JP7826066B2 - Medical information processing device and medical information learning device - Google Patents
Medical information processing device and medical information learning deviceInfo
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Description
本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用情報処理装置及び医用情報学習装置に関する。 The embodiments disclosed in this specification and drawings relate to a medical information processing device and a medical information learning device.
疾患の分類や関係性などを医学知識として体系化してデータベースを構築することで、複雑な疾患の理解、研究仮説の発掘、診療支援等に活用することが期待できる。例えば、医療分野では、疾患の分類体系であるICD-10、医療用語間の意味関係を記述したSNOMED-CT等の医療オントロジが整備されてきている。また、近年では、複数の診療事象間の関係性を表現できるグラフ構造を用いたデータ解析手法が注目されている。 By systematizing disease classifications and relationships as medical knowledge and building a database, it is expected that this knowledge will be useful for understanding complex diseases, discovering research hypotheses, and supporting medical treatment. For example, in the medical field, medical ontologies such as ICD-10, a disease classification system, and SNOMED-CT, which describes the semantic relationships between medical terms, have been developed. Furthermore, in recent years, data analysis methods using graph structures that can express the relationships between multiple medical events have been attracting attention.
医療オントロジやグラフ構造は、診療事象間の関係性について表現できる一方で、必ずしも同じ構造を用いて、患者間での異なる事象を説明できるとは限らない。 While medical ontologies and graph structures can express relationships between medical events, the same structures cannot necessarily be used to explain different events between patients.
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、患者間の個人差を可視化することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。 One of the problems that the embodiments disclosed in this specification and drawings attempt to solve is to visualize individual differences between patients. However, the problems that the embodiments disclosed in this specification and drawings attempt to solve are not limited to the above problem. Problems corresponding to the effects of each configuration shown in the embodiments described below can also be positioned as other problems.
実施形態に係る医用情報処理装置は、取得部、記憶部、算出部及び表示制御部を有する。取得部は、1以上の対象患者の背景因子に関する患者背景情報を取得する。記憶部は、診療事象に対応するノードと当該ノード間の関係性を表すエッジとを有する医療知識グラフを記憶する部であって、前記医療知識グラフのグラフ特徴量は、患者背景情報に特徴付けられた数理モデルにより表現される。算出部は、前記対象患者の患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて、前記対象患者に関する前記グラフ特徴量の揺らぎを算出する。表示制御部は、前記グラフ特徴量の前記揺らぎを表示する。 A medical information processing device according to an embodiment has an acquisition unit, a storage unit, a calculation unit, and a display control unit. The acquisition unit acquires patient background information relating to background factors of one or more target patients. The storage unit stores a medical knowledge graph having nodes corresponding to medical events and edges representing relationships between the nodes, and graph features of the medical knowledge graph are expressed by a mathematical model characterized by the patient background information. The calculation unit calculates fluctuations in the graph features relating to the target patient based on the patient background information of the target patient and the mathematical model. The display control unit displays the fluctuations in the graph features.
以下、図面を参照しながら、医用情報処理装置及び医用情報学習装置の実施形態について詳細に説明する。 Embodiments of a medical information processing device and a medical information learning device will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る医用情報システム100の構成例を示す図である。医用情報システム100は、診療情報保管装置1、医療知識グラフ保管装置2、医用情報学習装置3及び医用情報処理装置4を有するコンピュータネットワークシステムである。診療情報保管装置1、医療知識グラフ保管装置2、医用情報学習装置3及び医用情報処理装置4は、相互に通信可能にネットワークに接続されている。 Figure 1 is a diagram showing an example configuration of a medical information system 100 according to this embodiment. The medical information system 100 is a computer network system having a medical information storage device 1, a medical knowledge graph storage device 2, a medical information learning device 3, and a medical information processing device 4. The medical information storage device 1, the medical knowledge graph storage device 2, the medical information learning device 3, and the medical information processing device 4 are connected to a network so that they can communicate with each other.
診療情報保管装置1は、複数の患者の診療情報等を保管する記憶装置を有するコンピュータである。医療知識グラフ保管装置2は、医療知識グラフ等を保管する記憶装置を有するコンピュータである。医療知識グラフは、複数の患者の診療情報や医療オントロジといった医学的知見に基づいて生成されたグラフ構造で表現される。以下、医療知識グラフは、グラフであることを前提とする。医用情報学習装置3は、医療知識グラフを用いて医学的判断情報を推定する機械学習モデルを訓練するコンピュータである。また、医用情報学習装置3は、医療知識グラフのグラフ特徴量を規定する数理モデルを訓練する。医用情報処理装置4は、患者間のグラフ特徴量等の揺らぎを算出して提示するコンピュータである。 The medical information storage device 1 is a computer with a storage device that stores medical information, etc., of multiple patients. The medical knowledge graph storage device 2 is a computer with a storage device that stores medical knowledge graphs, etc. The medical knowledge graph is expressed as a graph structure generated based on medical information, such as medical ontologies, of multiple patients. Hereinafter, the medical knowledge graph will be assumed to be a graph. The medical information learning device 3 is a computer that trains a machine learning model that uses the medical knowledge graph to estimate medical judgment information. The medical information learning device 3 also trains a mathematical model that defines the graph features of the medical knowledge graph. The medical information processing device 4 is a computer that calculates and presents fluctuations in graph features, etc., between patients.
図2は、医療知識グラフ20の概念図である。医療知識グラフ20は、医療知識と複数の患者の診療情報とを融合したグラフである。診療情報は、ある患者に対する診療により生成された情報である。診療情報は、診療事象に関する情報(以下、診療事象情報と呼ぶ)と疾患に関する情報(以下、疾患情報と呼ぶ)と患者の背景因子に関する情報(以下、患者背景情報と呼ぶ)に分類される。診療事象の種類は、例えば、症状、所見、治療及び反応の4種のカテゴリに分けられる。症状は、疾患により生じる心身の変化である。具体的には、症状に関する診療事象の種類としては、例えば、むくみや動機、息切れ等がある。所見は、症状に対する医師の判断である。所見は、更に身体所見のカテゴリと検査所見のカテゴリとに分けられてもよい。治療は、症状を治す又は軽快するための医療行為である。治療に関する診療事象の種類としては、例えば、強心薬の投与、CRT埋め込み手術等がある。反応は、治療に対応する患者の心身の反応である。反応は、更に治療反応のカテゴリと副作用のカテゴリとに分けられてもよい。反応に関する診療事象の種類としては、例えば、利尿剤の投与に対して、40mL/h以上の利尿ありや電解質異常あり等がある。疾患情報は、当該患者が該当する疾患に関する名称又は記号に関する情報である。患者背景情報は、患者の診療事象情報の大部分に広く影響を及ぼしたり、診療事象情報間の関係に対して交互作用項として働いたりする情報である。診療事象情報と患者背景情報とは、時間情報の有無や変化の頻度を基準に割り付けてもよい。典型的には、患者背景情報は、時間情報を有さない情報であるとする。時間情報を有さない患者背景情報の因子である患者背景因子としては、例えば、性別や身長、体重、BMI、生活習慣、病歴、手術歴等が挙げられる。 Figure 2 is a conceptual diagram of a medical knowledge graph 20. The medical knowledge graph 20 is a graph that combines medical knowledge and the medical information of multiple patients. Medical information is information generated through medical treatment for a patient. Medical information is classified into information related to medical events (hereinafter referred to as medical event information), information related to diseases (hereinafter referred to as disease information), and information related to patient background factors (hereinafter referred to as patient background information). Medical events are divided into four categories: symptoms, findings, treatment, and response. Symptoms are physical and mental changes caused by diseases. Specifically, types of symptom-related medical events include swelling, nausea, and shortness of breath. Findings are the doctor's judgment of the symptoms. Findings may be further divided into physical findings and laboratory findings. Treatment is a medical procedure to cure or alleviate symptoms. Types of treatment-related medical events include, for example, the administration of cardiac stimulants and CRT implantation surgery. Response is the patient's physical and mental response to treatment. Responses may be further divided into a treatment response category and a side effect category. Examples of types of response-related medical events include diuresis of 40 mL/h or more or electrolyte abnormalities in response to administration of a diuretic. Disease information is information related to the name or symbol of the disease to which the patient is affected. Patient background information is information that broadly influences most of the patient's medical event information or acts as an interaction term in the relationship between medical event information. Medical event information and patient background information may be assigned based on the presence or absence of time information or the frequency of change. Typically, patient background information is information that does not have time information. Patient background factors that are factors in patient background information that do not have time information include, for example, gender, height, weight, BMI, lifestyle habits, medical history, surgical history, etc.
診療情報は、病院情報システム(HIS:Hospital Information System)や放射線情報システム(RIS:Radiology Information System)、PACS(Picture Archiving and Communication System)等の種々の病院情報システムにより収集される。診療情報に含まれる各診療事象情報及び疾患情報は当該情報の発生日が関連付けられている。 Medical information is collected by various hospital information systems, such as hospital information systems (HIS), radiology information systems (RIS), and picture archiving and communication systems (PACS). Each piece of medical event information and disease information contained in the medical information is associated with the date on which the information occurred.
図2に示すように、医療知識グラフ20は、複数のノード21と複数のエッジ22とにより構築されるグラフである。ノード21は診療事象に対応する。エッジ22はノード21間の関係性を示す。すなわち、エッジ22は、接続されるノード21に対応する診療事象間の関係性を示している。診療事象間の関係性とは、診療事象間の因果関係や相関関係を意味する。因果関係は、診療事象間に存在する原因と結果の関係を意味し、相関関係は、因果関係のない関係性を意味する。すなわち、因果関係を表すエッジ22は有向であり、相関関係を表すエッジ22は無向である。エッジ22は、異なるカテゴリに属する診療事象間を結ぶことも可能である。医療知識グラフ20に用いる診療事象は、診療情報保管装置1に保管されている診療情報から、医療知識や医療オントロジ等に基づいて取捨選択される。ある診療事象と他の診療事象との関係性が医療知識や医療オントロジ等に基づいて解析され、関係性が認められた場合、当該2つの診療事象に対応する2つのノード21間がエッジ22で結ばれる。 As shown in FIG. 2, the medical knowledge graph 20 is a graph constructed from multiple nodes 21 and multiple edges 22. Nodes 21 correspond to medical events. Edges 22 indicate relationships between nodes 21. That is, edges 22 indicate relationships between medical events corresponding to connected nodes 21. Relationships between medical events refer to causal or correlational relationships between medical events. Causal relationships refer to a cause-and-effect relationship between medical events, while correlational relationships refer to relationships without causal relationships. That is, edges 22 representing causal relationships are directed, while edges 22 representing correlational relationships are undirected. Edges 22 can also connect medical events belonging to different categories. Medical events used in the medical knowledge graph 20 are selected from the medical information stored in the medical information storage device 1 based on medical knowledge, medical ontology, etc. The relationship between a certain medical event and another medical event is analyzed based on medical knowledge, medical ontology, etc., and if a relationship is confirmed, the two nodes 21 corresponding to the two medical events are connected by an edge 22.
医療知識グラフ20は、疾患という診療事象に対応するノードを有しない。対象患者に生じた症状、所見、治療及び反応の一連の診療事象の集合から、ある特定の疾患が抽出される。すなわち、医療知識グラフ20は、個々の疾患を、症状、所見、治療及び反応の一連の診療事象の関係性の連鎖で表現する。医療知識グラフ20は、症状、所見、治療及び反応の一連の診療事象の関係性の連鎖を記述する、疾患概念を表すグラフであるともいえる。 The medical knowledge graph 20 does not have a node corresponding to the medical event of disease. A specific disease is extracted from a collection of a series of medical events, such as symptoms, findings, treatment, and response, that have occurred in a target patient. In other words, the medical knowledge graph 20 represents each disease as a chain of relationships between a series of medical events, such as symptoms, findings, treatment, and response. The medical knowledge graph 20 can also be said to be a graph representing the concept of disease, describing the chain of relationships between a series of medical events, such as symptoms, findings, treatment, and response.
図3は、医療知識グラフの具体例を示す図である。図3に示す医療知識グラフは、医療知識グラフに対象患者の診療事象情報を写像したグラフである。対象患者の診療事象情報が写像された医療知識グラフは患者グラフとも呼ばれる。図3に示す医療知識グラフは、一例として、症状カテゴリに属する診療事象に限定した症状グラフを示している。図3に示すように、症状グラフは、症状を表すノードと、症状間の関係性を示すエッジとを含むグラフを表している。ノードの色濃度は、当該診療事象に対する対象患者の該当の程度を表している。このように、医療知識グラフは、対象患者に生じた一連の診療事象の関係性の連鎖を記述しており、この一連の診療事象の関係性の連鎖から、対象患者が罹患している可能性のある疾患等の医学的判断を得ることが可能である。 Figure 3 shows a specific example of a medical knowledge graph. The medical knowledge graph shown in Figure 3 is a graph in which medical event information for a target patient is mapped onto a medical knowledge graph. A medical knowledge graph onto which medical event information for a target patient is mapped is also called a patient graph. As an example, the medical knowledge graph shown in Figure 3 shows a symptom graph limited to medical events belonging to a symptom category. As shown in Figure 3, the symptom graph is a graph including nodes representing symptoms and edges indicating the relationships between symptoms. The color intensity of the node represents the degree to which the target patient is affected by the medical event. In this way, a medical knowledge graph describes the chain of relationships between a series of medical events that occurred in the target patient, and from this chain of relationships between a series of medical events, it is possible to obtain medical judgments about diseases, etc. to which the target patient may be suffering.
同一の疾患であっても、診療事象間の関係性の有無又は強弱は個々の患者の背景に応じて異なる。患者背景を考慮せずに当該患者の疾患を推定しても必ずしも適切な結果を得ることはできない。 Even for the same disease, the presence or strength of the relationship between medical events varies depending on the background of each individual patient. Inferring a patient's disease without taking into account the patient's background will not necessarily yield appropriate results.
図4は、患者背景と患者グラフとの関係性の概念を示す図である。図4に示すように、患者背景は、ノードやエッジとは異なり、患者グラフに全体的に影響を及ぼすものである。患者Aと患者Bとで同一の患者グラフが構築された場合であっても、性別や年齢、BMI、病歴等の患者背景が異なる場合がある。このように、患者Aと患者Bとで患者グラフが同一であっても、患者背景が異なれば、両患者グラフから異なる医学的判断を導き出せる余地がなければならない。これは、患者グラフが、患者背景というコンテクスト(文脈)に乗ることで、患者グラフのノード及び/又はエッジの一部が修飾されて変異することに相当する。本実施形態に係る医用情報システム100は、異なる患者背景間での修飾度合いを揺らぎとして提示する。 Figure 4 is a diagram illustrating the concept of the relationship between patient background and patient graph. As shown in Figure 4, patient background, unlike nodes and edges, has an overall impact on the patient graph. Even when the same patient graph is constructed for patient A and patient B, the patient background, such as gender, age, BMI, and medical history, may differ. Thus, even if patient graphs are the same for patient A and patient B, if the patient backgrounds are different, there must be room for different medical judgments to be derived from the two patient graphs. This corresponds to the patient graph being modified and mutated by some of the nodes and/or edges of the patient graph being added to the context of the patient background. The medical information system 100 according to this embodiment presents the degree of modification between different patient backgrounds as fluctuation.
図5は、本実施形態に係る医用情報学習装置3の構成例を示す図である。図5に示すように、医用情報学習装置3は、処理回路31、メモリ32、入力インタフェース33、通信インタフェース34及びディスプレイ35を有する。 Figure 5 is a diagram showing an example configuration of a medical information learning device 3 according to this embodiment. As shown in Figure 5, the medical information learning device 3 has a processing circuitry 31, a memory 32, an input interface 33, a communication interface 34, and a display 35.
処理回路31は、CPU(Central Processing Unit)及びGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサを有する。処理回路31は、学習プログラムを実行することにより、取得機能311、学習機能312及び表示制御機能313等を実現する。なお、各機能311~313は単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能311~313を実現するものとしても構わない。また、機能311~313は、それぞれ、学習プログラムを構成するモジュール化されたプログラムであってもよいし、個別のプログラムであってもよい。これらプログラムはメモリ32に記憶される。 The processing circuitry 31 has processors such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit). By executing a learning program, the processing circuitry 31 realizes functions such as an acquisition function 311, a learning function 312, and a display control function 313. Note that each of the functions 311 to 313 does not necessarily have to be realized by a single processing circuit. A processing circuit may be configured by combining multiple independent processors, and each processor may realize each of the functions 311 to 313 by executing a program. Furthermore, each of the functions 311 to 313 may be a modular program that constitutes a learning program, or may be an individual program. These programs are stored in memory 32.
取得機能311の実現により、処理回路31は、種々の情報を取得する。例えば、処理回路31は、複数の患者の背景因子に関する患者背景情報を、診療情報保管装置1から取得する。また、処理回路31は、医療知識グラフを医療知識グラフ保管装置2から取得する。医療知識グラフは、上記の通り、診療事象に対応するノードと当該ノード間の関係性を表すエッジとを有する。医療知識グラフのグラフ特徴量は、患者背景情報を含む数理モデルにより特徴付けられる。 By implementing the acquisition function 311, the processing circuitry 31 acquires various information. For example, the processing circuitry 31 acquires patient background information related to the background factors of multiple patients from the medical information storage device 1. The processing circuitry 31 also acquires a medical knowledge graph from the medical knowledge graph storage device 2. As described above, the medical knowledge graph has nodes corresponding to medical events and edges representing the relationships between the nodes. The graph features of the medical knowledge graph are characterized by a mathematical model that includes patient background information.
学習機能312の実現により、処理回路31は、複数の患者の患者背景情報と数理モデルとに基づいて当該数理モデルのパラメータを決定する。また、処理回路31は、医療知識グラフから医学的判断情報を推定する機械学習モデルの学習パラメータを訓練する。学習パラメータは、患者背景情報を含む数理モデルにより特徴付けられる。処理回路31は、学習パラメータと共に、複数の患者の患者背景情報と数理モデルとに基づいて当該数理モデルのパラメータを決定する。処理回路31は、複数の患者の患者背景情報に基づく統計解析又は機械学習により数理モデルのパラメータを決定する。 By implementing the learning function 312, the processing circuitry 31 determines parameters of the mathematical model based on the patient background information of multiple patients and the mathematical model. The processing circuitry 31 also trains learning parameters of a machine learning model that estimates medical judgment information from the medical knowledge graph. The learning parameters are characterized by the mathematical model, which includes the patient background information. The processing circuitry 31 determines the parameters of the mathematical model based on the patient background information of multiple patients and the mathematical model, along with the learning parameters. The processing circuitry 31 determines the parameters of the mathematical model through statistical analysis or machine learning based on the patient background information of multiple patients.
表示制御機能313の実現により、処理回路31は、種々の情報をディスプレイ35に表示する。 By implementing the display control function 313, the processing circuit 31 displays various information on the display 35.
メモリ32は、種々の情報を記憶するROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、集積回路記憶装置等の記憶装置である。メモリ32は、上記記憶装置以外にも、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、フラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体や、半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。また、メモリ32は、医用情報学習装置3にネットワークを介して接続された他のコンピュータ内にあってもよい。例えば、メモリ32は、医療知識グラフ保管装置2から取得された医療知識グラフを記憶する。また、メモリ32は、機械学習モデルを記憶する。 Memory 32 is a storage device such as a ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or integrated circuit storage device that stores various information. In addition to the above storage devices, memory 32 may also be a portable storage medium such as a CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), or flash memory, or a drive that reads and writes various information from and to semiconductor memory elements. Memory 32 may also be located in another computer connected to the medical information learning device 3 via a network. For example, memory 32 stores a medical knowledge graph obtained from the medical knowledge graph storage device 2. Memory 32 also stores a machine learning model.
入力インタフェース33は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路31に出力する。具体的には、入力インタフェース33は、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の入力機器に接続されている。入力インタフェース33は、当該入力機器への入力操作に応じた電気信号を処理回路31へ出力する。また、入力インタフェース33に接続される入力機器は、ネットワーク等を介して接続された他のコンピュータに設けられた入力機器でも良い。 The input interface 33 accepts various input operations from the operator, converts the accepted input operations into electrical signals, and outputs them to the processing circuit 31. Specifically, the input interface 33 is connected to input devices such as a mouse, keyboard, trackball, switch, button, joystick, touchpad, and touch panel display. The input interface 33 outputs electrical signals corresponding to the input operations to the input devices to the processing circuit 31. In addition, the input devices connected to the input interface 33 may be input devices provided on another computer connected via a network, etc.
通信インタフェース34は、医用情報システム100に含まれる診療情報保管装置1、医療知識グラフ保管装置2及び医用情報処理装置4等の他のコンピュータとの間で種々の情報を送受信するためのインタフェースである。 The communication interface 34 is an interface for sending and receiving various information between other computers included in the medical information system 100, such as the medical information storage device 1, the medical knowledge graph storage device 2, and the medical information processing device 4.
ディスプレイ35は、処理回路31の表示制御機能313に従い種々の情報を表示する。ディスプレイ35としては、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、有機ELディスプレイ(OELD:Organic Electro Luminescence Display)、プラズマディスプレイ又は他の任意のディスプレイが適宜使用可能である。また、ディスプレイ35の代わり又はディスプレイ35と併用して、プロジェクタが設けられてもよい。 The display 35 displays various information in accordance with the display control function 313 of the processing circuit 31. The display 35 may be, for example, a liquid crystal display (LCD), a cathode ray tube (CRT) display, an organic electroluminescence display (OELD), a plasma display, or any other display. A projector may also be provided in place of or in combination with the display 35.
次に、学習プログラムに従い処理回路31により実行される学習処理について説明する。まず、学習処理において使用される機械学習モデルについて説明する。 Next, we will explain the learning process executed by the processing circuit 31 in accordance with the learning program. First, we will explain the machine learning model used in the learning process.
本実施形態に係る機械学習モデルは、対象患者の診療事象情報が写像された患者グラフから当該対象患者の医学的判断情報を推定するニューラルネットワークである。医学的判断情報は、疾患分類情報、予後予測情報及び重症度分類情報のうちの少なくとも1つの医学的判断に関する情報である。以下の実施例において医学的判断情報は疾患分類情報であるとする。 The machine learning model according to this embodiment is a neural network that estimates medical judgment information for a target patient from a patient graph onto which the medical event information for the target patient is mapped. The medical judgment information is information relating to at least one medical judgment among disease classification information, prognosis prediction information, and severity classification information. In the following examples, the medical judgment information is assumed to be disease classification information.
図6は、本実施形態に係る機械学習モデルの入出力を示す図である。図6に示すように、機械学習モデルは、対象患者の診療事象情報が写像された患者グラフを入力して疾患分類情報を出力するように学習パラメータが訓練されたニューラルネットワークである。機械学習モデルは、グラフ畳込み層61、読出し層62及び線形結合層63を有する。 Figure 6 is a diagram showing the input and output of the machine learning model according to this embodiment. As shown in Figure 6, the machine learning model is a neural network whose learning parameters have been trained to input a patient graph onto which medical event information of target patients is mapped and output disease classification information. The machine learning model has a graph convolution layer 61, a readout layer 62, and a linear combination layer 63.
患者グラフは、対象患者の診療事象情報を医療知識グラフに写像することにより生成される。診療事象情報は、診療事象の種類と当該診療事象の特徴量との組合せを有する情報である。診療事象の特徴量は、例えば、当該診療事象に対象患者が該当する程度、当該診療事象の発生順序、当該診療事象の発生回数及び当該診療事象の発生程度の少なくとも一種を含む。なお、該当の程度は、該当又は非該当の2値が典型的であるが、該当の程度を示す3以上の離散値又は連続値により定義されてもよい。 A patient graph is generated by mapping the medical event information of a target patient onto a medical knowledge graph. Medical event information is information that contains a combination of the type of medical event and the feature values of the medical event. The feature values of the medical event include, for example, at least one of the following: the degree to which the target patient corresponds to the medical event, the order in which the medical event occurred, the number of times the medical event occurred, and the degree to which the medical event occurred. Note that the degree of correspondence is typically represented by two values, corresponding or not corresponding, but may also be defined by three or more discrete or continuous values indicating the degree of correspondence.
上記の通り、医療知識グラフは、複数のノードと複数のエッジとにより構築されるグラフである。医療知識グラフは、グラフ特徴量を有している。グラフ特徴量は、ノードの種類、ノードの値、エッジの種類及びエッジの値を含む。ノードの種類は、診療事象の種類又はカテゴリである。ノードの値は、ノードに写像された診療事象の特徴量である。すなわち、ノードの値は、当該診療事象に対象患者が該当する程度、当該診療事象の発生順序、当該診療事象の発生回数及び当該診療事象の発生程度等である。ノードの種類及び値を総称してノード特徴量と呼ぶ。エッジの種類は、因果の方向(有向グラフの場合)、接続している2つのノードの種類の組合せである。エッジの値は、因果・相関の程度である。因果・相関の程度は、有り(有向)又は無し(無向)の2値が典型的であるが、その程度を示す3以上の離散値又は連続値により定義されてもよい。エッジの種類及び値を総称してエッジ特徴量と呼ぶ。患者グラフは、診療事象情報が医療知識グラフに写像されたグラフであるので、グラフ特徴量を有することとなる。 As described above, a medical knowledge graph is a graph constructed from multiple nodes and multiple edges. A medical knowledge graph has graph features. Graph features include node types, node values, edge types, and edge values. Node types are the types or categories of medical events. Node values are features of the medical events mapped to the nodes. That is, node values indicate the degree to which the target patient corresponds to the medical event, the order in which the medical event occurs, the number of times the medical event occurs, and the degree to which the medical event occurs. Node types and values are collectively referred to as node features. Edge types are the combination of the causal direction (in the case of a directed graph) and the types of the two connected nodes. Edge values are the degree of causality/correlation. The degree of causality/correlation is typically represented by two values: present (directed) or absent (undirected), but may also be defined by three or more discrete or continuous values indicating the degree. Edge types and values are collectively referred to as edge features. The patient graph is a graph in which medical event information is mapped onto the medical knowledge graph, and therefore has graph features.
なお、本実施形態において「種類」と「値」とは明確に区別する必要はない。例えば、ノードやエッジの値を閾値に対して比較することにより種類又はカテゴリに分類してもよい。 Note that in this embodiment, there is no need to clearly distinguish between "type" and "value." For example, node or edge values may be classified into types or categories by comparing them with a threshold value.
グラフ畳込み層61は、畳み込み前の患者グラフを入力して畳み込み後の患者グラフを出力するグラム畳み込みネットワーク(GCN:Graph Convolutional Network)である。グラフ畳み込み層61は、畳み込み前の患者グラフに畳み込み処理を実行し、畳み込み前のグラフ特徴量から畳み込み後のグラフ特徴量を算出する。処理対象ノードの畳み込み後のグラフ特徴量は、処理対象ノードの畳み込み前のグラフ特徴量と、処理対象ノードにエッジを介して接続されたノード(以下、隣接ノードと呼ぶ)の畳み込み前のグラフ特徴量と、グラフ畳み込み層61の重みパラメータとに基づいて算出される。グラフ畳み込み層61の重みパラメータは、医用情報学習装置3により訓練される学習パラメータの一例である。 The graph convolutional layer 61 is a Graph Convolutional Network (GCN) that inputs a pre-convolution patient graph and outputs a post-convolution patient graph. The graph convolutional layer 61 performs convolution processing on the pre-convolution patient graph and calculates post-convolution graph features from the pre-convolution graph features. The post-convolution graph features of the processing target node are calculated based on the pre-convolution graph features of the processing target node, the pre-convolution graph features of nodes connected to the processing target node via edges (hereinafter referred to as adjacent nodes), and weight parameters of the graph convolutional layer 61. The weight parameters of the graph convolutional layer 61 are an example of learning parameters trained by the medical information learning device 3.
読出し層62は、畳み込み後の患者グラフ20Bのグラフ特徴量を特徴ベクトル20Cに変換するネットワーク層である。特徴ベクトル20Cは、畳み込み後の患者グラフ20Bに含まれるノードの個数と同数の次元数を有するベクトルである。 The readout layer 62 is a network layer that converts the graph features of the convoluted patient graph 20B into a feature vector 20C. The feature vector 20C is a vector with the same number of dimensions as the number of nodes included in the convoluted patient graph 20B.
線形結合層63は、特徴ベクトル20Cを疾患分類情報71に変換するネットワーク層である。線形結合層63は、多層パーセプトロン(MLP:Multilayer Perceptron)とも呼ばれる。線形結合層63は、クラス分類タスク又は回帰タスクを行う。クラス分類タスクは、該当の疾患の有無を判別する2クラス分類でもよいし、複数の疾患候補の中から1つの疾患を特定する多クラス分類でもよい。同じデータセットに対して複数のラベルを許容するマルチラベル分類でもよい。回帰タスクは、該当の1又は複数の疾患各々に該当する確率を示す数値を出力する。 The linear combination layer 63 is a network layer that converts the feature vector 20C into disease classification information 71. The linear combination layer 63 is also called a multilayer perceptron (MLP). The linear combination layer 63 performs a classification task or a regression task. The classification task may be a two-class classification that determines the presence or absence of a relevant disease, or a multi-class classification that identifies one disease from multiple disease candidates. It may also be a multi-label classification that allows multiple labels for the same dataset. The regression task outputs a numerical value indicating the probability of each of the relevant one or more diseases.
本実施例において線形結合層63は、特徴ベクトル20Cを、複数の疾患にそれぞれ対応する複数のクラスに分類する多クラス分類を実行する分類器を有する。多クラス分類においては、特徴ベクトル20Cが各疾患(クラス)に属する確率を出力するソフトマックス関数の演算が実行される。この各疾患に属する確率が疾患分類情報71として出力される。例えば、図6に示すように、疾患「心不全」に該当している確率、疾患「腎不全」に該当している確率、疾患「COPD」に該当している確率等が疾患分類情報71として出力される。疾患分類情報71のうちの各疾患の該当確率は、畳み込み後の特徴ベクトル20Cと線形結合層63の重みパラメータとに基づいて算出される。線形結合層63の重みパラメータは、医用情報学習装置3により訓練される学習パラメータの一例である。 In this embodiment, the linear combination layer 63 has a classifier that performs multi-class classification, classifying the feature vector 20C into multiple classes corresponding to multiple diseases. In multi-class classification, a softmax function is calculated to output the probability that the feature vector 20C belongs to each disease (class). This probability of belonging to each disease is output as disease classification information 71. For example, as shown in FIG. 6, the probability of belonging to the disease "heart failure," the probability of belonging to the disease "renal failure," the probability of belonging to the disease "COPD," etc. are output as disease classification information 71. The probability of belonging to each disease in the disease classification information 71 is calculated based on the feature vector 20C after convolution and weight parameters of the linear combination layer 63. The weight parameters of the linear combination layer 63 are an example of learning parameters trained by the medical information learning device 3.
患者間の患者背景が異なることに起因する揺らぎは、図6に示す機械学習モデルを利用した疾患分類情報の推定処理にも現れる。 Fluctuations due to differences in patient backgrounds between patients also appear in the process of estimating disease classification information using the machine learning model shown in Figure 6.
図7は、本実施形態に係る機械学習モデルに関与する要素のうちの揺らぎを有する要素を示す図である。図7に示すように、揺らぎを有する要素としては、ノードの種類、ノードの値、エッジの種類及びエッジの値を含むグラフ特徴量である。例えば、ノードの種類及び値等のノード特徴量は、診療事象に基づく値であるが、診療事象の発生の有無及び程度等は、現実的には患者背景に影響を受けている。これに起因して、エッジの種類及び値等のエッジ特徴量も、患者背景に影響を受けている。揺らぎを有する他の要素としては、グラフ畳み込み層61の重みパラメータや線形結合層63の重みパラメータ等もある。 Figure 7 is a diagram showing elements that have fluctuations among the elements involved in the machine learning model according to this embodiment. As shown in Figure 7, elements that have fluctuations are graph features including node type, node value, edge type, and edge value. For example, node features such as node type and value are values based on medical events, but the occurrence and severity of medical events are actually influenced by patient background. As a result, edge features such as edge type and value are also influenced by patient background. Other elements that have fluctuations include the weight parameters of the graph convolution layer 61 and the weight parameters of the linear combination layer 63.
図8は、揺らぎを表す数理モデルの類型を示す図である。図8に示すように、揺らぎを表す数理モデルは、固定効果モデル、層別化モデル、混合モデル及び関数化モデルがある。固定効果モデルは、個々の患者を区別せず、患者の値を、患者の値=真値+誤差で表す。固定効果モデルは、個人差及び群間差を説明することができない。層別化モデルは、1以上の背景因子に関する患者背景情報で層別化した数理モデルである。層別化モデルは、個々の患者を区別し、A患者の値を、A患者の値=A患者の真値+誤差で表し、男性患者群(以下、単に男性)の値を、男性の値=男性の真値+誤差で表す。なお、「値」は、グラフ特徴量や重みパラメータの値等の揺らぎの生じる値を意味する。層別化モデルは、個人差及び群間差を少し説明することができる。混合モデルは、1以上の背景因子に関する患者背景情報による変量効果に基づく数理モデルである。混合モデルは、階層モデルとも呼ばれる。混合モデルは、A患者の値を、A患者の値=真値+A患者の変量効果+誤差で表し、男性の値を、男性の値=真値+男性の変量効果+誤差で表す。混合モデルは、個人差及び群間差を良く説明することができる。関数化モデルは、1以上の背景因子に関する患者背景情報によって一意に値が定まる関数に基づく数理モデルである。関数化モデルは、A患者の値を、A患者の値=真値+A患者のバイアス+誤差で表す。関数化モデルは、個人差を完全に説明することができる。 Figure 8 shows the types of mathematical models that represent fluctuations. As shown in Figure 8, mathematical models that represent fluctuations include fixed-effect models, stratified models, mixed models, and functional models. Fixed-effect models do not distinguish between individual patients and express patient values as Patient Value = True Value + Error. Fixed-effect models cannot explain individual and intergroup differences. Stratified models are mathematical models that stratify patients by background information related to one or more background factors. Stratified models distinguish between individual patients and express Patient A's value as Patient A's Value = Patient A's True Value + Error, and express values for male patients (hereinafter simply referred to as "men") as Male Value = Male True Value + Error. Note that "value" refers to values that fluctuate, such as graph features and weight parameter values. Stratified models can somewhat explain individual and intergroup differences. Mixed models are mathematical models based on random effects due to patient background information related to one or more background factors. Mixed models are also called hierarchical models. In the mixed model, patient A's value is expressed as patient A's value = true value + patient A's random effect + error, and male's value is expressed as male's value = true value + male's random effect + error. The mixed model can well explain individual differences and inter-group differences. The functional model is a mathematical model based on a function whose value is uniquely determined by patient background information regarding one or more background factors. The functional model expresses patient A's value as patient A's value = true value + patient A's bias + error. The functional model can fully explain individual differences.
次に、学習プログラムに従い処理回路31により実行される学習処理について説明する。 Next, we will explain the learning process executed by the processing circuit 31 in accordance with the learning program.
図9は、学習処理の流れを示す図である。図9に示すように、処理回路31は、取得機能311の実現により、複数の患者各々の患者背景情報及び診療事象情報を取得する(ステップSA1)。 Figure 9 shows the flow of the learning process. As shown in Figure 9, the processing circuitry 31 acquires patient background information and medical event information for each of multiple patients by implementing the acquisition function 311 (step SA1).
ステップSA1が行われると処理回路31は、学習機能312の実現により、患者背景情報と診療事象情報と数理モデルとに基づく統計解析により、医療知識グラフのエッジ特徴量に関する数理モデルのパラメータを決定する(ステップSA2)。本実施形態に係る数理モデルは、層別化モデル、混合モデル(階層モデル)及び関数化モデルの何れかで表される。 When step SA1 is performed, the processing circuitry 31, by implementing the learning function 312, determines the parameters of a mathematical model related to edge features of the medical knowledge graph through statistical analysis based on patient background information, medical event information, and the mathematical model (step SA2). The mathematical model in this embodiment is expressed as either a stratified model, a mixed model (hierarchical model), or a functional model.
図10は、エッジ特徴量に関する数理モデルの概要を示す図である。図10に示すように、エッジ特徴量eiは、下記(1)式の通り、患者背景情報Zを説明変数とする数理モデルfにより一般化される。患者背景情報Zは、患者背景因子Z1、Z2、…を有する。個々の患者背景因子は、例えば、年齢や性別、BMI等である。 Fig. 10 is a diagram showing an outline of a mathematical model related to edge features. As shown in Fig. 10, the edge feature e i is generalized by a mathematical model f using patient background information Z as an explanatory variable, as shown in the following formula (1). The patient background information Z has patient background factors Z 1 , Z 2 , .... Individual patient background factors include age, sex, BMI, etc.
ei=f(Z1,Z2,…) (1) e i =f(Z 1 ,Z 2 ,…) (1)
ここで、数理モデルfは、関数化モデルで表すものとする。この場合、数理モデルfは、患者背景情報に依存しない固定効果項と患者背景因子によって特徴付けられる変量効果項との組合せからなる。 Here, the mathematical model f is represented by a functional model. In this case, the mathematical model f consists of a combination of fixed effect terms that are independent of patient background information and random effect terms that are characterized by patient background factors.
エッジ特徴量に関する数理モデルのパラメータを決定するための統計解析手法としては、分散分析、グレンジャー(Granger)因果推定又は因果効果推定が用いられる。一例として、グレンジャー因果推定によるモデルパラメータの決定方法について説明する。 Statistical analysis methods used to determine the parameters of a mathematical model related to edge features include analysis of variance, Granger causality estimation, or causal effect estimation. As an example, we will explain how to determine model parameters using Granger causality estimation.
図11は、グレンジャー因果推定を用いたエッジ特徴量の決定処理を模式的に示す図である。図11に示すように、診療事象xから診療事象yへの因果は、有向グラフにおける診療事象xから診療事象yへのエッジで表すことができる。ここでは、診療事象xから診療事象yへのエッジのエッジ特徴量、例えば、エッジの有無の決定を想定する。診療事象xから診療事象yへの因果は、患者背景因子zの影響を受けているものと仮定する。なお、診療事象x及びyは、「むくみ」や「息切れ」等の具体的な診療事象の種類に置き換えられる。 Figure 11 is a diagram that schematically illustrates the process of determining edge features using Granger causality estimation. As shown in Figure 11, the causality from medical event x to medical event y can be represented by an edge from medical event x to medical event y in a directed graph. Here, we consider the determination of the edge feature of the edge from medical event x to medical event y, for example, the presence or absence of an edge. We assume that the causality from medical event x to medical event y is influenced by patient background factor z. Note that medical events x and y can be replaced with specific types of medical events, such as "swelling" and "shortness of breath."
現在の診療事象yの発生確率は、過去の診療事象xの発生確率と過去の診療事象yの発生確率とに基づいて決定される。より詳細には、図11及び下記(2)式の通り、現在の診療事象yの発生確率λy(t)は、誤差項μと過去の診療事象xの発生確率を表す第2項と過去の診療事象yの発生確率を表す第3項との和に基づいて決定される。tiは、診療事象であり、iは診療事象のインデックスを表す。第2項のExは、診療事象xの集合(標本空間)を表す。ti∈Exは個々の診療事象xの発生時刻を意味する。第3項のEyは、診療事象yの集合(標本空間)を表す。ti∈Eyは個々の診療事象yの発生時刻を意味する。φ(t-ti)は、過去t-tiにおける診療事象の発生確率を表す。即ち第2項は過去の診療事象xの発生確率を表し、第3項は過去の診療事象yの発生確率を表す。 The occurrence probability of the current medical event y is determined based on the occurrence probability of the past medical event x and the occurrence probability of the past medical event y. More specifically, as shown in FIG. 11 and the following equation (2), the occurrence probability λ y (t) of the current medical event y is determined based on the sum of the error term μ, the second term representing the occurrence probability of the past medical event x, and the third term representing the occurrence probability of the past medical event y. t i is a medical event, and i represents the index of the medical event. The second term, Ex, represents the set (sample space) of medical events x. t i ∈ Ex means the occurrence time of each medical event x. The third term, Ey, represents the set (sample space) of medical events y. t i ∈ Ey means the occurrence time of each medical event y. φ(t - t i ) represents the occurrence probability of a medical event in the past t - t i . That is, the second term represents the occurrence probability of the past medical event x, and the third term represents the occurrence probability of the past medical event y.
関数化モデルの場合、第2項の係数αxは、下記(3)式の様に表される、患者背景因子を変数とするパラメータである。より詳細には、係数αxは、個々の患者背景因子及び重みWxの積と、バイアスbxとの和(WxZ+bx)との関数σにより表される。患者背景情報に依存しない固定効果項はbxであり、患者背景因子によって特徴付けられる変量効果項はWxである。係数αxがゼロ相当である場合、診療事象xから診療事象yへの因果が無いことを示す。重みWxとバイアスbxとはモデルパラメータの一例である。第3項の係数αyも、係数αxと同様に患者背景因子を考慮して表現してもよいし、患者背景因子を考慮しないで表現してもよい。係数αxは、診療事象xから診療事象yへのエッジのエッジ特徴量の一例である。係数αyは、診療事象yから診療事象xへのエッジのエッジ特徴量の一例である。 In the case of a functional model, the coefficient αx of the second term is a parameter with patient background factors as variables, as expressed by the following equation (3). More specifically, the coefficient αx is expressed by a function σ of the sum ( WxZ + bx ) of the product of each patient background factor and weight Wx and the bias bx . The fixed effect term that does not depend on patient background information is bx , and the random effect term characterized by the patient background factors is Wx . When the coefficient αx is equal to zero, this indicates that there is no causality from medical event x to medical event y. The weight Wx and bias bx are examples of model parameters. The coefficient αy of the third term, like the coefficient αx , may be expressed taking into account patient background factors, or may be expressed without taking into account patient background factors. The coefficient αx is an example of an edge feature of the edge from medical event x to medical event y. The coefficient αy is an example of an edge feature of the edge from medical event y to medical event x.
αx=σ(WxZ+bx) (3) α x = σ (W x Z + b x ) (3)
処理回路31は、複数の患者の診療事象情報に基づいて、診療事象xと診療事象yとを結ぶエッジについてグレンジャー因果性検定を行い、当該エッジのエッジ特徴量を表す数理モデルのモデルパラメータである重みWx及びバイアスbxを決定する。一例として、F検定を用いてグレンジャー因果性が検定される。例えば、まず、(2)式に第2項を入れた場合と入れない場合とで、現在の診療事象yの発生確率λy(t)を推定する。次に両者の発生確率λy(t)の推定誤差の統計的差異をF検定に基づいて決定する。統計的差異に応じて係数αxに含まれる重みWx及びバイアスbxが決定される。統計的差異がない場合、係数αxは、ゼロに設定される。診療事象xと診療事象yとの組合せを、複数の患者の診療事象情報に含まれる複数の診療事象の中から順次組み換えて、全ての組合せについてグレンジャー因果性が決定される。これにより、医療知識グラフに含まれる全てのエッジについて、エッジ特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータが決定される。なお、診療事象xと診療事象yとの間にグレンジャー因果性が存在しないと判断された場合、診療事象xと診療事象yとの間にエッジは存在せず、従って、エッジ特徴量はゼロであり、モデルパラメータである重みWx及びバイアスbxもゼロに決定される。 The processing circuit 31 performs a Granger causality test on the edge connecting the medical event x and the medical event y based on the medical event information of multiple patients, and determines the weight Wx and bias bx , which are model parameters of a mathematical model representing the edge feature of the edge. As an example, Granger causality is tested using an F-test. For example, first, the occurrence probability λy (t) of the current medical event y is estimated when the second term is included in equation (2) and when it is not. Next, the statistical difference in the estimation error of the occurrence probability λy (t) between the two is determined based on the F-test. The weight Wx and bias bx included in the coefficient αx are determined according to the statistical difference. If there is no statistical difference, the coefficient αx is set to zero. Combinations of the medical event x and the medical event y are sequentially rearranged from the multiple medical events included in the medical event information of multiple patients, and Granger causality is determined for all combinations. As a result, model parameters of the mathematical model related to the edge feature are determined for all edges included in the medical knowledge graph. If it is determined that Granger causality does not exist between the medical events x and y, there is no edge between the medical events x and y, and therefore the edge feature is zero, and the model parameters, weight W x and bias b x, are also determined to be zero.
処理回路31は、エッジ番号毎にエッジ特徴量と当該エッジ特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータとを関連付ける。例えば、処理回路31は、エッジ毎にエッジ特徴量と当該エッジ特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータとを関連付けたLUT(Look Up Table)等のデータベースを作成する。以下、当該データベースをエッジ特徴量DBと呼ぶことにする。 The processing circuitry 31 associates edge features with the model parameters of a mathematical model related to the edge features for each edge number. For example, the processing circuitry 31 creates a database such as a look-up table (LUT) that associates edge features with the model parameters of a mathematical model related to the edge features for each edge. Hereinafter, this database will be referred to as the edge feature DB.
図12は、エッジ特徴量DBの一例を示す図である。図12に示すように、エッジ特徴量DBは、エッジ番号、エッジ特徴量及びモデルパラメータを互いに検索可能に関連付けて記録している。例えば、エッジ番号「1」には、エッジ特徴量「e1」とモデルパラメータ「Wx1」「bx1」とが関連付けられている。なお、層別化モデルにおいては、モデルパラメータは、患者背景因子毎に決定される。エッジ特徴量DBは、医療知識グラフ保管装置2に保管される。 Fig. 12 is a diagram showing an example of an edge feature DB. As shown in Fig. 12, the edge feature DB stores edge numbers, edge features, and model parameters in a searchable manner. For example, edge number "1" is associated with edge feature "e1" and model parameters "W x 1" and "b x 1". In the stratification model, the model parameters are determined for each patient background factor. The edge feature DB is stored in the medical knowledge graph storage device 2.
なお、(3)式は、線形結合層63が1層の線形ニューラルネットワークであることを前提して設計されているが、多層の線形ニューラルネットワークを前提として設計されてもよいし、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)や再帰型ニューラルネットワーク(RNN)等の他のニューラルネットワークを前提として設計されてもよい。 Note that equation (3) is designed assuming that the linearly coupled layer 63 is a single-layer linear neural network, but it may also be designed assuming a multi-layer linear neural network, or other neural networks such as a convolutional neural network (CNN) or a recurrent neural network (RNN).
上記の実施例において、数理モデルは関数化モデルであるとした。しかしながら、本実施形態に係る数理モデルは混合モデルでもよい。混合モデルは、関数化モデルと同様、患者背景情報に依存しない固定効果項と患者背景因子によって特徴付けられる変量効果項との組合せからなる。混合モデルの場合、係数αxを、患者背景情報を考慮した一般化線形混合モデルや階層ベイズモデルを用いて推定すればよい。また、数理モデルは層別化モデルでもよい。層別化モデルの場合、患者背景情報で層別化した患者群(例えば、男性群や女性群)それぞれでグレンジャー因果性検定を行い、各患者群で別々の係数αxを算出すればよい。なお、この場合の係数αxは、重みWx及びバイアスbxを含む関数ではなく、一般的なものが用いられればよい。 In the above examples, the mathematical model is a functional model. However, the mathematical model according to this embodiment may be a mixed model. Like the functional model, the mixed model is composed of a combination of a fixed effect term that is independent of patient background information and a random effect term that is characterized by patient background factors. In the case of a mixed model, the coefficient α x may be estimated using a generalized linear mixed model or a hierarchical Bayesian model that takes into account patient background information. The mathematical model may also be a stratified model. In the case of a stratified model, a Granger causality test may be performed for each patient group (e.g., a male group and a female group) stratified by patient background information, and a separate coefficient α x may be calculated for each patient group. In this case, the coefficient α x may be a general function rather than a function including a weight W x and a bias b x .
ステップSA2が行われると処理回路31は、学習機能312の実現により、患者背景情報と診療事象情報と数理モデルとに基づく機械学習により、ノード特徴量及び学習パラメータに関する数理モデルのパラメータを決定する(ステップSA3)。 When step SA2 is performed, the processing circuitry 31, by implementing the learning function 312, determines the parameters of the mathematical model related to the node features and learning parameters through machine learning based on the patient background information, medical event information, and mathematical model (step SA3).
図13は、ノード特徴量及び学習パラメータに関する数理モデルの概要を示す図である。図13に示すように、医療知識グラフ20Bに含まれるノードのノード特徴量viは、下記(4)式の通り、患者背景情報Zを変数とする数理モデルgにより表される。患者背景情報Zは、患者背景因子Z1、Z2、…を有する。 13 is a diagram showing an overview of a mathematical model related to node features and learning parameters. As shown in Fig. 13, the node feature v i of a node included in the medical knowledge graph 20B is expressed by a mathematical model g with patient background information Z as a variable, as shown in the following equation (4). The patient background information Z has patient background factors Z 1 , Z 2 , ...
vi=g(Z1,Z2,…) (4) v i =g(Z 1 ,Z 2 ,…) (4)
以下、数理モデルgは、関数化モデルで表すものとする。この場合、数理モデルgは、患者背景情報に依存しない固定効果項と患者背景因子によって特徴付けられる変量効果項との組合せからなる。 Hereinafter, mathematical model g will be represented as a functional model. In this case, mathematical model g consists of a combination of fixed effect terms that are independent of patient background information and random effect terms that are characterized by patient background factors.
図13に示すように、線形結合層63の学習パラメータwiは、下記(5)式の通り、患者背景情報Zを変数とする数理モデルhにより表される。患者背景情報Zは、患者背景因子Z1、Z2、…を有する。 13, the learning parameters wi of the linear combination layer 63 are expressed by a mathematical model h with patient background information Z as a variable, as shown in the following equation (5). The patient background information Z has patient background factors Z 1 , Z 2 , . . .
wi=h(Z1,Z2,…) (5) w i =h(Z 1 ,Z 2 ,…) (5)
以下、数理モデルhは、関数化モデルで表すものとする。この場合、数理モデルhは、下記(6)式の通り、患者背景情報に依存しない固定効果項βと患者背景因子によって特徴付けられる変量効果項h´との組合せからなる。下記(7)式の通り、変量効果項h´の期待値はゼロである。 Hereinafter, the mathematical model h will be represented as a functional model. In this case, the mathematical model h consists of a combination of a fixed effect term β that is independent of patient background information and a random effect term h' that is characterized by patient background factors, as shown in equation (6) below. As shown in equation (7) below, the expected value of the random effect term h' is zero.
h(Z1,Z2,…)=β+h´(Z1,Z2,…) (6)
E(h´)=0 (7)
h(Z 1 ,Z 2 ,…)=β+h′(Z 1 ,Z 2 ,…) (6)
E(h')=0 (7)
ノード特徴量及び学習パラメータに関する数理モデルのパラメータを決定するために機械学習が用いられる。具体的には、図6に示す機械学習モデルの学習パラメータの訓練時において、ノード特徴量及び学習パラメータに関する数理モデルのパラメータも決定される。以下、当該機械学習について説明する。 Machine learning is used to determine the parameters of the mathematical model related to node features and learning parameters. Specifically, when training the learning parameters of the machine learning model shown in Figure 6, the parameters of the mathematical model related to node features and learning parameters are also determined. This machine learning is described below.
図14は、機械学習によるノード特徴量及び学習パラメータに関する数理モデルのパラメータの決定処理を模式的に示す図である。図14に示すように、機械学習モデル60は、患者グラフ20Aを入力して疾患ラベルyを出力するように学習パラメータが訓練される。機械学習モデル60は、グラフ畳み込み層61、読出し層62及び線形結合層63を有する。グラフ畳み込み層61は、畳み込み前の患者グラフ20Aを入力して畳み込み後の患者グラフ20Bを出力する。 Figure 14 is a diagram that schematically illustrates the process of determining the parameters of a mathematical model related to node features and learning parameters through machine learning. As shown in Figure 14, the learning parameters of a machine learning model 60 are trained so that the patient graph 20A is input and the disease label y is output. The machine learning model 60 has a graph convolution layer 61, a readout layer 62, and a linear combination layer 63. The graph convolution layer 61 inputs the patient graph 20A before convolution and outputs the patient graph 20B after convolution.
患者グラフ20Bに含まれる各ノードのノード特徴量は、患者背景情報の影響を受ける。例えば、ノード番号「i」のノード特徴量viは、患者背景情報Zの影響を受けている。ノード特徴量viは、下記(8)式に示す数理モデルで表される。(8)式に示すように、ノード特徴量viは、係数(αvZ+βv)と初期的なノード特徴量xiとの積と、バイアスbvとの和で表される。患者背景情報Zに依存しない固定効果項はβvであり、患者背景情報Zによって特徴付けられる変量効果項はαvである。なお、重みαv、バイアスβv及びバイアスbvはノード毎に決定される。 The node feature of each node included in the patient graph 20B is affected by the patient background information. For example, the node feature v i of node number "i" is affected by the patient background information Z. The node feature v i is expressed by the mathematical model shown in the following equation (8). As shown in equation (8), the node feature v i is expressed as the sum of the product of the coefficient (α v Z + β v ) and the initial node feature x i and the bias b v . The fixed effect term that is independent of the patient background information Z is β v , and the random effect term characterized by the patient background information Z is α v . Note that the weight α v , bias β v , and bias b v are determined for each node.
vi=(αvZ+βv)xi+bv (8) v i = (α v Z + β v ) x i +b v (8)
読出し層62は、畳み込み後の患者グラフ20Bのグラフ特徴量を特徴ベクトル20Cに変換する。特徴ベクトル20Cの複数の要素と患者グラフ20Bに含まれる複数のノードとは一対一対応している。例えば、図14に示すように、患者グラフ20Bに含まれる1番目のノードのノード特徴量v1は、特徴ベクトル20Cの1番目の要素に割り当てられる。 The readout layer 62 converts the graph features of the convoluted patient graph 20B into a feature vector 20C. There is a one-to-one correspondence between the elements of the feature vector 20C and the nodes included in the patient graph 20B. For example, as shown in FIG. 14 , the node feature v1 of the first node included in the patient graph 20B is assigned to the first element of the feature vector 20C.
線形結合層63は、特徴ベクトル20Cを疾患ラベルyに変換する。例えば、線形結合層63は、特徴ベクトル20Cに含まれる複数の要素のノード特徴量に基づくソフトマックス演算を施して複数の疾患クラス各々の疾患該当確率を表す疾患情報を算出する。図14は、ある疾患クラスyのソフトマックス演算を図示している。この際、各ノード特徴量vに、各要素と疾患クラスyとの組合せに応じて定められる重みパラメータwが乗じられる。重みパラメータwは、患者背景情報の影響を受ける。例えば、要素番号(ノード番号)「i」の重みパラメータwiは、患者背景情報の影響を受けている。重みパラメータwiは、下記(9)式に示す数理モデルで表される。(9)式に示すように、重みパラメータwiは、係数(αwZ+βw)とノード特徴量viとの積と、バイアスbwとの和で表される。患者背景情報Zに依存しない固定効果項はβwであり、患者背景情報Zによって特徴付けられる変量効果項はαwである。なお、重みαw、バイアスβw及びバイアスbwはノード毎に決定される。 The linear combination layer 63 converts the feature vector 20C into a disease label y. For example, the linear combination layer 63 performs a softmax operation based on the node features of multiple elements included in the feature vector 20C to calculate disease information representing the probability of each of multiple disease classes. FIG. 14 illustrates the softmax operation for a disease class y. In this operation, each node feature v is multiplied by a weight parameter w determined according to the combination of each element and the disease class y. The weight parameter w is affected by patient background information. For example, the weight parameter w i for element number (node number) "i" is affected by the patient background information. The weight parameter w i is expressed by the mathematical model shown in Equation (9) below. As shown in Equation (9), the weight parameter w i is expressed as the sum of the product of the coefficient (α w Z + β w ) and the node feature v i and the bias b w . The fixed effect term independent of the patient background information Z is β w , and the random effect term characterized by the patient background information Z is α w . The weight α w , bias β w and bias b w are determined for each node.
wi=(αwZ+βw)vi+bw (9) w i = (α w Z + β w ) v i +b w (9)
処理回路31は、医療知識グラフに診療事象情報を写像して患者グラフを生成する。処理回路31は、患者グラフを入力サンプルとし、疾患情報を教示サンプルとする教師有り学習に基づいて、機械学習モデルの学習パラメータを訓練する。処理回路31は損失関数を計算する。損失関数は、患者グラフをグラフ畳み込み層、読出し層及び線形結合層に対して順次に伝播することにより算出される疾患分類情報と、教示サンプルである疾患情報との誤差を評価する関数である。処理回路31は、任意の最適化法に従い損失関数が最小化するように機械学習モデルの学習パラメータを更新する。最適化法は、確率的勾配降下法やAdam(adaptive moment estimation)等の任意の方法が用いられればよい。 The processing circuitry 31 maps medical event information onto the medical knowledge graph to generate a patient graph. The processing circuitry 31 trains the learning parameters of the machine learning model based on supervised learning, using the patient graph as an input sample and disease information as a teaching sample. The processing circuitry 31 calculates a loss function. The loss function is a function that evaluates the error between the disease classification information calculated by sequentially propagating the patient graph through the graph convolution layer, readout layer, and linear combination layer, and the disease information that is the teaching sample. The processing circuitry 31 updates the learning parameters of the machine learning model so as to minimize the loss function according to an arbitrary optimization method. Any optimization method, such as stochastic gradient descent or Adam (adaptive moment estimation), may be used.
処理回路31は、停止条件を充足するか否かを判定する。停止条件は、例えば、学習パラメータの更新回数が所定回数に到達したことや学習パラメータの更新量が閾値未満であること等に設定されるとよい。処理回路31は、停止条件が充足されるまで、入力サンプルと教示サンプルとの組合せを変更しながら、学習パラメータの更新と損失関数の計算とを繰り返す。そして停止条件が充足されると処理回路31は、現在の更新回数での学習パラメータを最終的な学習パラメータに設定する。これにより学習が終了する。 The processing circuit 31 determines whether a stopping condition is satisfied. The stopping condition may be set, for example, when the number of updates of the learning parameters reaches a predetermined number, or when the update amount of the learning parameters is less than a threshold value. The processing circuit 31 repeatedly updates the learning parameters and calculates the loss function while changing the combination of input samples and teaching samples until the stopping condition is satisfied. Then, when the stopping condition is satisfied, the processing circuit 31 sets the learning parameters for the current number of updates as the final learning parameters. This ends the learning.
訓練される学習パラメータは、グラフ畳み込み層61の重みパラメータの他、ノード特徴量vi及び重みパラメータwiを含む。重みパラメータwiは、(9)式の通り、係数(αwZ+βw)とノード特徴量viとの積と、バイアスbwとの和で表されるので、重みパラメータwiとノード特徴量viとから、係数(αwZ+βw)とバイアスbwとを決定することが可能である。また、係数(αwZ+βw)と患者背景情報Zとからパラメータαwとパラメータβwとを決定することが可能である。ノード特徴量viは、(8)式の通り、係数(αvZ+βv)と初期的なノード特徴量xiとの積と、バイアスbvとの和で表されるので、初期的なノード特徴量xiとノード特徴量viとから、係数(αvZ+βv)とバイアスbvとを決定することが可能になる。また、係数(αvZ+βv)と患者背景情報Zとからパラメータαvとパラメータβvとを決定することが可能である。 The learning parameters to be trained include the weight parameters of the graph convolution layer 61 as well as the node feature v i and the weight parameter w i . As shown in equation (9), the weight parameter w i is expressed as the sum of the product of the coefficient (α w Z + β w ) and the node feature v i and the bias b w , and therefore, it is possible to determine the coefficient (α w Z + β w ) and the bias b w from the weight parameter w i and the node feature v i . Also, it is possible to determine the parameters α w and β w from the coefficient (α w Z + β w ) and the patient background information Z. As shown in equation (8), the node feature v i is expressed as the sum of the product of the coefficient (α v Z + β v ) and the initial node feature x i and the bias b v , and therefore, it is possible to determine the coefficient (α v Z + β v ) and the bias b v from the initial node feature x i and the node feature v i . Furthermore, the parameters α v and β v can be determined from the coefficient (α v Z+β v ) and the patient background information Z.
処理回路31は、ノード毎にノード特徴量と当該ノード特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータとを関連付ける。例えば、処理回路31は、ノード毎にノード特徴量とノード特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータとを関連付けたLUT等のデータベースを作成する。以下、当該データベースをノード特徴量DBと呼ぶことにする。 The processing circuitry 31 associates, for each node, the node features with the model parameters of a mathematical model related to the node features. For example, the processing circuitry 31 creates a database such as an LUT that associates, for each node, the node features with the model parameters of a mathematical model related to the node features. Hereinafter, this database will be referred to as the node feature DB.
図15は、ノード特徴量DBの一例を示す図である。図15に示すように、ノード特徴量DBは、ノード番号、ノード特徴量及びモデルパラメータを互いに検索可能に関連付けて記録している。例えば、ノード番号「1」には、ノード特徴量「v1」とノード特徴量の数理モデルに関するモデルパラメータ「αv1」「βv1」「bv1」とが関連付けられている。ノード特徴量DBは、医療知識グラフ保管装置2に保管される。 Fig. 15 is a diagram showing an example of a node feature DB. As shown in Fig. 15, the node feature DB records node numbers, node features, and model parameters in a searchable manner. For example, node number "1" is associated with node feature "v1" and model parameters "α v 1,""β v 1," and "b v 1" related to the mathematical model of the node feature. The node feature DB is stored in the medical knowledge graph storage device 2.
同様に、処理回路31は、重みパラメータ毎に重みパラメータと当該重みパラメータに関する数理モデルのモデルパラメータとを関連付ける。例えば、処理回路31は、重みパラメータ番号毎に重みパラメータと重みパラメータに関する数理モデルのモデルパラメータとを関連付けたLUT等のデータベースを作成する。以下、当該データベースを重みパラメータDBと呼ぶことにする。 Similarly, the processing circuitry 31 associates each weight parameter with the model parameters of the mathematical model related to that weight parameter. For example, the processing circuitry 31 creates a database such as an LUT that associates each weight parameter with the model parameters of the mathematical model related to that weight parameter for each weight parameter number. Hereinafter, this database will be referred to as the weight parameter DB.
図16は、重みパラメータDBの一例を示す図である。図16に示すように、重みパラメータDBは、重みパラメータ番号、重みパラメータ及びモデルパラメータを互いに検索可能に関連付けて記録している。例えば、重みパラメータ番号「1」には、重みパラメータ「w1」と重みパラメータに関するモデルパラメータ「αw1」「βw1」「bw1」とが関連付けられている。重みパラメータDBは、医療知識グラフ保管装置2に保管される。 Fig. 16 is a diagram showing an example of a weight parameter DB. As shown in Fig. 16, the weight parameter DB records weight parameter numbers, weight parameters, and model parameters in a searchable manner. For example, weight parameter number "1" is associated with weight parameter "w1" and model parameters related to the weight parameter, "α w1 ,""β w1 ," and "b w1 ." The weight parameter DB is stored in the medical knowledge graph storage device 2.
なお、(8)式及び(9)式は、線形結合層63が1層の線形ニューラルネットワークであることを前提して設計されているが、多層の線形ニューラルネットワークを前提として設計されてもよいし、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)や再帰型ニューラルネットワーク(RNN)等の他のニューラルネットワークを前提として設計されてもよい。 Note that equations (8) and (9) are designed assuming that the linearly coupled layer 63 is a single-layer linear neural network, but they may also be designed assuming a multi-layer linear neural network, or other neural networks such as a convolutional neural network (CNN) or a recurrent neural network (RNN).
上記の実施例において、数理モデルは関数化モデルであるとした。しかしながら、本実施形態に係る数理モデルは混合モデルでもよい。混合モデルは、関数化モデルと同様、患者背景情報に依存しない固定効果項と患者背景情報によって特徴付けられる変量効果項との組合せからなる。混合モデルの場合、重みαvや重みαwを、患者背景情報を考慮した一般化線形混合モデルや階層ベイズモデルを用いて推定すればよい。また、数理モデルは層別化モデルでもよい。層別化モデルの場合、患者背景情報で層別化した患者群(例えば、男性群や女性群)それぞれでグレンジャー因果性検定を行い、各患者群で別々の重みαvや重みαwを算出すればよい。なお、この場合の重みαvや重みαwは、(3)式のような重みWx及びバイアスbxを含む関数ではなく、一般的なものが用いられればよい。 In the above examples, the mathematical model is a functional model. However, the mathematical model according to this embodiment may be a mixed model. Like the functional model, the mixed model is composed of a combination of a fixed effect term that is independent of patient background information and a random effect term that is characterized by the patient background information. In the case of a mixed model, the weights α v and α w may be estimated using a generalized linear mixed model or a hierarchical Bayesian model that takes into account the patient background information. The mathematical model may also be a stratified model. In the case of a stratified model, a Granger causality test may be performed for each patient group (e.g., a male group and a female group) stratified by patient background information, and separate weights α v and α w may be calculated for each patient group. In this case, the weights α v and α w may be general weights rather than functions including the weights W x and bias b x as in Equation (3).
ステップSA3が行われると処理回路31は、学習機能312の実現により、医療知識グラフと学習済みモデルとを出力する(ステップSA4)。ステップSA4において処理回路31は、エッジ特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータとグラフ特徴量に関する数理モデルのモデルパラメータとが割り当てられた医療知識グラフを出力する。なお、エッジ特徴量を患者に依らずに固定する場合、更にエッジ特徴量が割り当てられた医療知識グラフが出力されてもよい。また、処理回路31は、重みパラメータと当該重みパラメータに関する数理モデルのモデルパラメータとが割り当てられた機械学習モデルを出力する。出力された医療知識グラフと機械学習モデルとは、医療知識グラフ保管装置2に保管される。 When step SA3 is performed, the processing circuitry 31 outputs a medical knowledge graph and a learned model by implementing the learning function 312 (step SA4). In step SA4, the processing circuitry 31 outputs a medical knowledge graph to which model parameters of a mathematical model related to edge features and model parameters of a mathematical model related to graph features are assigned. Note that if the edge features are fixed regardless of the patient, a medical knowledge graph to which edge features are further assigned may be output. The processing circuitry 31 also outputs a machine learning model to which weight parameters and model parameters of a mathematical model related to the weight parameters are assigned. The output medical knowledge graph and machine learning model are stored in the medical knowledge graph storage device 2.
ステップSA4が行われると学習処理が終了する。 When step SA4 is performed, the learning process ends.
なお、上記の学習処理は一例であり、種々の変形が可能である。例えば、ステップSA2とステップSA3とは順番が逆でもよいし、並行して行われてもよい。また、ステップSA3においてノード特徴量に関する数理モデルのパラメータと学習パラメータに関する数理モデルのパラメータとは教師有り学習に基づいて決定されるものとしたが、階層ベイズモデルに基づいて決定されてもよい。 Note that the above learning process is an example, and various modifications are possible. For example, steps SA2 and SA3 may be performed in reverse order, or in parallel. Also, in step SA3, the parameters of the mathematical model related to node features and the parameters of the mathematical model related to learning parameters are determined based on supervised learning, but they may also be determined based on a hierarchical Bayesian model.
上記の説明の通り、医用情報学習装置3は、処理回路31とメモリ32とを有する。処理回路31は、複数の患者の背景因子に関する患者背景情報を取得する。メモリ32は、診療事象に対応するノードと当該ノード間の関係性を表すエッジとを有する医療知識グラフを記憶する。医療知識グラフのグラフ特徴量は、患者背景情報を含む数理モデルにより特徴付けられる。処理回路31は、複数の患者の患者背景情報と数理モデルとに基づいて当該数理モデルのモデルパラメータを決定する。 As described above, the medical information learning device 3 has a processing circuitry 31 and a memory 32. The processing circuitry 31 acquires patient background information related to the background factors of multiple patients. The memory 32 stores a medical knowledge graph having nodes corresponding to medical events and edges representing the relationships between the nodes. The graph features of the medical knowledge graph are characterized by a mathematical model that includes the patient background information. The processing circuitry 31 determines the model parameters of the mathematical model based on the patient background information of multiple patients and the mathematical model.
上記の構成によれば、医療知識グラフのグラフ特徴量を、患者背景情報を使用した数理モデルで定義することが可能になる。これにより医療知識グラフのグラフ特徴量に、患者間の患者背景の違いに起因する揺らぎ成分を持たせることが可能になる。 The above configuration makes it possible to define the graph features of a medical knowledge graph using a mathematical model that uses patient background information. This makes it possible to incorporate fluctuation components resulting from differences in patient background between patients into the graph features of a medical knowledge graph.
次に、本実施形態に係る医用情報処理装置4について説明する。 Next, we will explain the medical information processing device 4 related to this embodiment.
図17は、医用情報処理装置4の構成例を示す図である。図17に示すように、医用情報処理装置4は、処理回路41、メモリ42、入力インタフェース43、通信インタフェース44及びディスプレイ45を有する。 Figure 17 is a diagram showing an example configuration of the medical information processing device 4. As shown in Figure 17, the medical information processing device 4 has a processing circuitry 41, a memory 42, an input interface 43, a communication interface 44, and a display 45.
処理回路41は、CPU及びGPU等のプロセッサを有する。処理回路41は、揺らぎを表示するため医用情報処理プログラムを実行することにより、取得機能411、推定機能412、揺らぎ算出機能413、可視化グラフ生成機能414、選択機能415及び表示制御機能416等を実現する。なお、各機能411~416は単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能411~416を実現するものとしても構わない。また、機能411~416は、それぞれ、医用情報処理プログラムを構成するモジュール化されたプログラムであってもよいし、個別のプログラムであってもよい。これらプログラムはメモリ42に記憶される。 The processing circuitry 41 has processors such as a CPU and a GPU. By executing a medical information processing program to display fluctuations, the processing circuitry 41 realizes an acquisition function 411, an estimation function 412, a fluctuation calculation function 413, a visualized graph generation function 414, a selection function 415, and a display control function 416. Note that each of the functions 411 to 416 does not necessarily have to be realized by a single processing circuit. A processing circuit may be configured by combining multiple independent processors, and each processor may execute a program to realize each of the functions 411 to 416. Furthermore, each of the functions 411 to 416 may be a modular program that constitutes the medical information processing program, or may be an individual program. These programs are stored in memory 42.
取得機能411の実現により、処理回路41は、種々の情報を取得する。例えば、処理回路41は、表示対象の1以上の患者(以下、対象患者)に関する患者背景情報を診療情報保管装置1から取得する。また、処理回路41は、医療知識グラフやエッジ特徴量DB、ノード特徴量DB及び重みパラメータDBを取得する。 By implementing the acquisition function 411, the processing circuitry 41 acquires various information. For example, the processing circuitry 41 acquires patient background information related to one or more patients to be displayed (hereinafter referred to as target patients) from the medical information storage device 1. The processing circuitry 41 also acquires a medical knowledge graph, an edge feature DB, a node feature DB, and a weight parameter DB.
推定機能412の実現により、処理回路41は、医用情報学習装置3により生成された学習済みモデルを使用して、患者グラフから医学的判断情報を推定する。 By implementing the estimation function 412, the processing circuitry 41 uses the trained model generated by the medical information learning device 3 to estimate medical judgment information from the patient graph.
揺らぎ算出機能413の実現により、処理回路41は、対象患者の患者背景情報と数理モデルとに基づいて、対象患者に関するグラフ特徴量及び/又は学習パラメータの揺らぎを算出する。グラフ特徴量及び学習パラメータは、モデルパラメータを変数とする数理モデルにより表される。モデルパラメータは、医用情報学習装置3により患者背景情報に基づいて決定されている。 By implementing the fluctuation calculation function 413, the processing circuitry 41 calculates the fluctuation of graph features and/or learning parameters for a target patient based on the patient background information and a mathematical model. The graph features and learning parameters are represented by a mathematical model with model parameters as variables. The model parameters are determined by the medical information learning device 3 based on the patient background information.
可視化グラフ生成機能414の実現により、処理回路41は、表示対象の患者に関する医療知識グラフを可視化した可視化グラフを生成する。可視化グラフのグラフ及び/又はエッジは、グラフ特徴量の揺らぎに応じた表示形態を有する。 By implementing the visualization graph generation function 414, the processing circuitry 41 generates a visualization graph that visualizes the medical knowledge graph related to the patient to be displayed. The graph and/or edges of the visualization graph have a display form that corresponds to the fluctuation of the graph features.
選択機能415の実現により、処理回路41は、揺らぎの表示にあたり、患者や診療事象カテゴリ、疾患等の種々の表示対象を選択する。処理回路41は、入力インタフェース43を介したユーザの指示に従い表示対象を選択する。 By implementing the selection function 415, the processing circuitry 41 selects various display objects, such as patients, medical event categories, and diseases, when displaying fluctuations. The processing circuitry 41 selects the display objects in accordance with user instructions via the input interface 43.
表示制御機能416の実現により、処理回路41は、種々の情報をディスプレイ45に表示する。例えば、処理回路41は、グラフ特徴量及び/又は学習パラメータの揺らぎ等を表示する。 By implementing the display control function 416, the processing circuitry 41 displays various information on the display 45. For example, the processing circuitry 41 displays graph features and/or fluctuations in learning parameters.
メモリ42は、種々の情報を記憶するROMやRAM、HDD、SSD、集積回路記憶装置等の記憶装置である。メモリ42は、上記記憶装置以外にも、CD、DVD、フラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体や、半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。また、メモリ42は、医用情報処理装置4にネットワークを介して接続された他のコンピュータ内にあってもよい。例えば、メモリ42は、医療知識グラフ保管装置2から取得した医療知識グラフやエッジ特徴量DB、ノード特徴量DB及び重みパラメータDBを記憶する。 The memory 42 is a storage device such as ROM, RAM, HDD, SSD, or integrated circuit storage device that stores various information. In addition to the above storage devices, the memory 42 may also be a portable storage medium such as a CD, DVD, or flash memory, or a drive that reads and writes various information to and from semiconductor memory elements. The memory 42 may also be located in another computer connected to the medical information processing device 4 via a network. For example, the memory 42 stores the medical knowledge graph, edge feature DB, node feature DB, and weight parameter DB acquired from the medical knowledge graph storage device 2.
入力インタフェース43は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路41に出力する。具体的には、入力インタフェース43は、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の入力機器に接続されている。入力インタフェース43は、当該入力機器への入力操作に応じた電気信号を処理回路41へ出力する。また、入力インタフェース43に接続される入力機器は、ネットワーク等を介して接続された他のコンピュータに設けられた入力機器でもよい。 The input interface 43 accepts various input operations from the operator, converts the accepted input operations into electrical signals, and outputs them to the processing circuit 41. Specifically, the input interface 43 is connected to input devices such as a mouse, keyboard, trackball, switch, button, joystick, touchpad, and touch panel display. The input interface 43 outputs electrical signals corresponding to the input operations to the input devices to the processing circuit 41. In addition, the input devices connected to the input interface 43 may be input devices provided on another computer connected via a network, etc.
通信インタフェース44は、医用情報システム100に含まれる診療情報保管装置1、医療知識グラフ保管装置2及び医用情報学習装置3等の他のコンピュータとの間で種々の情報を送受信するためのインタフェースである。 The communication interface 44 is an interface for sending and receiving various information to and from other computers included in the medical information system 100, such as the clinical information storage device 1, the medical knowledge graph storage device 2, and the medical information learning device 3.
ディスプレイ45は、処理回路41の表示制御機能414に従い種々の情報を表示する。ディスプレイ45としては、例えば、液晶ディスプレイ、CRTディスプレイ、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイ又は他の任意のディスプレイが適宜使用可能である。また、ディスプレイ45の代わり又はディスプレイ45と併用して、プロジェクタが設けられてもよい。 The display 45 displays various information in accordance with the display control function 414 of the processing circuit 41. The display 45 may be, for example, a liquid crystal display, a CRT display, an organic EL display, a plasma display, or any other display. A projector may also be provided in place of or in combination with the display 45.
次に、医用情報表示プログラムに従い処理回路41により実行される揺らぎ表示処理について説明する。 Next, we will explain the fluctuation display processing executed by the processing circuitry 41 in accordance with the medical information display program.
図18は、揺らぎ表示処理の流れを示す図である。図18に示すように、処理回路41は、選択機能415の実現により、表示対象の1以上の患者(以下、対象患者)を選択する(ステップSB1)。例えば、ステップSB1においては、ディスプレイ45に対象患者の選択画面が表示され、ユーザによる入力インタフェース43を介した指示に従い1以上の対象患者が選択される。本実施例において1人の患者が表示対象に選択されたものとする。なお、医療知識グラフやエッジ特徴量DB、ノード特徴量DB及び重みパラメータDBが医療知識グラフ保管装置2から取得されてもよい。処理回路41は、必要に応じて、エッジ特徴量DB、ノード特徴量DB及び重みパラメータDBからエッジ特徴量、ノード特徴量、重みパラメータ及びモデルパラメータを適宜読み出すものとする。 Figure 18 is a diagram showing the flow of the fluctuation display process. As shown in Figure 18, the processing circuitry 41 selects one or more patients (hereinafter referred to as target patients) to be displayed by implementing the selection function 415 (step SB1). For example, in step SB1, a target patient selection screen is displayed on the display 45, and one or more target patients are selected in accordance with instructions from the user via the input interface 43. In this embodiment, it is assumed that one patient is selected as the display target. Note that the medical knowledge graph, edge feature DB, node feature DB, and weight parameter DB may be acquired from the medical knowledge graph storage device 2. The processing circuitry 41 appropriately reads edge features, node features, weight parameters, and model parameters from the edge feature DB, node feature DB, and weight parameter DB as needed.
後述するように、対象患者として、特定の疾患に該当する患者が選択されてもよい。例えば、心不全に該当する患者のリストが表示され、リストの中から特定の患者が対象患者として選択されてもよい。 As described below, patients with a specific disease may be selected as target patients. For example, a list of patients with heart failure may be displayed, and a specific patient may be selected from the list as the target patient.
ステップSB1が行われると処理回路41は、取得機能411の実現により、ステップSB1において選択された対象患者の患者背景情報を取得する(ステップSB2)。ステップSB2において処理回路41は、対象患者の患者背景情報を、診療情報保管装置1から取得する。 When step SB1 is performed, the processing circuitry 41 acquires the patient background information of the target patient selected in step SB1 by implementing the acquisition function 411 (step SB2). In step SB2, the processing circuitry 41 acquires the patient background information of the target patient from the medical information storage device 1.
ステップSB2が行われると処理回路41は、揺らぎ算出機能413の実現により、ステップSB2において取得された患者背景情報に基づいて、グラフ特徴量及び/又は学習パラメータの揺らぎを算出する(ステップSB3)。 When step SB2 is performed, the processing circuitry 41 realizes the fluctuation calculation function 413 to calculate the fluctuation of the graph features and/or learning parameters based on the patient background information acquired in step SB2 (step SB3).
グラフ特徴量の揺らぎは、グラフ特徴量の患者背景情報に対する相関度合いを意味する。患者背景情報間の違いに依らずグラフ特徴量が一定の値をとる場合、グラフ特徴量の揺らぎは小さい。反対に、患者背景情報間の違いに応じてグラフ特徴量が大きく変動する場合、グラフ特徴量の揺らぎは大きい。対象患者が1人の場合、当該対象患者のグラフ特徴量の揺らぎは、患者背景情報の異なる複数時点でのグラフ特徴量に基づいて定義できる。対象患者が複数人の場合、当該複数人のグラフ特徴量の揺らぎは、患者背景情報の異なる複数人且つ複数時点でのグラフ特徴量に基づいて定義できる。学習パラメータの揺らぎについても同様である。 The fluctuation of a graph feature refers to the degree of correlation of the graph feature with patient background information. If the graph feature takes a constant value regardless of differences in patient background information, the fluctuation of the graph feature is small. Conversely, if the graph feature fluctuates greatly depending on differences in patient background information, the fluctuation of the graph feature is large. When there is one target patient, the fluctuation of the graph feature for that target patient can be defined based on graph features at multiple points in time with different patient background information. When there are multiple target patients, the fluctuation of the graph feature for those multiple people can be defined based on graph features at multiple points in time with different patient background information. The same applies to the fluctuation of learning parameters.
以下、具体的に揺らぎの算出方法について説明する。典型的には、処理回路41は、複数の対象患者各々について、患者背景情報とグラフ特徴量の数理モデルとに基づいて当該対象患者のグラフ特徴量を算出し、これら複数の対象患者に亘るグラフ特徴量のばらつきの指標を、グラフ特徴量の揺らぎとして算出する。グラフ特徴量の数理モデルは、医用情報学習装置3によりモデルパラメータが決定されている数理モデルが使用される。ばらつきの指標として、標準偏差や分散等が算出されるとよい。対象患者としては、統計的母集団に属する患者が選択される。統計的母集団としては、全患者や特定疾患に罹患している患者、男性患者、女性患者、特定年齢層の患者等の調査対象に応じて任意に設定可能である。重みパラメータについても同様に揺らぎを算出可能である。重みパラメータの数理モデルは、医用情報学習装置3によりモデルパラメータが決定されている数理モデルが使用される。 The method for calculating fluctuations will be described in detail below. Typically, the processing circuitry 41 calculates graph features for each of multiple target patients based on the patient background information and a mathematical model of graph features, and calculates an index of variation in graph features across these multiple target patients as the fluctuation of the graph features. The mathematical model of the graph features uses a mathematical model whose model parameters are determined by the medical information learning device 3. Standard deviation, variance, etc. can be calculated as an index of variation. Patients belonging to a statistical population are selected as target patients. The statistical population can be set arbitrarily depending on the survey subjects, such as all patients, patients suffering from a specific disease, male patients, female patients, or patients in a specific age group. Fluctuations can also be calculated for weight parameters in a similar manner. The mathematical model of the weight parameters uses a mathematical model whose model parameters are determined by the medical information learning device 3.
ノードやエッジ毎にグラフ特徴量の値の取り得る範囲が異なる場合が想定されるので、処理回路41は、揺らぎを正規化してもよい。例えば、心不全患者のみの揺らぎを表示する場合、全ての対象患者のうちの心不全患者のグラフ特徴量のばらつきを算出し、「心不全患者のグラフ特徴量のばらつき」を「全患者のグラフ特徴量のばらつき」で除することにより、正規化することが可能である。重みパラメータについても同様に揺らぎを正規化することが可能である。 Since it is expected that the range of graph feature values may differ for each node or edge, the processing circuitry 41 may normalize the fluctuations. For example, when displaying fluctuations for only heart failure patients, normalization is possible by calculating the variance in graph features for heart failure patients among all target patients and dividing the "variation in graph features for heart failure patients" by the "variation in graph features for all patients." Fluctuations can also be normalized for weight parameters in a similar manner.
ノード特徴量については、(8)式の数理モデル(vi=(αvZ+βv)xi+bv)で定義されるノード特徴量viの揺らぎを計算してもよいし、係数(αvZ+βv)のみの揺らぎを計算してもよい。前者の場合、ノード特徴量そのものの揺らぎを計算することができるが、ノード特徴量の値xiやviが患者間でばらついている場合は、患者背景因子起因でない揺らぎも考慮されるおそれがあり、後者に比べ解釈が難しくなるおそれがある。後者の場合、患者背景因子に起因する、ノード特徴量への写像の揺らぎを得ることができる。前者の揺らぎを計算するか、後者の揺らぎを計算するかは、ユーザにより任意に選択可能である。重みパラメータについても同様に、(9)式の数理モデル(wi=(αwZ+βw)vi+bw)で定義される重みパラメータwの揺らぎを計算してもよいし、係数(αwZ+βw)のみの揺らぎを計算してもよい。エッジ特徴量については、(3)式の数理モデル(αx=σ(WxZ+bx))で定義されるエッジ特徴量αxの揺らぎが計算される。 Regarding the node feature, the fluctuation of the node feature v i defined by the mathematical model of equation (8) (v i = (α v Z + β v ) x i + b v ) may be calculated, or the fluctuation of only the coefficient (α v Z + β v ) may be calculated. In the former case, the fluctuation of the node feature itself can be calculated, but if the node feature values x i and v i vary between patients, there is a risk that fluctuations not caused by patient background factors will also be taken into account, which may make interpretation more difficult than in the latter case. In the latter case, it is possible to obtain the fluctuation of the mapping to the node feature caused by patient background factors. The user can freely select whether to calculate the former fluctuation or the latter fluctuation. Similarly, for the weight parameter, the fluctuation of the weight parameter w defined by the mathematical model of equation (9) (w i = (α w Z + β w ) v i + b w ) may be calculated, or the fluctuation of only the coefficient (α w Z + β w ) may be calculated. For the edge feature, the fluctuation of the edge feature α x defined by the mathematical model of equation (3) (α x = σ (W x Z + b x )) is calculated.
対象患者が1人の場合、処理回路41は、複数の時点の患者背景情報各々について、当該患者背景情報とグラフ特徴量の数理モデルとに基づいて当該対象患者のグラフ特徴量を算出し、これら複数の時点に亘るグラフ特徴量のばらつきの指標を、グラフ特徴量の揺らぎとして算出する。ばらつきの指標として、標準偏差や分散等が算出されるとよい。重みパラメータについても同様に揺らぎを算出可能である。また、対象患者1人の場合、処理回路41は、統計的母集団について算出されたグラフ特徴量又は重みパラメータのばらつきに対する、対象患者のグラフ特徴量又は重みパラメータの偏差値を、揺らぎとして計算してもよい。 When there is one target patient, the processing circuitry 41 calculates graph features for the target patient for each of multiple time points based on the patient background information and a mathematical model of the graph features, and calculates an index of the variability of the graph features across these multiple time points as the fluctuation of the graph features. Standard deviation, variance, etc. may be calculated as an index of variability. Fluctuations can also be calculated for weight parameters in a similar manner. Furthermore, when there is one target patient, the processing circuitry 41 may calculate, as the fluctuation, the deviation value of the graph features or weight parameters for the target patient relative to the variability of the graph features or weight parameters calculated for the statistical population.
ステップSB3が行われると処理回路41は、表示制御機能416の実現により、ステップSB3において算出された揺らぎを表示する(ステップSB4)。揺らぎは、ディスプレイ45に表示される。 When step SB3 is performed, the processing circuit 41 displays the fluctuation calculated in step SB3 by implementing the display control function 416 (step SB4). The fluctuation is displayed on the display 45.
図19は、揺らぎの表示画面I1の一例を示す図である。図19に示すように、表示画面I1は、医療知識グラフ81の表示欄I11、患者の選択欄I12、疾患の選択欄I13及び診療事象カテゴリの選択欄I14を有する。 Figure 19 is a diagram showing an example of the fluctuation display screen I1. As shown in Figure 19, the display screen I1 has a display field I11 for the medical knowledge graph 81, a patient selection field I12, a disease selection field I13, and a medical event category selection field I14.
選択欄I12には患者の識別子(以下、患者識別子と呼ぶ)が表示される。患者識別子は、患者IDや患者名等が用いられる。選択欄I12に表示された患者識別子は入力インタフェース33等を介して操作者により選択可能である。選択された患者識別子は強調されるとよい。例えば、図19では、患者識別子「00003」が強調されている。なお、患者識別子は、一個又は複数個を選択可能である。 The patient's identifier (hereinafter referred to as the patient identifier) is displayed in selection field I12. The patient identifier may be a patient ID, a patient name, or the like. The patient identifier displayed in selection field I12 can be selected by the operator via the input interface 33, etc. The selected patient identifier should be highlighted. For example, in Figure 19, the patient identifier "00003" is highlighted. One or more patient identifiers can be selected.
選択欄I13には、対象疾患の識別子(以下、疾患識別子と呼ぶ)が表示される。疾患識別子は、疾患の名称や記号等が用いられる。選択欄I13に表示された疾患識別子は入力インタフェース33等を介して操作者により選択可能である。選択された疾患識別子は強調されるとよい。例えば、図19では、疾患識別子「心不全」が強調されている。疾患識別子が選択された場合、当該疾患識別子に対応する疾患に該当する患者の患者識別子が選択欄I12に表示される。疾患識別子と患者識別子とは、診療情報保管装置1等において互いに紐付けて管理されている。なお、診療事象カテゴリは、一個のカテゴリが選択されてもよいし、複数個のカテゴリが選択されてもよい。なお、疾患識別子は、一個又は複数個を選択可能である。 The selection field I13 displays the identifier of the target disease (hereinafter referred to as the disease identifier). The disease identifier may be the name or symbol of the disease. The disease identifier displayed in the selection field I13 can be selected by the operator via the input interface 33 or the like. The selected disease identifier should be highlighted. For example, in Figure 19, the disease identifier "heart failure" is highlighted. When a disease identifier is selected, the patient identifier of the patient with the disease corresponding to that disease identifier is displayed in the selection field I12. The disease identifier and patient identifier are managed in association with each other in the medical information storage device 1 or the like. Note that one medical event category or multiple categories may be selected. Note that one or multiple disease identifiers can be selected.
選択欄I14には、表示対象の診療事象カテゴリの一覧が表示される。表示される診療事象カテゴリは、当該診療事象カテゴリの名称や記号でもよいし、当該診療事象カテゴリに関する患者グラフの模擬画像や縮小画像でもよい。選択された診療事象カテゴリは強調されるとよい。例えば、図19では、診療事象カテゴリ「症状」にチェックマークが付されている。なお、診療事象カテゴリは、一個又は複数個を選択可能である。 Selection field I14 displays a list of medical event categories to be displayed. The displayed medical event category may be the name or symbol of the medical event category, or a simulated image or reduced image of a patient graph related to the medical event category. The selected medical event category should be highlighted. For example, in Figure 19, a check mark is placed next to the medical event category "Symptoms." Note that one or more medical event categories can be selected.
表示欄I11には、対象患者の医療知識グラフを可視化した可視化グラフ81が表示される。可視化グラフ81は、診療事象に対応するノード82とノード82間を接続するエッジ83とを有する。ノード82には、対応する診療事象の名称又は記号が付して表示される。 Display field I11 displays a visualized graph 81 that visualizes the medical knowledge graph of the target patient. The visualized graph 81 has nodes 82 corresponding to medical events and edges 83 connecting the nodes 82. The nodes 82 are displayed with the name or symbol of the corresponding medical event.
可視化グラフ81は、例えば、以下の手順で表示される。まず、処理回路41は、選択欄I14において選択された診療事象カテゴリを特定する。選択欄I14において診療事象カテゴリが選択されていない場合又は可視化グラフ81を初期的に表示する場合、選択された診療事象カテゴリとして全ての診療事象カテゴリを特定する。次に、処理回路41は、特定された診療事象カテゴリに属するノード及び当該ノード間を結ぶエッジからなるグラフ(以下、部分グラフと呼ぶ)を、医療知識グラフから抽出する。例えば、図19においては、選択欄I14において症状カテゴリが選択されているので、症状カテゴリに属するノード及び当該ノード間を結ぶエッジからなる部分グラフが医療知識グラフから抽出される。 The visualized graph 81 is displayed, for example, in the following procedure. First, the processing circuitry 41 identifies the medical event category selected in selection field I14. If no medical event category is selected in selection field I14 or if the visualized graph 81 is initially displayed, all medical event categories are identified as the selected medical event category. Next, the processing circuitry 41 extracts a graph (hereinafter referred to as a subgraph) consisting of nodes belonging to the identified medical event category and edges connecting these nodes from the medical knowledge graph. For example, in Figure 19, the symptom category is selected in selection field I14, so a subgraph consisting of nodes belonging to the symptom category and edges connecting these nodes is extracted from the medical knowledge graph.
そして処理回路41は、部分グラフを可視化した可視化グラフ81を表示し、ノード82をノード特徴量の揺らぎに応じた表示形態で表示し、エッジ83をエッジ特徴量の揺らぎに応じた表示形態で表示する。例えば、図19においては、揺らぎの程度が大きいほどノード82の輪郭のぼかし具合が大きくなるように表示される。また、揺らぎの程度が大きいほどエッジ83を表す直線のぼかし具合が大きくなるように表示される。なお、ノード82又はエッジ83の何れか一方のみ揺らぎが表示されてもよい。 The processing circuitry 41 then displays a visualized graph 81 that visualizes the subgraph, displays the node 82 in a display format that corresponds to the fluctuation of the node feature, and displays the edge 83 in a display format that corresponds to the fluctuation of the edge feature. For example, in Figure 19, the greater the degree of fluctuation, the more blurred the outline of the node 82 is displayed. Also, the greater the degree of fluctuation, the more blurred the line representing the edge 83 is displayed. Note that fluctuation may be displayed for only either the node 82 or the edge 83.
揺らぎの程度の把握を促進するため、エッジを表す直線のぼかし具合を段階的に示すオブジェクトI15とノードの輪郭のぼかし具合を段階的に示すオブジェクトI16とが表示画面I1の任意の箇所に表示されるとよい。 To facilitate understanding of the degree of fluctuation, it is advisable to display object I15, which indicates the degree of blurring of the straight lines representing the edges in stages, and object I16, which indicates the degree of blurring of the node outline in stages, at any location on display screen I1.
このように、ノード特徴量の揺らぎをノード82に可視化し、エッジ特徴量の揺らぎをエッジ83に可視化することにより、対象患者の患者背景情報間の揺らぎの程度を把握することが可能になる。また、揺らぎが各ノード82及びエッジ83について表示されるので、各ノード82及びエッジ83について揺らぎを確認することができる。 In this way, by visualizing the fluctuations in node features on nodes 82 and the fluctuations in edge features on edges 83, it becomes possible to grasp the degree of fluctuation between the patient background information of the target patients. Furthermore, because the fluctuations are displayed for each node 82 and edge 83, it is possible to confirm the fluctuations for each node 82 and edge 83.
図19に示すように、表示画面I1には、医学的判断情報の揺らぎの表示欄I17が設けられるとよい。表示欄I17には、対象患者について算出された医学的判断情報の揺らぎが表示される。例えば、医学的判断情報の揺らぎとして、疾患分類情報の一例である疾患該当確率の揺らぎが表示される。疾患該当確率の揺らぎとしては、例えば、図19に示すように、「70%±20%」のように表示される。70%が疾患該当確率の中央値に対応し、±20%が揺らぎに対応する。なお、疾患該当確率の揺らぎの表示方法は上記方法に限定されず、「50%-90%」のように疾患該当確率の取り得る範囲が表示されてもよい。 As shown in FIG. 19, the display screen I1 may be provided with a display field I17 for displaying the fluctuation of medical judgment information. Display field I17 displays the fluctuation of medical judgment information calculated for the target patient. For example, the fluctuation of the disease hit probability, which is an example of disease classification information, is displayed as the fluctuation of medical judgment information. For example, as shown in FIG. 19, the fluctuation of the disease hit probability is displayed as "70% ± 20%." 70% corresponds to the median of the disease hit probability, and ± 20% corresponds to the fluctuation. Note that the method of displaying the fluctuation of the disease hit probability is not limited to the above method, and a possible range of the disease hit probability, such as "50% - 90%," may also be displayed.
疾患該当確率の揺らぎは、重みパラメータの揺らぎに基づいて算出可能である。厳密には、疾患該当確率の揺らぎは、重みパラメータの揺らぎのみからではなく、ノード特徴量及びエッジ特徴量の揺らぎにも依存する。 The fluctuation in the disease probability can be calculated based on the fluctuation in the weight parameters. Strictly speaking, the fluctuation in the disease probability depends not only on the fluctuation in the weight parameters, but also on the fluctuation in the node features and edge features.
具体的には、以下のように疾患該当確率の揺らぎが算出される。まず、処理回路41は、複数の対象患者各々について、当該対象患者の患者背景情報と当該対象患者の患者グラフと機械学習モデルとに基づいて疾患該当確率を算出し、これら複数の対象患者に亘る疾患該当確率のばらつきの指標を、疾患該当確率の揺らぎとして算出する。患者グラフは、医用情報学習装置3によりモデルパラメータが決定されている数理モデルにより定義されるグラフ特徴量が割り当てられた医療知識モデルに、当該対象患者の診療事象情報を写像することにより生成される。機械学習モデルの線形結合層には、医用情報学習装置3によりモデルパラメータが決定されている数理モデルにより定義される重みパラメータwiが割り当てられている。ばらつきの指標として、標準偏差や分散等が算出されるとよい。 Specifically, the fluctuation in the disease association probability is calculated as follows. First, the processing circuitry 41 calculates the disease association probability for each of a plurality of target patients based on the patient background information of the target patient, the patient graph of the target patient, and the machine learning model, and calculates an index of the variation in the disease association probability across the plurality of target patients as the fluctuation in the disease association probability. The patient graph is generated by mapping the medical event information of the target patient to a medical knowledge model to which graph features defined by a mathematical model whose model parameters are determined by the medical information learning device 3 are assigned. A weight parameter w i defined by a mathematical model whose model parameters are determined by the medical information learning device 3 is assigned to the linear combination layer of the machine learning model. As an index of variation, standard deviation, variance, etc. may be calculated.
なお、揺らぎに応じた表示形態に加え、グラフ特徴量に応じた表示形態を加えてノード82及びエッジ83が表示されてもよい。この場合、処理回路41は、ノード82にノード特徴量を、エッジ83にエッジ特徴量を割り当てる。ノード特徴量が該当又は非該当等の単一次元のスカラー値で規定される場合、処理回路41、当該スカラー値をノードに割り当てる。ノード特徴量が、発生回数、発生順序及び発生程度等の複数次元のベクトルで規定される場合、処理回路41は、当該ベクトルを集約してスカラー値に変換し、当該スカラー値をノード82に割り当てる。例えば、ノード特徴量が大きいほどノード82の表示色が濃くなるように表示される。 Note that in addition to the display format according to the fluctuation, the nodes 82 and edges 83 may also be displayed in a display format according to the graph features. In this case, the processing circuitry 41 assigns a node feature to the node 82 and an edge feature to the edge 83. When the node feature is defined by a single-dimensional scalar value such as applicable or not applicable, the processing circuitry 41 assigns the scalar value to the node. When the node feature is defined by a multi-dimensional vector such as the number of occurrences, the order of occurrence, and the degree of occurrence, the processing circuitry 41 aggregates the vector, converts it into a scalar value, and assigns the scalar value to the node 82. For example, the larger the node feature, the darker the display color of the node 82.
同様に、エッジ特徴量が有り又は無し等の単一次元のスカラー値で規定される場合、処理回路31は、当該スカラー値をエッジに割り当てる。エッジ特徴量が複数次元のベクトルで規定される場合、処理回路31は、当該ベクトルを集約してスカラー値に変換し、当該スカラー値をエッジ83に割り当てる。そして処理回路41は、割り当てられたノードに応じた表示形態でノード82を表示し、割り当てられたエッジに応じた表示形態でエッジ83を表示する。例えば、エッジ特徴量が大きいほどエッジ83が太くなるように表示される。 Similarly, when the edge feature amount is defined by a single-dimensional scalar value, such as presence or absence, the processing circuitry 31 assigns the scalar value to the edge. When the edge feature amount is defined by a multi-dimensional vector, the processing circuitry 31 aggregates the vector, converts it into a scalar value, and assigns the scalar value to the edge 83. The processing circuitry 41 then displays the node 82 in a display format corresponding to the assigned node, and displays the edge 83 in a display format corresponding to the assigned edge. For example, the larger the edge feature amount, the thicker the edge 83 will be displayed.
なお、グラフ特徴量の揺らぎの表示方法は上記のみに限定されない。例えば、ノード特徴量の揺らぎは、当該揺らぎの程度を表す数値又はカテゴリが当該ノードに付して表示され、エッジ特徴量の揺らぎは、当該揺らぎの程度を表す数値又はカテゴリが当該エッジに付して表示されてもよい。また、ノード特徴量及びエッジ特徴量の揺らぎを表す数値又はカテゴリが、ノード番号及びエッジ番号と共に一覧で表示されてもよい。 Note that the method of displaying fluctuations in graph features is not limited to the above. For example, fluctuations in node features may be displayed by attaching a numerical value or category representing the degree of fluctuation to the node, and fluctuations in edge features may be displayed by attaching a numerical value or category representing the degree of fluctuation to the edge. Furthermore, numerical values or categories representing the fluctuations of node features and edge features may be displayed in a list along with the node number and edge number.
学習パラメータの揺らぎが表示画面I1に表示されてもよい。学習パラメータの揺らぎは、例えば、学習済みモデルにより推定された疾患分類情報に影響するので、対象患者の疾患分類情報と共に表示されるとよい。例えば、揺らぎの程度を表す数値又はカテゴリが表示されるよい。 Fluctuations in the learning parameters may be displayed on the display screen I1. Fluctuations in the learning parameters may affect, for example, the disease classification information estimated by the trained model, and therefore may be displayed together with the disease classification information of the target patient. For example, a numerical value or category indicating the degree of fluctuation may be displayed.
ステップSB4が行われると揺らぎ表示処理が終了する。 Once step SB4 is performed, the flicker display process ends.
なお、上記の揺らぎ表示処理は一例であり、種々の変形が可能である。 Note that the flickering display process described above is just one example, and various modifications are possible.
一例として、上記の実施例において対象患者は1人であるとしたが、対象患者は複数人でもよい。以下、変形例1として、心不全に該当する全ての患者が対象患者に指定された場合の揺らぎの表示例について説明する。 As an example, although the above example describes a single target patient, there may be multiple target patients. Below, as variant example 1, we will explain an example of fluctuation display when all patients with heart failure are designated as target patients.
図20は、心不全に該当する全ての患者が対象患者に指定された場合の揺らぎの表示画面I2を示す図である。図20に示すように、表示欄I11には、心不全に該当する全ての患者に関する医療知識グラフ81が表示される。各ノード82は、心不全に該当する全ての患者に関するノード特徴量の揺らぎに応じたぼやけ具合で表示され、各エッジ83は、心不全に該当する全ての患者に関するエッジ特徴量の揺らぎに応じたぼやけ具合で表示される。 Figure 20 shows the fluctuation display screen I2 when all patients with heart failure are designated as target patients. As shown in Figure 20, a medical knowledge graph 81 for all patients with heart failure is displayed in display field I11. Each node 82 is displayed with a degree of blurring that corresponds to the fluctuation of the node feature for all patients with heart failure, and each edge 83 is displayed with a degree of blurring that corresponds to the fluctuation of the edge feature for all patients with heart failure.
変形例1によれば、特定の疾患に該当する全ての患者に関するグラフ特徴量の揺らぎを表示することにより、患者間での揺らぎを確認することが可能になる。 According to variant example 1, by displaying the fluctuations in graph features for all patients with a specific disease, it becomes possible to check the fluctuations between patients.
他の例として、患者背景因子毎に揺らぎが表示されてもよい。以下、変形例2として、患者背景因子毎の揺らぎの表示例について説明する。なお、患者背景因子毎の揺らぎの表示は、数理モデルが層別化モデルや混合モデルである場合等、患者背景因子毎にモデルパラメータを決定されている場合に実施可能である。 As another example, fluctuations may be displayed for each patient background factor. Below, as variant example 2, an example of displaying fluctuations for each patient background factor is described. Note that displaying fluctuations for each patient background factor can be implemented when model parameters are determined for each patient background factor, such as when the mathematical model is a stratified model or a mixed model.
図21は、患者背景因子毎の揺らぎの表示画面I3を示す図である。図21に示すように、表示画面I3には、患者背景因子を選択するためのGUIボタンが表示される。例えば、図21の場合、患者背景因子「年齢」を選択するための年齢ボタン、患者背景因子「性別」を選択するための性別ボタン、患者背景因子「BMI」を選択するためのBMIボタンが表示欄I11に表示されている。これらGUIボタンは、ユーザにより入力インタフェース43を介して選択可能に表示される。 Figure 21 is a diagram showing display screen I3 of fluctuations for each patient background factor. As shown in Figure 21, display screen I3 displays GUI buttons for selecting patient background factors. For example, in Figure 21, an age button for selecting the patient background factor "age," a gender button for selecting the patient background factor "gender," and a BMI button for selecting the patient background factor "BMI" are displayed in display field I11. These GUI buttons are displayed so that the user can select them via input interface 43.
任意のGUIボタンが選択された場合、処理回路41は、選択されたGUIボタンに対応する患者背景因子により強く揺らいでいるノードやエッジを強調して表示する。当該ノードやエッジは、例えば、以下の方法により強調表示される。まず、処理回路41は、選択されたGUIボタンに対応する患者背景因子を着目因子として特定する。処理回路41は、各ノードやエッジのモデルパラメータのうちの着目因子に関連するモデルパラメータを特定する。例えば、モデルパラメータとしては、特定された患者背景因子の係数である(8)式の重みαvや(9)式の重みαwが特定される。処理回路41は、特定されたモデルパラメータが閾値以上の値を有する場合、当該モデルパラメータに係るノードやエッジが、着目因子により強く揺らいでいるノードやエッジとして、強調される。他の方法として、処理回路41は、着目因子以外の患者背景因子の値を固定し、着目因子の値を大きく変えて、計算されるノードやエッジの揺らぎを強調してもよい。 When a GUI button is selected, the processing circuitry 41 highlights and displays nodes and edges that are strongly fluctuating due to the patient background factor corresponding to the selected GUI button. The nodes and edges are highlighted, for example, by the following method. First, the processing circuitry 41 identifies the patient background factor corresponding to the selected GUI button as a factor of interest. The processing circuitry 41 identifies a model parameter associated with the factor of interest among the model parameters of each node or edge. For example, the model parameters identified are the weight α v in equation (8) and the weight α w in equation (9), which are coefficients of the identified patient background factor. If the identified model parameter has a value equal to or greater than a threshold, the processing circuitry 41 highlights the node or edge associated with the model parameter as a node or edge that is strongly fluctuating due to the factor of interest. As an alternative method, the processing circuitry 41 may fix the values of patient background factors other than the factor of interest and significantly change the value of the factor of interest to highlight the fluctuation of the calculated node or edge.
例えば、図21に示すように、興味のある患者背景因子としてBMIが選択された場合、可視化グラフ81のうちの、BMIにより強く揺らいでいるノード82やエッジ83が強調して表示される。他のノード82及びエッジ83は、強く揺らいでいるノード82やエッジ83に比して薄く表示される。これにより、興味のある患者背景因子に関連するノードやエッジの揺らぎのみを可視化することが可能である。 For example, as shown in Figure 21, when BMI is selected as the patient background factor of interest, nodes 82 and edges 83 in the visualized graph 81 that fluctuate strongly due to BMI are displayed in an emphasized manner. Other nodes 82 and edges 83 are displayed lighter than the strongly fluctuating nodes 82 and edges 83. This makes it possible to visualize only the fluctuations of nodes and edges related to the patient background factor of interest.
変形例2によれば、ユーザが興味のある患者背景因子に限定した揺らぎを表示することができる。ユーザは、個別の患者背景因子の揺らぎを確認することが可能になる。 Variation 2 allows the display of fluctuations limited to the patient background factors that the user is interested in. This allows the user to check the fluctuations of individual patient background factors.
他の例として、2以上の診療事象カテゴリが選択されてもよい。以下、変形例3として、治療カテゴリ及び反応カテゴリが選択されたときの揺らぎの表示例について説明する。治療カテゴリ及び反応カテゴリに関する可視化グラフを治療-反応グラフと呼ぶ。治療-反応グラフと共に揺らぎが表示される。 As another example, two or more medical event categories may be selected. Below, as variant example 3, an example of the display of fluctuations when a treatment category and a response category are selected will be described. The visualized graph relating to the treatment category and response category is called a treatment-response graph. Fluctuations are displayed together with the treatment-response graph.
図22は、治療-反応グラフ及び揺らぎの表示画面I3を示す図である。図22に示すように、表示対象の診療事象カテゴリとして治療及び反応が選択されている。また、対象患者として、心不全に該当する患者「00001」、患者「00002」及び患者「00003」が選択されている。この場合、患者「00001」、患者「00002」及び患者「00003」に、治療事象と反応事象との関係性を示す医療知識グラフを可視化した可視化グラフである治療-反応グラフが表示欄I11に表示される。例えば、利尿剤の投与を表す治療事象「利尿剤」のノードと、利尿が40mL/h以上を表す反応(より詳細には、治療反応)事象「利尿40mL/h以上」のノードと、尿に電解質異常が発生したことを表す反応(より詳細には、副作用)事象「電解質異常」のノードとが、エッジを介して接続されている。 Figure 22 is a diagram showing the treatment-response graph and fluctuation display screen I3. As shown in Figure 22, treatment and response are selected as the medical event category to be displayed. Furthermore, patient "00001," patient "00002," and patient "00003," who are all suffering from heart failure, are selected as the target patients. In this case, a treatment-response graph, which is a visualized graph that visualizes a medical knowledge graph showing the relationship between treatment events and response events, is displayed in display field I11 for patient "00001," patient "00002," and patient "00003." For example, the node for the treatment event "Diuretic," which represents the administration of a diuretic, the node for the response (more specifically, treatment response) event "Diuresis 40 mL/h or greater," which represents diuresis of 40 mL/h or greater, and the node for the response (more specifically, side effect) event "Electrolyte Abnormality," which represents the occurrence of an electrolyte abnormality in the urine, are connected via edges.
各エッジには、エッジ特徴量の揺らぎの程度を表す数値が付されている。例えば、患者「00001」の治療-反応グラフには、治療事象「利尿剤」から「利尿40mL/h以上」へのエッジには、エッジの相関又は因果の程度として数値「90%」が表示され、治療事象「利尿剤」から「電解質異常」へのエッジには、エッジの相関又は因果の程度として数値「5%」が表示される。なお、図22に示すように、患者間において相関又は因果の程度が異なることは、揺らぎが生じていることを意味する。エッジの相関又は因果の程度は、数値で表す方法のみに限定されず、図22に示すように、エッジの太さ等の形態で表してもよい。 Each edge is assigned a numerical value that represents the degree of fluctuation in the edge feature. For example, in the treatment-response graph for patient "00001," the edge from the treatment event "diuretic" to "diuresis 40 mL/h or more" displays a numerical value of "90%" as the degree of correlation or causality of the edge, and the edge from the treatment event "diuretic" to "electrolyte abnormality" displays a numerical value of "5%" as the degree of correlation or causality of the edge. Note that, as shown in Figure 22, differences in the degree of correlation or causality between patients indicate the occurrence of fluctuation. The degree of correlation or causality of an edge is not limited to being represented numerically, but may also be represented in the form of edge thickness, as shown in Figure 22.
変形例3によれば、治療-反応グラフと合わせて揺らぎを表示することが可能である。治療-反応グラフを表示することにより、治療効果予測を行うことができるが、この際に、エッジ特徴量等の揺らぎを表示することにより、患者間の治療効果の揺らぎを評価することも可能である。 According to variant 3, it is possible to display fluctuations together with the treatment-response graph. By displaying the treatment-response graph, it is possible to predict the treatment effect, but at this time, by displaying fluctuations in edge features, etc., it is also possible to evaluate the fluctuations in treatment effect between patients.
上記の説明の通り、本実施形態に係る医用情報処理装置4は、処理回路41とメモリ42とを有する。処理回路41は、1以上の対象患者の背景因子に関する患者背景情報を取得する。メモリ42は、診療事象に対応するノードと当該ノード間の関係性を表すエッジとを有する医療知識グラフを記憶する。医療知識グラフのグラフ特徴量は、患者背景情報に特徴付けられた数理モデルにより表現される。処理回路41は、対象患者の患者背景情報と数理モデルとに基づいて、対象患者に関するグラフ特徴量の揺らぎを算出する。処理回路41は、グラフ特徴量の揺らぎを表示する。 As described above, the medical information processing device 4 according to this embodiment has a processing circuitry 41 and a memory 42. The processing circuitry 41 acquires patient background information relating to the background factors of one or more target patients. The memory 42 stores a medical knowledge graph having nodes corresponding to medical events and edges representing the relationships between the nodes. The graph features of the medical knowledge graph are expressed by a mathematical model characterized by the patient background information. The processing circuitry 41 calculates the fluctuation of the graph features relating to the target patient based on the patient background information and the mathematical model. The processing circuitry 41 displays the fluctuation of the graph features.
上記の構成によれば、患者背景情報間のグラフ特徴量の揺らぎを表示することが可能になる。揺らぎは、患者等への疾患を説明するときに表示すると有用である。例えば、同じ疾患でも特定の症状の出る人、出ない人がいることが理解したり、同じ疾患でも治療効果が大きい人、小さい人がいることが理解したりすることができる。また、揺らぎは、研究仮説を発掘するときに表示しても有用である。例えば、新しいサブタイプ分類の候補を知ることがしたり、研究デザインの適格基準を把握したりすることもできる。また、揺らぎは、病名候補推定や治療反応予測、予後予測を行うときに表示しても有用である。例えば、個人差を考慮した推定を行うことができる。 The above configuration makes it possible to display the fluctuations in graph features between patient background information. Displaying the fluctuations is useful when explaining a disease to patients, etc. For example, it allows them to understand that some people with the same disease may experience certain symptoms while others do not, or that some people with the same disease may respond well to treatment while others do not. Displaying the fluctuations is also useful when discovering research hypotheses. For example, it can help identify new subtype classification candidates and understand the eligibility criteria for research design. Displaying the fluctuations is also useful when estimating disease candidates, predicting treatment responses, and predicting prognosis. For example, it allows for estimations that take individual differences into account.
また、グラフ特徴量の揺らぎを医療知識グラフのノードやエッジに可視化することにより、診療事象間の関係性について、共通的な概念や解釈性を維持したまま、患者の個人差を可視化することができる。 Furthermore, by visualizing fluctuations in graph features on the nodes and edges of a medical knowledge graph, it is possible to visualize individual patient differences while maintaining common concepts and interpretability regarding the relationships between medical events.
以下、本実施形態に係る医用情報システム100の種々の応用例について説明する。以下の応用例は、上記の種々の実施例に適宜適用可能である。 Various application examples of the medical information system 100 according to this embodiment are described below. The following application examples can be applied as appropriate to the various embodiments described above.
(応用例1)
図23は、応用例1に係るグラフ特徴量の概要を表す図である。図23に示すように、患者グラフ20Aの各ノードには、グラフ特徴量として、該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び/又は場所的特徴量等の診療事象情報が割り当てられる。該当/非該当特徴量は、当該ノードに対応する診療事象に該当する度合い又は該当しない度合いを表す情報である。時間的特徴量は、診療事象が発生した時間に関する情報である。具体的には、時間的特徴量は、診療事象の発生日時や発生順序、発生回数等である。場所的特徴量は、診療事象が発生した場所に関する情報である。具体的には、場所的情報は、診療事象の発生位置や発生場所等である。発生位置は、診療事象が発生した地点を表すGPS(Global Positioning System)等のセンサ情報である。発生場所は、診療事象が診断された医療機関、診療科、自宅又は病院の住所や名称である。
(Application example 1)
FIG. 23 is a diagram illustrating an overview of graph features according to Application Example 1. As shown in FIG. 23 , medical event information such as a relevant/non-relevant feature, a temporal feature, and/or a location feature is assigned to each node of the patient graph 20A as graph features. The relevant/non-relevant feature is information indicating the degree to which the node corresponds to the medical event. The temporal feature is information regarding the time when the medical event occurred. Specifically, the temporal feature is the date and time of the occurrence of the medical event, the order of occurrence, the number of occurrences, etc. The location feature is information regarding the location where the medical event occurred. Specifically, the location information is the location or location of the occurrence of the medical event. The location of occurrence is sensor information such as GPS (Global Positioning System) that indicates the point where the medical event occurred. The location of occurrence is the address or name of the medical institution, department, home, or hospital where the medical event was diagnosed.
上記の通り、処理回路41は、揺らぎ算出機能413の実現により、対象患者の患者背景情報と数理モデルとに基づいて、対象患者に関するグラフ特徴量の揺らぎを算出する。該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量各々は、(8)式の数理モデルで数式化される。該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量各々の揺らぎは、例えば、複数患者間の当該特徴量のばらつき指標として算出されればよい。処理回路41は、可視化グラフ生成機能414の実現により、各特徴量の揺らぎに応じた表示形態を有する可視化グラフを生成する。揺らぎの表示対象の特徴量は、該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量の中から任意に選択可能である。処理回路41は、表示制御機能416の実現により、生成された可視化グラフを、揺らぎに応じた表示形態で表示する。 As described above, the processing circuitry 41, by implementing the fluctuation calculation function 413, calculates the fluctuation of graph features related to the target patient based on the patient background information and mathematical model of the target patient. The relevant/non-relevant features, temporal features, and location features are each expressed mathematically using the mathematical model of equation (8). The fluctuations of the relevant/non-relevant features, temporal features, and location features may be calculated, for example, as an index of variation in the feature between multiple patients. The processing circuitry 41, by implementing the visualization graph generation function 414, generates a visualization graph having a display format corresponding to the fluctuation of each feature. The feature to be displayed for the fluctuation can be selected arbitrarily from the relevant/non-relevant features, temporal features, and location features. The processing circuitry 41, by implementing the display control function 416, displays the generated visualization graph in a display format corresponding to the fluctuation.
処理回路41は、該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量の総合的な揺らぎを算出してもよい。一例として、処理回路41は、該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量各々の揺らぎを算出し、各特徴量の揺らぎの統計値(平均値や最小値、最大値など)を、総合的な揺らぎとして算出するとよい。 The processing circuit 41 may calculate the overall fluctuation of the relevant/non-relevant feature, the temporal feature, and the location feature. As an example, the processing circuit 41 may calculate the fluctuation of each of the relevant/non-relevant feature, the temporal feature, and the location feature, and calculate the statistical value (average value, minimum value, maximum value, etc.) of the fluctuation of each feature as the overall fluctuation.
(応用例2)
図24は、応用例2に係るグラフ特徴量の概要を表す図である。図24に示すように、患者グラフ20Aの各ノードには、グラフ特徴量として、互いに発生時刻の異なる複数の診療事象情報から構成される時系列の診療事象情報が割り当てられている。診療事象情報は、時間に応じて値が変化する。例えば、診療事象の該当又は非該当は時間に応じて変化する。診療事象情報にはメタ情報として発生時間情報が割り当てられている。発生時間情報は、当該診療事象情報のタイムスタンプであり、例えば、当該診療事象の診断日時や記録日時等が割り当てられる。例えば、図24に示すように、各ノードには、時間tの診療事象情報、時間t+1の診療事象情報、時間t+2の診療事象情報がグラフ特徴量として割り当てられている。
(Application Example 2)
FIG. 24 is a diagram showing an overview of graph features related to Application Example 2. As shown in FIG. 24, time-series medical event information consisting of multiple pieces of medical event information with different occurrence times is assigned to each node of the patient graph 20A as a graph feature. The value of the medical event information changes over time. For example, whether a medical event is relevant or not changes over time. Occurrence time information is assigned to the medical event information as meta information. The occurrence time information is a timestamp of the medical event information, and is, for example, the diagnosis date and time or recording date and time of the medical event. For example, as shown in FIG. 24, medical event information at time t, medical event information at time t+1, and medical event information at time t+2 are assigned to each node as graph features.
応用例2に係る処理回路41は、時系列のグラフ特徴量に基づいてグラフ特徴量の揺らぎを算出する。 The processing circuit 41 in application example 2 calculates the fluctuation of graph features based on the time-series graph features.
図25は、応用例2に係る機械学習モデル60Aのネットワーク構成例を示す図である。図25に示すように、機械学習モデル60Aは、グラフ畳み込み層61、読出層62及びRNN(再帰型ニューラルネットワーク:Recurrent Neural Network)層64を有する。RNN層64は、時系列のグラフ特徴量20Cから疾患分類情報71を出力する。 Figure 25 is a diagram showing an example network configuration of a machine learning model 60A related to Application Example 2. As shown in Figure 25, the machine learning model 60A has a graph convolution layer 61, a readout layer 62, and an RNN (Recurrent Neural Network) layer 64. The RNN layer 64 outputs disease classification information 71 from the time-series graph features 20C.
図25に示すように、時間tのグラフ特徴量が割り当てられた患者グラフ20A0、時間t+1のグラフ特徴量が割り当てられた患者グラフ20A1及び時間t+2のグラフ特徴量が割り当てられた患者グラフ20A2が処理対象であるとする。処理回路31は、患者グラフ20A0、患者グラフ20A1及び患者グラフ20A2をグラフ畳み込み層61に入力して、患者グラフ20A0に対応する畳み込み後の患者グラフ、患者グラフ20A1に対応する畳み込み後の患者グラフ及び患者グラフ20A2に対応する畳み込み後の患者グラフを出力し、各畳み込み後の患者グラフを読出し層62に入力して時間tの特徴ベクトル20C0、時間t+1の特徴ベクトル20C1、時間t+2の特徴ベクトル20C2を出力する。特徴ベクトル20C0は時間tのグラフ特徴量のベクトル表現であり、特徴ベクトル20C1は時間t+1のグラフ特徴量のベクトル表現であり、特徴ベクトル20C2は時間t+2のグラフ特徴量のベクトル表現である。 As shown in Figure 25, assume that the processing targets are patient graph 20A0, which is assigned a graph feature at time t, patient graph 20A1, which is assigned a graph feature at time t+1, and patient graph 20A2, which is assigned a graph feature at time t+2. The processing circuit 31 inputs patient graphs 20A0, 20A1, and 20A2 to the graph convolution layer 61, outputs a convolved patient graph corresponding to patient graph 20A0, a convolved patient graph corresponding to patient graph 20A1, and a convolved patient graph corresponding to patient graph 20A2, and inputs each convolved patient graph to the readout layer 62, which outputs feature vector 20C0 at time t, feature vector 20C1 at time t+1, and feature vector 20C2 at time t+2. Feature vector 20C0 is a vector representation of the graph feature at time t, feature vector 20C1 is a vector representation of the graph feature at time t+1, and feature vector 20C2 is a vector representation of the graph feature at time t+2.
図25に示すように、処理回路31は、特徴ベクトル20C0、特徴ベクトル20C1及び特徴ベクトル20C2をRNN層64に入力して単一の疾患分類情報71を出力する。RNN層64を利用することにより、系列的な複数の時刻の診療事象情報を利用して種々の疾患の該当確率を得ることが可能になる。RNN層64の重みパラメータは、患者背景情報の影響を受ける。RNN層64の重みパラメータwiは、(9)式に類似して、係数、ノード特徴量及びバイアスを要素とする数理モデルで表すことが可能である。 As shown in Figure 25, the processing circuitry 31 inputs the feature vectors 20C0, 20C1, and 20C2 to the RNN layer 64 and outputs a single disease classification information 71. By using the RNN layer 64, it is possible to obtain the probability of various diseases by using medical event information at multiple sequential times. The weight parameters of the RNN layer 64 are affected by patient background information. The weight parameters w i of the RNN layer 64 can be expressed by a mathematical model with coefficients, node features, and biases as elements, similar to equation (9).
応用例2においては、揺らぎの成分に患者背景の時間的変化が組み込まれる。応用例2に係る患者背景情報は、互いに発生時刻の異なる複数の患者背景情報から構成される時系列の患者背景情報が割り当てられている。各患者背景情報は、年齢や性別、BMI、病歴等の患者背景因子を有している。上記の通り、機械学習モデルに関与する要素のうちの揺らぎを有する要素としては、ノード特徴量とエッジ特徴量とがある。 In Application Example 2, temporal changes in patient background are incorporated into the fluctuation components. The patient background information in Application Example 2 is assigned time-series patient background information consisting of multiple pieces of patient background information with different occurrence times. Each piece of patient background information has patient background factors such as age, gender, BMI, and medical history. As described above, the elements that have fluctuations among the elements involved in the machine learning model include node features and edge features.
応用例2に係るノード特徴量の算出例について説明する。上記図14や(8)式に示す通り、ノード特徴量viは、係数(αvZ+βv)と初期的なノード特徴量xiとの積と、バイアスbvとの和で表される。応用例2においては、(8)式の患者背景情報Zを、下記(10)式に示す患者背景情報Z´に置き換えることにより、ノード特徴量viを算出することが可能である。 An example of calculating a node feature according to Application Example 2 will be described. As shown in FIG. 14 and equation (8) above, the node feature v i is expressed as the sum of the product of the coefficient (α v Z+β v ) and the initial node feature x i and the bias b v . In Application Example 2, the node feature v i can be calculated by replacing the patient background information Z in equation (8) with patient background information Z' shown in equation (10) below.
Z´=RNN(Z[t]) (10) Z′=RNN(Z[t]) (10)
(10)式に示すRNN(Z[t])の具体的なアルゴリズムとしては、エルマンネットワークやジョーダンネットワーク、LSTM(long short-term memory)、GRU(gated recurrent unit)等、種々のアルゴリズムが適用可能である。 Specific algorithms for the RNN (Z[t]) shown in equation (10) can include various algorithms such as Elman networks, Jordan networks, LSTM (long short-term memory), and GRU (gated recurrent units).
(9)式により表されるRNN層64の重みパラメータwiについても、(9)式の患者背景情報Zを、(10)式に示す患者背景情報Z´に置き換えることにより算出することが可能である。 The weighting parameter w i of the RNN layer 64 expressed by equation (9) can also be calculated by replacing the patient background information Z in equation (9) with the patient background information Z′ shown in equation (10).
応用例2に係るエッジ特徴量の算出例について以下に説明する。上記図11、(2)及び(3)式に例示する通り、処理回路31は、複数の患者の診療事象情報に基づいて、診療事象xと診療事象yとを結ぶエッジについてグレンジャー因果性検定を行い、当該エッジのエッジ特徴量を表す数理モデルのモデルパラメータである重みWx及びバイアスbxを決定し、重みWx及びバイアスbxに基づいてエッジ特徴量である係数αxを決定する。応用例2においては、(3)式の患者背景情報Zを、上記(10)式に示す患者背景情報Z´に置き換えることにより、重みWx及びバイアスbxを決定することが可能である。 An example of calculating an edge feature amount according to Application Example 2 will be described below. As illustrated in the above-described Fig. 11 and formulas (2) and (3), the processing circuitry 31 performs a Granger causality test on an edge connecting a medical event x and a medical event y based on medical event information of a plurality of patients, determines a weight Wx and a bias bx , which are model parameters of a mathematical model representing the edge feature amount of the edge, and determines a coefficient αx, which is an edge feature amount, based on the weight Wx and the bias bx . In Application Example 2, the weight Wx and the bias bx can be determined by replacing the patient background information Z in formula (3) with the patient background information Z' shown in formula (10).
(応用例3)
応用例2においては各ノードに時系列のグラフ特徴量が割り当てられるものとした。応用例3においては患者グラフ自体が時系列で変化する。
(Application Example 3)
In Application Example 2, a time-series graph feature is assigned to each node. In Application Example 3, the patient graph itself changes in time series.
応用例3に係る医用情報学習装置3の処理回路31は、一旦学習済みモデルを生成した後においても、発生時刻の異なる学習サンプル(診療情報)を継続的に取得する。上記の通り、学習サンプルは、すなわち、診療事象情報及び疾患情報の組合せである。処理回路31は、取得された複数の診療情報に基づいて、定期又は不定期に機械学習モデルの学習パラメータ及び数理モデルのモデルパラメータを継続学習(Continuous Learning)する。継続学習により発生時刻の異なる時系列の学習済みモデルが生成されることとなる。なお、学習パラメータは、隣接行列及び/又は機械学習モデルの学習パラメータを含む。各時点の学習済みモデルに各時点の畳み込み前の患者グラフを適用し、各時点の畳み込み後の患者グラフが生成される。これにより、各ノードのグラフ特徴量及びノード間の接続関係が時系列で変化する時系列の患者グラフを生成することが可能である。 The processing circuitry 31 of the medical information learning device 3 in Application Example 3 continuously acquires learning samples (clinical information) with different occurrence times, even after generating a trained model. As described above, a learning sample is a combination of medical event information and disease information. The processing circuitry 31 performs continuous learning of the learning parameters of the machine learning model and the model parameters of the mathematical model on a regular or irregular basis based on the acquired multiple pieces of medical information. This continuous learning generates a time-series trained model with different occurrence times. The learning parameters include an adjacency matrix and/or learning parameters of the machine learning model. The patient graph before convolution at each time point is applied to the trained model at each time point, generating a patient graph after convolution at each time point. This makes it possible to generate a time-series patient graph in which the graph features of each node and the connection relationships between nodes change over time.
時系列の学習済みモデルを構成する各発生時刻の学習済みモデルは、当該時刻までに取得された学習サンプルに基づいて、上記図9に示す処理手順に従い訓練される。この際、隣接行列A及び/又は重みパラメータWの更新の前後において患者グラフの特性が大きく変わることを抑制するために、下記(11)及び(12)式に示すように、損失関数に正則化項が設けられてもよい。(11)式は、隣接行列Aの更新に係る正規化項Lregであり、処理基準時刻の隣接行列Aと他の時刻の隣接行列A´との間のカルバックライブラー情報量により表される。(12)式は、重みパラメータW(l)の更新に係る正規化項Lregであり、処理基準時刻の重みパラメータW(l)と他の時刻の重みパラメータW´(l)との間のカルバックライブラー情報量により表される。 The trained model for each occurrence time constituting the time series trained model is trained according to the processing procedure shown in FIG. 9 based on the training samples acquired up to that time. At this time, in order to suppress a large change in the characteristics of the patient graph before and after updating the adjacency matrix A and/or the weight parameter W, a regularization term may be provided in the loss function as shown in the following equations (11) and (12). Equation (11) is the normalization term L reg related to the update of the adjacency matrix A, and is expressed by the Kullback-Leibler divergence between the adjacency matrix A at the processing reference time and the adjacency matrix A′ at another time. Equation (12) is the normalization term L reg related to the update of the weight parameter W (l) , and is expressed by the Kullback-Leibler divergence between the weight parameter W (l) at the processing reference time and the weight parameter W′ (l) at another time.
(応用例4)
上記の幾つかの実施例においては、患者グラフの各ノードに、グラフ特徴量として、場所的特徴量等の空間情報が割り当てられるものとした。応用例4においては患者グラフ自体に空間の概念が追加される。
(Application Example 4)
In some of the above-described embodiments, spatial information such as location features is assigned to each node of the patient graph as a graph feature. In Application Example 4, the concept of space is added to the patient graph itself.
図26は、応用例4に係る患者グラフと空間情報との関係性を模式的に示す図である。図26に示すように、各患者グラフに、当該患者グラフの対象患者に関する空間情報が割り当てられる。空間情報は、その要素として、場所的情報と生物学的情報とを含む。場所的情報は、対象患者の現在位置を表すGPS等のセンサ情報であってもよいし、対象患者が受診する医療機関、対象患者の自宅住所、対象患者が入院している病室等の位置でもよい。生物学的情報は、対象患者の血縁関係や病歴、遺伝子配列情報等を含む。患者グラフに空間情報を埋め込むことにより、空間情報の関係の有無又は程度に従い複数の患者グラフが配置されたネットワーク(以下、患者グラフネットワーク)を構成することが可能である。 Figure 26 is a diagram schematically illustrating the relationship between patient graphs and spatial information in Application Example 4. As shown in Figure 26, spatial information related to the target patient of each patient graph is assigned to that patient graph. The spatial information includes locational information and biological information as its elements. The locational information may be sensor information such as GPS indicating the current location of the target patient, or the location of the medical institution where the target patient visits, the target patient's home address, or the hospital room where the target patient is hospitalized. The biological information includes the target patient's blood relationship, medical history, gene sequence information, etc. By embedding spatial information in the patient graph, it is possible to construct a network (hereinafter referred to as a patient graph network) in which multiple patient graphs are arranged according to the presence or degree of spatial information relationship.
図27は、患者グラフネットワーク200の概念を示す図である。図27に示すように、患者グラフネットワーク200は、空間情報の関係の有無又は程度に従い連結された複数の患者グラフにより構成される。図27は、4個の患者グラフ201,202,203,204を例示しているが、患者グラフの個数は2個以上であれば特に限定されない。 Figure 27 is a diagram illustrating the concept of the patient graph network 200. As shown in Figure 27, the patient graph network 200 is composed of multiple patient graphs that are connected according to the presence or absence or degree of spatial information relationship. Figure 27 illustrates four patient graphs 201, 202, 203, and 204, but the number of patient graphs is not particularly limited as long as it is two or more.
互いにエッジで接続された患者グラフ同士(例えば、患者グラフ201と患者グラフ202)は互いに空間情報の関係性を有することを意味する。反対に、エッジで接続されていない患者グラフ同士(例えば、患者グラフ201と患者グラフ204)は互いに空間情報の関係性を有しないことを意味する。また、エッジで接続された患者グラフ同士の距離は、空間情報の関係性の程度を表している。処理回路31は、空間情報の関係性の程度を、場所的情報については、例えば、両者の自宅住所や病室間の距離に基づいて評価することが可能である。処理回路31は、生物学的情報については、両者の親等数、病歴の医学的関係性、遺伝子配列の一致率に基づいて評価することが可能である。処理回路31は、空間情報の関係性の有無を、上記方法により評価された程度と閾値との比較に基づいて判定することが可能である。エッジは、空間情報の上記要素の総合評価に基づいて形成されてもよいし、上記要素毎に形成されてもよい。 Patient graphs connected to each other by an edge (e.g., patient graph 201 and patient graph 202) have a spatial information relationship. Conversely, patient graphs not connected to each other by an edge (e.g., patient graph 201 and patient graph 204) do not have a spatial information relationship. The distance between patient graphs connected by an edge represents the degree of spatial information relationship. The processing circuitry 31 can evaluate the degree of spatial information relationship based on locational information, such as the home addresses of the two patients or the distance between their hospital rooms. The processing circuitry 31 can evaluate biological information based on the degree of kinship between the two patients, the medical relationship in their medical history, and the degree of match in their gene sequences. The processing circuitry 31 can determine whether or not there is a spatial information relationship based on a comparison between the degree evaluated by the above method and a threshold. Edges may be formed based on a comprehensive evaluation of the above elements of spatial information, or may be formed for each of the above elements.
患者グラフに空間情報を割り当てることにより、対象患者の患者グラフに空間情報が近接する患者グラフを容易に検索することが可能である。一例として、処理回路31は、対象患者の患者グラフにエッジで接続された患者グラフを、対象患者に空間情報が近接する患者の患者グラフとして、抽出することが可能である。 By assigning spatial information to patient graphs, it is possible to easily search for patient graphs whose spatial information is close to that of the target patient. As an example, the processing circuitry 31 can extract patient graphs connected by edges to the patient graph of the target patient as patient graphs of patients whose spatial information is close to that of the target patient.
なお、空間情報は、場所的情報と生物学的情報との双方を含むことに限定されず、場所的情報と生物学的情報との何れか一方のみを含んでもよい。 Note that spatial information is not limited to including both location information and biological information, and may include only either location information or biological information.
(応用例5)
応用例5は、応用例4に係る空間情報を利用するものである。応用例5に係る医用情報処理装置3の処理回路31は、対象患者とは異なる患者の患者グラフのグラフ特徴量を、対象患者の患者グラフに畳み込む。
(Application Example 5)
Application example 5 utilizes the spatial information according to application example 4. The processing circuitry 31 of the medical information processing device 3 according to application example 5 convolves graph features of a patient graph of a patient different from the target patient onto the patient graph of the target patient.
図28は、応用例5に係るグラフ特徴量の概要を表す図である。図28に示すように、患者グラフ20Bの各ノードには、グラフ特徴量として、該当/非該当特徴量、時間的特徴量、場所的特徴量及び/又は空間的近接患者特徴量等の診療事象情報が割り当てられる。該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量は、応用例1で説明した通りである。空間的近接患者特徴量は、対象患者に空間情報が近接している他の患者の診療事象情報である。例えば、診療事象「頭痛」のノードには、対象患者の該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量の他、対象患者の父親及び/又は母親の該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量が割り当てられることとなる。 Figure 28 is a diagram showing an overview of graph features related to Application Example 5. As shown in Figure 28, medical event information such as relevant/non-relevant features, temporal features, location features, and/or spatially proximate patient features is assigned as graph features to each node of the patient graph 20B. The relevant/non-relevant features, temporal features, and location features are as described in Application Example 1. Spatially proximate patient features are medical event information of other patients whose spatial information is proximate to that of the target patient. For example, the node for the medical event "headache" is assigned the relevant/non-relevant features, temporal features, and location features of the target patient, as well as the relevant/non-relevant features, temporal features, and location features of the target patient's father and/or mother.
応用例5に係る処理回路31は、応用例5に係る診療事象情報を医療知識グラフに写像して対象患者の患者グラフ20Aを生成する。応用例5に係る診療事象情報は、診療事象毎に該当/非該当特徴量、時間的特徴量、場所的特徴量及び空間的近接患者特徴量を含んでいる。該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量は、対象患者の診療事象情報である。空間的近接患者特徴量は、対象患者に空間情報が近接する他の患者の診療事象情報である。すなわち、応用例5に係る処理回路31は、対象患者の診療事象情報と他の患者の診療事象情報とを各ノードのノード特徴量として当該ノードに写像する。写像により、各ノードに該当/非該当特徴量、時間的特徴量、場所的特徴量及び空間的近接患者特徴量が割り当てられた患者グラフ20Bが生成される。 The processing circuitry 31 of Application Example 5 maps the medical event information of Application Example 5 onto a medical knowledge graph to generate a patient graph 20A for the target patient. The medical event information of Application Example 5 includes, for each medical event, relevant/non-relevant features, temporal features, location features, and spatially proximate patient features. The relevant/non-relevant features, temporal features, and location features are medical event information for the target patient. The spatially proximate patient features are medical event information for other patients whose spatial information is proximate to the target patient. In other words, the processing circuitry 31 of Application Example 5 maps the medical event information of the target patient and the medical event information of other patients onto each node as the node features of that node. Through the mapping, a patient graph 20B is generated in which relevant/non-relevant features, temporal features, location features, and spatially proximate patient features are assigned to each node.
その後、処理回路31は、該当/非該当特徴量、時間的特徴量、場所的特徴量及び空間的近接患者特徴量が割り当てられたノードを有する患者グラフを、機械学習モデル60に適用して、疾患分類情報等の医学的判断情報を推定する。応用例5によれば、各診療事象の該当/非該当特徴量、時間的特徴量、場所的特徴量及び空間的近接患者特徴量を考慮して医学的判断情報を推定することが可能になる。これにより対象患者だけでなく、対象患者に空間情報が近接する患者の診療情報(グラフ特徴量)を考慮した医学的判断情報を推定することが可能である。なお、各ノードには該当/非該当特徴量、時間的特徴量、場所的特徴量及び空間的近接患者特徴量の全て割り当てられている必要はなく、空間的近接患者特徴量と、該当/非該当特徴量、時間的特徴量及び場所的特徴量のうちの何れか2種又は1種とが割り当てられてもよい。 Then, the processing circuitry 31 applies the patient graph having nodes assigned with relevant/non-relevant features, temporal features, location features, and spatially proximate patient features to the machine learning model 60 to estimate medical judgment information such as disease classification information. According to Application Example 5, it is possible to estimate medical judgment information by taking into account the relevant/non-relevant features, temporal features, location features, and spatially proximate patient features of each medical event. This makes it possible to estimate medical judgment information that takes into account the medical information (graph features) of not only the target patient, but also patients whose spatial information is proximate to the target patient. Note that each node does not need to be assigned all of the relevant/non-relevant features, temporal features, location features, and spatially proximate patient features; it may be assigned any two or one of the spatially proximate patient features and the relevant/non-relevant features, temporal features, and location features.
(応用例6)
上記の幾つかの実施例において処理回路31は、患者グラフに基づく可視化グラフの表示について、症状、身体所見、検査所見、治療、治療反応及び副作用を含む全ての診療事象カテゴリのうちの一部カテゴリに属するノード及びエッジのみ含む部分患者グラフに基づく可視化グラフを表示するものとした。しかしながら、処理回路31は、図2に示すように、全ての診療事象カテゴリに亘る患者グラフ全体に基づく可視化グラフを表示してもよい。この際、処理回路31は、各カテゴリを色等の視覚効果により識別可能に可視化グラフを表示してもよい。これにより、患者グラフ全体を俯瞰することが可能になる。
(Application Example 6)
In some of the above embodiments, the processing circuitry 31 displays a visualized graph based on a partial patient graph that includes only nodes and edges belonging to some of all medical event categories, including symptoms, physical findings, test findings, treatments, treatment responses, and side effects. However, the processing circuitry 31 may also display a visualized graph based on the entire patient graph across all medical event categories, as shown in FIG. 2 . In this case, the processing circuitry 31 may display the visualized graph so that each category can be distinguished by a visual effect such as color. This makes it possible to get an overview of the entire patient graph.
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、患者間の個人差を可視化することができる。 At least one of the embodiments described above makes it possible to visualize individual differences between patients.
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU、GPU、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC))、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、プログラムを実行するのではなく、論理回路の組合せにより当該プログラムに対応する機能を実現しても良い。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図1、図5及び図17における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。 The term "processor" used in the above description refers to circuits such as a CPU, GPU, or application-specific integrated circuit (ASIC), programmable logic device (e.g., simple programmable logic device (SPLD), complex programmable logic device (CPLD), and field programmable gate array (FPGA)). A processor realizes its functions by reading and executing a program stored in a memory circuit. Note that instead of storing a program in a memory circuit, the processor may be configured to directly incorporate the program into its circuit. In this case, the processor realizes its functions by reading and executing the program embedded in the circuit. Furthermore, rather than executing a program, the function corresponding to the program may be realized by combining logic circuits. Note that each processor in this embodiment is not limited to being configured as a single circuit per processor; it may also be configured as a single processor by combining multiple independent circuits to realize its function. Furthermore, multiple components in Figures 1, 5, and 17 may be integrated into a single processor to realize its function.
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, modifications, and combinations of embodiments may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are included within the scope and spirit of the invention, as well as within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
1 診療情報保管装置
2 医療知識グラフ保管装置
3 医用情報学習装置
4 医用情報処理装置
31 処理回路
32 メモリ
33 入力インタフェース
34 通信インタフェース
35 ディスプレイ
41 処理回路
42 メモリ
43 入力インタフェース
44 通信インタフェース
45 ディスプレイ
100 医用情報システム
REFERENCE SIGNS LIST 1 Medical information storage device 2 Medical knowledge graph storage device 3 Medical information learning device 4 Medical information processing device 31 Processing circuit 32 Memory 33 Input interface 34 Communication interface 35 Display 41 Processing circuit 42 Memory 43 Input interface 44 Communication interface 45 Display 100 Medical information system
Claims (22)
診療事象に対応するノードと当該ノード間の関係性を表すエッジとを有する医療知識グラフを記憶する部であって、前記医療知識グラフのグラフ特徴量は、患者背景情報に特徴付けられた数理モデルにより表現される、記憶部と、
前記対象患者の患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて、前記対象患者に関する前記グラフ特徴量の揺らぎを算出する算出部と、
前記グラフ特徴量の前記揺らぎを表示する表示制御部と、
を具備する医用情報処理装置。 an acquisition unit that acquires patient background information regarding one or more background factors of a target patient;
a storage unit for storing a medical knowledge graph having nodes corresponding to medical events and edges representing relationships between the nodes, wherein graph features of the medical knowledge graph are expressed by a mathematical model characterized by patient background information;
a calculation unit that calculates fluctuations of the graph feature amount related to the target patient based on patient background information of the target patient and the mathematical model;
a display control unit that displays the fluctuation of the graph feature;
A medical information processing device comprising:
前記表示制御部は、選択された前記表示対象の背景因子に関する前記グラフ特徴量の前記揺らぎを表示する、
請求項1記載の医用情報処理装置。 a selection unit for selecting background factors to be displayed from the patient background information;
the display control unit displays the fluctuation of the graph feature related to the background factor of the selected display object.
The medical information processing device according to claim 1.
前記表示制御部は、前記医療知識グラフから、表示対象のカテゴリに属するノード及び当該ノード間を結ぶエッジを含む部分グラフを抽出し、前記部分グラフを可視化した可視化グラフを表示し、前記可視化グラフに含まれるノード及び/又はエッジを前記揺らぎに応じた表示形態で表示する、
請求項1記載の医用情報処理装置。 a selection unit for selecting a category of the medical event to be displayed;
the display control unit extracts, from the medical knowledge graph, a subgraph including nodes belonging to a category to be displayed and edges connecting the nodes, displays a visualized graph that visualizes the subgraph, and displays the nodes and/or edges included in the visualized graph in a display form according to the fluctuation.
The medical information processing device according to claim 1.
前記モデルパラメータは、前記患者背景情報に基づいて決定される、
請求項1記載の医用情報処理装置。 the graph features of the medical knowledge graph are represented by the mathematical model with model parameters as variables;
The model parameters are determined based on the patient background information.
The medical information processing device according to claim 1.
前記算出部は、前記対象患者の前記患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて、前記対象患者に関する前記学習パラメータの揺らぎを算出し、
前記表示制御部は、前記学習パラメータの前記揺らぎを表示する、
請求項1記載の医用情報処理装置。 the storage unit further stores a machine learning model that estimates medical judgment information from the medical knowledge graph, and learning parameters of the machine learning model are expressed by the mathematical model characterized by the patient background information;
the calculation unit calculates fluctuations of the learning parameters related to the target patient based on the patient background information of the target patient and the mathematical model;
the display control unit displays the fluctuation of the learning parameter.
The medical information processing device according to claim 1.
前記算出部は、前記対象患者の前記時系列の患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて、前記対象患者に関する前記グラフ特徴量の前記揺らぎを算出する、
請求項1記載の医用情報処理装置。 the patient background information is time-series patient background information occurring at different times,
the calculation unit calculates the fluctuation of the graph feature related to the target patient based on the time-series patient background information of the target patient and the mathematical model.
The medical information processing device according to claim 1.
診療事象に対応するノードと当該ノード間の関係性を表すエッジとを有する医療知識グラフとを記憶する部であって、前記医療知識グラフのグラフ特徴量は、患者背景情報を含む数理モデルにより特徴付けられる、記憶部と、
複数の患者の患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて前記数理モデルのモデルパラメータを決定する学習部と、
を具備する医用情報学習装置。 an acquisition unit that acquires patient background information regarding background factors of a plurality of patients;
a storage unit that stores a medical knowledge graph having nodes corresponding to medical events and edges representing relationships between the nodes, wherein graph features of the medical knowledge graph are characterized by a mathematical model including patient background information;
a learning unit that determines model parameters of the mathematical model based on patient background information of a plurality of patients and the mathematical model;
A medical information learning device comprising:
前記モデルパラメータは、分散分析、グレンジャー因果推定又は因果効果推定に基づいて決定される、
請求項11記載の医用情報学習装置。 the graph feature is an edge type and/or an edge value,
The model parameters are determined based on analysis of variance, Granger causality estimation, or causal effect estimation.
The medical information learning device according to claim 11.
前記学習部は、前記複数の患者の前記患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて、前記学習パラメータを決定する、
請求項11記載の医用情報学習装置。 the storage unit further stores a machine learning model that estimates medical judgment information from the medical knowledge graph, and learning parameters of the machine learning model are expressed by the mathematical model characterized by the patient background information;
the learning unit determines the learning parameters based on the patient background information of the plurality of patients and the mathematical model.
The medical information learning device according to claim 11.
前記学習パラメータは、前記線形結合層の重みパラメータである、
請求項17記載の医用情報学習装置。 the machine learning model has a linear combination layer that estimates medical judgment information from the graph features of the medical knowledge graph;
The learning parameters are weight parameters of the linear combination layer.
18. The medical information learning device according to claim 17.
前記学習部は、複数の患者の時系列の患者背景情報と前記数理モデルとに基づいて、前記モデルパラメータを決定する、
請求項11記載の医用情報学習装置。
the patient background information is time-series patient background information,
the learning unit determines the model parameters based on time-series patient background information of a plurality of patients and the mathematical model.
The medical information learning device according to claim 11.
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