up in the network, each focusing on a different aspect of the data; this multi-head structure allows the network to analyze the data from multiple perspectives simultaneously, which

Verständnis der Daten verbessert.Improved understanding of the data.

C. Attention Layer Outputs: Die Outputs der einzelnen Köpfe werden zunächst unabhängig voneinander berechnet, und dann werden diese Outputs zusammen integriert, in der Regel durchC. Attention Layer Outputs: The outputs of each head are first calculated independently, and then these outputs are integrated together, usually by

Splicing oder gewichtete Summierung; die endgültigen Outputs sind diese integriertenSplicing or weighted summation; the final outputs are these integrated

Aufmerksamkeitssignale, die Informationen aus verschiedenen Köpfen kombinieren und zurAttention signals that combine information from different heads and

Erfassung komplexer Beziehungen in multimodalen Daten verwendet werden. 5. Tiefe Merkmalsextraktionsschicht:Capturing complex relationships in multimodal data. 5. Deep feature extraction layer:

Umfasst mehrere vollständig verbundene Schichten, auf die jeweils eine ReLU-Comprises several fully connected layers, each with a ReLU

Aktivierungsfunktion folgt; die Restkonnektivitdit wird in der gesamtenActivation function follows; the residual connectivity is determined throughout the

Merkmalsextraktionsschicht verwendet, um die Trainingsprobleme des tiefen Netzes zu mildern; die Stapelnormalisierung wird nach jeder vollständig verbundenen Schicht verwendet, um denfeature extraction layer is used to mitigate the training problems of the deep network; batch normalization is used after each fully connected layer to

Trainingsprozess zu optimieren und die Modellstabilität zu verbessern. 6. Die Ausgabeschicht:to optimize the training process and improve model stability. 6. The output layer:

Die Ausgabeschicht ist direkt mit der tiefen Merkmalsextraktionsschicht verbunden, um die erlernten hochrangigen Merkmale in spezifische Vorhersageergebnisse umzuwandeln; eineThe output layer is directly connected to the deep feature extraction layer to convert the learned high-level features into specific prediction results; a

Vielzahl von Ausgangsknoten ist so konzipiert, dass sie verschiedenen Vorhersageaufgaben entsprechen, wie z. B. Krankheitsverlauf, Ansprechen auf die Behandlung und Patientenprognose; je nach den verschiedenen Vorhersageaufgaben verwendet die Ausgabeschicht entweder eineA variety of output nodes are designed to correspond to different prediction tasks, such as disease progression, response to treatment and patient prognosis; depending on the different prediction tasks, the output layer uses either a

Sigmoid- oder eine Softmax-Aktivierungsfunktion.Sigmoid or softmax activation function.

Wird das HO-1-Expressionsniveau zur Bestimmung des spezifischen Entwicklungsstadiums der Leukämie (z. B. früh, mittel, spät) verwendet, so ist eine Softmax-Aktivierungsfunktion vorzuziehen.If the HO-1 expression level is used to determine the specific stage of leukemia (e.g. early, middle, late), a softmax activation function is preferable.

Vorzugsweise sollte eine Sigmoid-Aktivierungsfunktion verwendet werden, wenn die HO-1-Preferably, a sigmoid activation function should be used if the HO-1

Expressionswerte zur Vorhersage eines binären Ergebnisses der Leukämie verwendet werden (z.Expression values can be used to predict a binary outcome of leukemia (e.g.

B. ob die Krankheit wieder auftreten wird oder nicht).B. whether the disease will recur or not).

Wenn die HO-1-Expressionswerte zur Vorhersage des Ansprechens auf eine bestimmt&/506274If HO-1 expression levels are used to predict response to a particular&/506274

Behandlung (z. B. gutes oder schlechtes Ansprechen) verwendet werden, sollte vorzugsweise einetreatment (e.g. good or poor response), preferably a

Sigmoid-Funktion verwendet werden.Sigmoid function can be used.

Wird das HO-1-Expressionsniveau zur Vorhersage des Ansprechens auf eine bestimmteIs the HO-1 expression level used to predict response to a specific

Behandlung verwendet, sollte vorzugsweise eine Softmax-Funktion verwendet werden, wenn es mehrere Möglichkeiten für das Ansprechen auf die Behandlung gibt (z. B. vollständigestreatment, a softmax function should preferably be used when there are several possibilities for response to treatment (e.g. complete

Ansprechen, teilweises Ansprechen, kein Ansprechen).response, partial response, no response).

Zusammenfassend schlägt die vorliegende Erfindung ein System zur Überwachung desIn summary, the present invention proposes a system for monitoring the

Krankheitsverlaufs von Leukämie vor, das auf der Regulierung der HO-1-Expression basiert und die neueste multimodale Deep-Learning-Technologie mit einer umfangreichen medizinischendisease progression of leukemia based on the regulation of HO-1 expression, combining the latest multimodal deep learning technology with an extensive medical

Datenanalyse kombiniert, mit dem Ziel, umfassende, effiziente und genaue Unterstützung für diedata analysis, with the aim of providing comprehensive, efficient and accurate support for the

Diagnose, Behandlung und Prognose der akuten myeloischen Leukämie (AML) zu bieten. Durch die umfassende Nutzung von Genomdaten, klinischen Daten, Labortestergebnissen und HO-1-diagnosis, treatment and prognosis of acute myeloid leukemia (AML). Through the comprehensive use of genomic data, clinical data, laboratory test results and HO-1

Expressionsniveaus ist dieses System in der Lage, die Komplexität der Krankheit eingehend zu analysieren und Ärzten und Patienten eine individuellere und genauere Grundlage fürexpression levels, this system is able to analyze the complexity of the disease in depth and provide doctors and patients with a more individual and accurate basis for

Behandlungsentscheidungen zu bieten.to provide treatment decisions.

Die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen stellen nur eine möglicheThe specific embodiments described here represent only one possible

Umsetzung des Systems dar und sollen zeigen, wie ein wirksames System zur Überwachung desimplementation of the system and are intended to show how an effective system for monitoring the

Leukämieverlaufs gemäß den Grundsätzen und Konzepten der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden kann. Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist, die hier offenbart werden, sondern verschiedenenleukemia progression can be constructed according to the principles and concepts of the present invention. It should be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments disclosed herein, but is applicable to various

Verformungen, Ersetzungen und Änderungen unterworfen sein kann, ohne dass der Geist und dermay be subject to deformation, substitution and modification without affecting the spirit and

Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.scope of the present invention is exceeded.

Claims (4)

Ansprüche LU506274Claims LU506274 1. Ein System zur Überwachung des Krankheitsverlaufs bei Leukämie auf der Grundlage der Regulierung der HO-1-Expression dadurch gekennzeichnet, dass das System Folgendes umfasst: Ein Datenschnittstellenmodul: konfiguriert, um eine Schnittstelle zu einem Krankenhausinformationssystem, einer Gensequenzierungsplattform und einem Laborgerät für die Echtzeitsammlung von medizinischen Aufzeichnungen eines Patienten, genomischen Daten, Labortestergebnissen und HO-1-Expressionswerten zu bilden; Datenverarbeitungs- und Integrationsmodul: für die Sortierung, Standardisierung und Integration der gesammelten Daten, insbesondere die Fusion multimodaler Daten; Zentrales Data Warehouse: für die Speicherung der verarbeiteten Datensätze; Fortgeschrittenes Feature-Engineering-Modul: zur Extraktion von Schlüsselmerkmalen, die für die Leukämiediagnose und -behandlung relevant sind, aus dem verarbeiteten Datensatz; Multimodales Deep-Learning-Modul: Es enthält neuronale Netzwerkmodelle mit mehreren Aufmerksamkeitsmechanismen und komplexen Merkmalsextraktionsschichten zur Analyse der extrahierten Merkmale in Verbindung mit der Vorhersage des Krankheitsverlaufs, des Ansprechens auf die Behandlung und der Beurteilung der Patientenprognose; Entscheidungsunterstützungssystem: das für die Ausgabe des neuronalen Netzwerkmodells verwendet wird, um Behandlungsempfehlungen und prognostische Bewertungen zu liefern; Interaktive Benutzerschnittstelle: zur Darstellung der Vorhersageergebnisse und zum Sammeln von Benutzerfeedback; Kontinuierliches Lern- und Optimierungsmodul: dient der kontinuierlichen Optimierung der Leistung und Genauigkeit des Modells auf der Grundlage von Benutzerfeedback und neu erhobenen Daten; Systemverwaltungs- und Uberwachungsmodul: zuständig fiir den täglichen Betrieb und die Wartung, einschließlich Leistungsüberwachung, Sicherheitsmanagement und Datensicherung.1. A system for monitoring disease progression in leukemia based on the regulation of HO-1 expression, characterized in that the system comprises: A data interface module: configured to interface with a hospital information system, a gene sequencing platform and a laboratory device for real-time collection of a patient's medical records, genomic data, laboratory test results and HO-1 expression values; Data processing and integration module: for sorting, standardizing and integrating the collected data, in particular fusion of multimodal data; Central data warehouse: for storing the processed data sets; Advanced feature engineering module: for extracting key features relevant to leukemia diagnosis and treatment from the processed data set; Multimodal deep learning module: It contains neural network models with multiple attention mechanisms and complex feature extraction layers for analyzing the extracted features in connection with predicting disease progression, response to treatment and assessing patient prognosis; Decision support system: used for outputting the neural network model to provide treatment recommendations and prognostic assessments; Interactive user interface: used to present prediction results and collect user feedback; Continuous learning and optimization module: used to continuously optimize the performance and accuracy of the model based on user feedback and newly collected data; System management and monitoring module: responsible for daily operation and maintenance, including performance monitoring, security management and data backup. 2. Ein System zur Überwachung des Leukämieverlaufs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des neuronalen Netzes des multimodalen Deep-Learning- Moduls speziell für die Verarbeitung multimodaler Daten bei Leukämie entwickelt wurde und parallele Verarbeitungssubnetze umfasst, die auf verschiedene Arten von Datenquellen zugeschnitten sind.2. A system for monitoring leukemia progression according to claim 1, characterized in that the neural network structure of the multimodal deep learning module is specifically designed for processing multimodal data in leukemia and comprises parallel processing subnetworks tailored to different types of data sources. 3. Ein System zur Überwachung des Leukämieverlaufs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Multi-Head-Attention-Mechanismus des multimodalen Deep-Learning- Moduls acht unabhängige Attention-Heads zur parallelen Verarbeitung und Analyse von Daten umfasst, um das Verständnis komplexer Beziehungen zwischen verschiedenen Datenmerkmalen zu verbessern und die Genauigkeit und Effizienz von Vorhersagen zu erhôhen.3. A leukemia progression monitoring system according to claim 1 or 2, characterized in that the multi-head attention mechanism of the multimodal deep learning module comprises eight independent attention heads for parallel processing and analysis of data to improve the understanding of complex relationships between different data features and to increase the accuracy and efficiency of predictions. 4. Ein System zur Überwachung des Leukämieverlaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in der Lage ist, mehrere Arten von Krankheitsvorhersagen durchzuführen, einschließlich Krankheitsverlauf, Ansprechen auf die Behandlung und Patientenprognose, unter Verwendung eines Deep-Learning-Modells zur Analyse multimodaler Daten, um wichtige Informationen zu liefern.4. A leukemia progression monitoring system according to any preceding claim, capable of performing multiple types of disease predictions, including disease progression, response to treatment, and patient prognosis, using a deep learning model to analyze multimodal data to provide important information.
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