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KR20250056757A - Prognosis prediction system and method based on 3d deep learning using preoperative mri - Google Patents

Prognosis prediction system and method based on 3d deep learning using preoperative mri Download PDF

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KR20250056757A
KR20250056757A KR1020240066192A KR20240066192A KR20250056757A KR 20250056757 A KR20250056757 A KR 20250056757A KR 1020240066192 A KR1020240066192 A KR 1020240066192A KR 20240066192 A KR20240066192 A KR 20240066192A KR 20250056757 A KR20250056757 A KR 20250056757A
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KR
South Korea
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prognosis
deep learning
images
prognosis prediction
mri
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Application number
KR1020240066192A
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Korean (ko)
Inventor
최규성
Original Assignee
서울대학교병원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템에 있어서, 뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는 입력부; 상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 이미지의 공간적 특징 분석을 수행하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 예측부; 및 상기 수술 후 예후 지수 예측 결과를 사용자 단말로 출력하여 제공하는 출력부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 수술 시행 전의 뇌교종 환자에 대한 3차원 MRI 데이터를 활용하여 딥러닝 모델을 기반으로 수술 후의 예후 지표를 예측해 줌으로써, 의료진이 환자의 치료 방침을 결정하는데 도움을 줄 수 있다.
The present invention relates to a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system and method using preoperative MRI. According to the present invention, a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI includes an input unit which receives a plurality of three-dimensional MRI images taken of a brain region of a patient with glioma before surgery; a prediction unit which applies the plurality of three-dimensional MRI images to a pre-learned prognosis prediction model to perform spatial feature analysis of the images to predict a postoperative prognosis index of the patient with glioma; and an output unit which outputs and provides the postoperative prognosis index prediction result to a user terminal.
According to the present invention, by predicting the prognostic indicators after surgery based on a deep learning model using 3D MRI data of a patient with glioma before surgery, it is possible to help medical staff determine a treatment plan for the patient.

Description

수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템 및 방법{PROGNOSIS PREDICTION SYSTEM AND METHOD BASED ON 3D DEEP LEARNING USING PREOPERATIVE MRI}{PROGNOSIS PREDICTION SYSTEM AND METHOD BASED ON 3D DEEP LEARNING USING PREOPERATIVE MRI}

본 발명은 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌교종 환자의 수술 전 3차원 뇌 MRI(whole brain MRI) 이미지를 딥러닝 분석하여 수술 후 예후 점수를 예측할 수 있는 딥러닝 기반 예후 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system and method using preoperative MRI, and more specifically, to a deep learning-based prognosis prediction system and method capable of predicting a postoperative prognosis score by analyzing preoperative three-dimensional whole brain MRI images of patients with glioma through deep learning.

머신러닝은 명시적인 프로그래밍 없이 데이터에서 자동으로 학습할 수 있는 컴퓨터 알고리즘이다. 머신러닝은 기존 기술의 한계를 극복하고 이미지 분석, 생물 정보학 및 자연어 처리와 같은 여러 분야에서 돌파구가 되어왔다. 또한, 여러 연구에서 근골격계 질환을 진단하고 질병의 예후를 예측하는 데 유용하게 사용될 가능성이 입증되었다. Machine learning is a computer algorithm that can automatically learn from data without explicit programming. Machine learning has overcome the limitations of existing technologies and has been a breakthrough in various fields such as image analysis, bioinformatics, and natural language processing. In addition, several studies have proven that it can be useful in diagnosing musculoskeletal diseases and predicting the prognosis of diseases.

딥러닝 기술은 고급 머신러닝 접근 방식 중 하나이다. 특히 다수의 은닉층을 이용하여 인간의 뇌와 유사한 구조와 기능을 가진 인공신경망을 구축한다. 딥러닝 기술은 기존의 머신러닝 기술을 능가할 수 있으며, 이미지 및 언어와 같은 구조화되지 않은 지각 데이터를 학습할 수 있다. Deep learning technology is one of the advanced machine learning approaches. In particular, it builds an artificial neural network with a structure and function similar to the human brain by using multiple hidden layers. Deep learning technology can outperform existing machine learning technology and can learn unstructured perceptual data such as images and language.

환자로부터 촬영된 뇌 MRI 이미지를 분석하여 뇌질환을 판독 또는 예측하는 기술은 기존에 개발된 바 있으나, 뇌질환 환자의 수술 후 예후나 생존 가능성을 예측하는 기술은 많지 않은 실정이다.Although technologies have been developed to interpret or predict brain diseases by analyzing brain MRI images taken from patients, there are not many technologies to predict the prognosis or survival rate of patients with brain diseases after surgery.

기존 연구에서 딥러닝을 활용한 예후 예측 모델 개발이 시도되었으나, 전처리 과정이 복잡하여 외부 데이터를 이용하는데 있어서 활용에 제한이 있거나, 구획화된 종양 영역(Tumor Segmented Areas)만을 활용하므로 종양 외 영역의 공간적 정보를 활용할 수 없는 한계가 있었다.Previous studies have attempted to develop prognostic prediction models using deep learning, but the preprocessing process is complex, which limits its use when using external data, and since only segmented tumor areas are used, there are limitations in that spatial information in areas other than the tumor cannot be utilized.

이러한 전처리나 종양 구획화가 필요없는 모델의 경우도 MRI의 2D 슬라이스만을 이용한 모델이므로 높이 방향으로의 공간적 특징 활용에 제한이 있었다. Even for models that do not require such preprocessing or tumor segmentation, the use of spatial features in the height direction was limited because the models only used 2D slices of MRI.

아울러, 현재 임상에서 뇌교종 환자의 예후 예측에는 환자의 기능을 평가하는 임상 지표(Karnofsky performance scale; KPS) 외에는 효과적인 지표가 부재하다. 특히, 효과적인 예후 인자인 유전변이 정보를 획득하기 위해서는 반드시 침습적 수술 과정을 통해 실제 뇌교종 조직을 얻어내야만 가능했다. In addition, there is currently no effective indicator for predicting the prognosis of patients with glioma in clinical practice other than the clinical index (Karnofsky performance scale; KPS) that evaluates the patient's function. In particular, in order to obtain genetic mutation information, which is an effective prognostic factor, it was necessary to obtain actual glioma tissue through an invasive surgical procedure.

따라서 환자의 수술 전 촬영된 뇌 MRI 이미지의 딥러닝 분석 만으로 수술 후 환자의 예후를 정확하게 판단할 수 있는 기법이 요구된다. Therefore, a technique is required that can accurately determine a patient's prognosis after surgery using only deep learning analysis of the patient's brain MRI images taken before surgery.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2021-0065768호(2021.06.04 공개)에 개시되어 있다.The technology underlying the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2021-0065768 (published on June 4, 2021).

본 발명은 뇌교종 환자의 수술 전 3차원 뇌 MRI 이미지를 딥러닝을 기반으로 분석하여 수술 후 예후를 예측할 수 있는 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a 3D deep learning-based prognosis prediction system and method using preoperative MRI, which can predict the postoperative prognosis of a patient with glioma by analyzing the preoperative 3D brain MRI image based on deep learning.

본 발명은, 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템에 있어서, 뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는 입력부; 상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 이미지의 공간적 특징 분석을 수행하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 예측부; 및 상기 수술 후 예후 지수 예측 결과를 사용자 단말로 출력하여 제공하는 출력부를 포함한다.The present invention relates to a 3D deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI, comprising: an input unit for receiving a plurality of 3D MRI images taken of a brain region of a patient with glioma before surgery; a prediction unit for performing spatial feature analysis of the images by applying the plurality of 3D MRI images to a pre-learned prognosis prediction model to predict a postoperative prognosis index of the patient with glioma; and an output unit for outputting and providing the postoperative prognosis index prediction result to a user terminal.

또한, 상기 복수의 3차원 MRI 이미지는, 상기 뇌교종 환자의 뇌 부위에 대해 촬영된 T1w(T1 weight) 이미지, T2w(T2 weight) 이미지, T2 FLAIR 이미지 및 CE-T1w(Contrast-enhanced T1 weight) 이미지를 포함할 수 있다.In addition, the plurality of three-dimensional MRI images may include a T1w (T1 weight) image, a T2w (T2 weight) image, a T2 FLAIR image, and a CE-T1w (Contrast-enhanced T1 weight) image captured for a brain region of the patient with glioma.

또한, 상기 예후 예측 모델은 CNN 기반의 SE-ResNext50 모델을 포함하여 구현될 수 있다.Additionally, the above prognosis prediction model can be implemented including a CNN-based SE-ResNext50 model.

또한, 상기 예측부는, 입력된 3차원 MRI 이미지로부터 두개골 부위 제거, 밝기 정규화 및 리샘플링을 순차로 처리하는 전처리를 수행하고, 전처리된 3차원 MRI 이미지를 상기 예후 예측 모델에 적용할 수 있다.In addition, the prediction unit can perform preprocessing by sequentially performing skull region removal, brightness normalization, and resampling from an input 3D MRI image, and apply the preprocessed 3D MRI image to the prognosis prediction model.

또한, 입력부는, 상기 뇌교종 환자에 대한 임상 정보 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 추가로 입력받고, 상기 예측부는, 상기 복수의 3차원 MRI 이미지와 상기 변수 파라미터를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측할 수 있다.In addition, the input unit additionally receives variable parameters including clinical information and molecular genetic information on the glioma patient, and the prediction unit can predict the post-surgical prognostic index of the glioma patient by applying the plurality of 3D MRI images and the variable parameters to a pre-learned prognostic prediction model.

또한, 상기 예후 예측 모델은, 상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받아 공간적 특징 벡터를 추출하는 제1 특징 추출 모듈과, 임상 정보 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 입력받아 임상 유전 특징 벡터를 추출하는 제2 특징 추출 모듈, 그리고 상기 제1 및 제2 특징 추출 모듈에서 출력된 특징 벡터들을 입력받아 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 출력하는 결과 출력 모듈을 포함할 수 있다.In addition, the prognosis prediction model may include a first feature extraction module that receives the plurality of 3D MRI images as input and extracts a spatial feature vector, a second feature extraction module that receives variable parameters including clinical information and molecular genetic information as input and extracts a clinical genetic feature vector, and a result output module that receives feature vectors output from the first and second feature extraction modules and outputs a post-surgical prognosis index of a patient with glioma.

그리고, 본 발명은, 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템에 의해 수행되는 딥러닝 기반 예후 예측 방법에 있어서, 뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는 단계; 상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 이미지의 공간적 특징 분석을 수행하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 단계; 및 상기 수술 후 예후 지수 예측 결과를 사용자 단말로 출력하여 제공하는 단계를 포함한다.And, the present invention relates to a deep learning-based prognosis prediction method performed by a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI, comprising the steps of: receiving a plurality of three-dimensional MRI images taken of a brain region of a patient with glioma before surgery; performing spatial feature analysis of the images by applying the plurality of three-dimensional MRI images to a pre-learned prognosis prediction model to predict a post-operative prognosis index of the patient with glioma; and outputting and providing the post-operative prognosis index prediction result to a user terminal.

또한, 상기 입력받는 단계는, 상기 뇌교종 환자에 대한 임상 정보 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 추가로 입력받고, 상기 예측하는 단계는, 상기 복수의 3차원 MRI 이미지와 상기 변수 파라미터를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측할 수 있다.In addition, the input step additionally inputs variable parameters including clinical information and molecular genetic information on the glioma patient, and the predicting step applies the plurality of 3D MRI images and the variable parameters to a pre-learned prognosis prediction model to predict the post-surgical prognosis index of the glioma patient.

본 발명에 따르면, 수술 전 MRI 영상 정보만으로 효율적으로 예후 예측 인자를 얻을 수 있어 수술 전에 치료 방침 결정에 도움을 줄 수 있다.According to the present invention, it is possible to efficiently obtain prognostic predictors using only preoperative MRI image information, thereby helping to determine a treatment plan before surgery.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템의 구성을 상세히 설명한 도면이다.
도 3은 도 2의 시스템을 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 CNN 모델을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 예후 예측 모델의 변형 예시를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 시스템을 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 방법을 설명하는 도면이다.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a drawing detailing the configuration of the three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system illustrated in Figure 1.
Figure 3 is a diagram exemplifying a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction operation using the system of Figure 2.
FIG. 4 is a diagram exemplarily showing a CNN model applicable to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing an example of a modified prognosis prediction model.
Figure 6 is a drawing explaining a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction method using the system of Figure 1.

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

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. Also, when a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 것과 같이, 수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 사용자 단말(200)과 유선, 무선 혹은 유무선 결합 네트워크를 통해 연결되어 상호 정보를 송수신할 수 있다. 무선 네트워크는 RF, WLAN, Wi-Fi, 블루투스 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 공지된 다양한 무선 네트워크 방식이 활용될 수 있다. As shown in Fig. 1, a 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) using preoperative MRI can be connected to a user terminal (200) through a wired, wireless, or wired/wireless combination network to transmit and receive mutual information. The wireless network can include at least one of RF, WLAN, Wi-Fi, and Bluetooth methods, and various known wireless network methods can be utilized.

3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 네트워크 접속된 사용자 단말(200)로 뇌교종 환자의 수술 전 3차원 MRI 이미지의 딥러닝 학습에 기반한 수술 후 예후 예측 서비스를 제공하는 웹 서버(Server) 또는 앱 서버 등의 온오프라인 플랫폼으로 구현되거나, 사용자 단말 등에 응용 프로그램, 어플리케이션(Application) 등의 형태로 구현될 수 있다. The 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) can be implemented as an on/offline platform such as a web server or app server that provides a post-surgical prognosis prediction service based on deep learning of 3D MRI images of glioma patients before surgery to a network-connected user terminal (200), or can be implemented in the form of an application program, application, etc. on a user terminal, etc.

따라서, 제안한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 앱(Application) 또는 웹(Web)으로 구현된 발관 결과 예측 서비스 플랫폼(platform)을 네트워크 접속된 사용자 단말(200)로 제공할 수 있다. 서비스 플랫폼은 앱 또는 웹 환경에서 구동되는 응용 프로그램일 수 있다. Therefore, the proposed 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) can provide a tube result prediction service platform implemented as an app or web to a network-connected user terminal (200). The service platform can be an application program running in an app or web environment.

여기서 물론, 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 뇌교종 환자의 수술 전 3차원 MRI 이미지로부터 수술 후의 예후를 예측해주는 서버(Server) 그 자체 일수도 있고, 의료진 측의 사용자 단말(PC, 데스크탑, 스마트폰, 노트북, 패드 등)에 구현되는 응용 프로그램에에 해당할 수도 있다. 각 단말은 관련 응용 프로그램이 실행된 상태에서 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)과 네트워크 접속되어 관련 서비스를 제공받을 수 있다.Here, of course, the 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) may be a server itself that predicts the prognosis after surgery from the 3D MRI images of a patient with glioma before surgery, or it may correspond to an application program implemented in a user terminal (PC, desktop, smartphone, laptop, pad, etc.) of the medical staff. Each terminal can receive related services by being connected to the 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) through a network while the related application program is running.

본 발명의 실시예에 사용자 단말(200)은 PC, 데스크탑(Desktop), 스마트 폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet), 노트북(Notebook) 등과 같이 유무선 네트워크에 접속하여 정보를 주고받을 수 있는 기기를 포함할 수 있다. 사용자 단말(200)은 의료진 단말, 일반적인 유저 단말 등을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a user terminal (200) may include a device that can connect to a wired or wireless network and exchange information, such as a PC, a desktop, a smart phone, a tablet, a notebook, etc. The user terminal (200) may include a medical staff terminal, a general user terminal, etc.

이와 같은 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 뇌교종 환자와 관련하여 수집된 3차원 MRI 데이터를 사용자 단말(200)로부터 입력받고, 입력 데이터를 딥러닝 기반의 사전 학습된 예후 예측 알고리즘에에 적용하여, 환자의 수술 시행 전에 예후 지수를 예측할 수 있다. 이러한 예후 예측 알고리즘은 뇌교종 환자와 관련한 과거 빅데이터를 기반으로 지속적으로 학습 및 업데이트될 수 있다. This 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) receives 3D MRI data collected in relation to a glioma patient from a user terminal (200), applies the input data to a deep learning-based pre-learned prognosis prediction algorithm, and can predict a prognosis index before the patient undergoes surgery. This prognosis prediction algorithm can be continuously learned and updated based on past big data related to glioma patients.

이와 같은 본 발명의 실시예의 경우 수술 시행 전의 뇌교종 환자에 대한 3차원 MRI 데이터를 활용하여 딥러닝 모델을 기반으로 수술 후의 예후 지표를 사전 예측해 줌으로써, 의료진이 환자의 치료 방침을 결정하는데 도움을 줄 수 있다. In the case of an embodiment of the present invention, by utilizing 3D MRI data of a patient with glioma before surgery and predicting the prognosis after surgery based on a deep learning model, it is possible to help medical staff determine a treatment plan for the patient.

도 2는 도 1에 도시된 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템의 구성을 상세히 설명한 도면이고, 도 3은 도 2의 시스템을 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a drawing detailing the configuration of the 3D deep learning-based prognosis prediction system illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is a drawing exemplarily showing the 3D deep learning-based prognosis prediction operation using the system of FIG. 2.

도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 입력부(110), 예측부(120) 및 출력부(130)를 포함한다. 여기서 각 부(110~130)의 동작 및 각 부 간의 데이터 흐름은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.As shown in Fig. 2, a 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) according to an embodiment of the present invention includes an input unit (110), a prediction unit (120), and an output unit (130). Here, the operation of each unit (110 to 130) and the data flow between each unit can be controlled by a control unit (not shown).

이러한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 물리적으로 구성되어 프로세서, 메모리, 유저 인터페이스 입출력 장치 및 저장 장치, 네트워크 입출력부 등을 포함하는 컴퓨터 장치로 구현될 수도 있고, 컴퓨터 장치나 사용자 단말에 실행되는 응용 프로그램 등으로 구현될 수도 있다. This 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) may be implemented as a computer device physically configured to include a processor, memory, a user interface input/output device, a storage device, a network input/output unit, etc., or may be implemented as an application program running on a computer device or a user terminal.

입력부(110)는 뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는다. 여기서 뇌교종 환자란 뇌종양 환자 군을 포함할 수 있으며, 대표적으로 성인 뇌교종 환자를 나타낼 수 있다.The input unit (110) receives multiple 3D MRI images taken of the brain region of a patient with glioma before surgery. Here, the patient with glioma may include a group of patients with brain tumors, and may represent, for example, adult patients with glioma.

본 발명의 실시예의 경우 적절한 MRI 시퀀스를 활용하여 뇌교종의 종양 생물학적 특징을 보다 신뢰성 있게 파악할 수 있다. In an embodiment of the present invention, tumor biological characteristics of glioma can be more reliably identified by utilizing an appropriate MRI sequence.

이러한 본 발명의 실시예에서, 딥러닝의 입력으로 사용되는 복수의 3차원 MRI 이미지는 뇌교종 환자의 뇌 부위에 대한 T1w(T1 weight) 이미지, T2w(T2 weight) 이미지, T2 FLAIR 이미지 및 CE T1w(Contrast-enhanced T1 weight) 이미지를 포함할 수 있다. In this embodiment of the present invention, the plurality of 3D MRI images used as inputs for deep learning may include a T1w (T1 weight) image, a T2w (T2 weight) image, a T2 FLAIR image, and a CE T1w (Contrast-enhanced T1 weight) image of a brain region of a patient with glioma.

각각의 3차원 MRI 이미지는 MRI 장비로부터 획득 가능하며, 특징 획득에 있어 서로 다른 강점을 가지고 있다. 간단한 예로, CE T1w 이미지를 통해서는 증강된 종양(enhancing tumor) 부분을 볼 수 있고, FLAIR 이미지를 통해서는 비증강 종양(nonenhancing tumor)과 종양 주변 부종(peritumoral edema) 부분을 볼 수 있는데 해당 부분에도 미세한 종양세포가 침윤되어 있으므로 수술을 통해 증강된 종양(enhancing tumor)을 다 떼더라도 여기서 재발이 가능하므로 이 부분 역시 딥러닝 분석에 포함시키는 것이 바람직하다. Each 3D MRI image can be acquired from MRI equipment and has different strengths in feature acquisition. For example, the CE T1w image can show the enhancing tumor area, and the FLAIR image can show the nonenhancing tumor and peritumoral edema area. Since these areas are also infiltrated by microscopic tumor cells, even if the enhancing tumor is completely removed through surgery, recurrence is possible here. Therefore, it is desirable to include this area in the deep learning analysis as well.

이와 같이 서로 다른 특징의 MRI 이미지를 모두 딥러닝 학습에 활용할 경우에 보다 신뢰성 있는 예후 예측이 가능해진다. 도 3에서는 두 가지 종류의 3D MRI 이미지를 예시적으로 보여준다. When MRI images with different features are utilized in deep learning training, more reliable prognosis prediction becomes possible. Figure 3 shows two types of 3D MRI images as examples.

다음으로, 예측부(120)는 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 뇌교종 환자에 대한 딥러닝 기반의 예후 지수(Deep-Learning based Prognostic Index, DPI)를 예측할 수 있다. 도출되는 예후 지수는 설정 범위의 점수, 인덱스 값, 상태 분류 결과, 생존 확률 등의 형태로 제공될 수 있다. Next, the prediction unit (120) can predict a deep-learning based prognostic index (DPI) for a patient with glioma by applying multiple 3D MRI images to a pre-learned prognostic prediction model. The derived prognostic index can be provided in the form of a score in a set range, an index value, a status classification result, a survival probability, etc.

이때, 예측부(120)는 입력된 3차원 MRI 이미지로부터 두개골 부위 제거, 밝기 정규화 및 리샘플링을 순차로 처리하여 이미지 전처리를 수행하고, 전처리가 완료된 3차원 MRI 이미지를 예후 예측 모델에 적용할 수 있다. 전처리를 수행할 경우 불필요한 영역을 제거하고 데이터를 경량화함으로써 특징 추출 효율을 높일 수 있다. At this time, the prediction unit (120) sequentially processes skull region removal, brightness normalization, and resampling from the input 3D MRI image to perform image preprocessing, and can apply the 3D MRI image for which preprocessing is completed to the prognosis prediction model. When preprocessing is performed, feature extraction efficiency can be increased by removing unnecessary areas and making the data lighter.

본 발명의 실시예에서, 예측부(120)는 딥러닝을 기반으로 3차원 이미지 학습이 가능한 예후 예측 모델을 이용하여 환자의 수술전 획득된 복수의 3차원 MRI 이미지에 대한 공간적 특징(Spatial Feature)을 분석하고, 분석된 공간적 특징을 기반으로 수술 후 환자의 예후 지수(DPI)를 예측할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the prediction unit (120) analyzes spatial features of multiple 3D MRI images acquired before surgery of a patient using a prognosis prediction model capable of 3D image learning based on deep learning, and can predict the prognosis index (DPI) of the patient after surgery based on the analyzed spatial features.

이에 따르면, 종양외 영역의 특징뿐 아니라 높이 방향의 공간적 특징까지 모두 포함하여 특징을 추출할 수 있어 예후 예측 성능을 높일 수 있다.According to this, it is possible to extract features including not only the features of the extratumoral area but also the spatial features in the height direction, thereby improving the prognosis prediction performance.

본 발명의 실시예에서 예후 예측 모델은 3차원 공간적 특징 분석이 가능한 3차원 CNN 모델을 포함하여 구현될 수 있다. In an embodiment of the present invention, a prognosis prediction model can be implemented by including a 3D CNN model capable of 3D spatial feature analysis.

구체적으로, 예후 예측 모델은 CNN 기반의 모델을 포함하여 구현될 수 있는데, 전체 뇌 MRI(whole brain MRI)에 대한 효율적 공간적 특징 추출이 가능한 특징 추출기(Feature extractor)인 CNN 모델들(예: ResNet-50, DenseNet-50, EfficientNet-B0, SE-ResNext50)에 의해 구현될 수 있다. Specifically, the prognosis prediction model can be implemented by including a CNN-based model, and can be implemented by CNN models (e.g., ResNet-50, DenseNet-50, EfficientNet-B0, SE-ResNext50), which are feature extractors capable of efficient spatial feature extraction for whole brain MRI.

도 4는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 CNN 모델을 예시적으로 보여주는 도면으로, ResNet 모델과 SE-ResNext 모델의 구조를 예시적으로 보여준다. FIG. 4 is a diagram exemplarily showing a CNN model applicable to an embodiment of the present invention, and exemplarily showing the structures of a ResNet model and a SE-ResNext model.

이러한 본 발명의 실시예에서 예후 예측 모델은 나열한 ResNet-50, DenseNet-50, EfficientNet-B0, SE-ResNext50 모델 중에서도 가장 우수한 성능을 나타낸 Squeeze-Excitation 네트워크인 SE-ResNext50 모델을 이용하여 구현될 수 있다. In this embodiment of the present invention, the prognosis prediction model can be implemented using the SE-ResNext50 model, which is a squeeze-excitation network that exhibits the best performance among the listed ResNet-50, DenseNet-50, EfficientNet-B0, and SE-ResNext50 models.

이러한 예후 예측 모델은 과거 성인형 확산 뇌교종 환자들에 대한 수술 전 3차원 MRI 데이터와 수술 후 경과 시간에 따른 생존 분석 데이터와 관련한 빅데이터를 기반으로 사전에 학습될 수 있다. 이때 생존 분석(Survival Analysis)에 사용되는 세미-파라미터 방식인 콕스 비례 위험 모델이 활용될 수 있다. Such prognostic prediction models can be learned in advance based on big data related to preoperative 3D MRI data and survival analysis data according to the time elapsed after surgery for patients with past adult diffuse gliomas. At this time, the Cox proportional hazards model, a semi-parametric method used in survival analysis, can be utilized.

물론 이러한 데이터를 활용할 경우에 예후 예측 모델은 수술 후 설정 시간(예: 6개월, 1년, 3년) 경과 후의 예후 지수를 제공할 수도 있고, 시간에 따른 예후 지수 변화를 예측 결과로 제공할 수 있다. Of course, when utilizing such data, the prognosis prediction model can provide a prognosis index after a set period of time (e.g., 6 months, 1 year, 3 years) after surgery, and can provide the change in the prognostic index over time as a prediction result.

이와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 3D CNN 모델을 이용하여 전체 뇌 MRI(whole brain MRI)에서 예후 관련된 공간적 특징을 최대한 일반화 가능하게끔 추출할 수 있다.In this way, in the case of an embodiment of the present invention, a 3D CNN model can be used to extract prognostic spatial features from a whole brain MRI in a manner that is as generalizable as possible.

출력부(130)는 예측부(120)에서 예측한 예후 지수(DPI) 결과를 사용자 단말(200)로 출력하여 제공할 수 있다. 이때, 출력부(130)는 입력 데이터로 사용된 환자의 3차원 MRI 이미지를 예측 결과와 함께 제공할 수 있다. 예후 예측 결과는 의료진이 수술 전 환자의 치료 방침을 결정하는데 도움을 줄 수 있다.The output unit (130) can output and provide the prognostic index (DPI) result predicted by the prediction unit (120) to the user terminal (200). At this time, the output unit (130) can provide the 3D MRI image of the patient used as input data together with the prediction result. The prognostic prediction result can help the medical staff decide on the treatment plan for the patient before surgery.

본 발명의 실시예에서, 예측부(120)는 환자로부터 획득된 복수의 3차원 MRI 데이터 이외에, 환자의 임상 정보와 분자유전학적 정보를 포함하는 변수 파라미터를 추가로 활용하여 예후 예측을 수행할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the prediction unit (120) can perform prognosis prediction by additionally utilizing variable parameters including clinical information and molecular genetic information of the patient in addition to multiple 3D MRI data acquired from the patient.

이를 위해, 입력부(110)는 환자의 임상 특징 정보 및 분자유전학적 특징(Clinical, molecular genetic feature) 정보를 포함한 변수 파라미터를 추가로 입력받아 예측부(120)로 전달할 수 있다.To this end, the input unit (110) can additionally receive variable parameters including the patient's clinical feature information and molecular genetic feature information and transmit them to the prediction unit (120).

예측부(120)는 복수의 3차원 MRI 이미지와 변수 파라미터를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측할 수 있다. 이와 같이, 뇌교종 환자로부터 수술전 취득된 3차원 MRI 이미지 이외에, 해당 환자의 임상 데이터와 분자유전학적 데이터를 추가로 고려할 경우, 예후 예측 성능을 더욱 높일 수 있다. 여기서 임상 데이터는 나이, 성별, 병력 등을 포함할 수 있고, 분자 유전학적 데이터는 유전적 변이 정보(IDH 변이)를 포함할 수 있다. The prediction unit (120) can predict the post-operative prognosis index of a glioma patient by applying multiple 3D MRI images and variable parameters to a pre-learned prognosis prediction model. In this way, if clinical data and molecular genetic data of the patient are additionally considered in addition to the 3D MRI images acquired from the glioma patient before surgery, the prognosis prediction performance can be further improved. Here, the clinical data can include age, gender, medical history, etc., and the molecular genetic data can include genetic mutation information (IDH mutation).

이 경우, 예후 예측 모델은 다수의 학습 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 도 5는 예후 예측 모델의 변형 예시를 보여주는 도면이다. In this case, the prognostic prediction model can be implemented by including multiple learning modules. Fig. 5 is a diagram showing an example of a modified prognostic prediction model.

도 5와 같이 예후 예측 모델은 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받아 공간적 특징 벡터를 추출하는 제1 특징 추출 모듈(10)과, 임상 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 입력받아 임상 유전 특징 벡터를 추출하는 제2 특징 추출 모듈(20), 그리고 두 특징 추출 모듈에서 출력되는 특징 벡터들을 입력받아 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수(DPI)를 출력하는 결과 출력 모듈(30)을 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 제1 특징 추출 모듈(10)은 CNN 기반의 SE-ResNext50 모델로 구현될 수 있고, 나머지 모듈(20,30)은 공지된 다양한 DNN 모델로 구현될 수 있다. As shown in Fig. 5, the prognosis prediction model can be implemented including a first feature extraction module (10) that receives a plurality of 3D MRI images as input and extracts spatial feature vectors, a second feature extraction module (20) that receives variable parameters including clinical and molecular genetic information as input and extracts clinical genetic feature vectors, and a result output module (30) that receives feature vectors output from the two feature extraction modules and outputs a post-surgical prognostic index (DPI) of a patient with glioma. At this time, the first feature extraction module (10) can be implemented as a CNN-based SE-ResNext50 model, and the remaining modules (20, 30) can be implemented as various known DNN models.

도 6은 도 1의 시스템을 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 방법을 설명하는 도면이다.Figure 6 is a drawing explaining a three-dimensional deep learning-based prognosis prediction method using the system of Figure 1.

먼저, 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는다(S610). First, the 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) receives multiple 3D MRI images taken of the brain region of a patient with glioma before surgery (S610).

여기서, 복수의 3차원 MRI 이미지는 MRI 장비로부터 얻어지며, 4가지 종류의 3차원 MRI 이미지(T1w, T2w, T2 FLAIR, CE-T1w)를 포함할 수 있다.Here, multiple 3D MRI images are obtained from MRI equipment, and may include four types of 3D MRI images (T1w, T2w, T2 FLAIR, CE-T1w).

그리고, 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측한다(S620). 여기서 예후 지수는 인덱스, 점수 등의 형태로 출력될 수 있다. And, the 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) applies multiple 3D MRI images to a pre-learned prognosis prediction model to predict the post-surgical prognosis index of a brain glioma patient (S620). Here, the prognosis index can be output in the form of an index, a score, etc.

다음으로, 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템(100)은 수술 후 예후 지수 예측 결과를 사용자 단말(200)로 출력하여 제공할 수 있다(S630).Next, the 3D deep learning-based prognosis prediction system (100) can output and provide the post-surgical prognosis index prediction result to the user terminal (200) (S630).

이상과 같은 본 발명에 따르면, 수술 시행 전의 뇌교종 환자에 대한 3차원 MRI 데이터를 활용하여 딥러닝 모델을 기반으로 수술 후의 예후 지표를 사전 예측해 줌으로써, 의료진이 환자의 치료 방침을 결정하는데 도움을 줄 수 있다. According to the present invention as described above, by utilizing 3D MRI data of patients with glioma prior to surgery and predicting prognosis in advance based on a deep learning model, it is possible to help medical staff determine a treatment plan for the patient.

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

100: 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템
110: 입력부
120: 예측부
130: 출력부
200: 사용자 단말
100: 3D Deep Learning Based Prognosis Prediction System
110: Input section
120: Prediction Department
130: Output section
200: User Terminal

Claims (10)

수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템에 있어서,
뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는 입력부;
상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 이미지의 공간적 특징 분석을 수행하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 예측부; 및
상기 수술 후 예후 지수 예측 결과를 사용자 단말로 출력하여 제공하는 출력부를 포함하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템.
In a 3D deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI,
An input unit that receives multiple 3D MRI images of the brain region of a patient with glioma prior to surgery;
A prediction unit that applies the above multiple 3D MRI images to a pre-learned prognosis prediction model to perform spatial feature analysis of the images and predict the post-surgical prognosis index of the above glioma patient; and
A three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system including an output section that outputs and provides the results of predicting the prognosis index after the above surgery to a user terminal.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 3차원 MRI 이미지는,
상기 뇌교종 환자의 뇌 부위에 대해 촬영된 T1w(T1 weight) 이미지, T2w(T2 weight) 이미지, T2 FLAIR 이미지 및 CE-T1w(Contrast-enhanced T1 weight) 이미지를 포함하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템.
In claim 1,
The above multiple 3D MRI images are,
A three-dimensional deep learning-based prognosis prediction system including T1w (T1 weight) images, T2w (T2 weight) images, T2 FLAIR images, and CE-T1w (Contrast-enhanced T1 weight) images captured for the brain region of the above glioma patient.
청구항 1에 있어서,
상기 예후 예측 모델은 CNN 기반의 SE-ResNext50 모델을 포함하여 구현되는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템.
In claim 1,
The above prognosis prediction model is a 3D deep learning-based prognosis prediction system implemented including a CNN-based SE-ResNext50 model.
청구항 1에 있어서,
상기 예측부는,
입력된 3차원 MRI 이미지로부터 두개골 부위 제거, 밝기 정규화 및 리샘플링을 순차로 처리하는 전처리를 수행하고, 전처리된 3차원 MRI 이미지를 상기 예후 예측 모델에 적용하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템.
In claim 1,
The above prediction part,
A 3D deep learning-based prognosis prediction system that sequentially performs preprocessing of skull region removal, brightness normalization, and resampling from an input 3D MRI image, and applies the preprocessed 3D MRI image to the prognosis prediction model.
청구항 1에 있어서,
상기 입력부는,
상기 뇌교종 환자에 대한 임상 정보 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 추가로 입력받고,
상기 예측부는,
상기 복수의 3차원 MRI 이미지와 상기 변수 파라미터를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템.
In claim 1,
The above input section,
Additional variable parameters including clinical information and molecular genetic information on the above brain tumor patients are input,
The above prediction part,
A 3D deep learning-based prognosis prediction system that predicts the postoperative prognosis index of a patient with glioma by applying the above-mentioned multiple 3D MRI images and the above-mentioned variable parameters to a pre-learned prognosis prediction model.
청구항 5에 있어서,
상기 예후 예측 모델은,
상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받아 공간적 특징 벡터를 추출하는 제1 특징 추출 모듈과, 임상 정보 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 입력받아 임상 유전 특징 벡터를 추출하는 제2 특징 추출 모듈, 그리고 상기 제1 및 제2 특징 추출 모듈에서 출력된 특징 벡터들을 입력받아 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 출력하는 결과 출력 모듈을 포함하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템.
In claim 5,
The above prognostic prediction model is,
A 3D deep learning-based prognosis prediction system, comprising: a first feature extraction module for receiving the above-described multiple 3D MRI images as input and extracting spatial feature vectors; a second feature extraction module for receiving variable parameters including clinical information and molecular genetic information and extracting clinical genetic feature vectors; and a result output module for receiving feature vectors output from the first and second feature extraction modules and outputting a post-surgical prognosis index for a patient with glioma.
수술 전 MRI를 이용한 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 시스템에 의해 수행되는 딥러닝 기반 예후 예측 방법에 있어서,
뇌교종 환자의 수술 전 뇌 부위에 대해 촬영된 복수의 3차원 MRI 이미지를 입력받는 단계;
상기 복수의 3차원 MRI 이미지를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 이미지의 공간적 특징 분석을 수행하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 단계; 및
상기 수술 후 예후 지수 예측 결과를 사용자 단말로 출력하여 제공하는 단계를 포함하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 방법.
In a deep learning-based prognosis prediction method performed by a 3D deep learning-based prognosis prediction system using preoperative MRI,
A step of receiving multiple 3D MRI images of the brain region of a patient with glioma prior to surgery;
A step of applying the plurality of 3D MRI images to a pre-learned prognosis prediction model to perform spatial feature analysis of the images to predict the post-surgical prognosis index of the glioma patient; and
A three-dimensional deep learning-based prognosis prediction method including a step of outputting and providing the result of predicting the prognosis index after the above surgery to a user terminal.
청구항 7에 있어서,
상기 복수의 3차원 MRI 이미지는,
상기 뇌교종 환자의 뇌 부위에 대해 촬영된 T1w(T1 weight) 이미지, T2w(T2 weight) 이미지, T2 FLAIR 이미지 및 CE-T1w(Contrast-enhanced T1 weight) 이미지를 포함하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 방법.
In claim 7,
The above multiple 3D MRI images are,
A three-dimensional deep learning-based prognosis prediction method including T1w (T1 weight) images, T2w (T2 weight) images, T2 FLAIR images, and CE-T1w (Contrast-enhanced T1 weight) images captured for the brain region of the above glioma patient.
청구항 7에 있어서,
상기 예후 예측 모델은 CNN 기반의 SE-ResNext50 모델을 포함하여 구현되는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 방법.
In claim 7,
The above prognosis prediction model is a 3D deep learning-based prognosis prediction method implemented including a CNN-based SE-ResNext50 model.
청구항 7에 있어서,
상기 입력받는 단계는,
상기 뇌교종 환자에 대한 임상 정보 및 분자유전학적 정보를 포함한 변수 파라미터를 추가로 입력받고,
상기 예측하는 단계는,
상기 복수의 3차원 MRI 이미지와 상기 변수 파라미터를 기 학습된 예후 예측 모델에 적용하여 상기 뇌교종 환자의 수술 후 예후 지수를 예측하는 3차원 딥러닝 기반 예후 예측 방법.
In claim 7,
The above input receiving step is,
Additional variable parameters including clinical information and molecular genetic information on the above brain tumor patients are input,
The above predicting steps are:
A 3D deep learning-based prognosis prediction method for predicting the postoperative prognosis index of a patient with glioma by applying the above-mentioned multiple 3D MRI images and the above-mentioned variable parameters to a pre-learned prognosis prediction model.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN120726451A (en) * 2025-06-26 2025-09-30 山东省公共卫生临床中心 Image recognition method, system and storage medium for ear endoscope based on DenseNet

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120726451A (en) * 2025-06-26 2025-09-30 山东省公共卫生临床中心 Image recognition method, system and storage medium for ear endoscope based on DenseNet

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