WO2023195554A1 - Apparatus and method for diagnosing risk level of glaucoma - Google Patents

Apparatus and method for diagnosing risk level of glaucoma Download PDF

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WO2023195554A1
WO2023195554A1 PCT/KR2022/004919 KR2022004919W WO2023195554A1 WO 2023195554 A1 WO2023195554 A1 WO 2023195554A1 KR 2022004919 W KR2022004919 W KR 2022004919W WO 2023195554 A1 WO2023195554 A1 WO 2023195554A1
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glaucoma
clinical data
risk
integrated
glaucoma risk
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김성재
오세종
조경진
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경상국립대학교병원
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    • G16H50/70ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for mining of medical data, e.g. analysing previous cases of other patients

Definitions

  • Glaucoma is a leading cause of irreversible blindness worldwide and progressively affects the optic nerve.
  • the number of glaucoma patients is rapidly increasing every year, and this rapid increase is a global trend. Therefore, accurate diagnosis of glaucoma is an important issue.
  • machine learning techniques have been widely used to diagnose glaucoma.
  • the purpose is to provide a glaucoma risk diagnosis device and method that calculates an integrated glaucoma risk index indicating the risk or progression of glaucoma.
  • a glaucoma risk diagnosis device includes a data input unit that receives clinical data of a subject; a preprocessing unit that preprocesses the clinical data; and extracting a predetermined number of cases most similar to the clinical data or the preprocessed clinical data from a reference database, calculating a ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the preprocessed clinical data, and calculating the ratio of the number of cases with glaucoma to the preprocessed clinical data.
  • an index calculation unit that calculates an integrated glaucoma risk index based on the data and the calculated ratio;
  • the clinical data may include the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, intraocular pressure, and pattern standard deviation and average deviation obtained through visual field testing.
  • the preprocessor may normalize the clinical data to a value between 0 and 1, and convert the normalized value of some of the clinical data into an inverted value by subtracting the normalized value from 1.
  • the preprocessor may subtract each of the normalized values of the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, and the average deviation from 1 to convert them into inverted values.
  • the predetermined number may be 5.
  • the index calculation unit may calculate the integrated glaucoma risk index using the following equation.
  • I-GRI represents the integrated glaucoma risk index
  • NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number
  • F i represents the preprocessed value of each clinical data
  • a i represents the weight applied to each clinical data
  • the a i may be the importance of each clinical data derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model created by learning clinical data for learning.
  • the glaucoma risk diagnosis device includes a diagnosis unit that diagnoses the risk of glaucoma for the subject based on an integrated glaucoma risk index; It may further include.
  • the diagnostic unit may diagnose that the greater the integrated glaucoma risk index, the higher the risk of glaucoma.
  • the diagnosis unit may generate a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index or glaucoma risk diagnosis results.
  • the integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma.
  • a glaucoma risk diagnosis method includes receiving clinical data of a subject; Preprocessing the clinical data; extracting a predetermined number of cases most similar to the clinical data or the preprocessed clinical data from a reference database; and calculating a ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, and calculating an integrated glaucoma risk index based on the preprocessed clinical data and the calculated ratio.
  • the clinical data may include the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, intraocular pressure, and pattern standard deviation and average deviation obtained through visual field testing.
  • Preprocessing the clinical data includes normalizing the clinical data to a value between 0 and 1; and subtracting normalized values of some of the clinical data from 1 and converting them into inverted values; may include.
  • each of the normalized values of the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, and the average deviation can be subtracted from 1 and converted into inverted values.
  • the predetermined number may be 5.
  • the integrated glaucoma risk index can be calculated using the following equation.
  • I-GRI represents the integrated glaucoma risk index
  • NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number
  • F i represents the preprocessed value of each clinical data
  • a i represents the weight applied to each clinical data
  • the a i may be the importance of each clinical data derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model created by learning clinical data for learning.
  • the glaucoma risk diagnosis method includes: diagnosing the glaucoma risk of the subject based on an integrated glaucoma risk index; It may further include.
  • the glaucoma risk diagnosis method includes generating a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index or glaucoma risk diagnosis results; It may further include.
  • the integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma.
  • the risk or progression of glaucoma can be more accurately determined.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
  • Figure 2 is an example diagram showing the NNI distribution of normal and glaucoma cases.
  • Figure 3 is an example diagram to explain the effect of applying NNI in calculating the integrated glaucoma risk index.
  • Fig. 4 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment.
  • Fig. 5 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
  • Figure 7 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis method according to an exemplary embodiment.
  • each step may occur in a different order from the specified order. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the opposite order.
  • each component is responsible for. That is, two or more components may be combined into one component, or one component may be divided into two or more components for more detailed functions.
  • each component may additionally perform some or all of the functions that other components are responsible for, and some of the main functions that each component is responsible for may be performed by other components. It may also be carried out.
  • Each component may be implemented as hardware (eg, memory, processor, etc.) or software, or may be implemented as a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
  • the glaucoma risk diagnosis device 100 is capable of calculating an integrated glaucoma risk index based on the subject's clinical data and diagnosing the subject's risk or progression of glaucoma based on the calculated integrated glaucoma risk index.
  • a device it may be mounted on an electronic device or implemented as a separate device.
  • electronic devices may include cart-type devices and portable devices, and portable devices include mobile phones, smartphones, tablets, laptops, PDAs (Personal Digital Assistants), PMPs (Portable Multimedia Players), navigation devices, MP3 players, and digital devices. It may include cameras, wearable devices, etc.
  • Wearable devices include glasses type, wrist watch type, wrist band type, ring type, earring type, belt type, necklace type, ankle band type, thigh band type, forearm band type, etc. can do.
  • portable devices are not limited to the above-described examples, and wearable devices are also not limited to the above-described examples.
  • the glaucoma risk diagnosis device 100 includes a data input unit 110 and a processor 120, and the processor 120 includes a preprocessor 121 and an index calculation unit 122. ) and a diagnostic unit 123.
  • the data input unit 110 may receive the subject's clinical data used to calculate the integrated glaucoma risk index or determine the risk/progress of glaucoma from the user.
  • clinical data are closely related to the progression of glaucoma obtained through visual field tests, retinal nerve fiber layer (RNFL) optical coherence tomography (OCT) tests, and intraocular pressure tests. It may be a characteristic or diagnostic indicator.
  • clinical data includes pattern standard deviation (PSD), mean deviation (MD), and superior retinal nerve fiber layer (RNFL) thickness (
  • RNFL_S retinal nerve fiber layer inferior thickness
  • RNFL_T retinal nerve fiber layer temporal thickness
  • IOP intraocular pressure
  • PSD and MD can be obtained through visual field testing
  • RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T can be obtained through retinal nerve fiber layer optical coherence tomography testing
  • IOP can be obtained through intraocular pressure testing.
  • the data input unit 110 includes a key pad, a dome switch, a mouse, a touch pad, a jog wheel, a jog switch, It may include hardware or software buttons, etc.
  • the touch pad forms a layered structure with the display, it can be called a touch screen.
  • the preprocessing unit 121 may preprocess the subject's clinical data.
  • the preprocessor 121 may normalize the subject's clinical data and convert some clinical data values of the normalized clinical data into reverse values.
  • the preprocessor 121 may normalize the subject's clinical data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, to values between 0 and 1 through a min-max normalization technique. Additionally, the preprocessor 121 may subtract the normalized values of some of the normalized clinical data, such as MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T, from 1 and invert them.
  • PSD and IOP are positively correlated with glaucoma
  • MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T are negatively correlated with glaucoma. Therefore, in order to calculate the integrated glaucoma risk index described later, the normalized values of some clinical data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, are all positively correlated with glaucoma. There is a need to turn it around.
  • the preprocessor 121 sets the normalized values of MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T, which are negatively correlated with glaucoma, to their maximum values, respectively, so that the normalized values of all clinical data have a positive correlation with glaucoma. It can be inverted by subtracting from 1.
  • the index calculation unit 122 extracts a predetermined number of cases that are most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from a pre-built reference database, and creates an integrated glaucoma risk index based on the data of the extracted cases and the preprocessed clinical data. can be calculated.
  • the predetermined number may be 5, but this is only an example and is not limited thereto.
  • the reference database contains data for multiple cases, including glaucoma and normal, and the data for each case may include whether glaucoma is present, clinical data, or preprocessed clinical data.
  • the index calculation unit 122 may calculate an integrated glaucoma risk index using Equation 1.
  • I-GRI represents the integrated glaucoma risk index
  • NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the number of cases extracted from the reference database (e.g., 5)
  • F i represents the number of cases with glaucoma in each clinical trial.
  • a i represents the weight applied to each clinical data
  • a i may be the importance of each clinical data, and may be derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model generated by learning clinical data for learning, so that glaucoma can be diagnosed based on the clinical data.
  • the machine learning model may be XGboost, which supports a method of self-calculating the importance of each clinical data, but this is only an example and is not limited to this.
  • a i for each of PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP may be 0.27, 0.14, 0.11, 0.31, 0.1, and 0.07, respectively, but this is only an example and is not limited thereto.
  • m and n can be derived experimentally and can be 0.2 and 0.8, respectively.
  • the preprocessor 121 performs min-max normalization
  • PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP are normalized respectively to obtain (0.5386, 0.5333, 0.3012, 0.2769, 0.3111, 0.25), and the normalized values of MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T are reduced from 1, respectively.
  • the inversion values 0.4667, 0.6889, 0.7231, and 0.6889 can be obtained.
  • the preprocessor 121 can obtain preprocessed values (0.5386, 0.4667, 0.6889, 0.7231, 0.6889, 0.25) of PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP.
  • the diagnosis unit 123 may diagnose the subject's glaucoma risk based on the integrated glaucoma risk index.
  • the integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma.
  • the diagnosis unit 123 determines that the greater the value of the integrated glaucoma risk index, the higher the risk or progression of glaucoma, and if the integrated glaucoma risk index is greater than a predetermined threshold, glaucoma may be diagnosed.
  • the predetermined threshold may be experimentally derived and, for example, may be 0.36, but is not limited thereto.
  • the diagnosis unit 123 may output the integrated glaucoma risk index and/or glaucoma risk diagnosis result through an output means.
  • the diagnostic unit 123 may generate a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index and/or the glaucoma risk diagnosis result and output it through an output means.
  • the graphic chart can express the location of the integrated glaucoma risk index or the location of each clinical data value.
  • graphic charts may include bar charts, gauge charts, and radar charts.
  • Figure 2 is an example diagram showing the NNI distribution of normal and glaucoma cases.
  • the NNI extracts a predetermined number (e.g., 5) of cases that are most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from the reference database
  • the number of cases (e.g., 5) extracted from the reference database is calculated. It can represent the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases.
  • NNI has a value between 0 and 1, and the larger the value, the greater the risk or progression of glaucoma.
  • the NNI value of the glaucoma group is very different from the NNI value of the normal group. This may mean that NNI can be used to classify normal and glaucoma cases.
  • Figure 3 is an example diagram to explain the effect of applying NNI in calculating the integrated glaucoma risk index.
  • the distribution of the integrated glaucoma risk index (I-GRI) is shown when NNI is not applied to calculate the integrated glaucoma risk index, that is, when the integrated glaucoma risk index is calculated using Equation 2 below:
  • (b) can represent the distribution of the integrated glaucoma risk index when NNI is applied to calculate the integrated glaucoma risk index, that is, when the integrated glaucoma risk index is calculated using Equation 1 above.
  • NNI brings the I-GRI value of the normal group to the left and the I-GRI value of the glaucoma group to the right. As a result, it can be seen that the area of the overlap region between the glaucoma group and the normal group decreases. In other words, it can be seen that NNI contributes to improving the performance of I-GRI.
  • Fig. 4 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment.
  • Figure 4 is an example of a bar chart representing the location of the integrated glaucoma risk index.
  • the bar chart is divided into a normal area (Healthy), a glaucoma area (Glaucoma), and a border area (Border), which is the overlapping range of normal and glaucoma, and the integrated glaucoma risk index (I-GRI) value ( 0.739) can be displayed on a bar chart.
  • I-GRI integrated glaucoma risk index
  • the integrated glaucoma risk index is located in the glaucoma area (Glaucoma).
  • a vertical line 411 may be displayed on the border of the bar chart indicating a threshold value (eg, 0.36) for distinguishing between normal and glaucoma.
  • a threshold value eg, 0.36
  • Fig. 5 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment.
  • Figure 5 is an example diagram of a radial chart representing the location of each clinical data value.
  • the chart may be for a glaucoma patient
  • the chart may be for a person in a boundary area, which is the overlapping range between the glaucoma patient and a normal person
  • the chart may be for a normal person.
  • a radar chart is a chart that visualizes multivariate data in the form of a two-dimensional chart of three or more quantitative variables expressed as axes starting from the same point.
  • the subject's clinical data values may be displayed on a radial chart.
  • the displayed clinical data value may be a preprocessed clinical data value obtained by preprocessing the input clinical data.
  • a polygon 511 indicating the threshold value of each clinical data for distinguishing glaucoma from normal may be displayed on the radial chart. Based on the degree to which the I-GRI polygons 512a, 512b, 512c, which display the subject's clinical data in the radial chart, cover the polygon 511, which displays the threshold value of each clinical data for distinguishing glaucoma from normal, the subject's The risk or progress of glaucoma and whether or not glaucoma exists can be determined.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
  • the glaucoma risk diagnosis device 600 may include a data input unit 110, a processor 120, a storage unit 610, a communication unit 620, and an output unit 630. You can.
  • the data input unit 110 and the processor 120 are the same as described above with reference to FIG. 3, their detailed description will be omitted.
  • the storage unit 610 may store programs or commands for operating the glaucoma risk diagnosis device 600, and may store data input/output to the glaucoma risk diagnosis device 600 and processed data.
  • the storage unit 610 includes the subject's clinical data input through the data input unit 110, the result data preprocessed by the preprocessor 121, the integrated glaucoma risk index calculated by the index calculation unit 122, and the diagnosis.
  • the diagnosis results of the unit 123, a reference database, etc. can be stored.
  • the storage unit 610 is a flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory (e.g., SD or XD memory, etc.), RAM. (Random Access Memory, RAM), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory, ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), magnetic memory, magnetic disk, optical disk. It may include at least one type of storage medium, etc. Additionally, the glaucoma risk diagnosis device 600 may operate an external storage medium such as web storage that performs the storage function of the storage unit 610 on the Internet.
  • an external storage medium such as web storage that performs the storage function of the storage unit 610 on the Internet.
  • the communication unit 620 can communicate with an external device.
  • the communication unit 620 transmits data input to the glaucoma risk diagnosis device 600, stored data, and processed data to an external device, or calculates the subject's integrated glaucoma risk index from an external device and various types of data to be used for glaucoma diagnosis. Data can be received.
  • external devices include medical servers, medical devices, print or display devices for outputting results, digital TVs, desktop computers, mobile phones, smart phones, tablets, laptops, PDAs (Personal Digital Assistants), PMPs (Portable Multimedia Players), It may be, but is not limited to, a navigation device, MP3 player, digital camera, wearable device, etc.
  • the communication unit 620 can communicate with an external device using wired or wireless communication technology.
  • wired communication can use twisted pair cable, coaxial cable, optical fiber cable, Ethernet cable, etc.
  • wireless communication can use Bluetooth communication, BLE communication, short-range wireless communication, WLAN communication, Zigbee communication, infrared communication, WFD communication, UWB communication, Ant+ communication, WIFI communication, RFID communication, 3G communication, 4G communication, and 5G communication can be used.
  • wired communication can use twisted pair cable, coaxial cable, optical fiber cable, Ethernet cable, etc.
  • wireless communication can use Bluetooth communication, BLE communication, short-range wireless communication, WLAN communication, Zigbee communication, infrared communication, WFD communication, UWB communication, Ant+ communication, WIFI communication, RFID communication, 3G communication, 4G communication, and 5G communication can be used.
  • the output unit 630 may output data input to the glaucoma risk diagnosis device 600, stored data, processed data, etc.
  • the output unit 630 includes the subject's clinical data input through the data input unit 110, the result data preprocessed by the preprocessor 121, and the integrated glaucoma risk index calculated by the index calculation unit 122.
  • the diagnosis results of the diagnosis unit 123, graphic charts, reference databases, etc. may be output in at least one of an auditory method, a visual method, and a tactile method.
  • the output unit 630 may include a display, speaker, vibrator, etc.
  • Figure 7 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis method according to an exemplary embodiment.
  • the glaucoma risk diagnosis method of FIG. 7 may be performed by the glaucoma risk diagnosis apparatus 100 or 600 of FIG. 1 or FIG. 6 .
  • the glaucoma risk diagnosis device may receive the subject's clinical data used to calculate the integrated glaucoma risk index or determine the risk/progression of glaucoma from the user (710).
  • the clinical data may include, for example, PSD and MD obtained through visual field testing, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T obtained through retinal nerve fiber layer optical coherence tomography testing, and IOP obtained through intraocular pressure testing. .
  • the glaucoma risk diagnosis device may preprocess the clinical data by normalizing the subject's clinical data and converting some clinical data values of the normalized clinical data into reverse values (720).
  • the glaucoma risk diagnosis device normalizes the subject's clinical data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, to values between 0 and 1 through a min-max normalization technique, and selects among the normalized clinical data
  • the glaucoma risk diagnosis device may extract a predetermined number of cases that are most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from a pre-built reference database (730).
  • the reference database includes data on multiple cases, including glaucoma and normal, and the data for each case may include whether glaucoma is present, clinical data, or preprocessed clinical data.
  • the glaucoma risk diagnosis device can calculate an integrated glaucoma risk index based on data from extracted cases and preprocessed clinical data (740).
  • the predetermined number may be 5, but this is only an example and is not limited thereto.
  • a glaucoma risk diagnosis device can calculate an integrated glaucoma risk index using Equation 1 described above.
  • the glaucoma risk diagnosis device can diagnose the risk of glaucoma for a subject based on the integrated glaucoma risk index (750).
  • the integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma.
  • the glaucoma risk diagnosis device determines that the greater the value of the integrated glaucoma risk index, the higher the risk or progression of glaucoma, and can diagnose glaucoma if the integrated glaucoma risk index is greater than a predetermined threshold.
  • the predetermined threshold may be experimentally derived and, for example, may be 0.36, but is not limited thereto.
  • the glaucoma risk diagnosis device may output the integrated glaucoma risk index and/or glaucoma risk diagnosis result through an output means.
  • the glaucoma risk diagnosis device may generate a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index and/or the glaucoma risk diagnosis result and output it through an output means.
  • the graphic chart can express the location of the integrated glaucoma risk index or the location of each clinical data value.
  • graphic charts may include bar charts, gauge charts, and radar charts.
  • An aspect of the present invention may be implemented as computer-readable code on a computer-readable recording medium. Codes and code segments implementing the above program can be easily deduced by a computer programmer in the art.
  • Computer-readable recording media may include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media may include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, etc. Additionally, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems and written and executed as computer-readable code in a distributed manner.

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Abstract

Disclosed are an apparatus and method for diagnosing a risk level of glaucoma. The apparatus for diagnosing a risk level of glaucoma, according to an aspect, comprises: a data input unit which receives clinical data of a subject; a pre-processing unit which pre-processes the clinical data; and an index calculation unit which extracts a certain number of cases most similar to the clinical data or the pre-processed clinical data from a reference database, calculates a ratio of the number of cases of glaucoma to the extracted certain number of cases, and calculates an integrated glaucoma risk index on the basis of the pre-processed clinical data and the calculated ratio, wherein the clinical data includes an upper retinal nerve fiber layer thickness, a lower retinal nerve fiber layer thickness, a temporal retinal nerve fiber layer thickness, an intraocular pressure, and a pattern standard deviation and an average deviation obtained through visual field tests.

Description

녹내장 위험도 진단 장치 및 방법Glaucoma risk diagnosis device and method
안과 검사데이터로부터 녹내장 위험 지수를 산출하는 기술 및 이를 녹내장 진단에 활용하는 기술과 관련된다.It is related to technology for calculating glaucoma risk index from ophthalmic examination data and technology for using it for glaucoma diagnosis.
녹내장은 전 세계적으로 비가역적 실명의 주요 원인이며 시신경에 점진적으로 영향을 미친다. 녹내장 환자는 매년 급격하게 증가하고 있으며 이러한 급격한 증가는 세계적인 추세이다. 따라서, 녹내장의 정확한 진단은 중요한 이슈이다. 최근에는 녹내장 진단을 위해 기계학습 기법이 널리 활용되고 있다.Glaucoma is a leading cause of irreversible blindness worldwide and progressively affects the optic nerve. The number of glaucoma patients is rapidly increasing every year, and this rapid increase is a global trend. Therefore, accurate diagnosis of glaucoma is an important issue. Recently, machine learning techniques have been widely used to diagnose glaucoma.
한편, 피험자의 녹내장 가능성 또는 진행을 모니터링하는 것은 녹내장 진단만큼 중요하다. 그러나, 기계학습 기반의 분류 모델은 피험자의 녹내장 여부를 판단할 수는 있지만, 피험자에 대한 녹내장의 위험 또는 진행 정도는 판단할 수 없다.Meanwhile, monitoring the possibility or progression of glaucoma in subjects is as important as diagnosing glaucoma. However, although machine learning-based classification models can determine whether a subject has glaucoma, they cannot determine the risk or progression of glaucoma for the subject.
따라서, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 보다 정확하게 판단할 수 있는 기술 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop technology that can more accurately determine the risk or progression of glaucoma.
녹내장의 위험 또는 진행 정도를 나타내는 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 녹내장 위험도 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose is to provide a glaucoma risk diagnosis device and method that calculates an integrated glaucoma risk index indicating the risk or progression of glaucoma.
일 양상에 따른 녹내장 위험도 진단 장치는, 피험자의 임상 데이터를 입력받는 데이터 입력부; 상기 임상 데이터를 전처리하는 전처리부; 및 참조 데이터베이스에서 상기 임상 데이터 또는 상기 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수의 사례들을 추출하고, 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 산출하고, 상기 전처리된 임상 데이터 및 상기 산출된 비를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 지수 산출부; 를 포함하고, 상기 임상 데이터는 망막신경섬유층 상측 두께, 망막신경섬유층 하측 두께, 망막신경섬유층 이측 두께, 안압, 시야 검사를 통해 획득되는 패턴표준편차 및 평균편차를 포함할 수 있다.A glaucoma risk diagnosis device according to one aspect includes a data input unit that receives clinical data of a subject; a preprocessing unit that preprocesses the clinical data; and extracting a predetermined number of cases most similar to the clinical data or the preprocessed clinical data from a reference database, calculating a ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the preprocessed clinical data, and calculating the ratio of the number of cases with glaucoma to the preprocessed clinical data. an index calculation unit that calculates an integrated glaucoma risk index based on the data and the calculated ratio; Including, the clinical data may include the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, intraocular pressure, and pattern standard deviation and average deviation obtained through visual field testing.
상기 전처리부는, 상기 임상 데이터를 0과 1 사이의 값으로 정규화하고, 상기 임상 데이터 중 일부 임상 데이터의 정규화된 값을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시킬 수 있다.The preprocessor may normalize the clinical data to a value between 0 and 1, and convert the normalized value of some of the clinical data into an inverted value by subtracting the normalized value from 1.
상기 전처리부는, 상기 망막신경섬유층 상측 두께, 상기 망막신경섬유층 하측 두께, 상기 망막신경섬유층 이측 두께 및 상기 평균편차의 정규화된 값 각각을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시킬 수 있다.The preprocessor may subtract each of the normalized values of the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, and the average deviation from 1 to convert them into inverted values.
상기 소정 개수는 5일 수 있다.The predetermined number may be 5.
상기 지수 산출부는, 하기 수학식을 이용하여 상기 통합 녹내장 위험 지수를 산출할 수 있다.The index calculation unit may calculate the integrated glaucoma risk index using the following equation.
[수학식][Equation]
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000001
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000001
(I-GRI는 상기 통합 녹내장 위험 지수를 나타내고, NNI는 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 나타내고, Fi는 각 임상 데이터의 전처리된 값을 나타내고, ai는 각 임상 데이터에 적용되는 가중치를 나타내고, m과 n은 각각 NNI와
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000002
에 적용되는 가중치를 나타내고, m+n=1임)
(I-GRI represents the integrated glaucoma risk index, NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, F i represents the preprocessed value of each clinical data, a i represents the weight applied to each clinical data, m and n are NNI and
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000002
represents the weight applied to, m+n=1)
상기 ai는 학습용 임상 데이터를 학습시켜 생성된 기계학습 기반의 녹내장 진단 모델로부터 도출되는 각 임상 데이터의 중요도일 수 있다.The a i may be the importance of each clinical data derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model created by learning clinical data for learning.
상기 녹내장 위험도 진단 장치는, 통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 상기 피험자에 대해 녹내장 위험도를 진단하는 진단부; 를 더 포함할 수 있다.The glaucoma risk diagnosis device includes a diagnosis unit that diagnoses the risk of glaucoma for the subject based on an integrated glaucoma risk index; It may further include.
상기 진단부는, 상기 통합 녹내장 위험 지수가 클수록 녹내장 위험도가 높다고 진단할 수 있다.The diagnostic unit may diagnose that the greater the integrated glaucoma risk index, the higher the risk of glaucoma.
상기 진단부는, 상기 통합 녹내장 위험 지수 또는 녹내장 위험도 진단 결과를 나타내는 그래픽 차트를 생성할 수 있다.The diagnosis unit may generate a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index or glaucoma risk diagnosis results.
상기 통합 녹내장 위험 지수는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영할 수 있다.The integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma.
다른 양상에 따른 녹내장 위험도 진단 방법은, 피험자의 임상 데이터를 입력받는 단계; 상기 임상 데이터를 전처리하는 단계; 참조 데이터베이스에서 상기 임상 데이터 또는 상기 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수의 사례들을 추출하는 단계; 및 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 산출하고, 상기 전처리된 임상 데이터 및 상기 산출된 비를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 단계; 를 포함하고, 상기 임상 데이터는 망막신경섬유층 상측 두께, 망막신경섬유층 하측 두께, 망막신경섬유층 이측 두께, 안압, 시야 검사를 통해 획득되는 패턴표준편차 및 평균편차를 포함할 수 있다.A glaucoma risk diagnosis method according to another aspect includes receiving clinical data of a subject; Preprocessing the clinical data; extracting a predetermined number of cases most similar to the clinical data or the preprocessed clinical data from a reference database; and calculating a ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, and calculating an integrated glaucoma risk index based on the preprocessed clinical data and the calculated ratio. Including, the clinical data may include the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, intraocular pressure, and pattern standard deviation and average deviation obtained through visual field testing.
상기 임상 데이터를 전처리하는 단계는, 상기 임상 데이터를 0과 1 사이의 값으로 정규화하는 단계; 및 상기 임상 데이터 중 일부 임상 데이터의 정규화된 값을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시키는 단계; 를 포함할 수 있다.Preprocessing the clinical data includes normalizing the clinical data to a value between 0 and 1; and subtracting normalized values of some of the clinical data from 1 and converting them into inverted values; may include.
상기 임상 데이터를 변환시키는 단계는, 상기 망막신경섬유층 상측 두께, 상기 망막신경섬유층 하측 두께, 상기 망막신경섬유층 이측 두께 및 상기 평균편차의 정규화된 값 각각을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시킬 수 있다.In the step of converting the clinical data, each of the normalized values of the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, and the average deviation can be subtracted from 1 and converted into inverted values. .
상기 소정 개수는 5일 수 있다.The predetermined number may be 5.
상기 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 단계는, 하기 수학식을 이용하여 상기 통합 녹내장 위험 지수를 산출할 수 있다.In the step of calculating the integrated glaucoma risk index, the integrated glaucoma risk index can be calculated using the following equation.
[수학식][Equation]
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000003
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000003
(I-GRI는 상기 통합 녹내장 위험 지수를 나타내고, NNI는 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 나타내고, Fi는 각 임상 데이터의 전처리된 값을 나타내고, ai는 각 임상 데이터에 적용되는 가중치를 나타내고, m과 n은 각각 NNI와
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000004
에 적용되는 가중치를 나타내고, m+n=1임)
(I-GRI represents the integrated glaucoma risk index, NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, F i represents the preprocessed value of each clinical data, a i represents the weight applied to each clinical data, m and n are NNI and
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000004
represents the weight applied to, m+n=1)
상기 ai는 학습용 임상 데이터를 학습시켜 생성된 기계학습 기반의 녹내장 진단 모델로부터 도출되는 각 임상 데이터의 중요도일 수 있다.The a i may be the importance of each clinical data derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model created by learning clinical data for learning.
상기 녹내장 위험도 진단 방법은, 통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 상기 피험자에 대해 녹내장 위험도를 진단하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.The glaucoma risk diagnosis method includes: diagnosing the glaucoma risk of the subject based on an integrated glaucoma risk index; It may further include.
상기 녹내장 여부를 진단하는 단계는, 상기 통합 녹내장 위험 지수가 클수록 녹내장 위험도가 높다고 진단할 수 있다.In the step of diagnosing glaucoma, the greater the integrated glaucoma risk index, the higher the risk of glaucoma.
상기 녹내장 위험도 진단 방법은, 상기 통합 녹내장 위험 지수 또는 녹내장 위험도 진단 결과를 나타내는 그래픽 차트를 생성하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.The glaucoma risk diagnosis method includes generating a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index or glaucoma risk diagnosis results; It may further include.
상기 통합 녹내장 위험 지수는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영할 수 있다.The integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma.
녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영하는 통합 녹내장 위험 지수를 산출 및 이용함으로써, 보다 정확하게 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 판단할 수 있다.By calculating and using an integrated glaucoma risk index that reflects the risk or progression of glaucoma, the risk or progression of glaucoma can be more accurately determined.
도 1은 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
도 2는 정상 및 녹내장 사례의 NNI 분포를 도시한 예시도이다.Figure 2 is an example diagram showing the NNI distribution of normal and glaucoma cases.
도 3은 통합 녹내장 위험 지수 산출에 NNI를 적용한 효과를 설명하기 위한 예시도이다.Figure 3 is an example diagram to explain the effect of applying NNI in calculating the integrated glaucoma risk index.
도 4는 예시적 실시예에 따른 그래픽 차트를 도시한 도면이다.Fig. 4 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment.
도 5는 예시적 실시예에 따른 그래픽 차트를 도시한 도면이다.Fig. 5 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment.
도 6은 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치를 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
도 7은 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 방법을 도시한 도면이다.Figure 7 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis method according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Meanwhile, in each step, unless a specific order is clearly stated in the context, each step may occur in a different order from the specified order. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the opposite order.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only to distinguish one component from another. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as 'include' or 'have' refer to the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is intended to specify that something exists, but it should be understood as not precluding the possibility of the existence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어(예컨대, 메모리, 프로세서 등) 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the division of components in this specification is merely a division according to the main function each component is responsible for. That is, two or more components may be combined into one component, or one component may be divided into two or more components for more detailed functions. In addition to the main functions that each component is responsible for, each component may additionally perform some or all of the functions that other components are responsible for, and some of the main functions that each component is responsible for may be performed by other components. It may also be carried out. Each component may be implemented as hardware (eg, memory, processor, etc.) or software, or may be implemented as a combination of hardware and software.
도 1은 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치(100)는 피험자의 임상 데이터를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출하고, 산출된 통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 피험자의 녹내장 위험 또는 진행 정도를 진단할 수 있는 장치로, 전자 장치에 탑재되거나 별도의 장치로 구현될 수 있다. 여기서, 전자 장치는 카트형 장치 및 휴대형 장치를 포함할 수 있으며, 휴대형 장치는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 장치, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 안경형, 손목 시계형, 손목 밴드형, 반지형, 귀걸이형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 휴대형 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.The glaucoma risk diagnosis device 100 according to an exemplary embodiment is capable of calculating an integrated glaucoma risk index based on the subject's clinical data and diagnosing the subject's risk or progression of glaucoma based on the calculated integrated glaucoma risk index. As a device, it may be mounted on an electronic device or implemented as a separate device. Here, electronic devices may include cart-type devices and portable devices, and portable devices include mobile phones, smartphones, tablets, laptops, PDAs (Personal Digital Assistants), PMPs (Portable Multimedia Players), navigation devices, MP3 players, and digital devices. It may include cameras, wearable devices, etc. Wearable devices include glasses type, wrist watch type, wrist band type, ring type, earring type, belt type, necklace type, ankle band type, thigh band type, forearm band type, etc. can do. However, portable devices are not limited to the above-described examples, and wearable devices are also not limited to the above-described examples.
도 1을 참조하면, 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치(100)는 데이터 입력부(110) 및 프로세서(120)를 포함하며, 프로세서(120)는 전처리부(121), 지수 산출부(122) 및 진단부(123)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the glaucoma risk diagnosis device 100 according to an exemplary embodiment includes a data input unit 110 and a processor 120, and the processor 120 includes a preprocessor 121 and an index calculation unit 122. ) and a diagnostic unit 123.
데이터 입력부(110)는 사용자로부터 통합 녹내장 위험 지수 산출 또는 녹내장 위험/진행 정도 판단에 이용되는 피험자의 임상 데이터를 입력 받을 수 있다. 여기서 임상 데이터는 시야 검사(visual field test), 망막신경섬유층(retinal nerve fiber layer, RNFL) 광 간섭 단층 촬영(optical coherence tomography, OCT) 검사, 안압 검사 등을 통해 획득된 녹내장의 진행과 밀접 관련이 있는 특징 또는 진단지표일 수 있다. 예를 들어, 임상 데이터는 패턴표준편차(pattern standard deviation)(이하, PSD), 평균편차(mean deviation)(이하, MD), 망막신경섬유층(retinal nerve fiber layer, RNFL) 상측(superior) 두께(이하, RNFL_S), 망막신경섬유층 하측(inferior) 두께(이하, RNFL_I), 망막신경섬유층 이측(temporal) 두께(이하, RNFL_T) 및 안압(intraocular pressure)(이하, IOP) 등을 포함할 수 있다. 여기서, PSD 및 MD는 시야 검사를 통해 획득될 수 있고, RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T는 망막신경섬유층 광 간섭 단층 촬영 검사를 통해 획득될 수 있고, IOP는 안압 검사를 통해 획득될 수 있다.The data input unit 110 may receive the subject's clinical data used to calculate the integrated glaucoma risk index or determine the risk/progress of glaucoma from the user. Here, clinical data are closely related to the progression of glaucoma obtained through visual field tests, retinal nerve fiber layer (RNFL) optical coherence tomography (OCT) tests, and intraocular pressure tests. It may be a characteristic or diagnostic indicator. For example, clinical data includes pattern standard deviation (PSD), mean deviation (MD), and superior retinal nerve fiber layer (RNFL) thickness ( Hereinafter, RNFL_S), retinal nerve fiber layer inferior thickness (hereinafter, RNFL_I), retinal nerve fiber layer temporal thickness (hereinafter, RNFL_T), and intraocular pressure (hereinafter, IOP) may be included. Here, PSD and MD can be obtained through visual field testing, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T can be obtained through retinal nerve fiber layer optical coherence tomography testing, and IOP can be obtained through intraocular pressure testing.
예시적 실시예에 따르면, 데이터 입력부(110)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 마우스, 터치 패드(touch pad), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), 하드웨어 또는 소프트웨어 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.According to an exemplary embodiment, the data input unit 110 includes a key pad, a dome switch, a mouse, a touch pad, a jog wheel, a jog switch, It may include hardware or software buttons, etc. In particular, when the touch pad forms a layered structure with the display, it can be called a touch screen.
전처리부(121)는 피험자의 임상 데이터를 전처리할 수 있다.The preprocessing unit 121 may preprocess the subject's clinical data.
예시적 실시예에 따르면, 전처리부(121)는 피험자의 임상 데이터를 정규화하고, 정규화된 임상 데이터 중 일부 임상 데이터 값을 반전 값(reverse value)으로 변환시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment, the preprocessor 121 may normalize the subject's clinical data and convert some clinical data values of the normalized clinical data into reverse values.
예를 들어, 전처리부(121)는 피험자의 임상 데이터, 예컨대, PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP를 최소-최대 정규화 기법을 통해 0과 1 사이의 값으로 정규화할 수 있다. 또한, 전처리부(121)는 정규화된 임상 데이터 중 일부 임상 데이터, 예컨대, MD, RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T의 정규화된 값을 각각 1에서 감산하여 반전시킬 수 있다.For example, the preprocessor 121 may normalize the subject's clinical data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, to values between 0 and 1 through a min-max normalization technique. Additionally, the preprocessor 121 may subtract the normalized values of some of the normalized clinical data, such as MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T, from 1 and invert them.
PSD 및 IOP는 값이 작을수록 녹내장의 위험 또는 진행 정도가 작아지는 반면, MD, RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T는 값이 작을수록 녹내장의 위험 또는 진행 정도가 커진다. 즉, PSD 및 IOP는 녹내장과 양의 상관 관계가 있으며, MD, RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T는 녹내장과 음의 상관 관계가 있다. 따라서, 후술하는 통합 녹내장 위험 지수를 산출하기 위해서는 임상 데이터 예컨대, PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP의 정규화된 값들이 모두 녹내장과 양의 상관 관계를 가지도록 일부 임상 데이터의 정규화된 값들을 반전시킬 필요가 있다. 예를 들어 전처리부(121)는 모든 임상 데이터의 정규화된 값이 녹내장과 양의 상관 관계를 가지도록, 녹내장과 음의 상관 관계가 있는 MD, RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T의 정규화된 값을 각각 최대값 1에서 감산하여 반전시킬 수 있다.The smaller the value of PSD and IOP, the smaller the risk or progression of glaucoma, while the smaller the value of MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T, the greater the risk or progression of glaucoma. That is, PSD and IOP are positively correlated with glaucoma, and MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T are negatively correlated with glaucoma. Therefore, in order to calculate the integrated glaucoma risk index described later, the normalized values of some clinical data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, are all positively correlated with glaucoma. There is a need to turn it around. For example, the preprocessor 121 sets the normalized values of MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T, which are negatively correlated with glaucoma, to their maximum values, respectively, so that the normalized values of all clinical data have a positive correlation with glaucoma. It can be inverted by subtracting from 1.
지수 산출부(122)는 미리 구축된 참조 데이터베이스에서 피험자의 임상 데이터 또는 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수의 사례들을 추출하고, 추출된 사례들의 데이터와 전처리된 임상 데이터를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출할 수 있다. 여기서 소정 개수는 5개일 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 참조 데이터베이스는 녹내장과 정상을 포함하는 복수의 사례들에 대한 데이터를 포함하며 각 사례의 데이터는 녹내장 여부와, 임상 데이터 또는 전처리된 임상 데이터를 포함할 수 있다.The index calculation unit 122 extracts a predetermined number of cases that are most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from a pre-built reference database, and creates an integrated glaucoma risk index based on the data of the extracted cases and the preprocessed clinical data. can be calculated. Here, the predetermined number may be 5, but this is only an example and is not limited thereto. The reference database contains data for multiple cases, including glaucoma and normal, and the data for each case may include whether glaucoma is present, clinical data, or preprocessed clinical data.
예시적 실시예에 따르면 지수 산출부(122)는 수학식 1을 이용하여 통합 녹내장 위험 지수를 산출할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the index calculation unit 122 may calculate an integrated glaucoma risk index using Equation 1.
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Figure PCTKR2022004919-appb-img-000005
여기서, I-GRI는 통합 녹내장 위험 지수를 나타내고, NNI는 참조 데이터베이스에서 추출된 사례들 개수(예컨대, 5)에 대한 추출된 사례들 중 녹내장인 사례들의 개수의 비를 나타내고, Fi는 각 임상 데이터의 전처리된 값, 예컨대, PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP 각각의 전처리된 값을 나타내며, ai는 각 임상 데이터에 적용되는 가중치를 나타내고, m과 n은 각각 NNI와
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000006
에 적용되는 가중치를 나타낼 수 있다. 또한, m+n=1일 수 있다.
Here, I-GRI represents the integrated glaucoma risk index, NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the number of cases extracted from the reference database (e.g., 5), and F i represents the number of cases with glaucoma in each clinical trial. Represents the preprocessed values of the data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, respectively, a i represents the weight applied to each clinical data, and m and n represent NNI and NNI, respectively.
Figure PCTKR2022004919-appb-img-000006
It can indicate the weight applied to . Additionally, m+n=1.
예시적 실시예에 따르면, ai는 각 임상 데이터의 중요도일 수 있으며, 임상 데이터를 기반으로 녹내장을 진단할 수 있도록, 학습용 임상 데이터를 학습시켜 생성된 기계학습 기반의 녹내장 진단 모델로부터 도출될 수 있다. 이때, 기계학습 모델은 각 임상 데이터의 중요도를 자체 계산하는 방법을 지원하는 XGboost일 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP 각각에 대한 ai는 각각 0.27, 0.14, 0.11, 0.31, 0.1 및 0.07일 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment, a i may be the importance of each clinical data, and may be derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model generated by learning clinical data for learning, so that glaucoma can be diagnosed based on the clinical data. there is. At this time, the machine learning model may be XGboost, which supports a method of self-calculating the importance of each clinical data, but this is only an example and is not limited to this. For example, a i for each of PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP may be 0.27, 0.14, 0.11, 0.31, 0.1, and 0.07, respectively, but this is only an example and is not limited thereto.
예시적 실시예에 따르면, m과 n은 실험적으로 도출될 수 있으며, 각각 0.2와 0.8일 수 있다.According to an exemplary embodiment, m and n can be derived experimentally and can be 0.2 and 0.8, respectively.
예를 들어, 입력된 임상 데이터가 (PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, IOP)=(9.54, -7.84, 56, 54, 48, 11)인 경우, 전처리부(121)는 최소-최대 정규화 기법을 통해 PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP 각각을 정규화시켜 (0.5386, 0.5333, 0.3012, 0.2769, 0.3111, 0.25)를 획득하고, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T의 정규화된 값을 각각 1에서 감산하여 반전 값 0.4667, 0.6889, 0.7231, 0.6889을 획득할 수 있다. 그 결과, 전처리부(121)는 PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP의 전처리된 값 (0.5386, 0.4667, 0.6889, 0.7231, 0.6889, 0.25)을 획득할 수 있다. 지수 산출부(122)는 미리 구축된 참조 데이터베이스에서 피험자의 임상 데이터 또는 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 5개의 사례들을 추출할 수 있다. 추출된 사례들 모두가 녹내장인 사례들인 경우, NNI는 1이 되며, 지수 산출부(122)는 수학식 1을 통해, I-GRI = 0.2*1+0.8*(0.27*0.5386+0.14*0.4667+0.11*0.6889+0.31*0.7231+0.1*0.6889+0.07*0.25)≒0.678을 산출할 수 있다.For example, if the input clinical data is (PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, IOP) = (9.54, -7.84, 56, 54, 48, 11), the preprocessor 121 performs min-max normalization Through the technique, PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP are normalized respectively to obtain (0.5386, 0.5333, 0.3012, 0.2769, 0.3111, 0.25), and the normalized values of MD, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T are reduced from 1, respectively. By subtracting, the inversion values 0.4667, 0.6889, 0.7231, and 0.6889 can be obtained. As a result, the preprocessor 121 can obtain preprocessed values (0.5386, 0.4667, 0.6889, 0.7231, 0.6889, 0.25) of PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP. The index calculation unit 122 may extract the five cases most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from a pre-built reference database. If all of the extracted cases are glaucoma cases, NNI is 1, and the index calculation unit 122 calculates I-GRI = 0.2*1+0.8*(0.27*0.5386+0.14*0.4667+ through Equation 1. 0.11*0.6889+0.31*0.7231+0.1*0.6889+0.07*0.25)≒0.678 can be calculated.
진단부(123)는 통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 피험자에 대해 녹내장 위험도를 진단할 수 있다.The diagnosis unit 123 may diagnose the subject's glaucoma risk based on the integrated glaucoma risk index.
예시적 실시예에 따른 통합 녹내장 위험 지수는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영할 수 있다. 예를 들어, 진단부(123)는 통합 녹내장 위험 지수의 값이 클수록 녹내장의 위험도 또는 진행 정도가 높다고 판단하고, 통합 녹내장 위험 지수가 소정의 임계값 이상이면, 녹내장으로 진단할 수 있다. 이때 소정의 임계값은 실험적으로 도출될 수 있으며, 예를 들어, 0.36일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The integrated glaucoma risk index according to an exemplary embodiment has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma. For example, the diagnosis unit 123 determines that the greater the value of the integrated glaucoma risk index, the higher the risk or progression of glaucoma, and if the integrated glaucoma risk index is greater than a predetermined threshold, glaucoma may be diagnosed. At this time, the predetermined threshold may be experimentally derived and, for example, may be 0.36, but is not limited thereto.
진단부(123)는 통합 녹내장 위험 지수 및/또는 녹내장 위험도 진단 결과를 출력 수단을 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 진단부(123)는 통합 녹내장 위험 지수 및/또는 녹내장 위험도 진단 결과를 나타내는 그래픽 차트를 생성하여 출력 수단을 통해 출력할 수 있다. 이때 그래픽 차트는 통합 녹내장 위험 지수의 위치를 표현하거나 각 임상 데이터 값의 위치를 표현할 수 있다. 예를 들어, 그래픽 차트는 막대형 차트, 게이지형 차트 및 방사형 차트 등을 포함할 수 있다.The diagnosis unit 123 may output the integrated glaucoma risk index and/or glaucoma risk diagnosis result through an output means. For example, the diagnostic unit 123 may generate a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index and/or the glaucoma risk diagnosis result and output it through an output means. At this time, the graphic chart can express the location of the integrated glaucoma risk index or the location of each clinical data value. For example, graphic charts may include bar charts, gauge charts, and radar charts.
도 2는 정상 및 녹내장 사례의 NNI 분포를 도시한 예시도이다.Figure 2 is an example diagram showing the NNI distribution of normal and glaucoma cases.
전술한 바와 같이 NNI는 참조 데이터베이스에서 피험자의 임상 데이터 또는 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수(예컨대, 5개)의 사례들을 추출한 경우, 참조 데이터베이스에서 추출된 사례들 개수(예컨대, 5)에 대한 추출된 사례들 중 녹내장인 사례들의 개수의 비를 나타낼 수 있다. NNI는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 그 값이 클수록 녹내장의 위험 또는 진행 정도가 커진다고 해석할 수 있다.As described above, when the NNI extracts a predetermined number (e.g., 5) of cases that are most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from the reference database, the number of cases (e.g., 5) extracted from the reference database is calculated. It can represent the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases. NNI has a value between 0 and 1, and the larger the value, the greater the risk or progression of glaucoma.
도 2를 참조하면, 녹내장 그룹의 NNI 값이 정상 그룹의 NNI 값과 매우 다르다는 것을 알 수 있다. 이는 NNI를 이용하여 정상 및 녹내장 사례를 분류할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.Referring to Figure 2, it can be seen that the NNI value of the glaucoma group is very different from the NNI value of the normal group. This may mean that NNI can be used to classify normal and glaucoma cases.
도 3은 통합 녹내장 위험 지수 산출에 NNI를 적용한 효과를 설명하기 위한 예시도이다. 도 3에서 (a)는 통합 녹내장 위험 지수 산출에 NNI를 적용하지 않은 경우, 즉 하기 수학식 2를 이용하여 통합 녹내장 위험 지수를 산출한 경우의 통합 녹내장 위험 지수(I-GRI)의 분포를 나타내고, (b)는 통합 녹내장 위험 지수 산출에 NNI를 적용한 경우, 즉 상기 수학식 1을 이용하여 통합 녹내장 위험 지수를 산출한 경우의 통합 녹내장 위험 지수의 분포를 나타낼 수 있다.Figure 3 is an example diagram to explain the effect of applying NNI in calculating the integrated glaucoma risk index. In Figure 3 (a), the distribution of the integrated glaucoma risk index (I-GRI) is shown when NNI is not applied to calculate the integrated glaucoma risk index, that is, when the integrated glaucoma risk index is calculated using Equation 2 below: , (b) can represent the distribution of the integrated glaucoma risk index when NNI is applied to calculate the integrated glaucoma risk index, that is, when the integrated glaucoma risk index is calculated using Equation 1 above.
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도 3의 (a) 및 (b)를 비교하면, NNI는 정상 그룹의 I-GRI값을 왼쪽으로, 녹내장 그룹의 I-GRI값을 오른쪽으로 가져온다는 것을 알 수 있다. 그 결과 녹내장 그룹과 정상 그룹 사이의 중첩 영역의 면적이 감소한다는 것을 알 수 있다. 즉 NNI는 I-GRI의 성능 향상에 기여한다는 것을 알 수 있다.Comparing Figures 3 (a) and (b), it can be seen that NNI brings the I-GRI value of the normal group to the left and the I-GRI value of the glaucoma group to the right. As a result, it can be seen that the area of the overlap region between the glaucoma group and the normal group decreases. In other words, it can be seen that NNI contributes to improving the performance of I-GRI.
도 4는 예시적 실시예에 따른 그래픽 차트를 도시한 도면이다. 도 4는 통합 녹내장 위험 지수의 위치를 표현하는 막대형 차트의 예시도이다.Fig. 4 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment. Figure 4 is an example of a bar chart representing the location of the integrated glaucoma risk index.
도 4를 참조하면, 막대형 차트는 정상 영역(Healthy), 녹내장 영역(Glaucoma), 및 정상과 녹내장의 중첩 범위인 경계 영역(Border)으로 구분되며, 통합 녹내장 위험 지수(I-GRI) 값(0.739)이 막대형 차트 상에 표시될 수 있다. 도시된 예에서 통합 녹내장 위험 지수는 녹내장 영역(Glaucoma)에 위치한다는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 4, the bar chart is divided into a normal area (Healthy), a glaucoma area (Glaucoma), and a border area (Border), which is the overlapping range of normal and glaucoma, and the integrated glaucoma risk index (I-GRI) value ( 0.739) can be displayed on a bar chart. In the illustrated example, it can be seen that the integrated glaucoma risk index is located in the glaucoma area (Glaucoma).
막대형 차트의 경계 영역(Border) 상에는 정상과 녹내장을 구분하는 임계값(예, 0.36)을 표시하는 수직선(411)이 표시될 수 있다.A vertical line 411 may be displayed on the border of the bar chart indicating a threshold value (eg, 0.36) for distinguishing between normal and glaucoma.
도 5는 예시적 실시예에 따른 그래픽 차트를 도시한 도면이다. 도 5는 각 임상 데이터 값의 위치를 표현하는 방사형 차트의 예시도이다. 도 5에서 (a) 차트는 녹내장 환자에 대한 것이고, (b) 차트는 녹내장 환자와 정상인의 중첩 범위인 경계 영역에 있는 사람에 대한 것이고, (c) 차트는 정상인에 대한 것일 수 있다.Fig. 5 is a diagram illustrating a graphic chart according to an exemplary embodiment. Figure 5 is an example diagram of a radial chart representing the location of each clinical data value. In FIG. 5, (a) the chart may be for a glaucoma patient, (b) the chart may be for a person in a boundary area, which is the overlapping range between the glaucoma patient and a normal person, and (c) the chart may be for a normal person.
방사형 차트는, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 지점에서 시작하여 축으로 표현되는 3개 이상의 양적 변수의 2차원 차트 형태로 다변수 데이터를 시각화한 차트이다.As shown in FIG. 5, a radar chart is a chart that visualizes multivariate data in the form of a two-dimensional chart of three or more quantitative variables expressed as axes starting from the same point.
방사형 차트 상에 피험자의 임상 데이터 값이 표시될 수 있다. 이때, 표시되는 임상 데이터 값은 입력된 임상 데이터를 전처리하여 획득된 전처리된 임상 데이터 값일 수 있다.The subject's clinical data values may be displayed on a radial chart. At this time, the displayed clinical data value may be a preprocessed clinical data value obtained by preprocessing the input clinical data.
방사형 차트 상에 녹내장과 정상을 구분하기 위한 각 임상 데이터의 임계값을 표시하는 다각형(511)이 표시될 수 있다. 방사형 차트에서 피험자의 임상 데이터를 표시한 I-GRI 다각형(512a, 512b, 512c)이 녹내장과 정상을 구분하기 위한 각 임상 데이터의 임계값을 표시하는 다각형(511)을 덮는 정도를 기반으로 피험자의 녹내장의 위험 또는 진행 정도, 및 녹내장 여부를 판단할 수 있다.A polygon 511 indicating the threshold value of each clinical data for distinguishing glaucoma from normal may be displayed on the radial chart. Based on the degree to which the I- GRI polygons 512a, 512b, 512c, which display the subject's clinical data in the radial chart, cover the polygon 511, which displays the threshold value of each clinical data for distinguishing glaucoma from normal, the subject's The risk or progress of glaucoma and whether or not glaucoma exists can be determined.
도 6은 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치를 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis device according to an exemplary embodiment.
도 6을 참조하면, 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 장치(600)는 데이터 입력부(110), 프로세서(120), 저장부(610), 통신부(620) 및 출력부(630)를 포함할 수 있다. 여기서 데이터 입력부(110) 및 프로세서(120)는 도 3을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 6, the glaucoma risk diagnosis device 600 according to an exemplary embodiment may include a data input unit 110, a processor 120, a storage unit 610, a communication unit 620, and an output unit 630. You can. Here, since the data input unit 110 and the processor 120 are the same as described above with reference to FIG. 3, their detailed description will be omitted.
저장부(610)는 녹내장 위험도 진단 장치(600)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 녹내장 위험도 진단 장치(600)에 입/출력되는 데이터 및 처리된 데이터 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(610)는 데이터 입력부(110)를 통해 입력된 피험자의 임상 데이터, 전처리부(121)에서 전처리된 결과 데이터, 지수 산출부(122)에서 산출된 통합 녹내장 위험 지수, 진단부(123)의 진단 결과, 참조 데이터베이스 등을 저장할 수 있다.The storage unit 610 may store programs or commands for operating the glaucoma risk diagnosis device 600, and may store data input/output to the glaucoma risk diagnosis device 600 and processed data. For example, the storage unit 610 includes the subject's clinical data input through the data input unit 110, the result data preprocessed by the preprocessor 121, the integrated glaucoma risk index calculated by the index calculation unit 122, and the diagnosis. The diagnosis results of the unit 123, a reference database, etc. can be stored.
저장부(610)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, 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 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 녹내장 위험도 진단 장치(600)는 인터넷 상에서 저장부(610)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.The storage unit 610 is a flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory (e.g., SD or XD memory, etc.), RAM. (Random Access Memory, RAM), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory, ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), magnetic memory, magnetic disk, optical disk. It may include at least one type of storage medium, etc. Additionally, the glaucoma risk diagnosis device 600 may operate an external storage medium such as web storage that performs the storage function of the storage unit 610 on the Internet.
통신부(620)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(620)는 녹내장 위험도 진단 장치(600)에 입력된 데이터, 저장된 데이터 및 처리된 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 피험자의 통합 녹내장 위험 지수 산출 및 녹내장 진단에 이용될 다양한 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 외부 장치는 의료 서버, 의료 장치, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 장치, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등일 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.The communication unit 620 can communicate with an external device. For example, the communication unit 620 transmits data input to the glaucoma risk diagnosis device 600, stored data, and processed data to an external device, or calculates the subject's integrated glaucoma risk index from an external device and various types of data to be used for glaucoma diagnosis. Data can be received. At this time, external devices include medical servers, medical devices, print or display devices for outputting results, digital TVs, desktop computers, mobile phones, smart phones, tablets, laptops, PDAs (Personal Digital Assistants), PMPs (Portable Multimedia Players), It may be, but is not limited to, a navigation device, MP3 player, digital camera, wearable device, etc.
통신부(620)는 유무선 통신 기술을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 이때 유선 통신은 트위스티드 페어 케이블, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷 케이블 등을 이용할 수 있고, 무선 통신은 블루투스 통신, BLE 통신, 근거리 무선 통신, WLAN 통신, 지그비 통신, 적외선 통신, WFD 통신, UWB 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용할 수 있다. 그러나 이들은 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.The communication unit 620 can communicate with an external device using wired or wireless communication technology. At this time, wired communication can use twisted pair cable, coaxial cable, optical fiber cable, Ethernet cable, etc., and wireless communication can use Bluetooth communication, BLE communication, short-range wireless communication, WLAN communication, Zigbee communication, infrared communication, WFD communication, UWB communication, Ant+ communication, WIFI communication, RFID communication, 3G communication, 4G communication, and 5G communication can be used. However, these are only examples and are not limited thereto.
출력부(630)는 녹내장 위험도 진단 장치(600)에 입력된 데이터, 저장된 데이터, 처리된 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(630)는 데이터 입력부(110)를 통해 입력된 피험자의 임상 데이터, 전처리부(121)에서 전처리된 결과 데이터, 지수 산출부(122)에서 산출된 통합 녹내장 위험 지수, 진단부(123)의 진단 결과, 그래픽 차트 및 참조 데이터베이스 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(630)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.The output unit 630 may output data input to the glaucoma risk diagnosis device 600, stored data, processed data, etc. According to one embodiment, the output unit 630 includes the subject's clinical data input through the data input unit 110, the result data preprocessed by the preprocessor 121, and the integrated glaucoma risk index calculated by the index calculation unit 122. , the diagnosis results of the diagnosis unit 123, graphic charts, reference databases, etc. may be output in at least one of an auditory method, a visual method, and a tactile method. To this end, the output unit 630 may include a display, speaker, vibrator, etc.
도 7은 예시적 실시예에 따른 녹내장 위험도 진단 방법을 도시한 도면이다.Figure 7 is a diagram illustrating a glaucoma risk diagnosis method according to an exemplary embodiment.
도 7의 녹내장 위험도 진단 방법은 도 1 또는 도 6의 녹내장 위험도 진단 장치(100, 600)에 의해 수행될 수 있다.The glaucoma risk diagnosis method of FIG. 7 may be performed by the glaucoma risk diagnosis apparatus 100 or 600 of FIG. 1 or FIG. 6 .
도 7을 참조하면, 녹내장 위험도 진단 장치는 사용자로부터 통합 녹내장 위험 지수 산출 또는 녹내장 위험/진행 정도 판단에 이용되는 피험자의 임상 데이터를 입력 받을 수 있다(710). 여기서 임상 데이터는 예를 들어, 시야 검사를 통해 획득된 PSD 및 MD와, 망막신경섬유층 광 간섭 단층 촬영 검사를 통해 획득된 RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T와, 안압 검사를 통해 획득된 IOP를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the glaucoma risk diagnosis device may receive the subject's clinical data used to calculate the integrated glaucoma risk index or determine the risk/progression of glaucoma from the user (710). Here, the clinical data may include, for example, PSD and MD obtained through visual field testing, RNFL_S, RNFL_I, and RNFL_T obtained through retinal nerve fiber layer optical coherence tomography testing, and IOP obtained through intraocular pressure testing. .
녹내장 위험도 진단 장치는 피험자의 임상 데이터를 정규화하고 정규화된 임상 데이터 중 일부 임상 데이터 값을 반전 값(reverse value)으로 변환시킴으로써, 임상 데이터를 전처리할 수 있다(720).The glaucoma risk diagnosis device may preprocess the clinical data by normalizing the subject's clinical data and converting some clinical data values of the normalized clinical data into reverse values (720).
예를 들어, 녹내장 위험도 진단 장치는 피험자의 임상 데이터, 예컨대, PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T 및 IOP를 최소-최대 정규화 기법을 통해 0과 1 사이의 값으로 정규화하고, 정규화된 임상 데이터 중 일부 임상 데이터, 예컨대, MD, RNFL_S, RNFL_I 및 RNFL_T의 정규화된 값을 각각 1에서 감산하여 반전시킬 수 있다.For example, the glaucoma risk diagnosis device normalizes the subject's clinical data, such as PSD, MD, RNFL_S, RNFL_I, RNFL_T, and IOP, to values between 0 and 1 through a min-max normalization technique, and selects among the normalized clinical data Some clinical data, such as the normalized values of MD, RNFL_S, RNFL_I and RNFL_T, can be inverted by subtracting each from 1.
녹내장 위험도 진단 장치는 미리 구축된 참조 데이터베이스에서 피험자의 임상 데이터 또는 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수의 사례들을 추출할 수 있다(730). 여기서 참조 데이터베이스는 녹내장과 정상을 포함하는 복수의 사례들에 대한 데이터를 포함하며 각 사례의 데이터는 녹내장 여부와, 임상 데이터 또는 전처리된 임상 데이터를 포함할 수 있다The glaucoma risk diagnosis device may extract a predetermined number of cases that are most similar to the subject's clinical data or preprocessed clinical data from a pre-built reference database (730). Here, the reference database includes data on multiple cases, including glaucoma and normal, and the data for each case may include whether glaucoma is present, clinical data, or preprocessed clinical data.
녹내장 위험도 진단 장치는 추출된 사례들의 데이터와 전처리된 임상 데이터를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출할 수 있다(740). 여기서 소정 개수는 5개일 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The glaucoma risk diagnosis device can calculate an integrated glaucoma risk index based on data from extracted cases and preprocessed clinical data (740). Here, the predetermined number may be 5, but this is only an example and is not limited thereto.
예를 들면 녹내장 위험도 진단 장치는 전술한 수학식 1을 이용하여 통합 녹내장 위험 지수를 산출할 수 있다.For example, a glaucoma risk diagnosis device can calculate an integrated glaucoma risk index using Equation 1 described above.
녹내장 위험도 진단 장치는 통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 피험자에 대해 녹내장 위험도를 진단할 수 있다(750).The glaucoma risk diagnosis device can diagnose the risk of glaucoma for a subject based on the integrated glaucoma risk index (750).
예시적 실시예에 따른 통합 녹내장 위험 지수는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영할 수 있다. 예를 들어, 녹내장 위험도 진단 장치는 통합 녹내장 위험 지수의 값이 클수록 녹내장의 위험 또는 진행 정도가 높다고 판단하고, 통합 녹내장 위험 지수가 소정의 임계값 이상이면 녹내장으로 진단할 수 있다. 이때 소정의 임계값은 실험적으로 도출될 수 있으며, 예를 들어, 0.36일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The integrated glaucoma risk index according to an exemplary embodiment has a value between 0 and 1 and may reflect the risk or progression of glaucoma. For example, the glaucoma risk diagnosis device determines that the greater the value of the integrated glaucoma risk index, the higher the risk or progression of glaucoma, and can diagnose glaucoma if the integrated glaucoma risk index is greater than a predetermined threshold. At this time, the predetermined threshold may be experimentally derived and, for example, may be 0.36, but is not limited thereto.
녹내장 위험도 진단 장치는 통합 녹내장 위험 지수 및/또는 녹내장 위험도 진단 결과를 출력 수단을 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 녹내장 위험도 진단 장치는 통합 녹내장 위험 지수 및/또는 녹내장 위험도 진단 결과를 나타내는 그래픽 차트를 생성하여 출력 수단을 통해 출력할 수 있다. 이때 그래픽 차트는 통합 녹내장 위험 지수의 위치를 표현하거나 각 임상 데이터 값의 위치를 표현할 수 있다. 예를 들어, 그래픽 차트는 막대형 차트, 게이지형 차트 및 방사형 차트 등을 포함할 수 있다.The glaucoma risk diagnosis device may output the integrated glaucoma risk index and/or glaucoma risk diagnosis result through an output means. For example, the glaucoma risk diagnosis device may generate a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index and/or the glaucoma risk diagnosis result and output it through an output means. At this time, the graphic chart can express the location of the integrated glaucoma risk index or the location of each clinical data value. For example, graphic charts may include bar charts, gauge charts, and radar charts.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.An aspect of the present invention may be implemented as computer-readable code on a computer-readable recording medium. Codes and code segments implementing the above program can be easily deduced by a computer programmer in the art. Computer-readable recording media may include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media may include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, etc. Additionally, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems and written and executed as computer-readable code in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on its preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to the content described in the patent claims.

Claims (20)

  1. 피험자의 임상 데이터를 입력받는 데이터 입력부;a data input unit that receives the subject's clinical data;
    상기 임상 데이터를 전처리하는 전처리부; 및a preprocessing unit that preprocesses the clinical data; and
    참조 데이터베이스에서 상기 임상 데이터 또는 상기 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수의 사례들을 추출하고, 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 산출하고, 상기 전처리된 임상 데이터 및 상기 산출된 비를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 지수 산출부; 를 포함하고,Extract a predetermined number of cases most similar to the clinical data or the preprocessed clinical data from a reference database, calculate the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, and calculate the preprocessed clinical data. and an index calculation unit that calculates an integrated glaucoma risk index based on the calculated ratio. Including,
    상기 임상 데이터는 망막신경섬유층 상측 두께, 망막신경섬유층 하측 두께, 망막신경섬유층 이측 두께, 안압, 시야 검사를 통해 획득되는 패턴표준편차 및 평균편차를 포함하는,The clinical data includes the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, intraocular pressure, and pattern standard deviation and average deviation obtained through visual field testing,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  2. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 전처리부는,The preprocessor,
    상기 임상 데이터를 0과 1 사이의 값으로 정규화하고, 상기 임상 데이터 중 일부 임상 데이터의 정규화된 값을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시키는,Normalizing the clinical data to a value between 0 and 1, subtracting the normalized value of some of the clinical data from 1 and converting it to an inverted value,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  3. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 전처리부는,The preprocessor,
    상기 망막신경섬유층 상측 두께, 상기 망막신경섬유층 하측 두께, 상기 망막신경섬유층 이측 두께 및 상기 평균편차의 정규화된 값 각각을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시키는,Subtracting each of the normalized values of the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, and the average deviation from 1 to convert them into inverted values,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  4. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 소정 개수는 5인,The predetermined number is 5,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  5. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 지수 산출부는,The index calculation unit,
    하기 수학식을 이용하여 상기 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는,Calculating the integrated glaucoma risk index using the following equation,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
    [수학식][Equation]
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000008
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000008
    (I-GRI는 상기 통합 녹내장 위험 지수를 나타내고, NNI는 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 나타내고, Fi는 각 임상 데이터의 전처리된 값을 나타내고, ai는 각 임상 데이터에 적용되는 가중치를 나타내고, m과 n은 각각 NNI와
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000009
    에 적용되는 가중치를 나타내고, m+n=1임)
    (I-GRI represents the integrated glaucoma risk index, NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, F i represents the preprocessed value of each clinical data, a i represents the weight applied to each clinical data, m and n are NNI and
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000009
    represents the weight applied to, m+n=1)
  6. 제5항에 있어서,According to clause 5,
    상기 ai는 학습용 임상 데이터를 학습시켜 생성된 기계학습 기반의 녹내장 진단 모델로부터 도출되는 각 임상 데이터의 중요도인,The a i is the importance of each clinical data derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model created by learning clinical data for learning,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  7. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 상기 피험자에 대해 녹내장 위험도를 진단하는 진단부; 를 더 포함하는,a diagnosis unit that diagnoses the risk of glaucoma for the subject based on the integrated glaucoma risk index; Containing more,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  8. 제7항에 있어서,In clause 7,
    상기 진단부는,The diagnostic department,
    상기 통합 녹내장 위험 지수가 클수록 녹내장 위험도가 높다고 진단하는,Diagnosing that the greater the integrated glaucoma risk index, the higher the risk of glaucoma.
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  9. 제7항에 있어서,In clause 7,
    상기 진단부는,The diagnostic department,
    상기 통합 녹내장 위험 지수 또는 녹내장 위험도 진단 결과를 나타내는 그래픽 차트를 생성하는,Generating a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index or glaucoma risk diagnosis results,
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  10. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 통합 녹내장 위험 지수는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영하는,The integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and reflects the risk or progression of glaucoma.
    녹내장 위험도 진단 장치.Glaucoma risk diagnosis device.
  11. 피험자의 임상 데이터를 입력받는 단계;Receiving the subject's clinical data;
    상기 임상 데이터를 전처리하는 단계;Preprocessing the clinical data;
    참조 데이터베이스에서 상기 임상 데이터 또는 상기 전처리된 임상 데이터와 가장 유사한 소정 개수의 사례들을 추출하는 단계; 및extracting a predetermined number of cases most similar to the clinical data or the preprocessed clinical data from a reference database; and
    상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 산출하고, 상기 전처리된 임상 데이터 및 상기 산출된 비를 기반으로 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 단계; 를 포함하고,calculating a ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, and calculating an integrated glaucoma risk index based on the preprocessed clinical data and the calculated ratio; Including,
    상기 임상 데이터는 망막신경섬유층 상측 두께, 망막신경섬유층 하측 두께, 망막신경섬유층 이측 두께, 안압, 시야 검사를 통해 획득되는 패턴표준편차 및 평균편차를 포함하는,The clinical data includes the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, intraocular pressure, and the pattern standard deviation and average deviation obtained through visual field testing,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  12. 제11항에 있어서,According to clause 11,
    상기 임상 데이터를 전처리하는 단계는,The step of preprocessing the clinical data is,
    상기 임상 데이터를 0과 1 사이의 값으로 정규화하는 단계; 및normalizing the clinical data to a value between 0 and 1; and
    상기 임상 데이터 중 일부 임상 데이터의 정규화된 값을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시키는 단계; 를 포함하는,subtracting normalized values of some of the clinical data from 1 and converting them into inverted values; Including,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  13. 제12항에 있어서,According to clause 12,
    상기 임상 데이터를 변환시키는 단계는,The step of converting the clinical data is,
    상기 망막신경섬유층 상측 두께, 상기 망막신경섬유층 하측 두께, 상기 망막신경섬유층 이측 두께 및 상기 평균편차의 정규화된 값 각각을 1에서 감산하여 반전 값으로 변환시키는,Subtracting each of the normalized values of the upper retinal nerve fiber layer thickness, the lower retinal nerve fiber layer thickness, the posterior retinal nerve fiber layer thickness, and the average deviation from 1 to convert them into inverted values,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  14. 제11항에 있어서,According to clause 11,
    상기 소정 개수는 5인,The predetermined number is 5,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  15. 제11항에 있어서,According to clause 11,
    상기 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는 단계는,The step of calculating the integrated glaucoma risk index is,
    하기 수학식을 이용하여 상기 통합 녹내장 위험 지수를 산출하는,Calculating the integrated glaucoma risk index using the following equation,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
    [수학식][Equation]
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000010
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000010
    (I-GRI는 상기 통합 녹내장 위험 지수를 나타내고, NNI는 상기 소정 개수에 대한 상기 추출된 사례들 중 녹내장인 사례의 개수의 비를 나타내고, Fi는 각 임상 데이터의 전처리된 값을 나타내고, ai는 각 임상 데이터에 적용되는 가중치를 나타내고, m과 n은 각각 NNI와
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000011
    에 적용되는 가중치를 나타내고, m+n=1임)
    (I-GRI represents the integrated glaucoma risk index, NNI represents the ratio of the number of cases with glaucoma among the extracted cases to the predetermined number, F i represents the preprocessed value of each clinical data, a i represents the weight applied to each clinical data, m and n are NNI and
    Figure PCTKR2022004919-appb-img-000011
    represents the weight applied to, m+n=1)
  16. 제15항에 있어서,According to clause 15,
    상기 ai는 학습용 임상 데이터를 학습시켜 생성된 기계학습 기반의 녹내장 진단 모델로부터 도출되는 각 임상 데이터의 중요도인,The a i is the importance of each clinical data derived from a machine learning-based glaucoma diagnosis model created by learning clinical data for learning,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  17. 제11항에 있어서,According to clause 11,
    통합 녹내장 위험 지수를 기반으로 상기 피험자에 대해 녹내장 위험도를 진단하는 단계; 를 더 포함하는,Diagnosing the risk of glaucoma for the subject based on the integrated glaucoma risk index; Containing more,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  18. 제17항에 있어서,According to clause 17,
    상기 녹내장 여부를 진단하는 단계는,The step of diagnosing glaucoma is,
    상기 통합 녹내장 위험 지수가 클수록 녹내장 위험도가 높다고 진단하는,Diagnosing that the greater the integrated glaucoma risk index, the higher the risk of glaucoma.
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  19. 제17항에 있어서,According to clause 17,
    상기 통합 녹내장 위험 지수 또는 녹내장 위험도 진단 결과를 나타내는 그래픽 차트를 생성하는 단계; 를 더 포함하는,generating a graphic chart representing the integrated glaucoma risk index or glaucoma risk diagnosis results; Containing more,
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
  20. 제11항에 있어서,According to clause 11,
    상기 통합 녹내장 위험 지수는 0에서 1 사이의 값을 가지며, 녹내장의 위험 또는 진행 정도를 반영하는,The integrated glaucoma risk index has a value between 0 and 1 and reflects the risk or progression of glaucoma.
    녹내장 위험도 진단 방법.How to diagnose glaucoma risk.
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