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JP7574181B2 - DIAGNOSIS SUPPORT DEVICE, ESTIMATION DEVICE, DIAGNOSIS SUPPORT SYSTEM, DIAGNOSIS SUPPORT METHOD, DIAGNOSIS SUPPORT PROGRAM, AND TRAINED MODEL - Google Patents
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JP7574181B2 - DIAGNOSIS SUPPORT DEVICE, ESTIMATION DEVICE, DIAGNOSIS SUPPORT SYSTEM, DIAGNOSIS SUPPORT METHOD, DIAGNOSIS SUPPORT PROGRAM, AND TRAINED MODEL - Google Patents

DIAGNOSIS SUPPORT DEVICE, ESTIMATION DEVICE, DIAGNOSIS SUPPORT SYSTEM, DIAGNOSIS SUPPORT METHOD, DIAGNOSIS SUPPORT PROGRAM, AND TRAINED MODEL Download PDF

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Description

本発明は、診断支援装置、推測装置、診断支援システム、診断支援方法、診断支援プログラム及び学習済みモデルに関する。 The present invention relates to a diagnostic support device, an inference device, a diagnostic support system, a diagnostic support method, a diagnostic support program, and a trained model.

従来、機械学習技術を用いて、脳のMRI(Magnetic Resonance Imaging)画像等に基づいて認知症のリスクを推測する研究が行われている。Previously, research has been conducted using machine learning technology to predict the risk of dementia based on brain MRI (Magnetic Resonance Imaging) images, etc.

例えば、下記特許文献1には、軽度認知障害の被験者が所定期間内にアルツハイマー病を発症するか否かの予測を行う診断支援装置が記載されている。診断支援装置は、被験者から取得した脳画像を灰白質、白質、および髄液部分に分割し、分割された各領域に複数の関心領域を設定し、各関心領域の体積について、各関心領域におけるt値およびp値を演算し、t値およびp値に基づいて、各関心領域のz値を演算し、z値に基づいて、機械学習された予測アルゴリズムに従って、被験者が所定期間内にアルツハイマー病を発症するか否かの予測を行う。For example, the following Patent Document 1 describes a diagnostic support device that predicts whether a subject with mild cognitive impairment will develop Alzheimer's disease within a specified period of time. The diagnostic support device divides a brain image acquired from the subject into gray matter, white matter, and cerebrospinal fluid, sets multiple regions of interest in each divided region, calculates t-values and p-values for the volume of each region of interest, calculates z-values for each region of interest based on the t-values and p-values, and predicts whether the subject will develop Alzheimer's disease within a specified period of time based on the z-values in accordance with a machine-learned prediction algorithm.

下記特許文献2には、同一患者の脳画像間の変化量を精度よく取得するための医用画像処理装置が記載されている。医用画像処理装置は、標準脳画像を基準に被検体の第1の脳画像を位置合わせした後複数の領域に分割し、第1の脳画像を基準に被検体の第2の脳画像を位置合わせして、少なくとも一つの領域についての変化量を取得する。分割の手法としては、ブロードマンの脳地図に基づいて、脳を運動、言語、知覚、記憶、視覚及び聴覚等の各機能を司る領域に分割する手法、脳を大脳、間脳、中脳、後脳、小脳及び延髄の6種類の領域に分割する手法が記載されている。また、同文献には、過去の複数の患者について、領域毎の変化量、すなわち委縮率を教師データとして機械学習させることにより判別機を作成することが記載されている。The following Patent Document 2 describes a medical image processing device for accurately acquiring the amount of change between brain images of the same patient. The medical image processing device aligns a first brain image of the subject with a standard brain image as a reference, then divides it into multiple regions, and aligns a second brain image of the subject with the first brain image as a reference to acquire the amount of change for at least one region. As a division method, a method of dividing the brain into regions that control each function such as movement, language, perception, memory, vision, and hearing based on Brodmann's brain map, and a method of dividing the brain into six types of regions, namely, the cerebrum, diencephalon, midbrain, hindbrain, cerebellum, and medulla oblongata, are described. The same document also describes the creation of a discriminator by machine learning the amount of change for each region, i.e., the atrophy rate, as teacher data for multiple past patients.

下記非特許文献1には、脳画像をボクセルごとに分割して、PET検査により評価するVBM(Voxel Based morphometry)法によるSUVR値の分布が示されている。同文献の図2には、ロジスティック回帰分析により、眼窩前頭皮質、中央前頭皮質、中側頭皮質、側頭後頭接合部、後部帯状皮質、角回、楔前部、被殻、および側坐核に分割し、各領域のSUVR値の疾患寄与率のマップが示されている。The following non-patent document 1 shows the distribution of SUVR values using the VBM (Voxel Based Morphometry) method, which divides brain images into voxels and evaluates them using PET scans. Figure 2 in the same document shows a map of the disease contribution rate of the SUVR value for each region divided into the orbitofrontal cortex, middle frontal cortex, middle temporal cortex, temporo-occipital junction, posterior cingulate cortex, angular gyrus, precuneus, putamen, and nucleus accumbens using logistic regression analysis.

下記非特許文献2には、身体所見、神経学的診察、血液検査、画像検査等を用いて、認知症の鑑別診断を行うことが記載されている。The following non-patent document 2 describes how differential diagnosis of dementia is performed using physical examinations, neurological examinations, blood tests, imaging tests, etc.

特許第6483890号公報Patent No. 6483890 国際公開WO2019/003749号International Publication No. WO2019/003749

MATHOTAARACHCHI, Sulantha et al., “Identifying incipient dementia individuals using machine learning and amyloid imaging”,Neurobiology of Aging, 2017年11月,Vol.59,p.80-90MATHOTAARACHCHI, Sulantha et al., “Identifying incipient dementia individuals using machine learning and amyloid imaging”, Neurobiology of Aging, November 2017, Vol. 59, p. 80-90 “認知症疾患 診療ガイドライン 2017”,株式会社 医学書院,2017年8月1日,p.36-37"Dementia Disease Treatment Guidelines 2017", Igaku Shoin Co., Ltd., August 1, 2017, pp. 36-37

機械学習技術を用いて、MRI画像等に基づいて認知症のリスクを推測した結果は、医師による診断に活用される。Using machine learning technology, the risk of dementia is predicted based on MRI images, etc., and the results are used by doctors to make diagnoses.

しかしながら、単に推測結果を提示するだけでは、どのような理由でその推測がされたのかが明らかでない。そのため、医師は、推測結果の妥当性を判断することが難しく、結果として推測結果が採用しづらくなるおそれがある。However, simply presenting a speculation result does not make it clear why the speculation was made. This makes it difficult for doctors to judge the validity of the speculation result, which may result in the speculation result being less likely to be adopted.

また、海馬に委縮がみられないにもかかわらずAD(Alzheimer Disease;アルツハイマー病)に相当しない場合や、PET検査においてアミロイドβタンパク質の蓄積が大きいことが検出されたにもかかわらずADの前駆状態であるMCI(Mild Cognitive Impairment;軽度認知障害)に相当しない場合等、脳の一部領域を評価する従来の手法では、精度の高い診断を行うことが困難な場合がある。 In addition, there are cases where it is difficult to make an accurate diagnosis using conventional methods that evaluate only certain areas of the brain, such as when there is no atrophy in the hippocampus but the condition does not correspond to AD (Alzheimer's Disease), or when a PET scan detects significant accumulation of amyloid beta protein but the condition does not correspond to MCI (Mild Cognitive Impairment), a precursor state of AD.

そこで、本発明は、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすく、かつ、診断精度を高めることが可能になる診断支援装置、推測装置、診断支援システム、診断支援方法、診断支援プログラム及び学習済みモデルを提供する。Therefore, the present invention provides a diagnostic support device, an inference device, a diagnostic support system, a diagnostic support method, a diagnostic support program, and a trained model that make it easy to confirm the validity of the inference results based on the trained model and that enables improved diagnostic accuracy.

本発明の一態様に係る診断支援装置は、対象者の全脳の画像を取得する第1取得部と、学習済みモデルに画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得する第2取得部と、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報を表示する表示部と、を備える。A diagnostic support device according to one aspect of the present invention includes a first acquisition unit that acquires an image of the subject's whole brain, a second acquisition unit that inputs the image into a trained model and acquires an inference result based on which an inference related to the subject's dementia is made, and a display unit that displays the inference result and information indicating the region of interest of the whole brain in the image that is the basis for the inference result.

この態様によれば、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とともに表示することで、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすくなる。 According to this aspect, by displaying the results of inferences made using a trained model related to a subject's dementia together with information showing the region of interest of the entire brain in the image on which the inference results are based, it becomes easier to confirm the validity of the inference results made by the trained model.

ここで「全脳の画像」とは、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域の画像(断面画像の場合、その断面における、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域)をいう。典型的な場合、脳の水平断面(軸位断、軸位面)の全脳画像には、前頭葉、側頭葉、後頭葉等が含まれ、前後方向と平行な垂直断面(矢状断、矢状面)には、前頭葉、頭頂葉、後頭葉及び延髄が含まれ、左右方向と平行な垂直断面(冠状断、冠状面)には、側頭葉、前頭葉又は頭頂葉、延髄が含まれる。 Here, "whole brain image" refers to an image of all areas surrounded by the skull (in the case of a cross-sectional image, all areas surrounded by the skull in that cross-section). Typically, a whole brain image of a horizontal cross-section (axial section, axial plane) of the brain includes the frontal, temporal and occipital lobes, etc., a vertical cross-section parallel to the anterior-posterior direction (sagittal section, sagittal plane) includes the frontal, parietal and occipital lobes and medulla oblongata, and a vertical cross-section parallel to the lateral direction (coronal section, coronal plane) includes the temporal, frontal or parietal lobes and medulla oblongata.

また、「推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域」とは、仮に、その領域の画像データを異ならせたときに、異なる推測結果をもたらす領域をいう。例えば、認知症である可能性が高い、という推測結果をもたらした全脳画像の画像データについて表示される関心領域の画像データを異ならせて学習済みモデル入力した場合に、認知症である可能性が低い、という推測結果をもたらす領域をいう。 In addition, the "whole-brain region of interest in the image that serves as the basis for the inference result" refers to a region that, if the image data of that region is changed, will result in a different inference result. For example, if the image data of the region of interest displayed in the image data of a whole-brain image that has resulted in a prediction result that there is a high possibility of dementia is changed and input into a trained model, it refers to a region that will result in a prediction result that there is a low possibility of dementia.

「全脳の関心領域」とは、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域内の関心領域をいい、「関心領域」とは、認知症に関連する推測結果の起因となった領域をいう。 "Whole brain region of interest" means the region of interest within all areas enclosed by the skull, and "region of interest" means the region giving rise to a dementia-related inferred result.

上記態様において、第1取得部は、全脳の3次元画像を取得してもよい。 In the above aspect, the first acquisition unit may acquire a three-dimensional image of the entire brain.

この態様によれば、全脳の3次元画像を用いることで、全脳の立体的な特徴を捉えて認知症に関連する推測を行うことができる。 According to this aspect, by using a three-dimensional image of the entire brain, it is possible to capture the three-dimensional characteristics of the entire brain and make inferences related to dementia.

上記態様において、表示部は、推測結果の根拠となる3次元画像における全脳の関心領域を、3次元位置が識別可能な態様で表示してもよい。In the above aspect, the display unit may display the region of interest of the entire brain in the three-dimensional image that serves as the basis for the inference result in a manner that allows the three-dimensional position to be identified.

この態様によれば、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を、立体的に捉えることができ、学習済みモデルによる推測結果の妥当性がより確認しやすくなる。 According to this embodiment, the region of interest of the entire brain in the image on which the inference results are based can be captured in three dimensions, making it easier to confirm the validity of the inference results based on the trained model.

上記態様において、第2取得部は、学習済みモデルを用いて、画像に基づいて、対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測を行った推測結果を取得してもよい。 In the above aspect, the second acquisition unit may use the trained model to acquire a prediction result for predicting the risk of the subject developing dementia within a specified period based on the image.

この態様によれば、対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクに関する推測結果が妥当なものであるか、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報によって確認することができる。 According to this aspect, the validity of a prediction result regarding a subject's risk of developing dementia within a specified period of time can be confirmed by information indicating the region of interest of the entire brain in the image on which the prediction result is based.

上記態様において、第2取得部は、学習済みモデルを用いて、画像に基づいて、全脳に関するアミロイドβタンパク質やタウタンパク質等の認知症原因タンパク質の蓄積を推測した推測結果を取得してもよい。In the above aspect, the second acquisition unit may use the trained model to acquire an inference result that infers the accumulation of dementia-causing proteins, such as amyloid beta protein and tau protein, throughout the entire brain based on images.

この態様によれば、対象者の全脳に関するアミロイドβタンパク質やタウタンパク質等の認知症原因タンパク質の蓄積を推測した推測結果が妥当なものであるか、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報によって確認することができる。According to this embodiment, the validity of the inferred results of the accumulation of dementia-causing proteins, such as amyloid beta protein and tau protein, in the subject's entire brain can be confirmed by information indicating the region of interest in the entire brain in the image that serves as the basis for the inferred results.

上記態様において、第2取得部は、学習済みモデルを用いて、対象者の認知機能に関するテストのスコア、対象者の年齢、対象者の性別、対象者の身長、対象者の体重、対象者の既往歴、対象者の全脳の部位毎の体積及び対象者の全脳の部位毎の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報と、画像とに基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得してもよい。In the above aspect, the second acquisition unit may use the trained model to acquire an inference result for making an inference related to the subject's dementia based on information including at least one or a combination of the following data over time: test scores on the subject's cognitive function, the subject's age, the subject's sex, the subject's height, the subject's weight, the subject's medical history, the volume of each part of the subject's whole brain, and a score representing the degree of atrophy of each part of the subject's whole brain, and data over time on the subject's whole brain.

この態様によれば、学習済みモデルを用いて、対象者に関する情報及び対象者の全脳の画像に基づいて対象者の認知症に関連する推測を行うことで、推測精度をより高くすることができる。 According to this aspect, the trained model can be used to make inferences related to the subject's dementia based on information about the subject and an image of the subject's whole brain, thereby improving the accuracy of predictions.

本発明の他の態様に係る推測装置は、学習済みモデルに対象者の全脳の画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行う推測部と、学習済みモデルを用いて、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を推定する推定部と、推測の結果及び推測の結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報を診断支援装置に提供する提供部と、を備える。 A prediction device according to another aspect of the present invention includes a prediction unit that inputs an image of the subject's whole brain into a trained model and makes a prediction related to the subject's dementia, an estimation unit that uses the trained model to estimate a region of interest in the whole brain in the image that serves as the basis for the prediction result, and a providing unit that provides the result of the prediction and information indicating the region of interest in the whole brain in the image that serves as the basis for the prediction result to a diagnostic support device.

この態様によれば、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果と、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とを算出し、診断支援装置に提供することで、診断支援装置を用いるユーザが学習済みモデルによる推測結果の妥当性を確認しやすくなる。 According to this aspect, a trained model is used to calculate inferences related to the subject's dementia and information indicating the entire brain region of interest in the image on which the inferences are based, and these are provided to a diagnostic support device, making it easier for a user of the diagnostic support device to confirm the validity of the inferences made by the trained model.

本発明の他の態様に係る診断支援システムは、診断支援装置と、学習済みモデルを記憶している推測装置とを備える診断支援システムであって、診断支援装置は、対象者の全脳の画像を取得する第1取得部と、学習済みモデルに画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得する第2取得部と、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報を表示する表示部と、を有する。 A diagnostic support system according to another aspect of the present invention is a diagnostic support system comprising a diagnostic support device and an inference device storing a trained model, the diagnostic support device having a first acquisition unit that acquires an image of the subject's whole brain, a second acquisition unit that inputs the image into the trained model and acquires an inference result based on which an inference related to the subject's dementia is made, and a display unit that displays the inference result and information indicating the region of interest of the whole brain in the image that is the basis for the inference result.

この態様によれば、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とともに表示することで、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすくなる。 According to this aspect, by displaying the results of inferences made using a trained model related to a subject's dementia together with information showing the region of interest of the entire brain in the image on which the inference results are based, it becomes easier to confirm the validity of the inference results made by the trained model.

上記態様において、推測装置は、学習済みモデルを用いて、画像に基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行う推測部と、学習済みモデルを用いて、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を推定する推定部と、を有してもよい。In the above aspect, the prediction device may have an prediction unit that uses a trained model to make a prediction related to the subject's dementia based on an image, and an estimation unit that uses the trained model to estimate a region of interest in the entire brain in the image that serves as the basis for the prediction result.

この態様によれば、推測装置によって、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果と、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とを算出し、診断支援装置に提供することができる。 According to this aspect, the prediction device can use the trained model to calculate prediction results related to the subject's dementia, as well as information indicating the region of interest of the entire brain in an image that serves as the basis for the prediction results, and provide these to the diagnostic support device.

上記態様において、推測装置は、複数の被験者の認知症に関連する実測データが関連付けられた、複数の被験者の全脳の画像を含む学習データを用いて、学習モデルの学習処理を実行し、学習済みモデルを生成する生成部を有してもよい。In the above aspect, the estimation device may have a generation unit that executes a learning process for a learning model using learning data including images of the whole brains of multiple subjects associated with actual measurement data related to dementia of the multiple subjects, and generates a learned model.

この態様によれば、複数の被験者の認知症に関連する実測データが関連付けられた、複数の被験者の全脳の画像を用いて、適切な推測ができる学習済みモデルを生成することができる。 According to this aspect, a trained model that can make appropriate inferences can be generated using whole-brain images of multiple subjects associated with actual measurement data related to dementia of the multiple subjects.

上記態様において、学習データは、被験者の認知機能に関するテストのスコア、被験者の年齢、被験者の性別、被験者の身長、被験者の体重、被験者の既往歴、被験者の全脳の部位毎の体積及び被験者の全脳の部位毎の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データをさらに含み、生成部は、複数の被験者の全脳の画像及び被験者データに基づいて、学習済みモデルを生成してもよい。In the above aspect, the learning data further includes subject data including information on the test scores on the subject's cognitive function, the subject's age, the subject's sex, the subject's height, the subject's weight, the subject's medical history, the volume of each part of the subject's whole brain and the degree of atrophy of each part of the subject's whole brain, and at least one or a combination of these data over time, and the generation unit may generate a learned model based on the images of the whole brains of multiple subjects and the subject data.

この態様によれば、複数の被験者に関する被験者データ及び対象者の全脳の画像に基づいて学習済みモデルを生成することで、対象者の認知症に関連する推測精度がより高い学習済みモデルを生成することができる。 According to this aspect, by generating a trained model based on subject data on multiple subjects and images of the subjects' whole brains, a trained model with higher prediction accuracy related to the subjects' dementia can be generated.

上記態様において、生成部は、対象者の全脳の画像及び対象者の認知症に関連する診断結果に基づいて、学習済みモデルの再学習を行ってもよい。 In the above aspect, the generation unit may re-train the trained model based on an image of the subject's whole brain and a diagnosis result related to the subject's dementia.

この態様によれば、蓄積される対象者の全脳の画像及び診断結果を用いて、学習済みモデルを改善していくことができる。 According to this aspect, the trained model can be improved using accumulated images and diagnostic results of the subject's whole brain.

本発明の他の態様に係る診断支援方法は、対象者の全脳の画像を取得することと、学習済みモデルに画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得することと、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報を表示することと、を含む。A diagnostic assistance method according to another aspect of the present invention includes obtaining an image of a subject's whole brain, inputting the image into a trained model to obtain an inference result based on which an inference is made related to the subject's dementia, and displaying the inference result and information indicating the region of interest of the whole brain in the image on which the inference result is based.

この態様によれば、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とともに表示することで、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすくなる。 According to this aspect, by displaying the results of inferences made using a trained model related to a subject's dementia together with information showing the region of interest of the entire brain in the image on which the inference results are based, it becomes easier to confirm the validity of the inference results made by the trained model.

本発明の他の態様に係る診断支援プログラムは、診断支援装置に、対象者の全脳の画像を取得することと、学習済みモデルに画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得することと、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報を表示することと、を実行させる。 A diagnostic assistance program according to another aspect of the present invention causes a diagnostic assistance device to acquire an image of a subject's whole brain, input the image into a trained model to acquire an inference result based on which an inference related to the subject's dementia is made, and display the inference result and information indicating the region of interest of the whole brain in the image on which the inference result is based.

この態様によれば、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とともに表示することで、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすくなる。 According to this aspect, by displaying the results of inferences made using a trained model related to a subject's dementia together with information showing the region of interest of the entire brain in the image on which the inference results are based, it becomes easier to confirm the validity of the inference results made by the trained model.

本発明の他の態様に係る学習済みモデルは、複数の被験者の認知症に関連する実測データが関連付けられた、複数の被験者の全脳の画像を含む学習データを用いた学習モデルの学習処理に対象者の全脳の画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行うことと、推測の結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を推定することと、を実行するように学習処理されている。 In another aspect of the present invention, a trained model is trained to input an image of the subject's whole brain into a training process of a training model using training data including images of the whole brains of multiple subjects associated with actual measurement data related to dementia of the multiple subjects, make an inference related to the dementia of the subject, and estimate a region of interest of the whole brain in the image that serves as the basis for the inference result.

この態様によれば、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果と、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報とを算出し、診断支援装置に提供することができる。 According to this aspect, the results of an inference made regarding the subject's dementia and information indicating the region of interest of the entire brain in the image that serves as the basis for the inference results can be calculated and provided to a diagnostic support device.

本発明の他の態様に係る診断支援装置は、対象者の全脳の第1画像を取得する第1取得部と、学習済みモデルに第1画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行った第1推測結果を取得する第2取得部と、この第1画像の一部領域のみが異なるデータである第2画像を学習済みモデルに入力した場合に第1推測結果と異なる第2推測結果が得られる一部領域を取得する設定部と、第1推測結果及び一部領域を表示する表示部を備える。A diagnostic support device according to another aspect of the present invention includes a first acquisition unit that acquires a first image of the subject's entire brain, a second acquisition unit that inputs the first image into a trained model and acquires a first inference result that makes an inference related to the subject's dementia, a setting unit that acquires a partial region from which a second inference result different from the first inference result is obtained when a second image, in which only a partial region of the first image is different data, is input into the trained model, and a display unit that displays the first inference result and the partial region.

本発明の他の態様に係る診断支援方法は、対象者の全脳の第1画像を取得することと、学習済みモデルに第1画像を入力し、対象者の認知症に関連する推測を行った第1推測結果を取得することと、この第1画像の一部領域のみが異なるデータである第2画像を学習済みモデルに入力した場合に第1推測結果と異なる第2推測結果が取得される一部領域を設定することと、第1推測結果及び一部領域を表示することと、を含む。A diagnostic assistance method according to another aspect of the present invention includes obtaining a first image of a subject's entire brain, inputting the first image into a trained model to obtain a first inference result that makes an inference related to the subject's dementia, setting a partial region from which a second inference result different from the first inference result is obtained when a second image, which is data that differs only from a partial region of the first image, is input into the trained model, and displaying the first inference result and the partial region.

ここで、一部領域は、推測結果の根拠となる領域に相当し、対象者ごとに異なる。すなわち、ある対象者にとっての一部領域と、異なる対象者にとっての一部領域は、異なる。Here, the partial area corresponds to the area on which the inference result is based, and differs for each subject. In other words, the partial area for one subject is different from the partial area for a different subject.

本発明によれば、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすく、かつ、診断精度を高めることが可能になる診断支援装置、推測装置、診断支援システム、診断支援方法、診断支援プログラム及び学習済みモデルを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a diagnostic support device, an inference device, a diagnostic support system, a diagnostic support method, a diagnostic support program, and a trained model that make it easy to confirm the validity of the inference results based on a trained model and that enables improved diagnostic accuracy.

本発明の実施形態に係る診断支援システムのネットワーク構成を示す図である。1 is a diagram showing a network configuration of a diagnosis support system according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る診断支援装置及び推測装置の機能ブロックを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of a diagnosis support device and an estimation device according to the present embodiment. 本実施形態に係る診断支援装置の物理的構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a physical configuration of a diagnosis support apparatus according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る推測装置による認知症に関する推測結果及びその根拠を診断支援装置に表示する例を示す図である。13 is a diagram showing an example of displaying a dementia prediction result and its basis by the prediction device according to the present embodiment on the diagnosis support device. FIG. 本実施形態に係る推測装置による認知症に関する推測精度を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the accuracy of dementia prediction by the prediction device according to the present embodiment. 本実施形態に係る診断支援システムによる認知症に関する推測及びその根拠の表示に関するフローチャートである。11 is a flowchart showing a process for displaying a prediction regarding dementia and the basis thereof by the diagnosis support system according to this embodiment. 本実施形態に係る推測装置による第1学習済みモデルの学習処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a learning process of a first trained model by the estimation device according to this embodiment. 本実施形態に係る推測装置によるアミロイドβタンパク質の蓄積に関する推測結果及びその根拠を診断支援装置に表示する例を示す図である。11 is a diagram showing an example of displaying the results of prediction regarding accumulation of amyloid β protein by the prediction device according to the present embodiment and the basis thereof on the diagnosis support device. FIG. 本実施形態に係る推測装置によるアミロイドβタンパク質の蓄積に関する推測精度を示す図である。A figure showing the prediction accuracy regarding the accumulation of amyloid β protein by the prediction device according to this embodiment. 本実施形態に係る診断支援システムによるアミロイドβタンパク質の蓄積に関する推測及びその根拠の表示に関するフローチャートである。11 is a flowchart showing an inference regarding accumulation of amyloid β protein and display of the basis thereof by the diagnosis support system according to this embodiment.

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。An embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. In each drawing, the same reference numerals denote the same or similar configurations.

図1は、本発明の実施形態に係る診断支援システム100のネットワーク構成を示す図である。診断支援システム100は、診断支援装置10と、学習済みモデルを記憶している推測装置20と、画像管理サーバ30と、MRIスキャナ50とを備える。診断支援装置10、推測装置20及び画像管理サーバ30は、インターネットやLAN(Local Area Network)等の通信ネットワークNで通信可能に接続される。画像管理サーバ30とMRIスキャナは、DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)等によって通信可能に接続される。 Figure 1 is a diagram showing the network configuration of a diagnosis support system 100 according to an embodiment of the present invention. The diagnosis support system 100 comprises a diagnosis support device 10, an estimation device 20 storing a trained model, an image management server 30, and an MRI scanner 50. The diagnosis support device 10, the estimation device 20, and the image management server 30 are communicatively connected via a communication network N such as the Internet or a LAN (Local Area Network). The image management server 30 and the MRI scanner are communicatively connected via DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) or the like.

診断支援装置10は、汎用のコンピュータで構成され、例えば医師によって使用される。診断支援装置10は、推測装置20から対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果と、推測結果の根拠となるMRI画像における脳の関心領域を示す情報とを表示する。診断支援装置10を用いる医師等のユーザは、表示される推測結果及び推測結果の根拠となる脳の関心領域を示す情報を診断の補助として、対象者の認知症に関連する診断を行うことができる。The diagnostic support device 10 is composed of a general-purpose computer and is used, for example, by a doctor. The diagnostic support device 10 displays the inference results of an inference made by the inference device 20 related to the dementia of the subject, and information indicating the brain region of interest in the MRI image that is the basis for the inference results. A user such as a doctor using the diagnostic support device 10 can make a diagnosis related to the dementia of the subject using the displayed inference results and the information indicating the brain region of interest that is the basis for the inference results as an aid in diagnosis.

推測装置20は、汎用のコンピュータで構成され、学習済みモデルを用いて、画像管理サーバ30から取得した対象者の脳の画像に基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行う。また、推測装置20は、学習済みモデルを用いて、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を推定する。推測装置20により算出された推測結果及び推測結果の根拠となる脳の関心領域に関する情報は、診断支援装置10に提供される。The inference device 20 is composed of a general-purpose computer, and uses a trained model to make inferences related to the subject's dementia based on images of the subject's brain obtained from the image management server 30. The inference device 20 also uses the trained model to estimate a brain region of interest in the image that forms the basis of the inference result. The inference result calculated by the inference device 20 and information related to the brain region of interest that forms the basis of the inference result are provided to the diagnosis support device 10.

画像管理サーバ30は、汎用のコンピュータで構成され、MRIスキャナ50で測定された対象者の脳のMRI画像のデータベースを有する。画像管理サーバ30は、推測装置20の学習済みモデルを生成するために用いられる、複数の被験者の脳の画像を含む学習データを記憶してもよい。なお、画像管理サーバ30は、MRIスキャナ50で測定された対象者の脳のMRI画像だけでなく、CT(Computed Tomography)スキャナで測定された対象者の脳のCT画像や、PET(Positron Emission Tomography)スキャナで測定された対象者の脳のPET画像等の脳の医用画像を記憶してもよいが、検査の簡便さなどを考慮すれば、脳のMRI画像を用いるのが好ましい。The image management server 30 is composed of a general-purpose computer and has a database of MRI images of the subject's brain measured by the MRI scanner 50. The image management server 30 may store learning data including images of the brains of multiple subjects, which are used to generate a trained model of the estimation device 20. The image management server 30 may store medical images of the brain, such as CT images of the subject's brain measured by a CT (Computed Tomography) scanner and PET images of the subject's brain measured by a PET (Positron Emission Tomography) scanner, as well as MRI images of the subject's brain measured by the MRI scanner 50. However, in consideration of the ease of examination, it is preferable to use MRI images of the brain.

MRIスキャナ50は、核磁気共鳴を利用して対象者の身体内部の画像を撮影する。MRIスキャナ50は、特に、対象者の頭部内の画像、すなわち脳の画像を撮影する。撮影されたMRI画像は、画像管理サーバ30に蓄積され、推測装置20や診断支援装置10によって取得される。The MRI scanner 50 uses nuclear magnetic resonance to capture images of the inside of the subject's body. In particular, the MRI scanner 50 captures images of the inside of the subject's head, i.e., images of the brain. The captured MRI images are stored in the image management server 30 and are acquired by the inference device 20 and the diagnosis support device 10.

図2は、本実施形態に係る診断支援装置10及び推測装置20の機能ブロックを示す図である。診断支援装置10は、第1取得部11、第2取得部12及び表示部10fを備える。また、推測装置20は、記憶部21、生成部22、推測部23、推定部24及び提供部25を備える。 Figure 2 is a diagram showing functional blocks of the diagnosis support device 10 and the estimation device 20 according to this embodiment. The diagnosis support device 10 includes a first acquisition unit 11, a second acquisition unit 12, and a display unit 10f. The estimation device 20 includes a memory unit 21, a generation unit 22, an estimation unit 23, an estimation unit 24, and a provision unit 25.

第1取得部11は、画像管理サーバ30から、対象者の脳の画像を取得する。第1取得部11は、対象者の脳の3次元画像を取得してよい。ここで、3次元画像は、MRIスキャナ50で測定された脳のMRI画像であってよい。脳の3次元画像を用いることで、脳の立体的な特徴を捉えて認知症に関連する推測を行うことができる。The first acquisition unit 11 acquires an image of the subject's brain from the image management server 30. The first acquisition unit 11 may acquire a three-dimensional image of the subject's brain. Here, the three-dimensional image may be an MRI image of the brain measured by an MRI scanner 50. By using the three-dimensional image of the brain, it is possible to capture the three-dimensional characteristics of the brain and make inferences related to dementia.

第2取得部12は、第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cを用いて、脳の画像に基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を、推測装置20から取得する。また、第2取得部12は、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を推測装置20から取得する。The second acquisition unit 12 acquires, from the inference device 20, an inference result obtained by making an inference related to the subject's dementia based on the brain image using the first trained model 21b or the second trained model 21c. The second acquisition unit 12 also acquires, from the inference device 20, information indicating the brain region of interest in the image that is the basis for the inference result.

第2取得部12は、第1学習済みモデル21bを用いて、脳の画像に基づいて、対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測を行った推測結果を取得してよい。対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測を行った推測結果は、例えば、対象者が2年以内に認知症を発症する確率を算出した結果であってよい。The second acquisition unit 12 may use the first trained model 21b to acquire a prediction result of predicting the risk of the subject developing dementia within a predetermined period based on the brain image. The prediction result of predicting the risk of the subject developing dementia within a predetermined period may be, for example, a result of calculating the probability that the subject will develop dementia within two years.

また、第2取得部12は、第2学習済みモデル21cを用いて、脳の画像に基づいて、脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測した推測結果を取得してよい。脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測した推測結果は、アミロイドβタンパク質の蓄積量の推測結果であったり、アミロイドβタンパク質の蓄積量が閾値以上であるか否か(アミロイドβタンパク質の蓄積の有無)を推測した結果であったりしてよい。The second acquisition unit 12 may acquire a result of inferring the accumulation of amyloid β protein in the brain based on the brain image using the second trained model 21c. The result of inferring the accumulation of amyloid β protein in the brain may be a result of inferring the amount of accumulated amyloid β protein, or a result of inferring whether the amount of accumulated amyloid β protein is equal to or greater than a threshold (presence or absence of accumulation of amyloid β protein).

表示部10fは、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を表示する。このように、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報とともに表示することで、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすくなる。The display unit 10f displays the inference results of an inference related to the subject's dementia and information indicating the brain region of interest in the image that serves as the basis for the inference results. In this way, by displaying the inference results of an inference related to the subject's dementia using the trained model together with information indicating the brain region of interest in the image that serves as the basis for the inference results, it becomes easier to confirm the validity of the inference results from the trained model.

表示部10fは、推測結果の根拠となる3次元画像における脳の関心領域を、3次元位置が識別可能な態様で表示してよい。表示部10fは、例えば、脳のMRI画像に重畳するヒートマップによって、推測結果の根拠となる3次元画像における脳の関心領域を表示してよい。また、表示部10fは、回転操作可能に脳の3次元画像を表示し、3次元画像に重畳するヒートマップによって、推測結果の根拠となる3次元画像における脳の関心領域を表示してよい。これにより、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を、立体的に捉えることができ、学習済みモデルによる推測結果の妥当性がより確認しやすくなる。The display unit 10f may display the brain region of interest in the three-dimensional image that is the basis of the inference result in a manner that allows the three-dimensional position to be identified. The display unit 10f may display the brain region of interest in the three-dimensional image that is the basis of the inference result, for example, by a heat map superimposed on an MRI image of the brain. The display unit 10f may also display a three-dimensional image of the brain that is rotatable, and display the brain region of interest in the three-dimensional image that is the basis of the inference result by a heat map superimposed on the three-dimensional image. This allows the brain region of interest in the image that is the basis of the inference result to be captured in three dimensions, making it easier to confirm the validity of the inference result by the trained model.

表示部10fは、対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測を行った推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を表示してよい。これにより、対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測結果が妥当なものであるか、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報によって確認することができる。The display unit 10f may display the result of a prediction of the risk that the subject will develop dementia within a specified period of time and information indicating the brain region of interest in the image that serves as the basis for the prediction result. This makes it possible to confirm whether the prediction result of the risk that the subject will develop dementia within a specified period of time is valid based on the information indicating the brain region of interest in the image that serves as the basis for the prediction result.

また、表示部10fは、脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測した推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を表示してよい。これにより、対象者の脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測した推測結果が妥当なものであるか、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報によって確認することができる。本実施形態に係る診断支援システム100によれば、MRI画像によってアミロイドβタンパク質の蓄積を推測することができ、PETスキャナによる測定や脳脊髄液の採取を行わずに、MRIスキャナ50による脳画像の撮影という比較的簡易な方法で認知症のリスクを推測することができる。 The display unit 10f may also display information indicating the inference result of inferring the accumulation of amyloid β protein in the brain and the region of interest in the brain in the image that is the basis for the inference result. This allows the validity of the inference result of inferring the accumulation of amyloid β protein in the subject's brain to be confirmed by the information indicating the region of interest in the brain in the image that is the basis for the inference result. According to the diagnosis support system 100 of this embodiment, the accumulation of amyloid β protein can be inferred by MRI images, and the risk of dementia can be inferred by a relatively simple method of taking brain images with the MRI scanner 50 without performing measurements with a PET scanner or collecting cerebrospinal fluid.

推測装置20の記憶部21は、学習データ21a、第1学習済みモデル21b及び第2学習済みモデル21cを記憶する。学習データ21aは、複数の被験者の認知症に関連する実測データが関連付けられた、複数の被験者の脳の画像を含む。学習データ21aは、複数の被験者が2年以内に認知機能が悪化したか否かを示す実測データが関連付けられた、複数の被験者の脳のMRI画像であったり、複数の被験者の脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を示す実測データ(蓄積量又は蓄積の有無)が関連付けられた、複数の被験者の脳のMRI画像であったりしてよい。The memory unit 21 of the estimation device 20 stores the learning data 21a, the first learned model 21b, and the second learned model 21c. The learning data 21a includes images of the brains of multiple subjects associated with actual measurement data related to dementia of the multiple subjects. The learning data 21a may be MRI images of the brains of multiple subjects associated with actual measurement data indicating whether the cognitive function of the multiple subjects has deteriorated within two years, or MRI images of the brains of multiple subjects associated with actual measurement data indicating accumulation of amyloid beta protein in the brains of the multiple subjects (accumulation amount or presence or absence of accumulation).

生成部22は、学習データ21aを用いて、学習モデルの学習処理を実行し、第1学習済みモデル21b及び第2学習済みモデル21cを生成する。生成部22は、複数の被験者が2年以内に認知機能が悪化したか否かを示す実測データが関連付けられた、複数の被験者の脳のMRI画像を含む学習データ21aを用いて、畳み込みニューラルネットワークで構成される学習モデルの学習処理を実行し、第1学習済みモデル21bを生成する。また、生成部22は、複数の被験者の脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を示す実測データが関連付けられた、複数の被験者の脳のMRI画像を含む学習データ21aを用いて、畳み込みニューラルネットワークで構成される学習モデルの学習処理を実行し、第2学習済みモデル21cを生成する。学習処理は、例えば、推測結果と正答の誤差を評価する損失関数を最小化するように、誤差逆伝播法によってニューラルネットワークのパラメータを更新する処理であってよい。第1学習済みモデル21b及び第2学習済みモデル21cは、例えば、脳画像のボクセルデータを入力として受け付ける3D CNN(Convolutional Neural Network)により構成されてよい。なお、第1学習済みモデル21b及び第2学習済みモデル21cは、いずれも畳み込みニューラルネットワークで構成されてよいが、ネットワーク構造は異なっていてよい。このように、複数の被験者の認知症に関連する実測データが関連付けられた、複数の被験者の脳の画像を用いて、適切な推測ができる学習済みモデルを生成することができる。The generation unit 22 executes a learning process of the learning model using the learning data 21a, and generates a first learned model 21b and a second learned model 21c. The generation unit 22 executes a learning process of the learning model configured with a convolutional neural network using the learning data 21a including MRI images of the brains of multiple subjects associated with actual measurement data indicating whether the cognitive function of the multiple subjects has deteriorated within two years, and generates the first learned model 21b. The generation unit 22 also executes a learning process of the learning model configured with a convolutional neural network using the learning data 21a including MRI images of the brains of multiple subjects associated with actual measurement data indicating the accumulation of amyloid β protein in the brains of the multiple subjects, and generates the second learned model 21c. The learning process may be, for example, a process of updating parameters of the neural network by an error backpropagation method so as to minimize a loss function that evaluates the error between the prediction result and the correct answer. The first trained model 21b and the second trained model 21c may be configured, for example, by a 3D CNN (Convolutional Neural Network) that receives voxel data of brain images as input. Note that the first trained model 21b and the second trained model 21c may both be configured by convolutional neural networks, but the network structures may be different. In this way, a trained model that can make appropriate inferences can be generated using brain images of multiple subjects associated with actual measurement data related to dementia of multiple subjects.

推測部23は、第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cを用いて、脳の画像に基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行う。推測部23は、第1学習済みモデル21bを用いて、脳の画像に基づいて、対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測を行ったり、第2学習済みモデル21cを用いて、脳の画像に基づいて、脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測したりしてよい。The prediction unit 23 uses the first trained model 21b or the second trained model 21c to make a prediction related to dementia of the subject based on the brain image. The prediction unit 23 may use the first trained model 21b to predict the risk of the subject developing dementia within a predetermined period based on the brain image, or may use the second trained model 21c to predict the accumulation of amyloid β protein in the brain based on the brain image.

学習データは、被験者の認知機能に関するテストのスコア、被験者の年齢、被験者の性別、被験者の身長、被験者の体重、被験者の既往歴、被験者の脳の部位毎の体積及び被験者の脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データをさらに含んでよい。被験者データは、診断支援装置10から推測装置20に送信され、記憶部21に格納されてよいが、被験者データの一部を外部データベースから推測装置20に取り込んでもよい。ここで、脳の部位毎の体積は、例えば、前脳基底核の体積、後部帯状回の体積及び内側側頭葉の体積を含んでよい。また、脳の萎縮度を表すスコアは、Z値(平均が0、標準偏差が1になるように変換した値)で表されてよい。そして、生成部22は、被験者データを数値に変換し、畳み込みニューラルネットワークにより算出した脳の画像の特徴マップと被験者データを表す数値を合成して、例えば全結合層による演算を行い、被験者の認知症に関する推測を行うように、第1学習済みモデル21b及び第2学習済みモデル21cを生成してよい。このように、複数の被験者に関する被験者データ及び対象者の脳の画像に基づいて学習済みモデルを生成することで、対象者の認知症に関連する推測精度がより高い学習済みモデルを生成することができる。The learning data may further include subject data including the subject's cognitive function test score, the subject's age, the subject's sex, the subject's height, the subject's weight, the subject's medical history, the subject's brain volume for each part, and a score representing the subject's brain atrophy, as well as at least one or a combination of these data over time. The subject data may be transmitted from the diagnosis support device 10 to the estimation device 20 and stored in the memory unit 21, or a portion of the subject data may be imported into the estimation device 20 from an external database. Here, the brain volume for each part may include, for example, the volume of the basal forebrain, the volume of the posterior cingulate gyrus, and the volume of the medial temporal lobe. The score representing the brain atrophy may be expressed as a Z-score (a value converted so that the mean is 0 and the standard deviation is 1). The generation unit 22 may then convert the subject data into numerical values, synthesize the feature map of the brain image calculated by the convolutional neural network with the numerical values representing the subject data, and perform a calculation using, for example, a fully connected layer to generate the first trained model 21b and the second trained model 21c so as to make an inference regarding the subject's dementia. In this way, by generating trained models based on subject data regarding multiple subjects and brain images of the subjects, it is possible to generate trained models with higher inference accuracy related to the subject's dementia.

この場合、推測部23は、脳の画像及び被験者データに基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行う。推測部23は、第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cを用いて、対象者の認知機能に関するテストのスコア、対象者の年齢、対象者の性別、対象者の身長、対象者の体重、対象者の既往歴、対象者の脳の部位毎の体積及び対象者の脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報と、脳の画像とに基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行う。このように、学習済みモデルを用いて、対象者に関する情報及び対象者の脳の画像に基づいて対象者の認知症に関連する推測を行うことで、推測精度をより高くすることができる。In this case, the prediction unit 23 makes a prediction related to the dementia of the subject based on the brain image and the subject data. The prediction unit 23 uses the first trained model 21b or the second trained model 21c to make a prediction related to the dementia of the subject based on information on at least one or a combination of the following data over time: the subject's cognitive function test score, the subject's age, the subject's sex, the subject's height, the subject's weight, the subject's medical history, the volume of each part of the subject's brain, the score representing the subject's brain atrophy degree, and data on the subject over time, and the brain image. In this way, by using the trained model to make a prediction related to the dementia of the subject based on information about the subject and the subject's brain image, the prediction accuracy can be improved.

推定部24は、第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cを用いて、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を推定する。第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cがニューラルネットワークによって構成される場合、推定部24は、例えばLRP(Layer-wise Relevance Propagation)を用いて、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を推定してよい。The estimation unit 24 estimates the brain region of interest in the image on which the inference result is based, using the first trained model 21b or the second trained model 21c. When the first trained model 21b or the second trained model 21c is configured by a neural network, the estimation unit 24 may estimate the brain region of interest in the image on which the inference result is based, for example, using LRP (Layer-wise Relevance Propagation).

生成部22は、対象者の脳の画像及び対象者の認知症に関連する診断結果に基づいて、第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cの再学習を行ってもよい。対象者の脳の画像及び対象者の認知症に関連する診断結果は、医師が対象者の診断を行うことで蓄積されていく。生成部22は、新たに測定された対象者の脳の画像を学習データに追加して、第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cの再学習を行ってよい。これにより、蓄積される対象者の脳の画像及び診断結果を用いて、学習済みモデルを改善していくことができる。The generation unit 22 may re-train the first trained model 21b or the second trained model 21c based on the subject's brain image and the diagnosis result related to the subject's dementia. The subject's brain image and the diagnosis result related to the subject's dementia are accumulated as a doctor diagnoses the subject. The generation unit 22 may add a newly measured image of the subject's brain to the training data and re-train the first trained model 21b or the second trained model 21c. This makes it possible to improve the trained model using the accumulated brain images and diagnosis results of the subject.

提供部25は、推測部23により算出した推測結果と、推定部24により推定した推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報とを、診断支援装置10に提供する。提供部25は、通信ネットワークNを介して、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を診断支援装置10に送信してよい。The providing unit 25 provides the inference result calculated by the estimation unit 23 and information indicating the brain region of interest in the image that is the basis for the inference result estimated by the estimation unit 24 to the diagnostic support device 10. The providing unit 25 may transmit the inference result and the information indicating the brain region of interest in the image that is the basis for the inference result to the diagnostic support device 10 via the communication network N.

このように、本実施形態に係る推測装置20によれば、学習済みモデルを用いて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果と、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報とを算出し、診断支援装置10に提供することができる。In this way, according to the prediction device 20 of this embodiment, a learned model can be used to calculate a prediction result related to the subject's dementia and information indicating the brain region of interest in the image that serves as the basis for the prediction result, and the results can be provided to the diagnostic support device 10.

図3は、本実施形態に係る診断支援装置10の物理的構成を示す図である。診断支援装置10は、演算部に相当するCPU(Central Processing Unit)10aと、記憶部に相当するRAM(Random Access Memory)10bと、記憶部に相当するROM(Read only Memory)10cと、通信部10dと、入力部10eと、表示部10fと、を有する。これらの各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続される。なお、本例では診断支援装置10が一台のコンピュータで構成される場合について説明するが、診断支援装置10は、複数のコンピュータが組み合わされて実現されてもよい。また、図3で示す構成は一例であり、診断支援装置10はこれら以外の構成を有してもよいし、これらの構成のうち一部を有さなくてもよい。 Figure 3 is a diagram showing the physical configuration of the diagnosis support device 10 according to this embodiment. The diagnosis support device 10 has a CPU (Central Processing Unit) 10a corresponding to a calculation unit, a RAM (Random Access Memory) 10b corresponding to a storage unit, a ROM (Read only Memory) 10c corresponding to a storage unit, a communication unit 10d, an input unit 10e, and a display unit 10f. These components are connected to each other via a bus so that data can be transmitted and received. In this example, the diagnosis support device 10 is configured by one computer, but the diagnosis support device 10 may be realized by combining multiple computers. In addition, the configuration shown in Figure 3 is an example, and the diagnosis support device 10 may have other configurations than these, or may not have some of these configurations.

CPU10aは、RAM10b又はROM10cに記憶されたプログラムの実行に関する制御やデータの演算、加工を行う制御部である。CPU10aは、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を表示するプログラム(診断支援プログラム)を実行する演算部である。CPU10aは、入力部10eや通信部10dから種々のデータを受け取り、データの演算結果を表示部10fに表示したり、RAM10bに格納したりする。The CPU 10a is a control unit that controls the execution of programs stored in the RAM 10b or ROM 10c and calculates and processes data. The CPU 10a is a calculation unit that executes a program (diagnostic assistance program) that displays the results of inferences made related to the subject's dementia and information indicating the brain region of interest in the image that is the basis for the inference results. The CPU 10a receives various data from the input unit 10e and communication unit 10d, and displays the results of the data calculations on the display unit 10f or stores them in the RAM 10b.

RAM10bは、記憶部のうちデータの書き換えが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。RAM10bは、CPU10aが実行するプログラム、対象者の脳の画像といったデータを記憶してよい。なお、これらは例示であって、RAM10bには、これら以外のデータが記憶されていてもよいし、これらの一部が記憶されていなくてもよい。RAM 10b is a memory unit in which data can be rewritten, and may be composed of, for example, a semiconductor memory element. RAM 10b may store data such as a program executed by CPU 10a and an image of the subject's brain. Note that these are examples, and RAM 10b may store data other than these, or some of these may not be stored.

ROM10cは、記憶部のうちデータの読み出しが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ROM10cは、例えば診断支援プログラムや、書き換えが行われないデータを記憶してよい。 ROM 10c is a memory from which data can be read and may be composed of, for example, a semiconductor memory element. ROM 10c may store, for example, a diagnostic assistance program or data that is not rewritten.

通信部10dは、診断支援装置10を他の機器に接続するインターフェースである。通信部10dは、インターネット等の通信ネットワークNに接続されてよい。The communication unit 10d is an interface that connects the diagnostic support device 10 to other devices. The communication unit 10d may be connected to a communication network N such as the Internet.

入力部10eは、ユーザからデータの入力を受け付けるものであり、例えば、キーボード及びタッチパネルを含んでよい。The input unit 10e accepts data input from a user and may include, for example, a keyboard and a touch panel.

表示部10fは、CPU10aによる演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)により構成されてよい。表示部10fは、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を表示してよい。The display unit 10f visually displays the results of the calculations performed by the CPU 10a and may be configured, for example, with an LCD (Liquid Crystal Display). The display unit 10f may display the results of an inference made regarding the subject's dementia and information indicating the brain region of interest in the image that is the basis for the inference results.

診断支援プログラムは、RAM10bやROM10c等のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよいし、通信部10dにより接続される通信ネットワークを介して提供されてもよい。診断支援装置10では、CPU10aが診断支援プログラムを実行することにより、図2を用いて説明した様々な動作が実現される。なお、これらの物理的な構成は例示であって、必ずしも独立した構成でなくてもよい。例えば、診断支援装置10は、CPU10aとRAM10bやROM10cが一体化したLSI(Large-Scale Integration)を備えていてもよい。The diagnostic assistance program may be provided by being stored in a computer-readable storage medium such as RAM 10b or ROM 10c, or may be provided via a communication network connected by communication unit 10d. In diagnostic assistance device 10, CPU 10a executes the diagnostic assistance program to realize the various operations described using FIG. 2. Note that these physical configurations are merely examples and do not necessarily have to be independent configurations. For example, diagnostic assistance device 10 may include an LSI (Large-Scale Integration) in which CPU 10a is integrated with RAM 10b and ROM 10c.

推測装置20の物理的構成は、診断支援装置10と同様であってよいが、GPU(Graphical Processing Unit)を備えてもよく、必ずしも同一でなくてよい。推測装置20に記憶される学習済みモデルは、複数の被験者の認知症に関連する実測データが関連付けられた、複数の被験者の脳の画像を含む学習データを用いた学習モデルの学習処理によって生成される。学習済みモデルは、対象者の脳の画像に基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行うことと、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を推定することと、を実行するように学習処理される。学習済みモデルによって、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果と、推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報とを算出し、診断支援装置10に提供することができる。The physical configuration of the inference device 20 may be the same as that of the diagnosis support device 10, but may also include a GPU (Graphical Processing Unit) and need not necessarily be the same. The trained model stored in the inference device 20 is generated by a training process of a training model using training data including brain images of multiple subjects associated with actual measurement data related to dementia of the multiple subjects. The trained model is trained to perform the following: making a prediction related to the dementia of the subject based on the brain image of the subject, and estimating a brain region of interest in the image that is the basis for the prediction result. The trained model can calculate the prediction result of the prediction related to the dementia of the subject and information indicating the brain region of interest in the image that is the basis for the prediction result, and provide them to the diagnosis support device 10.

図4は、本実施形態に係る推測装置20による認知症に関する推測結果及びその根拠を診断支援装置10に表示する例を示す図である。同図では、診断支援装置10の表示部10fに表示される第1画像IMG1、第2画像IMG2及び第1推測結果PD1を示している。 Figure 4 is a diagram showing an example of displaying the dementia prediction result and its basis by the prediction device 20 according to this embodiment on the diagnostic support device 10. The figure shows the first image IMG1, the second image IMG2, and the first prediction result PD1 displayed on the display unit 10f of the diagnostic support device 10.

第1画像IMG1及び第2画像IMG2は、対象者の脳のMRI画像と、第1学習済みモデル21bによる推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域とを示す画像である。第1画像IMG1は、矢状面における脳の断面画像であり、関心領域として第1領域R1及び第2領域R2が示されている。また、第2画像IMG2は、冠状面における脳の断面画像であり、関心領域として第3領域R3が示されている。本例では、関心領域は、第1学習済みモデル21bの算出した推測結果に対する貢献度が大きい画素ほど明るく示されるヒートマップにより表示されている。The first image IMG1 and the second image IMG2 are images showing an MRI image of the subject's brain and the brain region of interest in the image that is the basis for the prediction result by the first trained model 21b. The first image IMG1 is a cross-sectional image of the brain in the sagittal plane, with the first region R1 and the second region R2 shown as the region of interest. The second image IMG2 is a cross-sectional image of the brain in the coronal plane, with the third region R3 shown as the region of interest. In this example, the region of interest is displayed using a heat map in which pixels that contribute more to the prediction result calculated by the first trained model 21b are shown brighter.

第1推測結果PD1は、「2年以内に認知症を発症する確率(推測):90%」であり、第1画像IMG1及び第2画像IMG2に基づいて第1学習済みモデル21bによって認知症の発症確率を算出した結果を示している。The first prediction result PD1 is "Probability (prediction) of developing dementia within two years: 90%" and shows the result of calculating the probability of developing dementia using the first trained model 21b based on the first image IMG1 and the second image IMG2.

診断支援装置10を用いる医師は、第1画像IMG1及び第2画像IMG2を参照して、第1学習済みモデル21bによる第1推測結果PD1の妥当性を確認しつつ、第1推測結果PD1を診断に活用することができる。A doctor using the diagnostic support device 10 can refer to the first image IMG1 and the second image IMG2 to confirm the validity of the first prediction result PD1 based on the first trained model 21b, and can use the first prediction result PD1 for diagnosis.

なお、本例では、第1学習済みモデル21bの算出した推測結果に対する貢献度が大きい画素ほど明るく示すヒートマップによって関心領域を表示する例を示したが、関心領域は、第1学習済みモデル21bの算出した推測結果に対する貢献度が大きい脳の部位をマーキングすることで表示したり、脳画像とは別に文字情報で表示したりしてもよい。In this example, the region of interest is displayed using a heat map in which pixels that contribute more to the prediction result calculated by the first trained model 21b are shown brighter, but the region of interest may also be displayed by marking parts of the brain that contribute more to the prediction result calculated by the first trained model 21b, or may be displayed as text information separate from the brain image.

第1画像IMG1、第2画像IMG2、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3及び第1推測結果PD1は、対象者が用いるスマートフォンやPC(Personal Computer)等の端末に表示されてもよい。その場合、提供部25は、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を対象者の端末に送信する。これにより、対象者は、第1画像IMG1、第2画像IMG2、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3及び第1推測結果PD1を参照して、自己の状態を確認することができる。なお、提供部25は、第1推測結果PD1のみを対象者の端末に提供し、必要に応じて第1画像IMG1、第2画像IMG2、第1領域R1、第2領域R2及び第3領域R3を対象者の端末に提供することとしてもよい。The first image IMG1, the second image IMG2, the first region R1, the second region R2, the third region R3, and the first inference result PD1 may be displayed on a terminal such as a smartphone or a PC (Personal Computer) used by the subject. In this case, the providing unit 25 transmits information indicating the inference result and the brain region of interest in the image on which the inference result is based to the subject's terminal. This allows the subject to check his or her own condition by referring to the first image IMG1, the second image IMG2, the first region R1, the second region R2, the third region R3, and the first inference result PD1. The providing unit 25 may provide only the first inference result PD1 to the subject's terminal, and provide the first image IMG1, the second image IMG2, the first region R1, the second region R2, and the third region R3 to the subject's terminal as necessary.

図5は、本実施形態に係る推測装置20による認知症に関する推測精度を示す図である。同図では、学習データの一部を予めテストデータとして分離して、推測装置20によって第1学習済みモデル21bを生成した場合に、テストデータを用いて第1学習済みモデル21bの推測精度を算出した結果を示している。同図の表の「推測結果」は、第1学習済みモデル21bによって、対象者の脳の画像に基づいて、対象者が所定期間内に認知症を発症する確率が閾値以上であるか否かを推測した結果を示している。対象者が所定期間内に認知症を発症する確率が閾値以上である場合は、「AD進行群」としてカウントされ、対象者が所定期間内に認知症を発症する確率が閾値未満であれば「AD非進行群」としてカウントされる。また、「正解」は、対象者が所定期間内に認知機能が悪化したか否かを示す実測データを示している。 Figure 5 is a diagram showing the prediction accuracy of dementia by the prediction device 20 according to this embodiment. In the figure, a part of the learning data is separated in advance as test data, and the first trained model 21b is generated by the prediction device 20. The result of calculating the prediction accuracy of the first trained model 21b using the test data is shown. The "prediction result" in the table in the figure shows the result of the first trained model 21b predicting whether the probability of the subject developing dementia within a specified period is equal to or greater than a threshold based on the brain image of the subject. If the probability of the subject developing dementia within a specified period is equal to or greater than the threshold, the subject is counted as the "AD progression group", and if the probability of the subject developing dementia within a specified period is less than the threshold, the subject is counted as the "AD non-progression group". In addition, the "correct answer" shows actual measurement data indicating whether the subject's cognitive function has deteriorated within a specified period.

なお、図5に示す第1学習済みモデル21bの「推測結果」のカウントは、対象者の認知機能に関するテストのスコア等を、脳の画像の特徴マップと合成して最終判定を行った場合について行っている。 The "prediction results" of the first trained model 21b shown in Figure 5 are counted when the test scores on the subject's cognitive function, etc. are combined with the feature map of the brain image to make a final judgment.

図5に示す例では、推測結果として、AD進行群が144であり、AD非進行群が77である。そして、AD進行群と推測された144例のうち140例が正解であり、4例が偽陽性(実際にはAD非進行群)であった。また、AD非進行群と推測された77例のうち74例が正解であり、3例が偽陰性(実際にはAD進行群)であった。そのため、第1学習済みモデル21bの正確度(accuracy)は、(140+74)/(140+4+74+3)×100%=96.8%であり、感度(sensitivity)は、140/(140+3)×100%=97.9%であり、特異度(specificity)は、74/(74+4)×100%=94.9%である。このように、本実施形態に係る第1学習済みモデル21bは、いずれの指標に関しても高い性能を示しており、偽陽性及び偽陰性の発生を低く抑えて、認知症のリスクを適切に評価できる。In the example shown in FIG. 5, the predicted results are 144 for the AD progression group and 77 for the AD non-progression group. Of the 144 cases predicted to be in the AD progression group, 140 were correct, and 4 were false positives (actually in the AD non-progression group). Of the 77 cases predicted to be in the AD non-progression group, 74 were correct, and 3 were false negatives (actually in the AD progression group). Therefore, the accuracy of the first trained model 21b is (140+74)/(140+4+74+3)×100%=96.8%, the sensitivity is 140/(140+3)×100%=97.9%, and the specificity is 74/(74+4)×100%=94.9%. As such, the first trained model 21b of this embodiment shows high performance with respect to all indicators, and can appropriately assess the risk of dementia by keeping the occurrence of false positives and false negatives low.

なお、推測装置20は、第1学習済みモデル21bを生成した場合に、図5に示すような推測精度を示す表を診断支援装置10に表示させたり、正確度、感度及び特異度等の指標を診断支援装置10に表示させたりしてよい。また、ROC(Receiver Operating Characteristic)曲線やAUC(Area Under the Curve)等の指標を診断支援装置10に表示させてもよい。When the estimation device 20 generates the first trained model 21b, the estimation device 20 may cause the diagnostic support device 10 to display a table showing the estimation accuracy as shown in FIG. 5, or cause the diagnostic support device 10 to display indices such as accuracy, sensitivity, and specificity. Indices such as a receiver operating characteristic (ROC) curve and an area under the curve (AUC) may also be displayed on the diagnostic support device 10.

図6は、本実施形態に係る診断支援システム100による認知症に関する推測及びその根拠の表示に関するフローチャートである。はじめに、MRIスキャナ50によって、対象者の脳画像を撮影する(S10)。 Figure 6 is a flowchart showing the display of a prediction regarding dementia and the basis for the prediction by the diagnosis support system 100 according to this embodiment. First, a brain image of the subject is taken by the MRI scanner 50 (S10).

その後、推測装置20によって、第1学習済みモデル21bを用いて、脳画像及び対象者データに基づいて、所定期間経過後における対象者の認知症の進行を推測する(S11)。ここで、対象者データとは、対象者の認知機能に関するテストのスコア、対象者の年齢、対象者の性別、対象者の身長、対象者の体重、対象者の既往歴、対象者の脳の部位毎の体積及び対象者の脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報である。Thereafter, the prediction device 20 predicts the progression of the subject's dementia after a predetermined period of time based on the brain images and the subject data using the first trained model 21b (S11). Here, the subject data refers to information on the subject's cognitive function test scores, the subject's age, the subject's sex, the subject's height, the subject's weight, the subject's medical history, the volume of each part of the subject's brain and a score representing the subject's brain atrophy degree, and at least one or a combination of these data over time.

さらに、推測装置20によって、第1学習済みモデル21bを用いて、推測結果の根拠となる脳画像の関心領域を推定する(S12)。 Furthermore, the estimation device 20 uses the first learned model 21b to estimate a region of interest in the brain image that serves as the basis for the estimation result (S12).

最後に、診断支援装置10によって、脳画像、推測結果及び推測結果の根拠となる脳画像の関心領域を表示する(S13)。Finally, the diagnostic support device 10 displays the brain image, the inference result, and the region of interest in the brain image that is the basis for the inference result (S13).

図7は、本実施形態に係る推測装置20による第1学習済みモデル21bの学習処理のフローチャートである。はじめに、推測装置20は、複数の被験者の脳画像、被験者データ及び所定期間経過後における認知症の進行に関する情報を含む学習データ21aを蓄積する(S20)。 Figure 7 is a flowchart of the learning process of the first trained model 21b by the estimation device 20 according to this embodiment. First, the estimation device 20 accumulates learning data 21a including brain images of multiple subjects, subject data, and information regarding the progression of dementia after a predetermined period of time (S20).

推測装置20は、学習データ21aを用いて、学習モデルによる推測を実行し(S21)、推測結果と正解の誤差を算出する(S22)。ここで、正解とは、所定期間経過後における認知症の進行に関する情報であり、所定期間経過後に認知症が進行したか否かを示す情報であってよい。The prediction device 20 uses the learning data 21a to perform prediction using a learning model (S21), and calculates the error between the prediction result and the correct answer (S22). Here, the correct answer is information regarding the progression of dementia after a predetermined period of time has elapsed, and may be information indicating whether or not dementia has progressed after the predetermined period of time has elapsed.

推測装置20は、誤差を小さくするように、学習モデルのパラメータを更新する(S23)。その後、学習の終了条件を満たさない場合(S24:NO)、推測装置20は、処理S21~S23を再び実行する。ここで、学習の終了条件は、推測結果と正解の誤差が所定値以下となることであったり、処理S21~S23の実行回数が所定値以上となることであったりしてよい。The estimation device 20 updates the parameters of the learning model so as to reduce the error (S23). If the learning termination condition is not met thereafter (S24: NO), the estimation device 20 executes steps S21 to S23 again. Here, the learning termination condition may be that the error between the estimation result and the correct answer is equal to or less than a predetermined value, or that the number of times steps S21 to S23 are executed is equal to or greater than a predetermined value.

一方、学習の終了条件を満たす場合(S24:YES)、推測装置20は、生成した第1学習済みモデル21bを保存する(S25)。以上により、第1学習済みモデル21bの学習処理が終了する。On the other hand, if the learning termination condition is met (S24: YES), the estimation device 20 stores the generated first trained model 21b (S25). This ends the learning process of the first trained model 21b.

推測装置20は、第1学習済みモデル21bを生成する場合と同様の処理によって、複数の被験者の脳画像、被験者データ及びアミロイドβタンパク質の蓄積に関する情報を含む学習データ21aを用いて、第2学習済みモデル21cの学習処理を行ってよい。The estimation device 20 may perform a learning process for the second trained model 21c using training data 21a including brain images of multiple subjects, subject data, and information regarding the accumulation of amyloid beta protein, by a process similar to that used to generate the first trained model 21b.

図8は、本実施形態に係る推測装置20によるアミロイドβタンパク質の蓄積に関する推測結果及びその根拠を診断支援装置10に表示する例を示す図である。同図では、診断支援装置10の表示部10fに表示される第3画像IMG3、第4画像IMG4及び第2推測結果PD2を示している。 Figure 8 is a diagram showing an example of displaying the results of a prediction regarding accumulation of amyloid β protein by the prediction device 20 according to this embodiment and the basis thereof on the diagnostic support device 10. The figure shows the third image IMG3, the fourth image IMG4, and the second prediction result PD2 displayed on the display unit 10f of the diagnostic support device 10.

第3画像IMG3及び第4画像IMG4は、対象者の脳のMRI画像と、第2学習済みモデル21cによる推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域とを示す画像である。第3画像IMG3は、矢状面における脳の断面画像であり、関心領域として第4領域R4が示されている。また、第4画像IMG4は、冠状面における脳の断面画像であり、関心領域として第5領域R5が示されている。本例では、関心領域は、第2学習済みモデル21cの算出した推測結果に対する貢献度が大きい画素ほど明るく示されるヒートマップにより表示されている。The third image IMG3 and the fourth image IMG4 are images showing an MRI image of the subject's brain and the brain region of interest in the image that is the basis for the prediction result by the second trained model 21c. The third image IMG3 is a cross-sectional image of the brain in the sagittal plane, with the fourth region R4 shown as the region of interest. The fourth image IMG4 is a cross-sectional image of the brain in the coronal plane, with the fifth region R5 shown as the region of interest. In this example, the region of interest is displayed using a heat map in which pixels that contribute more to the prediction result calculated by the second trained model 21c are shown brighter.

第2推測結果PD2は、「アミロイドβタンパク質が閾値以上蓄積している確率(推測):95%」であり、第3画像IMG3及び第4画像IMG4に基づいて第2学習済みモデル21cによってアミロイドβタンパク質の蓄積の有無の確率を算出した結果を示している。The second estimation result PD2 is "Probability (estimation) that amyloid beta protein has accumulated above the threshold: 95%" and shows the result of calculating the probability of whether or not amyloid beta protein has accumulated by the second trained model 21c based on the third image IMG3 and the fourth image IMG4.

診断支援装置10を用いる医師は、第3画像IMG3及び第4画像IMG4を参照して、第2学習済みモデル21cによる第2推測結果PD2の妥当性を確認しつつ、第2推測結果PD2を診断に活用することができる。A doctor using the diagnostic support device 10 can refer to the third image IMG3 and the fourth image IMG4 to confirm the validity of the second prediction result PD2 by the second trained model 21c, and can use the second prediction result PD2 for diagnosis.

なお、本例では、第2学習済みモデル21cの算出した推測結果に対する貢献度が大きい画素ほど明るく示すヒートマップによって関心領域を表示する例を示したが、関心領域は、第2学習済みモデル21cの算出した推測結果に対する貢献度が大きい脳の部位をマーキングすることで表示したり、脳画像とは別に文字情報で表示したりしてもよい。In this example, the region of interest is displayed using a heat map in which pixels that contribute more to the prediction result calculated by the second trained model 21c are shown brighter, but the region of interest may also be displayed by marking parts of the brain that contribute more to the prediction result calculated by the second trained model 21c, or may be displayed as text information separate from the brain image.

第3画像IMG3、第4画像IMG4、第4領域R4、第5領域R5及び第2推測結果PD2は、対象者が用いるスマートフォンやPC等の端末に表示されてもよい。その場合、提供部25は、推測結果及び推測結果の根拠となる画像における脳の関心領域を示す情報を対象者の端末に送信する。これにより、対象者は、第3画像IMG3、第4画像IMG4、第4領域R4、第5領域R5及び第2推測結果PD2を参照して、自己の状態を確認することができる。なお、提供部25は、第2推測結果PD2のみを対象者の端末に提供し、必要に応じて第3画像IMG3、第4画像IMG4、第4領域R4及び第5領域R5を対象者の端末に提供することとしてもよい。The third image IMG3, the fourth image IMG4, the fourth region R4, the fifth region R5, and the second inference result PD2 may be displayed on a terminal such as a smartphone or PC used by the subject. In this case, the providing unit 25 transmits information indicating the inference result and the brain region of interest in the image on which the inference result is based to the subject's terminal. This allows the subject to check his or her own condition by referring to the third image IMG3, the fourth image IMG4, the fourth region R4, the fifth region R5, and the second inference result PD2. The providing unit 25 may provide only the second inference result PD2 to the subject's terminal, and provide the third image IMG3, the fourth image IMG4, the fourth region R4, and the fifth region R5 to the subject's terminal as necessary.

図9は、本実施形態に係る推測装置20によるアミロイドβタンパク質の蓄積に関する推測精度を示す図である。同図では、学習データの一部を予めテストデータとして分離して、推測装置20によって第2学習済みモデル21cを生成した場合に、テストデータを用いて第2学習済みモデル21cの推測精度を算出した結果を示している。同図の表の「推測結果」は、第2学習済みモデル21cによって、対象者の脳の画像に基づいて、脳にアミロイドβタンパク質が閾値以上蓄積しているか否かを推測した結果を示している。対象者の脳にアミロイドβタンパク質が閾値以上蓄積している確率が所定値以上である場合は、「Positive」としてカウントされ、対象者の脳にアミロイドβタンパク質が閾値以上蓄積している確率が所定値未満である場合には「Negative」としてカウントされる。また、「正解」は、対象者の脳にアミロイドβタンパク質が閾値以上蓄積しているか否かをPETや脳脊髄液の採取によって測定した結果を示している。9 is a diagram showing the prediction accuracy of the amyloid β protein accumulation by the prediction device 20 according to this embodiment. In the figure, a part of the learning data is separated in advance as test data, and the second trained model 21c is generated by the prediction device 20. The result of calculating the prediction accuracy of the second trained model 21c using the test data is shown. The "prediction result" in the table in the figure shows the result of the second trained model 21c predicting whether or not amyloid β protein has accumulated in the brain at a threshold value or more based on the brain image of the subject. If the probability that amyloid β protein has accumulated in the brain of the subject at a threshold value or more is equal to or greater than a predetermined value, it is counted as "Positive", and if the probability that amyloid β protein has accumulated in the brain of the subject at a threshold value or more is less than the predetermined value, it is counted as "Negative". In addition, the "correct answer" shows the result of measuring whether or not amyloid β protein has accumulated in the brain of the subject at a threshold value or more by PET or cerebrospinal fluid collection.

なお、図9に示す第2学習済みモデル21cの「推測結果」のカウントは、対象者の認知機能に関するテストのスコア等を、脳の画像の特徴マップと合成して最終判定を行った場合について行っている。 The "prediction results" of the second trained model 21c shown in Figure 9 are counted when the test scores on the subject's cognitive function, etc. are combined with the feature map of the brain image to make a final judgment.

図9に示す例では、推測結果として、Positiveが865であり、Negativeが467である。そして、Positiveと推測された865例のうち807例が正解であり、58例が偽陽性(実際にはNegative)であった。また、Negativeと推測された467例のうち427例が正解であり、40例が偽陰性(実際にはPositive)であった。そのため、第2学習済みモデル21cの正確度(accuracy)は、(807+427)/(807+58+427+40)×100%=92.6%であり、感度(sensitivity)は、807/(807+40)×100%=95.3%であり、特異度(specificity)は、427/(427+58)×100%=88.0%である。このように、本実施形態に係る第2学習済みモデル21cは、いずれの指標に関しても高い性能を示しており、偽陽性及び偽陰性の発生を低く抑えて、アミロイドβタンパク質の蓄積有無を適切に評価できる。In the example shown in FIG. 9, the prediction results are 865 positive and 467 negative. Of the 865 cases predicted as positive, 807 were correct and 58 were false positives (actually negative). Of the 467 cases predicted as negative, 427 were correct and 40 were false negatives (actually positive). Therefore, the accuracy of the second trained model 21c is (807+427)/(807+58+427+40)×100%=92.6%, the sensitivity is 807/(807+40)×100%=95.3%, and the specificity is 427/(427+58)×100%=88.0%. As such, the second trained model 21c of this embodiment shows high performance with respect to all indicators, and can appropriately evaluate the presence or absence of accumulation of amyloid beta protein while keeping the occurrence of false positives and false negatives low.

なお、推測装置20は、第2学習済みモデル21cを生成した場合に、図9に示すような推測精度を示す表を診断支援装置10に表示させたり、正確度、感度及び特異度等の指標を診断支援装置10に表示させたりしてよい。また、ROC曲線やAUC等の指標を診断支援装置10に表示させてもよい。When the estimation device 20 generates the second trained model 21c, the estimation device 20 may cause the diagnostic support device 10 to display a table showing the estimation accuracy as shown in FIG. 9, or cause the diagnostic support device 10 to display indices such as accuracy, sensitivity, and specificity. Indices such as ROC curves and AUC may also be displayed on the diagnostic support device 10.

図10は、本実施形態に係る診断支援システム100によるアミロイドβタンパク質の蓄積に関する推測及びその根拠の表示に関するフローチャートである。はじめに、MRIスキャナ50によって、対象者の脳画像を撮影する(S30)。 Figure 10 is a flowchart showing the prediction of amyloid β protein accumulation and the display of the basis thereof by the diagnostic support system 100 according to this embodiment. First, a brain image of the subject is taken by the MRI scanner 50 (S30).

その後、推測装置20によって、第2学習済みモデル21cを用いて、脳画像及び対象者データに基づいて、対象者の脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測する(S31)。ここで、対象者データとは、対象者の認知機能に関するテストのスコア、対象者の年齢、対象者の性別、対象者の身長、対象者の体重、対象者の既往歴、対象者の脳の部位毎の体積及び対象者の脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報である。Then, the estimation device 20 estimates the accumulation of amyloid β protein in the subject's brain based on the brain image and the subject data using the second trained model 21c (S31). Here, the subject data refers to information on the subject's cognitive function test score, the subject's age, the subject's sex, the subject's height, the subject's weight, the subject's medical history, the volume of each part of the subject's brain, a score representing the subject's brain atrophy degree, and at least one or a combination of these data over time.

さらに、推測装置20によって、第2学習済みモデル21cを用いて、推測結果の根拠となる脳画像の関心領域を推定する(S32)。 Furthermore, the estimation device 20 uses the second learned model 21c to estimate the region of interest in the brain image that serves as the basis for the estimation result (S32).

最後に、診断支援装置10によって、脳画像、推測結果及び推測結果の根拠となる脳画像の関心領域を表示する(S33)。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
Finally, the diagnosis support device 10 displays the brain image, the inference result, and the region of interest in the brain image that is the basis for the inference result (S33).
The above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The elements of the embodiments, as well as their arrangements, materials, conditions, shapes, sizes, etc., are not limited to those shown as examples and can be changed as appropriate. In addition, configurations shown in different embodiments can be partially substituted or combined with each other.

以上のような診断支援装置10において、対象者の矢状面である第1画像IMG1(図4)は、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域の脳画像を示しているから、全脳の画像に相当する。また、対象者の冠状面である第2画像IMG2(図4)は、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域の脳画像を示しているから、全脳の画像に相当する。In the above-described diagnostic support device 10, the first image IMG1 (Fig. 4) which is a sagittal plane of the subject shows brain images of all areas surrounded by the skull, and therefore corresponds to an image of the whole brain. Also, the second image IMG2 (Fig. 4) which is a coronal plane of the subject shows brain images of all areas surrounded by the skull, and therefore corresponds to an image of the whole brain.

従って、推測装置20の記憶部21に格納される学習データ21aには、複数の被験者の全脳の画像が含まれる。また、生成部22は、複数の被験者の全脳のMRI画像を含む学習データ21aを入力とする畳み込みニューラルネットワークで構成される学習モデルの学習処理を実行することにより第1学習済みモデル21b及び第2学習済みモデル21cを生成する。推測部23は、対象者の全脳の画像を入力として、認知症に関連する推測を行い、推定部24は、推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を推定する。ここで、第1画像IMG1の第1領域R1は、全脳のうち、後頭葉付近の領域を示しており、第2領域R2は、前頭葉付近の領域を示し、第3画像IMG3は、側頭葉付近の領域を示している。従って、推定部24は、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域内における関心領域を推定することが可能なように構成されている。更に提供部25は、推定された全脳の関心領域を診断支援装置10に提供する。Therefore, the learning data 21a stored in the memory unit 21 of the estimation device 20 includes images of the whole brains of multiple subjects. The generation unit 22 generates the first learned model 21b and the second learned model 21c by executing a learning process of a learning model composed of a convolutional neural network that receives as input the learning data 21a including MRI images of the whole brains of multiple subjects. The estimation unit 23 receives as input an image of the subject's whole brain and makes a prediction related to dementia, and the estimation unit 24 estimates a region of interest in the whole brain in the image that is the basis for the prediction result. Here, the first region R1 of the first image IMG1 indicates a region of the whole brain near the occipital lobe, the second region R2 indicates a region near the frontal lobe, and the third image IMG3 indicates a region near the temporal lobe. Therefore, the estimation unit 24 is configured to be able to estimate a region of interest in all regions surrounded by the skull. Furthermore, the provision unit 25 provides the estimated region of interest in the whole brain to the diagnosis support device 10.

また、診断支援装置10の第1取得部11は、対象者の全脳の画像を入力として取得する。第2取得部12は、対象者の全脳の画像に基づいて、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を推測装置20から取得する。更に表示部10fは、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果及び推測結果の根拠となる画像における全脳の関心領域を示す情報を表示する。Furthermore, the first acquisition unit 11 of the diagnosis support device 10 acquires an image of the subject's whole brain as an input. The second acquisition unit 12 acquires an inference result of an inference made related to the subject's dementia based on the image of the subject's whole brain from the inference device 20. Furthermore, the display unit 10f displays the inference result of the inference made related to the subject's dementia and information indicating the region of interest of the whole brain in the image that is the basis for the inference result.

このような構成によれば、対象者の全脳の画像を取得し、学習済みモデルにこの画像を入力することにより、対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得することが可能となる。このため、脳画像をボクセルごとに分割して評価する手法では評価することが困難であった、複数の領域の関連性に基づいた評価を行うことが可能となる。例えば、前頭葉、後頭葉、側頭葉のそれぞれに認知症原因タンパク質のある程度の蓄積がある場合、脳画像を分割して評価する手法では、各領域の認知症原因タンパク質の蓄積量が小さい等の理由で認知症である可能性が低い、という評価結果が得られる場合であっても、本発明に係る診断支援装置10によれば、複数の領域の関連性に基づいた評価や、複数の領域を横断するような原因に起因する評価を行うことが可能となるから、例えば、前頭葉、後頭葉、側頭葉のそれぞれに認知症原因タンパク質のある程度の蓄積があることに起因して、認知症である可能性が高い、という推測結果を得ることが可能になる。更には、従来の技術常識では認識されていなかったような、認知症に係る脳の新規領域、又は、新規な相関性の発見を期待することが可能になる。また、脳外科を専門とする医師等、脳の個別部位の同定に係る専門知識を十分に有しない医師等であっても、簡易に診断を行うことが可能になる。 According to this configuration, by acquiring an image of the whole brain of the subject and inputting this image into the trained model, it is possible to obtain a result of inference made on dementia of the subject. Therefore, it is possible to perform an evaluation based on the correlation of multiple regions, which was difficult to evaluate by a method of dividing the brain image into voxels. For example, when there is a certain amount of accumulation of dementia-causing proteins in each of the frontal lobe, occipital lobe, and temporal lobe, even if the method of dividing the brain image and evaluating it gives an evaluation result that the possibility of dementia is low because the amount of accumulation of dementia-causing proteins in each region is small, etc., according to the diagnosis support device 10 of the present invention, it is possible to perform an evaluation based on the correlation of multiple regions or an evaluation caused by a cause that crosses multiple regions. Therefore, for example, it is possible to obtain an inference result that there is a high possibility of dementia due to the accumulation of dementia-causing proteins to a certain extent in each of the frontal lobe, occipital lobe, and temporal lobe. Furthermore, it is possible to expect the discovery of new brain regions related to dementia or new correlations that were not recognized in the conventional technical common sense. Furthermore, even doctors who do not have sufficient specialized knowledge regarding the identification of individual parts of the brain, such as doctors who specialize in brain surgery, will be able to make a diagnosis easily.

更に、推定部24は、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域内における関心領域を推定し、表示部10fは、頭蓋骨によって囲まれた全ての領域内における関心領域を表示する。例えば、表示部10fは、第1画像IMG1乃至第3画像IMG3に示されるように、前頭葉、後頭葉、側頭葉という複数の領域にわたる関連領域を表示する。従って、診断支援装置10のユーザは、複数の領域の関連性が認知症の原因になり得るという新たな知見を得ることが可能になる。このような構成によってもたらされる効果は、脳画像をボクセルごとに分割して評価するVBM(Voxel Based Morphometry)や、薬剤を吸収する部位のみを表示するPET検査では得ることが困難である。 Furthermore, the estimation unit 24 estimates the region of interest within all the regions surrounded by the skull, and the display unit 10f displays the region of interest within all the regions surrounded by the skull. For example, the display unit 10f displays related regions across multiple regions, such as the frontal lobe, the occipital lobe, and the temporal lobe, as shown in the first image IMG1 to the third image IMG3. Therefore, the user of the diagnostic support device 10 can obtain new knowledge that the relationship between multiple regions may be the cause of dementia. The effect brought about by such a configuration is difficult to obtain with VBM (Voxel Based Morphometry), which divides and evaluates brain images by voxels, or with PET examinations, which display only the areas that absorb drugs.

また、表示部10fが表示する全脳の関心領域は、その推測結果の根拠となるものであるから、対象者によって異なるのが通常である。例えば前頭側頭型認知症の対象者であれば、前頭葉又は側頭葉が、関心領域として表示される場合があるが、血管性認知症の対象者であれば、血管が損傷した部位が、関心領域として表示される場合がある。関心領域は、対象画素を強調表示すること、例えば、対象画素の輝度を大きくすること、により表現される。従って、同じ前頭葉の中でも、対象者によって異なる関心領域が表示されるのが通常である。このような構成は、認知症の原因になる可能性が高いとして予め知られていた領域(例えば、前頭葉)を単に強調表示するものとは全く異なるものである。 In addition, the region of interest of the whole brain displayed by the display unit 10f is the basis for the inference result, and therefore usually differs depending on the subject. For example, in a subject with frontotemporal dementia, the frontal lobe or temporal lobe may be displayed as the region of interest, while in a subject with vascular dementia, a site with damaged blood vessels may be displayed as the region of interest. The region of interest is expressed by highlighting the target pixel, for example, by increasing the brightness of the target pixel. Therefore, even in the same frontal lobe, different regions of interest are usually displayed depending on the subject. This configuration is completely different from simply highlighting a region (e.g., the frontal lobe) that is known in advance to be highly likely to cause dementia.

関心領域、すなわち、全脳のうち、推測結果の根拠となる領域を抽出する方法として、上述したLRPは、入力値が出力値に対して与える影響を計算する手法である。例えば、CNN等のニューラルネットワークをある層まで伝搬させた後、調べたい箇所以外の値をゼロにして逆伝搬することにより、影響が大きい箇所を特定することが可能になる。また、LRP以外では、入力情報を変更して複数の入力情報を作成し、それらを、同じ学習済みモデルに入力し結果を比較することにより、推測結果の根拠となる領域を取得する手法が考えられる。具体的には、まず、推測部23は、対象者の全脳の画像(「第1画像」の一例)を第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cに入力して推測結果(「第1推測結果」の一例)を取得する。次いで、推定部24は、第1画像の一部領域のみが異なる複数の全脳の画像(「第2画像」の一例)を生成する。例えば、前頭葉の一部の画素値をマスクした第2画像、後頭葉の一部の画素値をマスクして異なる値に変更した第2画像等を生成する。そして、推測部23は、生成された複数の第2画像を第1学習済みモデル21b又は第2学習済みモデル21cに入力して複数の推測結果(「第2推測結果」の一例)を取得する。そして推定部24は、第1推測結果と第2推測結果を比較して、異なる推測結果が得られる第2画像を決定する。推定部24は、第1推測結果と異なる第2推測結果をもたらした第2画像において、マスクされた領域を推測結果の根拠となる関心領域として取得し、提供部25に提供する。表示部10fは、関心領域に相当する画素ほど輝度を高めて、対象者の全脳の画像に重畳させて表示する。なお、推測結果を3種類以上選択する場合、関心領域は、2種類以上の領域(根拠を有する第1関心領域と、より根拠を有する第2関心領域)を含むように構成することが可能になる。As a method for extracting the region of interest, that is, the region of the whole brain that is the basis of the inference result, the above-mentioned LRP is a method for calculating the influence of the input value on the output value. For example, after propagating a neural network such as CNN to a certain layer, it is possible to identify the part with the greatest influence by setting values other than the part to be examined to zero and performing back propagation. In addition, other than LRP, a method is conceivable in which the input information is changed to create multiple pieces of input information, which are input into the same trained model, and the results are compared to obtain the region that is the basis of the inference result. Specifically, first, the inference unit 23 inputs an image of the subject's whole brain (an example of a "first image") into the first trained model 21b or the second trained model 21c to obtain an inference result (an example of a "first inference result"). Next, the estimation unit 24 generates multiple whole-brain images (an example of a "second image") in which only a part of the first image is different. For example, a second image in which some pixel values of the frontal lobe are masked, a second image in which some pixel values of the occipital lobe are masked and changed to different values, etc. are generated. Then, the estimation unit 23 inputs the generated second images into the first trained model 21b or the second trained model 21c to obtain a plurality of estimation results (an example of a "second estimation result"). Then, the estimation unit 24 compares the first estimation result with the second estimation result to determine a second image from which a different estimation result is obtained. The estimation unit 24 acquires a masked region in the second image that has yielded a second estimation result different from the first estimation result as a region of interest that is the basis for the estimation result, and provides it to the providing unit 25. The display unit 10f increases the brightness of pixels corresponding to the region of interest and displays the pixels superimposed on the image of the subject's whole brain. Note that when three or more types of estimation results are selected, the region of interest can be configured to include two or more types of regions (a first region of interest having a basis and a second region of interest having a stronger basis).

以上のような構成によれば、学習済みモデルによる推測結果の妥当性が確認しやすく、かつ、診断精度を高めることが可能になる診断支援装置、推測装置、診断支援システム、診断支援方法、診断支援プログラム及び学習済みモデルを提供することが可能になる。 With the above-described configuration, it is possible to provide a diagnostic support device, an inference device, a diagnostic support system, a diagnostic support method, a diagnostic support program, and a trained model that make it easy to confirm the validity of the inference results based on the trained model and that enables improved diagnostic accuracy.

10…診断支援装置、10a…CPU、10b…RAM、10c…ROM、10d…通信部、10e…入力部、10f…表示部、11…第1取得部、12…第2取得部、20…推測装置、21…記憶部、21a…学習データ、21b…第1学習済みモデル、21c…第2学習済みモデル、22…生成部、23…推測部、24…推定部、25…提供部、30…画像管理サーバ、50…MRIスキャナ、100…診断支援システム10...diagnosis support device, 10a...CPU, 10b...RAM, 10c...ROM, 10d...communication unit, 10e...input unit, 10f...display unit, 11...first acquisition unit, 12...second acquisition unit, 20...estimation device, 21...storage unit, 21a...learning data, 21b...first trained model, 21c...second trained model, 22...generation unit, 23...estimation unit, 24...estimation unit, 25...provision unit, 30...image management server, 50...MRI scanner, 100...diagnosis support system

Claims (15)

対象者の全脳の画像を取得する第1取得部と、
複数の被験者の認知症の実測データが関連付けられ、前記複数の被験者の全脳の画像、及び前記被験者の認知機能に関するテストのスコア、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の既往歴、前記被験者の前記全脳の部位毎の体積及び前記被験者の前記全脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データを含む学習データに基づいて生成された学習済みモデルに前記対象者の全脳の画像を入力し、前記対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得する第2取得部と、
前記推測結果及び前記推測結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を示す情報を表示する表示部と、
を備える診断支援装置。
A first acquisition unit that acquires an image of the subject's whole brain;
a second acquisition unit that inputs the image of the whole brain of the subject into a trained model generated based on training data including subject data associated with actual measurement data of dementia of the multiple subjects, images of the whole brain of the multiple subjects, and information on test scores on cognitive function of the subjects, the age of the subject, the sex of the subject, the height of the subject, the weight of the subject, the medical history of the subject, the volume of each part of the whole brain of the subject, a score representing the atrophy degree of the whole brain of the subject, and at least any one or a combination of a plurality of these pieces of data over time , and acquires an inference result of making an inference related to dementia of the subject;
a display unit that displays the inference result and information indicating a region of interest of the whole brain in an image of the subject that is the basis of the inference result;
A diagnostic support device comprising:
前記第1取得部は、前記全脳の3次元画像を取得する、
請求項1に記載の診断支援装置。
The first acquisition unit acquires a three-dimensional image of the whole brain.
The diagnosis support device according to claim 1 .
前記表示部は、前記推測結果の根拠となる前記3次元画像における全脳の関心領域を、3次元位置が識別可能な態様で表示する、
請求項2に記載の診断支援装置。
The display unit displays the region of interest of the whole brain in the three-dimensional image that is the basis of the inference result in a manner that allows the three-dimensional position to be identified.
The diagnostic support device according to claim 2 .
前記第2取得部は、前記学習済みモデルを用いて、前記対象者の画像に基づいて、前記対象者が所定期間内に認知症を発症するリスクの推測を行った推測結果を取得する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の診断支援装置。
The second acquisition unit acquires an inference result of inferring a risk of the subject developing dementia within a predetermined period of time based on an image of the subject using the trained model.
The diagnosis support device according to claim 1 .
前記第2取得部は、前記学習済みモデルを用いて、前記対象者の画像に基づいて、前記全脳に関する認知症原因タンパク質の蓄積を推測した推測結果を取得する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の診断支援装置。
The second acquisition unit acquires an inference result of inferring the accumulation of dementia-causing proteins in the whole brain based on an image of the subject by using the trained model.
The diagnosis support device according to claim 1 .
前記第2取得部は、前記学習済みモデルを用いて、前記対象者の画像に基づいて、前記全脳に関するアミロイドβタンパク質の蓄積を推測した推測結果を取得する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の診断支援装置。
The second acquisition unit acquires an inference result of inferring accumulation of amyloid beta protein in the entire brain based on an image of the subject by using the trained model.
The diagnosis support device according to claim 1 .
前記第2取得部は、前記学習済みモデルを用いて、前記対象者の認知機能に関するテストのスコア、前記対象者の年齢、前記対象者の性別、前記対象者の身長、前記対象者の体重、前記対象者の既往歴、前記対象者の前記全脳の部位毎の体積及び前記対象者の前記全脳の部位毎の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報と、前記対象者の画像とに基づいて、前記対象者の認知症に関連する推測を行った前記推測結果を取得する、
請求項1から6のいずれか一項に記載の診断支援装置。
The second acquisition unit acquires the inference result by using the trained model to make an inference related to dementia of the subject based on information of at least one or a combination of the following data over time: a test score on the cognitive function of the subject, the age of the subject, the sex of the subject, the height of the subject, the weight of the subject, the medical history of the subject, the volume of the subject's whole brain for each part, a score representing the degree of atrophy of the subject's whole brain for each part, and data over time of the subject, and an image of the subject .
The diagnosis support device according to claim 1 .
複数の被験者の認知症の実測データが関連付けられ、前記複数の被験者の全脳の画像、及び前記被験者の認知機能に関するテストのスコア、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の既往歴、前記被験者の前記全脳の部位毎の体積及び前記被験者の前記全脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データを含む学習データに基づいて生成された学習済みモデルに対象者の全脳の画像を入力し、前記対象者の認知症に関連する推測を行う推測部と、
前記学習済みモデルを用いて、前記推測結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を推定する推定部と、
前記推測の結果及び前記推測の結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を示す情報を診断支援装置に提供する提供部と、
を備える推測装置。
an inference unit that inputs an image of the whole brain of a subject into a trained model that is generated based on training data including subject data associated with actual measurement data of dementia of a plurality of subjects, images of the whole brain of the plurality of subjects, and information on test scores on cognitive function of the subjects, the age of the subject, the sex of the subject, the height of the subject, the weight of the subject, the medical history of the subject, the volume of each part of the whole brain of the subject, a score representing the atrophy degree of the whole brain of the subject, and at least any one or a combination of a plurality of these pieces of data over time , and makes an inference related to dementia of the subject;
An estimation unit that estimates a region of interest of the entire brain in an image of the subject that is the basis for the result of the estimation using the trained model;
a providing unit that provides a diagnosis support device with information indicating a result of the inference and a region of interest of the entire brain in the image of the subject that is the basis of the result of the inference;
An estimation device comprising:
診断支援装置と、複数の被験者の認知症の実測データが関連付けられ、前記複数の被験者の全脳の画像、及び前記被験者の認知機能に関するテストのスコア、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の既往歴、前記被験者の前記全脳の部位毎の体積及び前記被験者の前記全脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データを含む学習データに基づいて生成された学習済みモデルを記憶している推測装置とを備える診断支援システムであって、
前記診断支援装置は、
対象者の全脳の画像を取得する第1取得部と、
前記学習済みモデルに前記対象者の全脳の画像を入力し、前記対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得する第2取得部と、
前記推測結果及び前記推測結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を示す情報を表示する表示部と、を有する、
診断支援システム。
1. A diagnostic support system comprising: a diagnostic support device; and an estimation device that stores a trained model generated based on training data including subject data associated with actual measurement data of dementia of a plurality of subjects, and including images of the whole brains of the plurality of subjects, and test scores on cognitive functions of the subjects, ages of the subjects, sexes of the subjects, heights of the subjects, weights of the subjects, medical histories of the subjects, volumes of the whole brains of the subjects for each site, scores representing atrophy of the whole brains of the subjects, and information on at least one or a combination of a plurality of these pieces of aging data ,
The diagnosis support device includes:
A first acquisition unit that acquires an image of the subject's whole brain;
A second acquisition unit that inputs an image of the subject's whole brain into the trained model and acquires an inference result related to dementia of the subject;
A display unit that displays the inference result and information indicating a region of interest of the entire brain in the image of the subject that is the basis of the inference result.
Diagnostic support system.
前記推測装置は、
前記学習済みモデルを用いて、前記対象者の画像に基づいて、前記対象者の認知症に関連する推測を行う推測部と、
前記学習済みモデルを用いて、前記推測の結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を推定する推定部と、を有する、
請求項9に記載の診断支援システム。
The estimation device includes:
A prediction unit that uses the trained model to make a prediction related to dementia of the subject based on an image of the subject ;
An estimation unit that estimates a region of interest of the entire brain in an image of the subject that is the basis for the result of the estimation using the trained model,
The diagnosis support system according to claim 9.
前記推測装置は、
前記学習済みモデルを生成する生成部を有する、
請求項10に記載の診断支援システム。
The estimation device includes:
A generation unit that generates the trained model,
The diagnosis support system according to claim 10.
前記生成部は、前記対象者の全脳の画像及び前記対象者の認知症に関連する診断結果に基づいて、前記学習済みモデルの再学習を行う、
請求項11に記載の診断支援システム。
The generation unit re-learns the trained model based on an image of the subject's whole brain and a diagnosis result related to dementia of the subject.
The diagnosis support system according to claim 11.
診断支援装置の第1取得部により、対象者の全脳の画像を取得することと、
複数の被験者の認知症の実測データが関連付けられ、前記複数の被験者の全脳の画像、及び前記被験者の認知機能に関するテストのスコア、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の既往歴、前記被験者の前記全脳の部位毎の体積及び前記被験者の前記全脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データを含む学習データに基づいて生成された学習済みモデルに前記対象者の全脳の画像を入力し、前記診断支援装置の第2取得部により前記対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得することと、
前記診断支援装置の表示部により、前記推測結果及び前記推測結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を示す情報を表示することと、
を含む診断支援方法。
acquiring an image of the subject's whole brain by a first acquisition unit of the diagnosis support device;
inputting the image of the whole brain of the subject into a trained model generated based on training data including subject data associated with actual measurement data of dementia of the multiple subjects, images of the whole brain of the multiple subjects, and information on test scores on cognitive function of the subjects, the age of the subject, the sex of the subject, the height of the subject, the weight of the subject, the medical history of the subject, the volume of each part of the whole brain of the subject, a score representing the atrophy degree of the whole brain of the subject, and at least any one or a combination of a plurality of these pieces of data over time ; and acquiring an inference result of making an inference related to dementia of the subject by a second acquisition unit of the diagnosis support device;
displaying, by a display unit of the diagnosis support device, the inference result and information indicating a region of interest of the entire brain in an image of the subject that is the basis of the inference result;
A diagnostic support method comprising:
診断支援装置に、
対象者の全脳の画像を取得することと、
複数の被験者の認知症の実測データが関連付けられ、前記複数の被験者の全脳の画像、及び前記被験者の認知機能に関するテストのスコア、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の既往歴、前記被験者の前記全脳の部位毎の体積及び前記被験者の前記全脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データを含む学習データに基づいて生成された学習済みモデルに前記対象者の全脳の画像を入力し、前記対象者の認知症に関連する推測を行った推測結果を取得することと、
前記推測結果及び前記推測結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を示す情報を表示することと、
を実行させる診断支援プログラム。
Diagnostic support devices:
obtaining an image of the subject's whole brain;
inputting the whole brain image of the subject into a trained model generated based on training data including subject data associated with actual measurement data of dementia of the multiple subjects, images of the whole brain of the multiple subjects, and information on test scores on cognitive function of the subjects, the age of the subject, the sex of the subject, the height of the subject, the weight of the subject, medical history of the subject, volume of each part of the whole brain of the subject, a score representing the atrophy degree of the whole brain of the subject, and at least any one or a combination of a plurality of these pieces of data over time , and obtaining an inference result for making an inference related to dementia of the subject;
Displaying the inference result and information indicating a region of interest of the whole brain in an image of the subject that is the basis of the inference result;
A diagnostic support program that executes the above.
コンピュータが備える演算部に演算させるための学習済みモデルであって、
複数の被験者の認知症の実測データが関連付けられ、前記複数の被験者の全脳の画像、及び前記被験者の認知機能に関するテストのスコア、前記被験者の年齢、前記被験者の性別、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の既往歴、前記被験者の前記全脳の部位毎の体積及び前記被験者の前記全脳の萎縮度を表すスコア並びにこれらの経年別データの少なくともいずれか一つ又は複数の組み合わせの情報を含む被験者データを含む学習データを用いた学習モデルの学習処理によって、
対象者の全脳の画像を入力し、前記対象者の認知症に関連する推測をコンピュータの演算部が行うことと、
前記推測の結果の根拠となる前記対象者の画像における全脳の関心領域を、前記コンピュータの演算部が推定することと、
を実行するように学習処理されている学習済みモデル。
A trained model for causing a calculation unit of a computer to perform calculations,
A learning process of a learning model using learning data including subject data in which actual measurement data of dementia of a plurality of subjects is associated and which includes images of the whole brains of the plurality of subjects, test scores on the cognitive functions of the subjects, the ages of the subjects, the sexes of the subjects, the heights of the subjects, the weights of the subjects, the medical history of the subjects, the volumes of the regions of the whole brain of the subjects, scores representing the degree of atrophy of the whole brain of the subjects, and at least any one or a combination of a plurality of these pieces of data over time,
An image of the whole brain of a subject is input, and an arithmetic unit of a computer makes an inference related to dementia of the subject;
A calculation unit of the computer estimates a region of interest of the whole brain of the subject in the image on which the result of the estimation is based;
A trained model that has been trained to perform the following:
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