[go: up one dir, main page]

RU2806982C1 - Device and method for analysis of medical images - Google Patents

Device and method for analysis of medical images Download PDF

Info

Publication number
RU2806982C1
RU2806982C1 RU2022125285A RU2022125285A RU2806982C1 RU 2806982 C1 RU2806982 C1 RU 2806982C1 RU 2022125285 A RU2022125285 A RU 2022125285A RU 2022125285 A RU2022125285 A RU 2022125285A RU 2806982 C1 RU2806982 C1 RU 2806982C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
patient
data
pathology
neural network
Prior art date
Application number
RU2022125285A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рамиль Фуатович Кулеев
Миляуша Дамировна Рахматуллина
Александр Сергеевич Монголин
Булат Тимурович Максудов
Тамерлан Айдын Оглы Мустафаев
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис"
Application granted granted Critical
Publication of RU2806982C1 publication Critical patent/RU2806982C1/en

Links

Abstract

FIELD: image processing.
SUBSTANCE: device and method for determining pathology based on the analysis of medical images. A device is proposed that contains a unit for receiving data to be processed containing a medical image; a unit for preparing an image contained in the data to be processed for use by the neural network through performing one or more preliminary transformations on it; a block for predicting the presence or absence of pathology in an image using this neural network; and a block for transmitting the processing result to the device that requested data processing, wherein this neural network is pre-trained to predict the presence or absence of pathology, as well as the gender and age of the patient, and is configured to analyze only the prepared image during operation without using data on the patient’s gender and age shown in this image.
EFFECT: increased accuracy of automatic determination of the probability of pathology, the ability to use incompletely labeled data sets or incorrectly labeled data sets.
13 cl, 13 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к области обработки изображений, и, более конкретно, к устройству и способу для определения патологии на основе анализа медицинских изображений.The present invention relates to the field of image processing, and more particularly to an apparatus and method for determining pathology based on the analysis of medical images.

Уровень техникиState of the art

В традиционных способах диагностики патологий органов грудной клетки, которые использовались в медицине на протяжении десятилетий, оператор рентген-установки или врач визуально исследовал рентгеновское изображение, полученное установкой, и делал вывод о наличии или отсутствии той или иной патологии у обследуемого пациента.In traditional methods of diagnosing pathologies of the chest organs, which have been used in medicine for decades, the operator of an X-ray machine or doctor visually examined the X-ray image obtained by the machine and made a conclusion about the presence or absence of a particular pathology in the patient being examined.

Однако высокая распространенность раковых, сердечных, легочных заболеваний, а также вспышка covid-19, которая привела к существенному увеличению смертности от этих заболеваний, влекут за собой огромные социальные издержки. В медицинских учреждениях, осуществляющих диагностические и терапевтические мероприятия, наблюдается перегруженность и дефицит квалифицированных медицинских специалистов в области радиологических исследований, на оценку и трактовку результатов радиологических исследований оказывает влияние человеческий фактор, отсутствуют необходимые ресурсы для проведения повторных прочтений исследований. Практика осуществления диагностических мероприятий сопряжена с риском пропуска патологий при первичном анализе радиологических исследований.However, the high prevalence of cancer, heart and lung diseases, as well as the covid-19 outbreak, which has led to a significant increase in mortality from these diseases, entail enormous social costs. In medical institutions carrying out diagnostic and therapeutic activities, there is overload and a shortage of qualified medical specialists in the field of radiological studies; the assessment and interpretation of the results of radiological studies is influenced by the human factor; there are no necessary resources for conducting repeated readings of studies. The practice of carrying out diagnostic measures is associated with the risk of missing pathologies during the initial analysis of radiological studies.

Данные факторы требуют проведения фундаментальных исследований в этой области с целью разработки новых и более эффективных терапевтических и диагностических инструментов, в том числе для того, чтобы повысить качество врачебных решений и по возможности ускорить процесс принятия врачебных решений.These factors require fundamental research in this area in order to develop new and more effective therapeutic and diagnostic tools, including in order to improve the quality of medical decisions and, if possible, speed up the medical decision-making process.

Все это способствует внедрению в медицину современных цифровых методик обработки данных. Цифровизация здравоохранения сопровождается стремительно растущими объемами оцифрованной медицинской информации о пациентах, клинических баз данных и наборов медицинских данных, которые можно было бы использовать для поддержки принятия врачебных решений. В последние годы для работы над такими задачами все чаще применяются технологии искусственного интеллекта (ИИ).All this contributes to the introduction of modern digital data processing techniques into medicine. The digitalization of healthcare is accompanied by rapidly growing volumes of digitized patient health information, clinical databases, and medical data sets that could be used to support clinical decision making. In recent years, artificial intelligence (AI) technologies have been increasingly used to work on such problems.

Например, в известных способах современной ИИ-диагностики, таких как WO 2021/031279 A1 или WO 2021/091661 A1, нейронная сеть, которая была предварительно обучена на размеченном наборе изображений, получает оцифрованное рентгеновское изображение грудной клетки пациента, анализирует его и осуществляет предсказание того, имеется ли у данного пациента патология, помогая тем самым врачу принять оптимальное взвешенное решение.For example, in known methods of modern AI diagnostics, such as WO 2021/031279 A1 or WO 2021/091661 A1, a neural network, which was previously trained on a labeled set of images, receives a digitized X-ray image of the patient’s chest, analyzes it and makes a prediction whether a given patient has a pathology, thereby helping the doctor make the best informed decision.

Производятся попытки применять самые разные архитектуры нейросетей, разные методы обучения и разные методы предварительной обработки изображений, однако точность известных методов такова, что существенная часть медицинского сообщества высказывает мнение, что на текущем уровне развития подобные системы не помогают врачу, а наоборот, мешают, поскольку они могут снижать концентрацию внимания специалиста, полагающегося отчасти на ИИ, и возможны ошибки в принятии решений, что может влиять на качество оказания медицинских услуг. А в силу того, что ответственность за решение лежит именно на человеке, по-прежнему велик человеческий фактор и высоки трудозатраты и требования к квалификации.Attempts are being made to use a variety of neural network architectures, different training methods and different methods of image pre-processing, but the accuracy of the known methods is such that a significant part of the medical community expresses the opinion that at the current level of development such systems do not help the doctor, but, on the contrary, interfere, since they may reduce the concentration of a specialist relying partly on AI, and errors in decision-making are possible, which can affect the quality of medical services. And due to the fact that the responsibility for the decision lies with the person, the human factor is still large and labor costs and qualification requirements are high.

В связи с этим в научных и технических публикациях в последнее время стало формироваться мнение, что необходимо использовать какие-либо дополнительные данные о пациенте в придачу к изображениям. Однако на данный момент не существовало конкретных способов и устройств, которые позволяли бы осуществлять такую обработку с высокой точностью с минимальными требованиями как к самим дополнительным данным, так и к устройствам, обрабатывающим такие данные.In this regard, scientific and technical publications have recently begun to form the opinion that it is necessary to use some additional data about the patient in addition to the images. However, at the moment there were no specific methods and devices that would allow such processing with high accuracy with minimal requirements both for the additional data itself and for the devices processing such data.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

С целью устранения по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники, настоящее изобретение направлено на повышение точности устройств и способов для определения патологии на основе анализа медицинских изображений.In order to overcome at least some of the above-mentioned disadvantages of the prior art, the present invention is directed to improving the accuracy of devices and methods for determining pathology based on the analysis of medical images.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложено устройство для определения патологии на основе анализа медицинских изображений, содержащее:According to a first aspect of the present invention, there is provided a device for determining pathology based on medical image analysis, comprising:

блок приема данных, выполненный с возможностью принимать подлежащие обработке данные, содержащие медицинское изображение, от устройства, запрашивающего обработку данных, посредством осуществления связи с ним;a data receiving unit configured to receive data containing a medical image to be processed from a device requesting data processing by communicating with it;

блок подготовки изображений, выполненный с возможностью подготавливать с использованием по меньшей мере одного процессора медицинское изображение, содержащееся в подлежащих обработке данных, посредством выполнения над ним одного или более предварительных преобразований для использования нейронной сетью, работающей на основе по меньшей мере одного процессора;an image preparation unit configured to prepare, using at least one processor, a medical image contained in the data to be processed by performing one or more preliminary transformations on it for use by a neural network operating on the at least one processor;

блок предсказания патологии, выполненный с возможностью с использованием упомянутой нейронной сети анализировать подготовленное изображение и определять наличие или отсутствие патологии на изображении;a pathology prediction block configured to analyze the prepared image using said neural network and determine the presence or absence of pathology in the image;

блок формирования отчета, выполненный с возможностью формировать с использованием по меньшей мере одного процессора отчет об исследовании, проведенном в данном устройстве, причем отчет об исследовании содержит по меньшей мере один файл, содержащий указание на результат обработки, выполненной в блоке предсказания патологии; иa report generation unit configured to generate, using at least one processor, a report on a study conducted in this device, wherein the study report contains at least one file containing an indication of the result of the processing performed in the pathology prediction block; And

блок передачи данных, выполненный с возможностью передавать отчет об исследовании в устройство, запрашивавшее обработку данных, посредством осуществления связи с ним,a data transmission unit configured to transmit a research report to a device that requested data processing by communicating with it,

причем упомянутая нейронная сеть является предварительно обученной с использованием по меньшей мере одного набора данных, содержащего размеченные медицинские изображения, чтобы предсказывать наличие или отсутствие патологии, а также пол и возраст пациента,wherein said neural network is pre-trained using at least one data set containing labeled medical images to predict the presence or absence of pathology, as well as the gender and age of the patient,

причем размеченные медицинские изображения, содержащиеся в упомянутом по меньшей мере одном наборе данных, использованном для обучения нейронной сети, содержат:wherein the labeled medical images contained in the at least one dataset used to train the neural network contain:

изображения, имеющие первую метку, связанную с явным указанием на мужской пол пациента,images having a first label associated with an explicit indication of the male gender of the patient,

изображения, имеющие вторую метку, связанную с явным указанием на женский пол пациента, иimages having a second label associated with an explicit indication of the patient's female gender, and

изображения, имеющие третью метку, связанную с неявным указанием пола пациента, причем третья метка присваивается изображениям, которые изначально не имели метки с указанием пола пациента, и изображениям, которые изначально имели метку, в которой в качестве пола пациента были указаны данные, отличающиеся от явного указания на мужской или женский,images having a third label associated with an implicit indication of the patient's gender, wherein the third label is assigned to images that initially did not have a label indicating the patient's gender, and images that initially had a label in which the patient's gender was specified as data other than the explicit one indications of male or female,

причем упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать предполагаемый пол пациента в виде указания на первую метку или вторую метку, если нейронной сети удалось в явном виде определить, соответственно, мужской пол или женский пол пациента, или в виде указания на третью метку, если нейронной сети не удалось в явном виде определить пол пациента,wherein said neural network is pre-trained to predict the expected gender of the patient in the form of an indication of the first mark or the second mark, if the neural network was able to explicitly determine, respectively, the male or female gender of the patient, or in the form of an indication of the third mark, if the neural network is not it was possible to clearly determine the gender of the patient,

причем упомянутая нейронная сеть выполнена с возможностью в процессе работы анализировать только подготовленное изображение без дополнительных входных данных в виде данных о поле и возрасте пациента, изображенного на данном изображении.wherein said neural network is configured to analyze during operation only the prepared image without additional input data in the form of data on the gender and age of the patient depicted in this image.

В одном из вариантов осуществления упомянутый результат обработки предназначен для поддержки принятия врачебного решения о состоянии зафиксированного на упомянутом изображении по меньшей мере одного органа и/или полости обследуемого пациента и/или о лечении обследуемого пациента.In one embodiment, said processing result is intended to support medical decision-making about the state of at least one organ and/or cavity of the examined patient recorded in said image and/or about the treatment of the examined patient.

В одном из вариантов осуществления упомянутая нейронная сеть содержит:In one embodiment, said neural network comprises:

- предварительный участок, содержащий первую нейронную сеть, в которой каждый слой последовательно соединен с каждым последующим слоем, причем предварительный участок выполнен с возможностью приема упомянутого подготовленного изображения и вывода промежуточных данных;- a preliminary section containing a first neural network, in which each layer is sequentially connected to each subsequent layer, and the preliminary section is configured to receive said prepared image and output intermediate data;

- первую подсеть, содержащую вторую нейронную сеть и выполненную с возможностью приема упомянутых промежуточных данных от предварительного участка и предсказания вероятности наличия патологии на анализируемом изображении;- a first subnetwork containing a second neural network and configured to receive said intermediate data from the preliminary section and predict the probability of the presence of pathology in the analyzed image;

- вторую подсеть, содержащую третью нейронную сеть и выполненную с возможностью приема упомянутых промежуточных данных от предварительного участка и предсказания предполагаемого пола пациента;- a second subnetwork containing a third neural network and configured to receive said intermediate data from the preliminary site and predict the expected gender of the patient;

- третью подсеть, содержащую четвертую нейронную сеть и выполненную с возможностью приема упомянутых промежуточных данных от предварительного участка и предсказания предполагаемого возраста пациента.- a third subnetwork containing a fourth neural network and configured to receive said intermediate data from the preliminary section and predict the expected age of the patient.

В одном из вариантов осуществления предварительный участок выполнен на основе архитектуры DenseNet.In one embodiment, the preliminary section is based on the DenseNet architecture.

В одном из вариантов осуществления упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать предполагаемый возраст пациента в качестве указания на один из предварительно заданных диапазонов возраста.In one embodiment, said neural network is pre-trained to predict the expected age of the patient as an indication of one of the predefined age ranges.

В одном из вариантов осуществления размер каждого диапазона возраста составляет от 7 до 15 лет.In one embodiment, the size of each age range is from 7 to 15 years.

В одном из вариантов осуществления количество предварительно заданных диапазонов возраста равно 10, размер каждого диапазона составляет 10 лет.In one embodiment, the number of predefined age ranges is 10, the size of each range being 10 years.

В одном из вариантов осуществления упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать наличие или отсутствие по меньшей мере одного признака из предварительно заданного множества возможных патологий, характерных для зафиксированного на упомянутом изображении по меньшей мере одного органа и/или полости или для данного типа диагностического исследования.In one embodiment, said neural network is pre-trained to predict the presence or absence of at least one sign from a pre-defined set of possible pathologies characteristic of at least one organ and/or cavity recorded in said image or for a given type of diagnostic study.

В одном из вариантов осуществления предварительно заданное множество возможных патологий для рентгенограммы органов грудной клетки содержит по меньшей мере одну из следующих патологий: плевральный выпот, пневмоторакс, ателектаз, очаг затемнения, инфильтрация/консолидация, диссеминация, полость с распадом, полость с уровнем жидкости, кальцинат/кальцинированная тень в легких, нарушение целостности кортикального слоя.In one embodiment, the predetermined set of possible pathologies for a chest x-ray comprises at least one of the following pathologies: pleural effusion, pneumothorax, atelectasis, focal opacities, infiltration/consolidation, dissemination, cavity with decay, cavity with fluid level, calcification / calcified shadow in the lungs, violation of the integrity of the cortical layer.

В одном из вариантов осуществления, если определено, что на изображении имеется патология, блок формирования отчета дополнительно выполнен с возможностью:In one embodiment, if it is determined that there is a pathology in the image, the report generating unit is further configured to:

выявления возможных областей, на которых найдены признаки патологий, с использованием методов компьютерного зрения, анализирующих исходное изображение и активации внутри нейронной сети блока предсказания патологии, которые были получены при прогоне через нее этого изображения;identifying possible areas in which signs of pathologies were found, using computer vision methods that analyze the original image and activation within the neural network of the pathology prediction block, which were obtained by running this image through it;

формирования изображения с визуализацией патологии в виде копии исходного изображения, на которое наложено указание найденных областей с признаками патологий; иgenerating an image with visualization of pathology in the form of a copy of the original image, on which an indication of the found areas with signs of pathologies is superimposed; And

формирования отчета об исследовании, содержащего изображение с визуализацией патологии.generating a research report containing an image with pathology visualization.

В одном из вариантов осуществления для выявления возможных областей с признаками патологий используется комбинация методов Grad-CAM (взвешенная комбинация карт активации классов на основе градиентов) и Saliency maps (карты значимости), иIn one embodiment, a combination of Grad-CAM (weighted combination of gradient-based class activation maps) and Saliency maps (saliency maps) methods is used to identify possible areas with signs of pathology, and

для указания найденных областей с признаками патологий используется тепловая карта или очертание границ областей.a heat map or outline of the boundaries of the areas is used to indicate the found areas with signs of pathologies.

В одном из вариантов осуществления отчет об исследовании содержит текстовый протокол исследования, содержащий в текстовом виде по меньшей мере одно из следующего:In one embodiment, the study report contains a text study protocol containing in text form at least one of the following:

- идентификатор исходного изображения;- source image identifier;

- указание вероятности наличия патологии;- indication of the probability of the presence of pathology;

- время получения изображения;- image acquisition time;

- время получения результата обработки от блока предсказания патологии;- time of receiving the processing result from the pathology prediction block;

- время формирования отчета;- time of report generation;

- информацию об ошибках работы устройства, возникших в ходе анализа.- information about device operation errors that occurred during the analysis.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложен способ определения патологии на основе анализа медицинских изображений, содержащий этапы, на которых:According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for determining pathology based on the analysis of medical images, comprising the steps of:

принимают с использованием устройства связи подлежащие обработке данные, содержащие медицинское изображение обследуемого пациента;using a communication device, receiving data to be processed containing a medical image of the patient being examined;

подготавливают с использованием по меньшей мере одного процессора медицинское изображение, содержащееся в подлежащих обработке данных, посредством выполнения над ним одного или более предварительных преобразований для использования нейронной сетью, работающей на основе по меньшей мере одного процессора;preparing, using at least one processor, a medical image contained in the data to be processed by performing one or more preliminary transformations on it for use by a neural network operating on the at least one processor;

с использованием упомянутой нейронной сети анализируют подготовленное изображение и определяют наличие или отсутствие патологии на изображении;using said neural network, the prepared image is analyzed and the presence or absence of pathology in the image is determined;

причем упомянутая нейронная сеть является предварительно обученной с использованием по меньшей мере одного набора данных, содержащего размеченные медицинские изображения, чтобы предсказывать наличие или отсутствие патологии, а также пол и возраст пациента,wherein said neural network is pre-trained using at least one data set containing labeled medical images to predict the presence or absence of pathology, as well as the gender and age of the patient,

причем размеченные медицинские изображения, содержащиеся в упомянутом по меньшей мере одном наборе данных, использованном для обучения нейронной сети, содержат:wherein the labeled medical images contained in the at least one dataset used to train the neural network contain:

изображения, имеющие первую метку, связанную с явным указанием на мужской пол пациента,images having a first label associated with an explicit indication of the male gender of the patient,

изображения, имеющие вторую метку, связанную с явным указанием на женский пол пациента, иimages having a second label associated with an explicit indication of the patient's female gender, and

изображения, имеющие третью метку, связанную с неявным указанием пола пациента, причем третья метка присваивается изображениям, которые изначально не имели метки с указанием пола пациента, и изображениям, которые изначально имели метку, в которой в качестве пола пациента были указаны данные, отличающиеся от явного указания на мужской или женский,images having a third label associated with an implicit indication of the patient's gender, wherein the third label is assigned to images that initially did not have a label indicating the patient's gender, and images that initially had a label in which the patient's gender was specified as data other than the explicit one indications of male or female,

причем упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать предполагаемый пол пациента в виде указания на первую метку или вторую метку, если нейронной сети удалось в явном виде определить, соответственно, мужской пол или женский пол пациента, или в виде указания на третью метку, если нейронной сети не удалось в явном виде определить пол пациента,wherein said neural network is pre-trained to predict the expected gender of the patient in the form of an indication of the first mark or the second mark, if the neural network was able to explicitly determine, respectively, the male or female gender of the patient, or in the form of an indication of the third mark, if the neural network is not it was possible to clearly determine the gender of the patient,

причем в процессе работы упомянутой нейронной сети анализируют только подготовленное изображение без дополнительных входных данных в виде данных о поле и возрасте пациента, изображенного на данном изображении,Moreover, during the operation of the said neural network, only the prepared image is analyzed without additional input data in the form of data on the gender and age of the patient depicted in this image,

формируют с использованием по меньшей мере одного процессора отчет, который содержит по меньшей мере один файл, содержащий указание на наличие или отсутствие патологии;generating, using at least one processor, a report that contains at least one file containing an indication of the presence or absence of pathology;

передают с использованием устройства связи отчет на устройство врача,transmitting a report to the doctor’s device using a communication device,

принимают с использованием устройства связи отчет на устройстве врача,receive a report on the doctor’s device using a communication device,

с использованием устройства врача и с использованием отчета принимают врачебное решение о состоянии зафиксированного на упомянутом изображении по меньшей мере одного органа и/или полости обследуемого пациента и/или о лечении обследуемого пациента.using the doctor's device and using the report, a doctor's decision is made on the condition of at least one organ and/or cavity of the examined patient recorded in said image and/or on the treatment of the examined patient.

Технический результатTechnical result

Настоящее изобретение позволяет повысить эффективность устройств и способов для определения патологии на основе анализа медицинских изображений. При этом обеспечивается:The present invention improves the efficiency of devices and methods for determining pathology based on the analysis of medical images. This ensures:

- повышение точности определения патологий;- increasing the accuracy of determining pathologies;

- отсутствие необходимости обработки и передачи дополнительных данных о пациенте в процессе непосредственной работы системы;- no need to process and transmit additional data about the patient during the immediate operation of the system;

- ускорение обработки данных по сравнению с системами, которые помимо передачи самого медицинского изображения требуют обработки и передачи дополнительных данных о пациенте в процессе непосредственной работы;- acceleration of data processing compared to systems that, in addition to transmitting the medical image itself, require processing and transmission of additional data about the patient in the process of direct work;

- снижение нагрузки на сети передачи данных и на систему поддержки принятия врачебных решений в целом и её компоненты;- reducing the load on data networks and on the medical decision support system as a whole and its components;

- обеспечение повышенной конфиденциальности исследования, так как по сети передается только деперсонализированное изображение;- ensuring increased confidentiality of the study, since only a depersonalized image is transmitted over the network;

- упрощение определения патологий по сравнению с устройствами, которые требуют обработки и передачи множества видов дополнительных данных о пациенте;- simplification of pathology detection compared to devices that require processing and transmission of many types of additional data about the patient;

- снижение требований к квалификации медицинского персонала;- reduction of requirements for the qualifications of medical personnel;

- уменьшение влияния человеческого фактора (внимательность, утомляемость, ответственность);- reducing the influence of the human factor (attention, fatigue, responsibility);

- снижение требований к производительности устройств и соответствующее снижение затрат и энергопотребления, возможность уменьшения размеров устройств;- reduction of requirements for device performance and a corresponding reduction in costs and energy consumption, the ability to reduce the size of devices;

- снижение требований к устройствам, обрабатывающим дополнительные данные.- reducing requirements for devices processing additional data.

Следует понимать, что не каждый из вариантов осуществления может обеспечивать одновременно все указанные преимущества по сравнению со всеми известными решениями из уровня техники. Соответственно, некоторые варианты осуществления могут обладать лишь некоторыми из указанных преимуществ или иными преимуществами относительно некоторых известных решений.It should be understood that not each of the embodiments may simultaneously provide all of these advantages over all known solutions from the prior art. Accordingly, some embodiments may have only some of these advantages or other advantages relative to some known solutions.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут понятны при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи.These and other advantages of the present invention will become apparent upon reading the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На Фиг. 1 показано схематическое изображение системы поддержки принятия врачебных решений согласно настоящему изобретению.In FIG. 1 is a schematic diagram of a medical decision support system according to the present invention.

На Фиг. 2 показан пример изображения, подлежащего обработке в устройстве определения патологии.In FIG. 2 shows an example of an image to be processed in the pathology detection device.

На Фиг. 3 и 4 показаны примеры изображений, которые не должны пройти валидацию.In FIG. Figures 3 and 4 show examples of images that should not be validated.

На Фиг. 5 показана блок-схема устройства для определения патологии согласно настоящему изобретению.In FIG. 5 is a block diagram of a pathology detection apparatus according to the present invention.

На Фиг. 6A, 6B приведен пример кадрирования изображения.In FIG. 6A, 6B shows an example of cropping an image.

На Фиг. 7 и 8 показаны примеры изображений для пациентов в разном возрасте.In FIG. Figures 7 and 8 show example images for patients at different ages.

На Фиг. 9 показана блок-схема нейронной сети, определяющей патологию с учетом пола и возраста пациента.In FIG. Figure 9 shows a block diagram of a neural network that determines pathology taking into account the gender and age of the patient.

На Фиг. 10 приведен пример изображения, на которое области интереса нанесены в виде тепловой карты.In FIG. Figure 10 shows an example of an image on which areas of interest are plotted as a heat map.

На Фиг. 11 приведен пример изображения, на которое нанесены контуры областей интереса.In FIG. Figure 11 shows an example of an image on which the contours of areas of interest are plotted.

На Фиг. 12 показана схема последовательности операций способа определения патологии согласно настоящему изобретению.In FIG. 12 is a flowchart of the pathology detection method according to the present invention.

Следует понимать, что фигуры могут быть представлены схематично и не в масштабе и предназначены, главным образом, для улучшения понимания настоящего изобретения.It should be understood that the figures may be presented schematically and not to scale and are intended primarily to enhance understanding of the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Общий обзор системыGeneral overview of the system

Далее со ссылкой на Фиг. 1 будет в целом описана система 100 поддержки принятия врачебных решений.Next, with reference to Fig. 1 will generally describe the clinical decision support system 100.

В медицинской организации (МО) 110 содержится устройство 120 для получения медицинских изображений. В качестве медицинских изображений могут использоваться, например, рентгеновские изображения, изображения МРТ (магнитно-резонансной томографии), изображения КТ (компьютерной томографии) и иные изображения, полученные методами радиологической (то есть с помощью излучения) или нерадиологической (например, с помощью камеры) диагностики. Медицинское изображение может также называться диагностическим изображением. Соответственно, устройство 120 может представлять собой устройство для получения рентгеновских изображений (также может взаимозаменяемо называться рентгенографическим диагностическим аппаратом, рентген-аппаратом, рентген-установкой, рентгеном и т.д.), устройство для получения флюорографических изображений, устройство для получения МРТ-изображений, устройство для получения КТ-изображений и т.п. Далее в данном документе исключительно для удобства описания в качестве устройства 120 для получения медицинских изображений может упоминаться рентген-аппарат, однако следует принимать во внимание вышеуказанные сведения и об иных возможных вариантах осуществления настоящего изобретения.The medical organization (MO) 110 contains a device 120 for obtaining medical images. Medical images may include, for example, X-ray images, MRI (magnetic resonance imaging) images, CT (computed tomography) images, and other images obtained using radiological (i.e., radiation) or non-radiological (i.e., camera) techniques. diagnostics A medical image may also be called a diagnostic image. Accordingly, the device 120 may be an X-ray imaging device (may also be interchangeably referred to as an X-ray diagnostic machine, X-ray machine, X-ray unit, X-ray, etc.), a fluorographic imaging device, an MRI imaging device, device for obtaining CT images, etc. Hereinafter, for convenience of description, medical imaging device 120 may be referred to as an X-ray machine, but other possible embodiments of the present invention should be taken into account as noted above.

Медицинский специалист с помощью устройства 120 для получения медицинских изображений производит диагностическое исследование органов обследуемого пациента. Далее в данном документе исключительно для удобства описания в качестве примера диагностического исследования может упоминаться рентгенологическое исследование органов грудной клетки, однако следует понимать, что в иных вариантах осуществления настоящего изобретения возможно проведение МРТ-исследования, КТ-исследования и т.п., а органами, подлежащими исследованию, могут быть любые органы и полости, которые можно исследовать с помощью устройства для получения медицинских изображений.A medical professional uses a medical imaging device 120 to perform a diagnostic examination of the patient's organs. Hereinafter, in this document, for convenience of description, chest x-ray examination may be mentioned as an example of a diagnostic examination, however, it should be understood that in other embodiments of the present invention, it is possible to conduct an MRI examination, CT examination, etc., and organs The subjects to be examined can be any organs or cavities that can be examined using a medical imaging device.

В качестве медицинской организации 110 согласно настоящему изобретению может выступать клиника, поликлиника, врачебный кабинет, больница, госпиталь, стационар, санаторий, пункт оказания медицинской помощи, аптека, мобильная установка, передвижной флюорографический кабинет или любая иная организация, помещение или установка, оборудованная устройством 120 для получения медицинских изображений.The medical organization 110 according to the present invention can be a clinic, a clinic, a doctor's office, a hospital, a hospital, a hospital, a sanatorium, a medical aid station, a pharmacy, a mobile unit, a mobile fluorography room, or any other organization, room or installation equipped with a device 120 for obtaining medical images.

Результат исследования формируется в виде медицинского изображения, например, в формате DICOM (стандарт цифровых изображений и связи в медицине), NIfTI (Инициатива по технологии нейроизображения в области информатики), Analyze, Minc1, Minc2 или ином пригодном открытом или проприетарном формате. Медицинский специалист при необходимости перед сохранением может применить к изображению фильтры, которые, на его взгляд, могут улучшить восприятие изображения. Кроме того, на изображение могут накладываться в одном из вариантов осуществления какие-либо предустановленные фильтры, характерные для конкретного устройства или для конкретного производителя.The result of the study is generated in the form of a medical image, for example, in DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) format, NIfTI (Neural Imaging Technology Initiative in Informatics), Analyze, Minc1, Minc2 or other suitable open or proprietary format. If necessary, before saving, a medical specialist can apply filters to the image that, in his opinion, can improve the perception of the image. In addition, in one embodiment, any preset filters specific to a particular device or manufacturer may be superimposed on the image.

Сформированное изображение сохраняется в локальном хранилище 131 данных, таком как хранилище на основе или в составе PACS (системы архивации и передачи DICOM-изображений), RIS (радиологической информационной системы), МИС (медицинской информационной системы) 130 или иной системы или устройства, пригодного для хранения медицинских данных. При необходимости к сохраняемому изображению может добавляться дополнительная целевая информация, такая как сведения о пациенте, об исследовании, о медицинской организации, о медицинском специалисте и т.д.The generated image is stored in a local data store 131, such as a store based on or as part of a PACS (DICOM Image Archiving and Communication System), RIS (Radiology Information System), MIS (Medical Information System) 130 or other system or device suitable for storage of medical data. If necessary, additional targeted information can be added to the saved image, such as information about the patient, about the study, about the medical organization, about the medical specialist, etc.

МИС 130 (в том числе PACS или RIS) может быть развернута на компьютере или сервере общего назначения, на специализированном оборудовании или на иных аппаратных средствах хранения, обработки и передачи данных, пригодных для воплощения настоящего изобретения и известных специалисту в данной области техники. В иллюстративном неограничивающем примере МИС 130 может представлять собой компьютер, имеющий 4-ядерный процессор, 8 ГБ RAM, дисковое пространство 60 ГБ под операционную систему CentOS 7, дисковое пространство 2 ТБ под данные, дисковое пространство 1 ТБ под базу данных и 2 сетевых адаптера.MIS 130 (including PACS or RIS) can be deployed on a general purpose computer or server, on specialized equipment or on other hardware for storing, processing and transmitting data suitable for implementing the present invention and known to a person skilled in the art. In an illustrative non-limiting example, MIS 130 may be a computer having a 4-core processor, 8 GB of RAM, 60 GB of disk space for the CentOS 7 operating system, 2 TB of disk space for data, 1 TB of disk space for a database, and 2 network adapters.

Хранилище 131 изображено на Фиг. 1 в составе МИС 130 лишь в качестве примера, и следует понимать, что возможны и иные реализации, в которых хранилище 131 является отдельным от МИС 130, находится в составе устройства 120 для получения медицинских изображений или находится в составе другой внутренней системы хранения медицинской организации. Возможны также реализации, в которых медицинская организация вообще не использует специальные системы хранения и передачи медицинских данных, а использует для этих целей иные доступные средства хранения и передачи, такие как персональный компьютер или ноутбук.Storage 131 is shown in FIG. 1 within MIS 130 is exemplary only, and it should be understood that other implementations are possible in which storage 131 is separate from MIS 130, is located within medical imaging device 120, or is located within another healthcare organization's internal storage system. Implementations are also possible in which a medical organization does not use special systems for storing and transmitting medical data at all, but uses other available storage and transmission means for these purposes, such as a personal computer or laptop.

Затем с помощью устройства 132 передачи данных, такого как PACS, RIS, МИС 130 или иная пригодная открытая или проприетарная система, формируются подлежащие обработке данные. Как и в случае с хранилищем 131, несмотря на то, что устройство 132 передачи данных изображено на Фиг. 1 в составе МИС 130, оно также может быть отдельным от МИС 130 или находиться в составе другой внутренней системы хранения медицинской организации.The data to be processed is then generated using a data communication device 132, such as a PACS, RIS, MIS 130, or other suitable open or proprietary system. As with storage 131, although data transmission device 132 is shown in FIG. 1 as part of MIS 130, it can also be separate from MIS 130 or be part of another internal storage system of a medical organization.

В одном из вариантов осуществления при формировании подлежащих обработке данных в устройстве 132 передачи данных может производиться деперсонализация (анонимизация, де-идентификация, обезличивание) медицинского изображения органов обследуемого пациента. Для этого производится замена сведений о пациенте, которые так или иначе можно считать персональными, на обезличенные данные, по которым третья сторона не сможет восстановить первоначальные данные, не имея к ним надлежащего доступа. Например, в случае применения системы PACS анонимизируются поля “PatientName” (имя пациента), “OtherPatientNames” (другие имена пациента), “PatientID” (идентификатор пациента) и при необходимости другие поля, содержащие персональные данные или отнесенные к таковым.In one embodiment, when generating data to be processed in the data transmission device 132, depersonalization (anonymization, de-identification, depersonalization) of the medical image of the organs of the patient being examined can be performed. To do this, information about the patient, which one way or another can be considered personal, is replaced with anonymized data, from which a third party will not be able to restore the original data without proper access to it. For example, when using a PACS system, the fields “PatientName” (patient name), “OtherPatientNames” (other patient names), “PatientID” (patient identifier) and, if necessary, other fields containing or related to personal data are anonymized.

В одном из опциональных вариантов осуществления может быть необходимо, чтобы изображение имело некоторый уникальный идентификатор (ID) изображения, не содержащий персональные данные, с тем чтобы впоследствии, получив обратно данные с таким идентификатором, МИС 130 или иная система или устройство, имеющее надлежащий доступ к персональным данным, при необходимости могла бы вновь сопоставить полученные данные с соответствующим пациентом. В иллюстративном неограничивающем примере на Фиг. 2 идентификатор имеет значение «56HJ». Конкретные методы генерации уникальных идентификаторов известны специалистам в данной области техники и не являются предметом настоящего изобретения. При этом в качестве уникального идентификатора может выступать как одно отдельное поле, так и набор из нескольких полей. In one of the optional embodiments, it may be necessary for the image to have some unique image identifier (ID) that does not contain personal data, so that subsequently, upon receiving back data with such an identifier, MIS 130 or other system or device having proper access to personal data, if necessary, could again compare the received data with the corresponding patient. In the illustrative non-limiting example of FIG. 2 identifier has the value “56HJ”. Specific methods for generating unique identifiers are known to those skilled in the art and are not the subject of the present invention. In this case, either one separate field or a set of several fields can act as a unique identifier.

Возможные значения деперсонализированных данных и/или формат уникальных идентификаторов могут быть предварительно заданными и известными всем устройствам в системе, только доверенным устройствам или только устройству 160 для определения патологии, с тем чтобы они могли определять, являются ли передаваемые данные деперсонализированными. Например, в вышеуказанном примере на Фиг. 2 идентификатор имеет формат XXYY, где X – это арабская цифра, а Y – это буква латинского алфавита.The possible depersonalized data values and/or the format of the unique identifiers may be predefined and known to all devices in the system, only trusted devices, or only the pathology device 160 so that they can determine whether the transmitted data is depersonalized. For example, in the above example in FIG. 2 identifier has the format XXYY, where X is an Arabic numeral and Y is a letter of the Latin alphabet.

Процесс деперсонализации может происходить как полностью автоматически, так и при необходимости часть процесса деперсонализации или весь процесс деперсонализации может выполняться с участием человека, который может удалять или редактировать данные через соответствующий интерфейс устройства 132 передачи данных или медицинской информационной системы 130.The depersonalization process can occur either completely automatically or, if necessary, part of the depersonalization process or the entire depersonalization process can be performed with the participation of a person who can delete or edit data through the appropriate interface of the data communication device 132 or the medical information system 130.

Деперсонализированные подлежащие обработке данные, пример которых показан на Фиг. 2, передаются из медицинской организации 110 напрямую или через центральную медицинскую информационную систему 150 на устройство 160 для определения патологии. При этом в одном из вариантов осуществления деперсонализация может выполняться в центральной медицинской информационной системе 150, и в таком случае из медицинской организации 110 могут сначала передаваться неанонимизированные данные в центральную медицинскую информационную систему 150, а затем из неё на устройство 160 для определения патологии могут передаваться деперсонализированные подлежащие обработке данные. Процесс деперсонализации может происходить как полностью автоматически, так и при необходимости часть процесса деперсонализации или весь процесс деперсонализации может выполняться с участием человека, который может удалять или редактировать данные через соответствующий интерфейс центральной медицинской информационной системы 150.Depersonalized data to be processed, an example of which is shown in FIG. 2 are transmitted from the medical organization 110 directly or through the central medical information system 150 to the pathology determination device 160. Moreover, in one embodiment, depersonalization can be performed in the central medical information system 150, and in this case, non-anonymized data can first be transferred from the medical organization 110 to the central medical information system 150, and then depersonalized data can be transferred from it to the device 160 for determining pathology data to be processed. The depersonalization process can occur either completely automatically or, if necessary, part of the depersonalization process or the entire depersonalization process can be performed with the participation of a person who can delete or edit data through the appropriate interface of the central medical information system 150.

Устройство 160 для определения патологии, проанализировав на основе методов искусственного интеллекта (ИИ) медицинское изображение, содержащееся в поступивших данных, формирует предсказание, имеется ли на данном изображении патология. Если таковая имеется, то устройство 160 для определения патологии указывает области на изображении, содержащие патологии. Если патологии нет, то изображение не изменяется.The pathology detection device 160, having analyzed the medical image contained in the incoming data based on artificial intelligence (AI) methods, generates a prediction whether there is a pathology in this image. If present, pathology detection device 160 indicates areas in the image containing pathologies. If there is no pathology, then the image does not change.

Опционально устройство 160 для определения патологии может формировать отчет (или протокол) о результате работы, содержащий описание результата в виде текстовой информации.Optionally, the pathology detection device 160 can generate a result report (or protocol) containing a description of the result in the form of text information.

Сформированные данные (одно или более изображений и/или отчет) отправляются обратно (напрямую или опосредованно) от устройства 160 для определения патологии в медицинскую организацию 110, запрашивавшую обработку данных. The generated data (one or more images and/or a report) is sent back (directly or indirectly) from the pathology device 160 to the healthcare organization 110 that requested the data processing.

Полученные от устройства 160 для определения патологии результаты работы предоставляются ответственному лицу, например, врачу-рентгентологу, лечащему врачу или иному медицинскому специалисту или лицу, имеющему доступ к таким сведениям и ответственному за их прием и обработку в медицинской организации 110, с помощью средства 140 просмотра, и с их использованием он принимает решение о состоянии обследованных органов, зафиксированных на изображении, а именно о наличии или отсутствии той или иной патологии. При необходимости медицинский специалист с учетом полученных результатов работы устройства 160 для определения патологии может принимать решение о лечении пациента. Средство 140 просмотра на Фиг. 1 упрощенно указано как дисплей 140, однако в предпочтительном варианте оно представляет собой АРМ (автоматизированное рабочее место) врача. В иллюстративном неограничивающем примере АРМ врача может представлять собой компьютер на базе процессора Intel Core i3 или его аналога, имеющий 8 ГБ RAM, свободное дисковое пространство 40 ГБ, устройство чтения компакт-дисков DVD-R/RW, скорость сетевого соединения 5 Мбит/с, монитор с разрешением экрана 1920x1080, а просмотр может выполняться с использованием программ просмотра DICOM изображений или через web-браузер.The results obtained from the device 160 for determining pathology are provided to the responsible person, for example, a radiologist, attending physician or other medical specialist, or a person who has access to such information and is responsible for receiving and processing it in the medical organization 110, using the viewing tool 140 , and using them, he makes a decision about the state of the examined organs recorded in the image, namely the presence or absence of a particular pathology. If necessary, the medical specialist, taking into account the obtained results of the device 160 for determining the pathology, can make a decision about the treatment of the patient. The viewer 140 in FIG. 1 is simplistically indicated as a display 140, but in the preferred embodiment it represents a doctor's workstation (automated workstation). In an illustrative non-limiting example, a doctor's workstation may be a computer based on an Intel Core i3 processor or its equivalent, having 8 GB of RAM, 40 GB of free disk space, a DVD-R/RW CD reader, a network connection speed of 5 Mbit/s, monitor with a screen resolution of 1920x1080, and viewing can be performed using DICOM image viewers or through a web browser.

Тем самым, система 100 способствует повышению точности принятия врачебного решения.Thus, the system 100 helps to improve the accuracy of medical decision making.

Также возможен вариант осуществления, в котором сформированные устройством 160 для определения патологии данные отправляются не напрямую в медицинскую организацию 110, запрашивавшую обработку данных, а сначала (напрямую или через центральную медицинскую информационную систему 150) в специализированную экспертную организацию 170, производящую медицинские заключения с использованием результатов работы устройства 160 для определения патологии, или к внешнему врачу-рентгенологу 180, выполняющему функцию эксперта или консультанта. В таком случае медицинская организация 110 в ответ на отправленное медицинское изображение может получать от экспертной организации 170 или от внешнего врача-рентгенолога 180 (опять-таки, напрямую или через центральную медицинскую информационную систему 150) сразу готовое заключение или же предварительное заключение, которое может использоваться для принятия врачебного решения. Это позволяет снизить требования к квалификации и к рабочей нагрузке персонала медицинской организации 110 вплоть до возможности вообще не иметь в штате врача-рентгенолога, что обеспечивает существенное расширение географии возможного использования системы и позволяет получать высококвалифицированные медицинские услуги в тех местоположениях, где раньше они не были доступны из-за отсутствия персонала с надлежащей квалификацией, и с другой стороны, позволяет врачам-рентгентологам подключаться к системе из различных удаленных местоположений без привязки к конкретной медицинской организации.An embodiment is also possible in which the data generated by the pathology determination device 160 is sent not directly to the medical organization 110 that requested the data processing, but first (directly or through the central medical information system 150) to a specialized expert organization 170 that produces medical opinions using the results operation of the pathology determination device 160, or to an external radiologist 180 serving as an expert or consultant. In this case, the medical organization 110, in response to the sent medical image, can receive from the expert organization 170 or from the external radiologist 180 (again, directly or through the central medical information system 150) an immediately ready conclusion or a preliminary conclusion that can be used for making a medical decision. This makes it possible to reduce the requirements for the qualifications and workload of the personnel of a medical organization 110 up to the possibility of not having a radiologist on staff at all, which provides a significant expansion of the geography of possible use of the system and allows you to receive highly qualified medical services in those locations where they were not previously available due to the lack of personnel with the appropriate qualifications, and on the other hand, allows radiologists to connect to the system from various remote locations without being tied to a specific medical organization.

Следует понимать, что в данном документе блоки 170 и 180 упрощенно упоминаются как «экспертная организация 170» и «внешний врач-рентгенолог 180», однако технически с точки зрения системы эти блоки представляют собой оборудование/устройства для приема, просмотра, редактирования и передачи данных, которыми управляет/владеет/пользуется экспертная организация 170 и внешний врач-рентгенолог 180.It should be understood that in this document, blocks 170 and 180 are simplistically referred to as "expert body 170" and "external radiologist 180", however, technically from a system point of view, these blocks are equipment/devices for receiving, viewing, editing and transmitting data , which are managed/owned/used by an expert organization 170 and an external radiologist 180.

Согласно настоящему изобретению, термин “внешний” применительно к врачу-рентгенологу означает, что этот врач не состоит в штате медицинской организации 110, проводившей рентгенологическое исследование и запросившей обработку полученного снимка, и/или не находится физически в этой организации и/или не имеет доступа к МИС 130 этой организации. Кроме того, следует понимать, что термин “рентгенолог” (radiologist) в контексте настоящего изобретения приводится в расширительном толковании, то есть подразумевается, что это медицинский специалист, который обладает подтвержденной квалификацией (знаниями, умениями, навыками и опытом) по анализу (интерпретации) медицинских (диагностических) изображений, то есть по одному или более из следующего: анализ результатов рентгенологического исследования, анализ результатов КТ, анализ результатов МРТ и т.п.According to the present invention, the term “external” in relation to a radiologist means that this doctor is not on the staff of the medical organization 110 that performed the x-ray examination and requested processing of the resulting image, and/or is not physically located in this organization and/or does not have access to MIS 130 of this organization. In addition, it should be understood that the term “radiologist” in the context of the present invention is given a broad interpretation, that is, it is understood that this is a medical specialist who has proven qualifications (knowledge, abilities, skills and experience) in the analysis (interpretation) medical (diagnostic) images, that is, one or more of the following: analysis of X-ray results, analysis of CT results, analysis of MRI results, etc.

Экспертная организация 170 может представлять собой медицинскую или иную организацию, наделенную функциями по анализу медицинских изображений и составлению заключений и обладающую одним или более специалистами соответствующего профиля и надлежащей квалификации по анализу (интерпретации) медицинских (диагностических) изображений, то есть по одному или более из следующего: анализ результатов рентгенологического исследования, анализ результатов КТ, анализ результатов МРТ и т.п.The expert organization 170 may be a medical or other organization charged with the functions of analyzing medical images and drawing up conclusions and having one or more specialists of the appropriate profile and proper qualifications in the analysis (interpretation) of medical (diagnostic) images, that is, one or more of the following : analysis of X-ray results, analysis of CT results, analysis of MRI results, etc.

Специалисты экспертной организации 170 и внешние врачи-рентгенологи 180 могут осуществлять доступ к данным со специализированного рабочего места (АРМ врача) или с использованием иного подходящего устройства, такого как компьютер, ноутбук, смартфон, планшет, VR-шлем (шлем виртуальной реальности), VR-очки и т.д.Specialists of the expert organization 170 and external radiologists 180 can access data from a specialized workstation (doctor’s workstation) or using another suitable device, such as a computer, laptop, smartphone, tablet, VR helmet (virtual reality helmet), VR -glasses, etc.

На Фиг. 1 для простоты изображена одна медицинская организация 110, одно устройство 160 для определения патологии, одна экспертная организация 170 и один внешний врач-рентгенолог 180, однако следует понимать, что возможны и другие варианты осуществления. Например, в одном из вариантов осуществления система 100 поддержки принятия врачебных решений может содержать множество медицинских организаций 110, обслуживаемых одним устройством 160 для определения патологии. В общем случае одна или более медицинских организаций 110 могут обслуживаться одним или более разными устройствами 160 для определения патологии.In FIG. 1, for simplicity, one medical organization 110, one pathology device 160, one expert organization 170, and one external radiologist 180 are depicted, but it should be understood that other embodiments are possible. For example, in one embodiment, the clinical decision support system 100 may comprise multiple healthcare organizations 110 served by a single pathology device 160. In general, one or more healthcare organizations 110 may be served by one or more different pathology detection devices 160.

При этом медицинская организация 110 может отправлять одно и то же изображение в разные устройства 160 для определения патологии, если они имеют разные принципы работы и/или обучены на разных наборах данных, и тогда медицинская организация 110 может иметь несколько результатов обработки (отчетов, протоколов, предварительных заключений), что является некоторым аналогом консилиума и может повысить точность принятия врачебного решения.In this case, the medical organization 110 can send the same image to different devices 160 to determine pathology if they have different operating principles and/or are trained on different data sets, and then the medical organization 110 can have several processing results (reports, protocols, preliminary conclusions), which is somewhat analogous to a consultation and can increase the accuracy of medical decision-making.

Кроме того, медицинская организация 110 может отправлять разные изображения в разные устройства 160 для определения патологии. В частности, это может быть удобно, если они специализируются на разных типах исследований. Например, одно устройство 160 для определения патологии предназначено для выявления патологий органов грудной полости, а другое - для выявления патологий позвоночника. Это обеспечивает расширение функционала системы поддержки принятия врачебных решений и возможность медицинской организации получать полный спектр услуг по обработке и анализу диагностических исследований в рамках единой системы поддержки принятия врачебных решений без необходимости интеграции со множеством разных систем с целью получения услуг по разным направлениям исследований. Кроме того, разработчики и поставщики устройств 160 для определения патологии могут не стремиться охватить все возможные типы исследований в попытке удовлетворить все требования системы 100 поддержки принятия врачебных решений, а сконцентрироваться именно на тех типах исследований, в которых они имеют наибольшие компетенции, что с точки зрения системы обеспечивает повышение точности и качества оказания услуг по каждому из отдельных типов исследований.In addition, the healthcare organization 110 may send different images to different devices 160 to determine pathology. In particular, this may be useful if they specialize in different types of research. For example, one pathology detection device 160 is designed to detect thoracic pathologies and another is designed to detect spinal pathologies. This ensures expansion of the functionality of the medical decision support system and the ability of a medical organization to receive a full range of services for processing and analysis of diagnostic studies within a single medical decision support system without the need for integration with many different systems in order to obtain services in different areas of research. In addition, developers and suppliers of pathology devices 160 may not strive to cover all possible types of examinations in an attempt to satisfy all the requirements of the medical decision support system 100, but rather concentrate on those types of examinations in which they have the greatest competence, which in terms of The system ensures increased accuracy and quality of service provision for each of the individual types of research.

Аналогичным образом, разные экспертные организации 170 и разные внешние врачи-рентгенологи 180 могут специализироваться именно на тех типах исследований, в которых они имеют наибольшие компетенции, что с точки зрения системы обеспечивает повышение точности и качества оказания услуг по каждому из отдельных типов исследований.Likewise, different expert organizations 170 and different external radiologists 180 can specialize in the types of examinations in which they have the greatest competence, which, from a system point of view, improves the accuracy and quality of service for each of the individual types of examinations.

Центральная медицинская информационная система 150, указанная на Фиг. 1, экспертная организация 170 или внешний врач-рентгенолог 180 не являются обязательными элементами предложенной системы 100 поддержки принятия врачебных решений. Соответственно, в одном из вариантов осуществления медицинская организация 110 может осуществлять непосредственный обмен данными с устройством 160 для определения патологии. Это обеспечивает упрощение реализации системы 100 поддержки принятия врачебных решений. Такая реализация может быть удобна, например, для случаев, когда число медицинских организаций 110, обслуживаемых устройством 160 для определения патологии, относительно невелико, а экспертные организации 170 или внешние врачи-рентгенологи 180 вообще не привлекаются или их число также относительно невелико.The central medical information system 150 shown in FIG. 1, the expert organization 170 or the external radiologist 180 are not required elements of the proposed medical decision support system 100. Accordingly, in one embodiment, the healthcare organization 110 may communicate directly with the pathology detection device 160. This simplifies the implementation of the medical decision support system 100. Such an implementation may be convenient, for example, for cases where the number of medical organizations 110 served by the pathology determination device 160 is relatively small, and the expert organizations 170 or external radiologists 180 are not involved at all or their number is also relatively small.

В другом варианте осуществления, когда в систему 100 поддержки принятия врачебных решений входит множество медицинских организаций 110 и/или множество устройств 160 для определения патологии, а также экспертные организации 170 или внешние врачи-рентгенологи 180, целесообразно применять центральную медицинскую информационную систему 150. Необходимо отметить, что термин “центральная” в данном случае указывает в первую очередь не на то, что это некий один-единственный центральный сервер, который замыкает на себе все возможные связи, а на то, что центральная медицинская информационная система 150 занимает место посередине, в центре между остальными участниками системы 100 поддержки принятия врачебных решений, выполняя роль промежуточной системы сбора, хранения и перераспределения данных. При этом в зависимости от требований конкретного применения центральная медицинская информационная система 150 может быть как сосредоточенной (централизованной), так и распределенной, в том числе реализованной в облаке.In another embodiment, when the medical decision support system 100 includes multiple medical organizations 110 and/or multiple pathology devices 160, as well as expert organizations 170 or external radiologists 180, it is advisable to use a central medical information system 150. It should be noted , that the term “central” in this case indicates, first of all, not that this is a single central server that closes all possible connections, but that the central medical information system 150 occupies a place in the middle, in the center between other participants of the medical decision support system 100, acting as an intermediate system for collecting, storing and redistributing data. Moreover, depending on the requirements of a specific application, the central medical information system 150 can be either concentrated (centralized) or distributed, including implemented in the cloud.

Центральная медицинская информационная система 150 может содержать множество устройств хранения и обработки данных. В одном из вариантов осуществления владельцем всей центральной медицинской информационной системы 150 в целом может быть государственная структура, муниципальная структура, уполномоченный орган или оператор или иная государственная или негосударственная коммерческая или некоммерческая структура или организация. В другом варианте осуществления отдельные устройства в рамках центральной медицинской информационной системы 150 могут принадлежать разным владельцам - например, в разных городах разные организации (местные операторы) могут предоставлять свое серверное оборудование для использования в качестве устройств хранения и обработки данных, а общий оператор может осуществлять функции надзора и регулирования. При необходимости участникам центральной медицинской информационной системы 150 может требоваться получение лицензии на право работы в рамках этой системы и/или на право доступа к персональным данным и их хранения и обработки.The central medical information system 150 may include a plurality of data storage and processing devices. In one embodiment, the owner of the entire central health information system 150 may be a government entity, a municipal entity, an authorized agency or operator, or another government or non-government commercial or non-profit entity or organization. In another embodiment, individual devices within the central health information system 150 may be owned by different owners - for example, in different cities, different organizations (local operators) may provide their server equipment for use as data storage and processing devices, and a common operator may perform the functions supervision and regulation. If necessary, participants in the central medical information system 150 may be required to obtain a license to operate within this system and/or to have the right to access, store and process personal data.

Выше описывалось, что результат работы устройства 160 для определения патологии может пересылаться в экспертную организацию 170 или к внешнему врачу-рентгенологу 180, однако возможен также и другой вариант осуществления, в котором такой результат лишь отправляется в центральную медицинскую информационную систему 150, сохраняется в ней и помечается как предварительный результат, требующий заключения профильного медицинского специалиста. В дальнейшем по собственной инициативе (например, по мере возможности, при наличии свободного времени, при необходимости получения опыта и практики и т.д.) или по запросу экспертные организации 170 или внешние врачи-рентгенологи 180, имеющие соответствующие права доступа, осуществляют доступ к центральной медицинской информационной системе 150, загружают предварительные результаты, требующие заключения, на свои устройства, выполняют анализ, составляют заключение и отправляют заключение в центральную медицинскую информационную систему 150, или же, не загружая, просматривают такие предварительные результаты через свои устройства прямо в пользовательском интерфейсе центральной медицинской информационной системы 150 и составляют заключения непосредственно в этом интерфейсе. Под загрузкой результатов здесь подразумевается сохранение соответствующих файлов в постоянной памяти устройства на стороне экспертной организации 170 или внешнего врача-рентгенолога 180 для дальнейшего открытия этих файлов из постоянной памяти.It was described above that the result of the pathology determination device 160 can be sent to the expert organization 170 or to an external radiologist 180, but another embodiment is also possible in which such a result is only sent to the central medical information system 150, stored there and is marked as a preliminary result requiring the opinion of a specialized medical specialist. Subsequently, on their own initiative (for example, to the extent possible, in the presence of free time, in the need to gain experience and practice, etc.) or upon request, expert organizations 170 or external radiologists 180 with appropriate access rights access central medical information system 150, download the preliminary results requiring a conclusion to their devices, perform the analysis, write a conclusion and send the conclusion to the central medical information system 150, or, without downloading, view such preliminary results through their devices directly in the user interface of the central medical information system 150 and draw up conclusions directly in this interface. By downloading the results here we mean saving the corresponding files in the permanent memory of the device on the side of the expert organization 170 or an external radiologist 180 for further opening of these files from the permanent memory.

Термин “запрос” согласно настоящему изобретению охватывает как задачу, которую допускается выполнять по собственной инициативе любому врачу или экспертной организации, имеющим соответствующий уровень доступа, так и задачу, которую должна выполнить конкретная экспертная организация 170 или конкретный внешний врач-рентгенолог 180.The term “request” according to the present invention covers both a task that can be performed on its own initiative by any physician or expert organization with the appropriate level of access, and a task that must be performed by a specific expert organization 170 or a specific external radiologist 180.

Далее в настоящем документе в некоторых случаях для простоты описания экспертная организация или внешний врач-рентгенолог могут быть заменены одним термином “эксперт”. Соответственно, оборудование/устройства для приема, просмотра, редактирования, обработки и передачи данных, которыми управляет/владеет/пользуется экспертная организация 170 или внешний врач-рентгенолог 180, может называться оборудованием/устройством эксперта.Further in this document, in some cases, for ease of description, the expert organization or external radiologist may be replaced by the single term “expert”. Accordingly, equipment/devices for receiving, viewing, editing, processing and transmitting data that is controlled/owned/used by the expert organization 170 or an external radiologist 180 may be referred to as expert equipment/device.

Запрос на составление заключения может исходить, например, от медицинской организации 110, изначально запросившей обработку изображения, от самой центральной медицинской информационной системы 150 или от устройства 160 для определения патологии. В одном из вариантов осуществления запрашивать обработку данных и/или составление заключения может не та медицинская организация, в которой выполнялось диагностическое исследование, а некоторая иная организация или лицо. Это может быть применимо, например, для случая, когда пользователем или владельцем устройства 120 для получения медицинских изображений является одна медицинская организация, а заключения по получаемым этим устройством изображениям составляет экспертная организация 170 или внешний врач-рентгенолог 180 и отправляет напрямую заказчику. Это позволяет снизить требования к квалификации медицинских специалистов, пользующихся устройствами 120 для получения медицинских изображений, и увеличить географию применения таких устройств, что обеспечивает повышение доступности качественных медицинских услуг.The request for an opinion may come, for example, from the medical organization 110 that originally requested the image processing, from the central medical information system 150 itself, or from the pathology device 160. In one embodiment, the request for data processing and/or drawing up of a conclusion may be not the medical organization in which the diagnostic study was performed, but some other organization or person. This may be applicable, for example, in the case where the user or owner of the medical imaging device 120 is a single medical organization, and the opinions on the images obtained by this device are compiled by an expert organization 170 or an external radiologist 180 and sent directly to the customer. This makes it possible to reduce the requirements for the qualifications of medical specialists using devices 120 for obtaining medical images, and to increase the geography of use of such devices, which ensures increased availability of quality medical services.

Запросы на составление заключения могут храниться в центральной медицинской информационной системе 150, например, в порядке очереди, такой как FIFO (первым пришел - первым обслужен), очередь с приоритетом или очередь с иным принципом обработки.Reporting requests may be stored in the central health information system 150, for example, on a first-come, first-served basis such as FIFO (first in first out), priority queue, or other processing queue.

Когда экспертная организация 170 или внешний врач-рентгенолог 180 принимает в работу один или более запросов, соответствующие запросы могут извлекаться (удаляться) из очереди во избежание дублирования и выполнения одной и той же работы разными экспертами. В другом варианте осуществления один или более предварительных результатов могут изначально быть предназначенными для анализа предварительно заданным числом из двух или более экспертов, и тогда соответствующий запрос в очереди может содержать счетчик, отражающий, сколько экспертов приняли в работу данный запрос. Когда счетчик достигает требуемого предварительно заданного числа, соответствующий запрос удаляется из очереди.When the expert organization 170 or external radiologist 180 accepts one or more requests for work, the corresponding requests may be dequeued to avoid duplication and different experts performing the same work. In another embodiment, one or more preliminary results may initially be intended for analysis by a predetermined number of two or more experts, and then the corresponding request in the queue may contain a counter reflecting how many experts have accepted the request. When the counter reaches the required preset number, the corresponding request is removed from the queue.

Соответственно, по мере добавления запросов в очередь, по мере удаления запросов из очереди, по мере принятия запросов в работу конкретным экспертом, с определенной периодичностью, в комбинации вышеуказанного или каким-либо иным подходящим образом может выполняться пересчет вышеупомянутых параметров загрузки для отдельного эксперта или для всех экспертов.Accordingly, as requests are added to the queue, as requests are removed from the queue, as requests are accepted for work by a specific expert, with a certain frequency, in a combination of the above, or in some other suitable manner, the above-mentioned loading parameters can be recalculated for an individual expert or for all experts.

Подобно тому, как запросы на составление заключения применительно к предварительным результатам от устройств 160 для определения патологии формируются, организуются в очередь и обрабатываются центральной медицинской информационной системой 150, экспертными организациями 170 и внешними врачами-рентгенологами 180, могут формироваться и организовываться в очередь запросы к устройствам 160 для определения патологии на обработку изображений, поступающих от медицинских организаций 110. Устройства 160 для определения патологии могут выполнять обработку изображений по конкретному запросу или же опрашивать центральную медицинскую информационную систему 150 на предмет наличия необработанных запросов на обработку изображений, которые способно обработать данное устройство. Кроме того, в зависимости от загрузки устройств 160 для определения патологии и от их требований центральная медицинская информационная система 150 может регулировать число и время отправки запросов на обработку изображений. Также запросам на обработку изображений могут присваиваться различные приоритеты.Just as requests for an opinion regarding preliminary results from pathology devices 160 are generated, queued, and processed by the central medical information system 150, expert organizations 170, and external radiologists 180, requests to devices can be generated and queued. 160 to determine pathology for processing images received from medical organizations 110. Pathology devices 160 can perform image processing on a specific request or poll the central health information system 150 for pending image processing requests that the device is capable of processing. In addition, depending on the load of the pathology devices 160 and their requirements, the central medical information system 150 can adjust the number and timing of image processing requests. Image processing requests can also be assigned different priorities.

Изображения, ожидающие обработки, могут группироваться в пакеты (серии) для пересылки на устройство 160 для определения патологии. Соответственно, устройство 160 для определения патологии может выполнять пакетную обработку принятых изображений. Группировка в пакеты может выполняться как в медицинской организации 110, так и в центральной медицинской информационной системе 150. Центральная медицинская информационная система 150 может изменять размер и наполнение пакетов, полученных от медицинских организаций 110 - например, сортировать снимки по их разрешению в пикселях, по приоритету или иным параметрам и формировать новые пакеты, причем при необходимости в один и тот же пакет могут быть добавлены снимки от разных медицинских организаций 110.Images awaiting processing may be grouped into batches (series) for transmission to pathology determination device 160. Accordingly, the pathology determination device 160 may batch process the received images. Grouping into packages can be performed both in the medical organization 110 and in the central medical information system 150. The central medical information system 150 can change the size and content of packages received from medical organizations 110 - for example, sort images by their resolution in pixels, by priority or other parameters and create new packages, and if necessary, images from different medical organizations 110 can be added to the same package.

В одном из вариантов осуществления центральная медицинская информационная система 150 может выполнять первичную валидацию или предобработку изображений. Также первичная валидация или предобработка возможна на стороне медицинской организации 110.In one embodiment, the central medical information system 150 may perform initial validation or preprocessing of images. Also, primary validation or preprocessing is possible on the side of the medical organization 110.

В частности, из подлежащих обработке данных может выполняться попытка извлечь изображение. Если попытка терпит неудачу, то делается вывод, что файл изображения поврежден или не может быть прочитан. Причиной этому могут быть такие факторы, как отсутствие изображения в данных, невозможность считывания метаданных, присутствие каких-либо аномальных и не учтенных значений тегов и т.д. В таком случае данные не передаются на обработку, и по ним создается соответствующее указание.In particular, an attempt may be made to extract an image from the data to be processed. If the attempt fails, it is concluded that the image file is damaged or cannot be read. The reason for this may be factors such as the absence of an image in the data, the inability to read metadata, the presence of any anomalous and unaccounted for tag values, etc. In this case, the data is not transferred for processing, and an appropriate instruction is created based on it.

Может выполняться проверка, соответствуют ли данные, приложенные к запросу на обработку изображения, самому запросу. Например, если в запросе указано, что требуется обработать рентгеновский снимок органов грудной клетки в прямой проекции, может выполняться проверка, содержат ли приложенные данные рентгеновский снимок органов грудной клетки в прямой проекции. Различные варианты реализации такой проверки известны специалистам в данной области техники и могут включать в себя, например, предварительно обученную нейронную сеть (нейросеть), производящую соответствующую классификацию, или иные методы компьютерного зрения. Если проверка терпит неудачу, то такие данные не передаются на обработку, и по ним создается соответствующее указание. Примеры подобных ошибок, когда исследование заявлено как рентгенограмма органов грудной клетки в прямой проекции, а на самом деле таковым не является и не может быть обработано, приводятся на Фиг. 3 и 4.A check may be made to see if the data attached to the image processing request matches the request itself. For example, if the request specifies that an AP chest X-ray is to be processed, a check may be made to see if the attached data contains an AP chest X-ray. Various options for implementing such a check are known to specialists in the art and may include, for example, a pre-trained neural network (neural network) that produces the appropriate classification, or other computer vision methods. If the check fails, then such data is not transferred for processing, and an appropriate instruction is created for it. Examples of such errors, when the study is declared as a direct chest x-ray, but in fact is not one and cannot be processed, are shown in Fig. 3 and 4.

Кроме того, может выполняться проверка, является ли изображение позитивом или негативом. Различные варианты реализации такой проверки известны специалистам в данной области техники и могут включать в себя, например, предварительно обученную нейронную сеть (нейросеть), производящую соответствующую классификацию, или иные методы компьютерного зрения. Если в результате проверки выявляется, что изображение не соответствует входным требованиям устройства 160 для определения патологии, может выполняться надлежащее преобразование изображения в негатив или позитив.In addition, a check may be performed whether the image is positive or negative. Various options for implementing such a check are known to specialists in the art and may include, for example, a pre-trained neural network (neural network) that produces the appropriate classification, or other computer vision methods. If the test determines that the image does not meet the input requirements of the pathology detection device 160, proper conversion of the image to a negative or a positive may be performed.

Если медицинским специалистом, проводившим исследование, в параметрах изображения предварительно задана область интереса (VOI), то может выполняться соответствующая обрезка изображения (VOI LUT) для получения изображения, содержащего только область интереса. Например, если медицинский специалист, проводивший рентгенологическое исследование органов грудной клетки, указал область интереса, то согласно параметрам, вшитым в изображение, применяется обрезка, в результате которой на изображении остается только область легких.If a region of interest (VOI) is preset in the image parameters by the examining physician, a corresponding VOI LUT can be performed to produce an image containing only the region of interest. For example, if a medical professional performing a chest x-ray specified an area of interest, then according to the parameters embedded in the image, cropping is applied, resulting in only the lung area in the image.

Также может производиться проверка, имеет ли изображение размер (разрешение в пикселях), равный или превышающий предварительно заданный минимальный размер, поддерживаемый по меньшей мере одним из устройств 160 для определения патологии, способных обрабатывать такой тип исследований. Например, полученное исходное рентгеновское изображение органов грудной клетки, требующее обработки, имеет размер 800х800 пикселей, а система 100 поддержки принятия врачебных решений содержит три устройства 160 для определения патологии, способных обрабатывать такой тип исследований, из них два устройства поддерживают минимальный размер входного изображения, равный 1024х1024 пикселя, и третье устройство поддерживает минимальный размер 512х512 пикселей. Соответственно, запрос на обработку полученного изображения будет отправлен только третьему устройству 160 для определения патологии. Если же исходное изображение имеет размер меньше минимально поддерживаемого хотя бы одним из устройств 160 для определения патологии, то такое изображение не передается на обработку, и по нему создается соответствующее указание. Это позволяет повысить точность обработки изображений и снизить вероятность ошибок и необходимость повторного анализа некоторых изображений разными устройствами 160 для определения патологии, и тем самым повысить качество оказания медицинских услуг.A check may also be made to see if the image has a size (pixel resolution) equal to or greater than a predetermined minimum size supported by at least one of the pathology devices 160 capable of processing this type of examination. For example, the resulting raw chest X-ray image to be processed has a size of 800x800 pixels, and the clinical decision support system 100 contains three pathology devices 160 capable of processing this type of examination, of which two devices support a minimum input image size of 1024x1024 pixels, and the third device supports a minimum size of 512x512 pixels. Accordingly, a request to process the resulting image will only be sent to the third device 160 to determine the pathology. If the original image has a size smaller than the minimum size supported by at least one of the devices 160 for determining the pathology, then such an image is not transferred for processing, and a corresponding indication is created from it. This improves the accuracy of image processing and reduces the likelihood of errors and the need to re-analyze some images by different devices 160 to determine pathology, and thereby improve the quality of medical services.

Если устройство 160 для определения патологии, которое принимает в работу запрос на обработку изображений, требует определенных параметров входного изображения, то центральная медицинская информационная система 150 или сама медицинская организация 110 (например, когда система 100 поддержки принятия врачебных решений не содержит систему 150 или если система 100 содержит только одно устройство 160 для определения патологии, способное обработать такой тип исследований) может выполнить предобработку изображений. В частности, в одном из вариантов осуществления может выполняться преобразование яркости и цветности исходного изображения. Например, глубина цвета исходного изображения может составлять 12-16 бит, а в результате преобразования может быть получено изображение с глубиной цвета 8 бит. В другом варианте осуществления может выполняться сжатие изображения до требуемого размера. Применимы различные методы сжатия, известные специалистам в данной области техники, поэтому подробное описание процесса сжатия здесь не приводится.If the pathology detection device 160 that accepts the image processing request requires certain input image parameters, then the central medical information system 150 or the healthcare organization 110 itself (for example, when the physician decision support system 100 does not contain the system 150 or if the system 100 contains only one pathology device 160 capable of processing this type of examination) can perform image preprocessing. In particular, in one embodiment, luminance and chrominance conversion of the original image may be performed. For example, the color depth of the original image may be 12-16 bits, and the conversion may result in an image with a color depth of 8 bits. In another embodiment, the image may be compressed to a desired size. Various compression methods known to those skilled in the art are applicable, so a detailed description of the compression process is not provided here.

Вышеуказанные функции первичной валидации и предобработки позволяют повысить гибкость и адаптируемость системы поддержки принятия врачебных решений к различным техническим возможностям участников системы, что обеспечивает высокую степень масштабируемости и возможность участия в системе как можно большего числа участников, что повышает доступность высококачественных медицинских услуг.The above functions of primary validation and preprocessing improve the flexibility and adaptability of the medical decision support system to the various technical capabilities of system participants, which ensures a high degree of scalability and the ability for as many participants as possible to participate in the system, which increases the availability of high-quality medical services.

Помимо того, в центральной медицинской информационной системе 150 может производиться проверка, являются ли подлежащие обработке данные деперсонализированными. Для этого проверяется, содержат ли поля, которые относятся к персональным данным, какие-либо значения, и если содержат, то являются ли эти значения деперсонализированными. Например, если поле “PatientName” пустое или содержит предварительно заданное значение “0” или “Аноним”, как указано на Фиг. 2 и Фиг. 4, то считается, что это поле деперсонализировано, а поле со значением «Венера Милосская», указанное на Фиг. 3, не является деперсонализированным. Данные, не прошедшие проверку, могут деперсонализироваться центральной медицинской информационной системой 150 перед формированием запроса на обработку данных или запроса на составление заключения.In addition, a check can be made in the central medical information system 150 whether the data to be processed is depersonalized. To do this, it is checked whether the fields that relate to personal data contain any values, and if they do, then whether these values are depersonalized. For example, if the “PatientName” field is empty or contains a preset value of “0” or “Anonymous”, as indicated in FIG. 2 and Fig. 4, then this field is considered to be depersonalized, and the field with the value “Venus de Milo” indicated in FIG. 3, is not depersonalized. Data that has not been verified may be depersonalized by the central medical information system 150 before generating a request for data processing or a request for a conclusion.

В случае использования уникальных идентификаторов может также производиться проверка, имеет ли уникальный идентификатор изображения предварительно заданный формат. Например, если идентификатор изображения должен строго иметь формат XXYY, то идентификатор изображения с Фиг. 2, имеющий значение «56HJ», пройдет проверку, а идентификаторы изображения с Фиг. 3 и 4 со значениями «0» и «C3PO» не пройдут проверку. Идентификаторы, формат которых не удовлетворяет требованиям, могут быть преобразованы центральной медицинской информационной системой 150 перед формированием запроса на обработку данных или запроса на составление заключения, либо соответствующие данные не передаются на обработку и по ним создается указание о невозможности обработки.If unique identifiers are used, a check may also be made to see if the unique image identifier is in a predefined format. For example, if the image ID must strictly be in the format XXYY, then the image ID of FIG. 2 having the value "56HJ" will pass the test, and the image IDs from FIG. 3 and 4 with values of "0" and "C3PO" will fail the test. Identifiers whose format does not meet the requirements can be converted by the central medical information system 150 before generating a request for data processing or a request for drawing up a conclusion, or the corresponding data is not transferred for processing and an indication of the impossibility of processing is generated.

Следует отметить, что устройство 160 для определения патологии или устройства экспертов, составляющих заключения, могут поддерживать несколько разных допустимых значений деперсонализированных данных и форматов уникальных идентификаторов, и в таком случае в центральной медицинской информационной системе 150 может производиться проверка, соответствуют ли значения полей в принятых данных и формат идентификатора принятого изображения хотя бы одному из соответствующих поддерживаемых значений и форматов данного устройства 160 для определения патологии или устройства эксперта, готового и способного принять запрос в работу. Если значение не соответствует предварительно заданному допустимому значению или идентификатор изображения имеет неверный формат, то в центральной медицинской информационной системе 150 может выполняться приведение данных к тем требованиям деперсонализации, которые поддерживаются данным устройством 160 для определения патологии или устройством эксперта.It should be noted that the pathology device 160 or adjudicator devices may support several different valid depersonalized data values and unique identifier formats, in which case the central health information system 150 may check to see if the field values in the received data match. and the format of the received image identifier to at least one of the corresponding supported values and formats of this device 160 to determine the pathology or device of the expert ready and able to accept the request for work. If the value does not meet a predetermined acceptable value or the image identifier is not in the correct format, then the central medical information system 150 may perform a mapping of the data to those depersonalization requirements supported by the pathology device 160 or the examiner's device.

Вышеуказанные функции деперсонализации позволяют повысить гибкость и адаптируемость системы поддержки принятия врачебных решений к различным техническим возможностям участников системы и существенно снизить требования к участникам системы, связанные с обработкой персональных данных, что обеспечивает высокую степень масштабируемости и возможность участия в системе как можно большего числа участников, что повышает доступность высококачественных медицинских услуг.The above depersonalization functions make it possible to increase the flexibility and adaptability of the medical decision support system to the various technical capabilities of system participants and significantly reduce the requirements for system participants associated with the processing of personal data, which ensures a high degree of scalability and the ability for as many participants as possible to participate in the system, which increases the availability of high-quality medical services.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения центральная медицинская информационная система 150 может хранить не только те медицинские изображения, по которым требуется анализ и составление заключения, но и обучающие наборы данных, содержащие должным образом размеченные медицинские изображения, которые предназначены, в числе прочего, для обучения одного или более устройств 160 для определения патологии, а именно для обучения встроенных в них нейронных сетей и/или алгоритмов компьютерного зрения. Таким образом, существует единый архив обучающих наборов данных, к которому может обращаться каждое из множества устройств 160 для определения патологии, входящих в систему 100 поддержки принятия врачебных решений, при этом самим устройствам 160 для определения патологии нет необходимости отдельно хранить, поддерживать, обновлять и пополнять свои обучающие наборы данных, а также искать иные сторонние источники обучающих данных. Тем самым, снижаются требования к участникам системы, что обеспечивает высокую степень масштабируемости и возможность участия в системе как можно большего числа участников, что повышает доступность высококачественных медицинских услуг.In one embodiment of the present invention, the central medical information system 150 may store not only those medical images that require analysis and reporting, but also training data sets containing properly labeled medical images that are intended, among other things, for training one or more devices 160 for determining pathology, namely for training the neural networks and/or computer vision algorithms built into them. Thus, there is a single archive of training data sets that can be accessed by each of the multiple pathology devices 160 included in the medical decision support system 100, while the pathology devices 160 themselves do not need to be separately stored, maintained, updated and replenished. your own training data sets, as well as look for other third-party sources of training data. Thus, the requirements for system participants are reduced, which ensures a high degree of scalability and the ability for as many participants as possible to participate in the system, which increases the availability of high-quality medical services.

Еще в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения центральная медицинская информационная система 150 может хранить обучающие наборы данных, в которых разметка медицинских изображений содержит персональные данные пациента, такие как имя, пол, возраст и т.д. Каждый человек, устройство или система, осуществляющие доступ к системе, имеют назначенный им уровень доступа, и в зависимости от уровня доступа конкретного пользователя центральная медицинская информационная система 150 регулирует количество данных, которые может просматривать этот пользователь. Например, пользователь, имеющий низкий уровень доступа, может просматривать сами снимки, а из их описания (разметки) имеет доступ только к описанию патологии, если таковая имеется. Научный сотрудник, например, для проведения исследования может получить доступ к полу, возрасту и информации о сопутствующих заболеваниях пациентов, если таковая имеется, но ему не требуется знать имя пациента, поэтому центральная медицинская информационная система 150 не показывает ему имена пациентов. В то же время, лечащий врач или эксперт, готовящий заключение, получив высокий уровень доступа, может производить в архиве поиск предыдущих снимков конкретного пациента, вводя, например, его имя или номер медицинского полиса, и центральная медицинская информационная система 150 предоставляет в ответ на такой поиск все имеющиеся в архиве снимки данного пациента. Также возможна реализация, в которой центральная медицинская информационная система 150 предоставляет все имеющиеся в архиве снимки данного пациента без использования персональных данных, а просто в ответ на запрос предоставления предыдущих снимков пациента, изображенного на конкретном анализируемом или просматриваемом пользователем снимке. Тем самым, повышается качество и доступность образования, качество оказания медицинских услуг и доступность высококачественных медицинских услуг.In yet another embodiment of the present invention, the central medical information system 150 may store training data sets in which medical image labeling contains patient personal information such as name, gender, age, etc. Each person, device, or system accessing the system has an access level assigned to them, and depending on a particular user's access level, the central health information system 150 regulates the amount of data that user can view. For example, a user with a low access level can view the images themselves, and from their description (markup) has access only to the description of the pathology, if any. A research scientist, for example, may have access to patients' sex, age, and comorbidity information, if any, to conduct a study, but does not need to know the patient's name, so the central health information system 150 does not show the patient's names to him. At the same time, the attending physician or expert preparing the report, having received a high level of access, can search the archive for previous images of a particular patient, entering, for example, his name or medical policy number, and the central medical information system 150 provides in response to such search for all images of a given patient available in the archive. It is also possible for an implementation in which the central medical information system 150 provides all of the archived images of a given patient without the use of personal data, but simply in response to a request for previous images of the patient depicted in a particular image being analyzed or viewed by the user. This improves the quality and accessibility of education, the quality of medical services and the availability of high-quality medical services.

Более того, одно или более устройств 160 для определения патологии могут также получать доступ ко всем или к части персональных данных, содержащихся в разметке. Если такие данные необходимы устройству 160 для определения патологии только в целях обучения его нейронных сетей и/или алгоритмов компьютерного зрения, то они используются только в процессе обучения и не сохраняются. За счет этого значительно повышается точность обучения и предсказания патологии, что приводит к повышению качества оказания медицинских услуг, при этом снижаются требования к участникам системы (например, в части обработки и хранения персональных данных), что обеспечивает высокую степень масштабируемости и возможность участия в системе как можно большего числа участников, что повышает доступность высококачественных медицинских услуг.Moreover, one or more pathology devices 160 may also access all or part of the personal data contained in the markup. If such data is needed by the pathology detection device 160 only for the purpose of training its neural networks and/or computer vision algorithms, then it is used only during the training process and is not stored. Due to this, the accuracy of training and prediction of pathology is significantly increased, which leads to an increase in the quality of medical services, while the requirements for system participants are reduced (for example, in terms of processing and storing personal data), which ensures a high degree of scalability and the ability to participate in the system as as many participants as possible, which increases the availability of high-quality medical services.

Структура устройства для определения патологииStructure of the device for determining pathology

Далее со ссылкой на Фиг. 5 будет подробно описано устройство 200 для определения патологии на основе анализа медицинских изображений согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что устройство 200 для определения патологии полностью соответствует устройству 160 для определения патологии, изображенному на Фиг. 1, и имеет такие же функции и возможности, если это применимо и не противоречит описанию данного раздела. Далее для удобства описания в качестве обследуемых органов могут упоминаться органы грудной клетки, а в качестве медицинского изображения может упоминаться рентгеновское изображение, однако следует принимать во внимание, что принципы настоящего изобретения применимы и к другим видам исследований, как это указывалось выше в данном документе.Next, with reference to Fig. 5, a device 200 for determining pathology based on medical image analysis according to the present invention will be described in detail. It should be noted that the pathology determination device 200 is entirely consistent with the pathology determination device 160 shown in FIG. 1, and has the same functions and capabilities, if applicable and consistent with the description of this section. In the following, for convenience of description, the organs being examined may be referred to as the chest organs and the medical image may be referred to as an x-ray image, but it will be appreciated that the principles of the present invention are applicable to other types of examinations as discussed above herein.

Устройство 200 для определения патологии содержит блок 210 приема данных, блок 220 хранения данных, блок 230 валидации данных, блок 240 подготовки изображений, блок 250 предсказания патологии, блок 260 формирования отчета, блок 270 передачи данных и блок 280 обучения. В зависимости от конкретного применения некоторые из этих блоков могут отсутствовать, как будет более подробно пояснено позднее в данном документе.The pathology detection device 200 includes a data receiving unit 210, a data storage unit 220, a data validation unit 230, an image preparation unit 240, a pathology prediction unit 250, a report generating unit 260, a data transmission unit 270, and a training unit 280. Depending on the specific application, some of these blocks may be missing, as will be explained in more detail later in this document.

Блок 210 приема данных принимает подлежащие обработке данные, содержащие медицинское изображение, такое как рентгеновское изображение грудной клетки обследуемого пациента. Блок 210 приема может представлять собой отдельную микросхему, сетевую плату или иное подходящее средство, способное осуществлять связь с внешними устройствами проводным и/или беспроводным образом, например, по протоколу локальной сети (LAN), Интернет и т.д. с помощью технологий Ethernet, оптоволокна, WiFi, 4G и т.д.The data receiving unit 210 receives data to be processed containing a medical image, such as a chest X-ray image of a patient being examined. The receiving unit 210 may be a separate chip, network card, or other suitable means capable of communicating with external devices in a wired and/or wireless manner, such as through a local area network (LAN), Internet, etc. protocol. using Ethernet, optical fiber, WiFi, 4G, etc. technologies.

Блок 220 хранения данных хранит данные, принятые блоком 210 приема данных, с тем чтобы другие блоки устройства 200 могли ими воспользоваться в подходящий момент времени. Принятые данные могут сохраняться только на время их обработки и стираться, когда их обработка завершена. Для данных целей в одном из вариантов осуществления используется кратковременное запоминающее устройство, такое как RAM и т.п. В другом варианте осуществления принятые данные при необходимости могут сохраняться на более длительный промежуток времени, превышающий непосредственное время их обработки, и тогда может использоваться долговременное запоминающее устройство, такое как жесткий диск и т.п.The data storage unit 220 stores the data received by the data receiving unit 210 so that other units of the device 200 can use it at an appropriate time. Received data can only be stored for the duration of its processing and erased when its processing is completed. For these purposes, in one embodiment, a short-term storage device such as RAM or the like is used. In another embodiment, the received data may optionally be stored for a longer period of time than the immediate processing time, and then a non-volatile storage device such as a hard disk or the like may be used.

Дополнительно блок 220 хранения данных может хранить кратковременно или долговременно данные и/или файлы, получаемые в результате или в процессе работы других блоков устройства.Additionally, the data storage unit 220 may store short-term or long-term data and/or files resulting from or during the operation of other units of the device.

Блок 230 валидации данных получает подлежащие обработке данные непосредственно от блока 210 приема данных или извлекает их из блока 220 хранения данных. Затем блок 230 валидации данных проверяет, являются ли принятые данные пригодными для обработки.The data validation unit 230 receives the data to be processed directly from the data receiving unit 210 or retrieves it from the data storage unit 220. Data validation unit 230 then checks whether the received data is suitable for processing.

Как указывалось выше в разделе описания системы 100 поддержки принятия врачебных решений, часть операций валидации могут выполняться на стороне самой медицинской организации или на стороне центральной медицинской информационной системы 150. В таком случае, если устройству 200 для определения патологии известно, какие именно операции валидации уже произведены в отношении подлежащих обработке данных, блок 230 валидации данных может не выполнять эти операции, что позволяет упростить и ускорить обработку и тем самым повысить производительность. Тем не менее, в другом варианте осуществления устройству 200 для определения патологии может быть неизвестно, какие именно операции валидации уже произведены, или оно может повторно выполнять их в целях дополнительной перепроверки. Это может обеспечить повышение качества обработки.As mentioned above in the description section of the medical decision support system 100, some of the validation operations can be performed on the side of the medical organization itself or on the side of the central medical information system 150. In this case, if the pathology detection device 200 knows which validation operations have already been performed for the data to be processed, the data validation unit 230 may not perform these operations, thereby simplifying and speeding up the processing and thereby increasing productivity. However, in another embodiment, pathology detection device 200 may not be aware of which validation steps have already been performed, or may re-run them for additional double-checking purposes. This can provide improved processing quality.

Переходя конкретно к операциям валидации, из подлежащих обработке данных выполняется попытка извлечь изображение. Если попытка терпит неудачу, то делается вывод, что файл изображения поврежден или не может быть прочитан. Причиной этому могут быть такие факторы, как отсутствие изображения в данных, невозможность считывания метаданных, присутствие каких-либо аномальных и не учтенных значений тегов и т.д. В таком случае данные не передаются на обработку, и по ним создается соответствующее указание. Выполнение данной операции в блоке 230 валидации данных является предпочтительным, так как даже если она уже выполнялась ранее другими устройствами, данные могут быть повреждены в процессе их отправки на устройство 200 для определения патологии или могут иметь формат, по той или иной причине недоступный в данный момент устройству 200.Moving specifically to the validation operations, an attempt is made to extract an image from the data to be processed. If the attempt fails, it is concluded that the image file is damaged or cannot be read. The reason for this may be factors such as the absence of an image in the data, the inability to read metadata, the presence of any anomalous and unaccounted for tag values, etc. In this case, the data is not transferred for processing, and an appropriate instruction is created based on it. Performing this operation in the data validation block 230 is preferable because even if it has already been performed previously by other devices, the data may be corrupted in the process of being sent to the pathology device 200 or may be in a format that is not currently available for one reason or another. device 200.

Также может выполняться проверка, соответствуют ли данные, подлежащие обработке, тому типу обработки, который выполняется в данном устройстве 200 для определения патологии. Например, если устройство 200 для определения патологии предназначено для обработки рентгеновских снимков органов грудной клетки в прямой проекции, может выполняться проверка, содержат ли приложенные данные рентгеновский снимок органов грудной клетки в прямой проекции. Различные варианты реализации такой проверки известны специалистам в данной области техники и могут включать в себя, например, предварительно обученную нейронную сеть (нейросеть), производящую соответствующую классификацию, или иные методы компьютерного зрения. Если проверка терпит неудачу, то такие данные не передаются на обработку, и по ним создается соответствующее указание. Примеры подобных ошибок, когда исследование заявлено как рентгенограмма органов грудной клетки в прямой проекции, а на самом деле таковым не является и не может быть обработано, приводятся на Фиг. 3 и 4.A check may also be made to see if the data to be processed is consistent with the type of processing being performed in the pathology determination device 200. For example, if the pathology detection device 200 is configured to process AP chest X-rays, a check may be made to determine whether the enclosed data contains an AP chest X-ray. Various options for implementing such a check are known to specialists in the art and may include, for example, a pre-trained neural network (neural network) that produces the appropriate classification, or other computer vision methods. If the check fails, then such data is not transferred for processing, and an appropriate instruction is created for it. Examples of such errors, when the study is declared as a direct chest x-ray, but in fact is not one and cannot be processed, are shown in Fig. 3 and 4.

Кроме того, может производиться проверка, являются ли данные деперсонализированными. Для этого проверяется, содержат ли поля, которые относятся к персональным данным, какие-либо значения, и если содержат, то являются ли эти значения деперсонализированными. Например, если поле “PatientName” пустое или содержит предварительно заданное значение “0” или “Аноним”, как указано на Фиг. 2 и Фиг. 4, то считается, что это поле деперсонализировано, а поле со значением «Венера Милосская», указанное на Фиг. 3, не является деперсонализированным. Если данные не являются деперсонализированными, то соответствующее изображение не передается на обработку, и по нему создается указание о невозможности обработки.In addition, a check can be made to determine whether the data is depersonalized. To do this, it is checked whether the fields that relate to personal data contain any values, and if they do, then whether these values are depersonalized. For example, if the “PatientName” field is empty or contains a preset value of “0” or “Anonymous”, as indicated in FIG. 2 and Fig. 4, then this field is considered to be depersonalized, and the field with the value “Venus de Milo” indicated in FIG. 3, is not depersonalized. If the data is not depersonalized, then the corresponding image is not sent for processing and an indication of the impossibility of processing is generated based on it.

В случае использования уникальных идентификаторов может также производиться проверка, имеет ли уникальный идентификатор изображения предварительно заданный формат. Например, если идентификатор изображения должен строго иметь формат XXYY, то идентификатор изображения с Фиг. 2, имеющий значение «56HJ», пройдет проверку, а идентификаторы изображения с Фиг. 3 и 4 со значениями «0» и «C3PO» не пройдут проверку. Изображения, у которых формат идентификатора не удовлетворяет требованиям, не передаются на обработку, и по ним создается указание о невозможности обработки.If unique identifiers are used, a check may also be made to see if the image's unique identifier is in a predefined format. For example, if the image ID must strictly be in the format XXYY, then the image ID of FIG. 2 having the value "56HJ" will pass the test, and the image IDs from FIG. 3 and 4 with values of "0" and "C3PO" will fail the test. Images whose identifier format does not meet the requirements are not sent for processing, and an indication of the impossibility of processing is generated for them.

Следует отметить, что устройство 200 для определения патологии может поддерживать несколько разных допустимых значений деперсонализированных данных и форматов уникальных идентификаторов, и в таком случае блок 230 валидации данных может проверять, соответствуют ли значения полей в принятых данных и формат идентификатора принятого изображения хотя бы одному из соответствующих поддерживаемых значений и форматов. Если значение не соответствует предварительно заданному допустимому значению или идентификатор изображения имеет неверный формат, то делается предположение, что принятые данные не являются деперсонализированными. В таком случае они не передаются на обработку, и по ним создается соответствующее указание.It should be noted that the pathology device 200 may support several different valid depersonalized data values and unique identifier formats, in which case the data validation unit 230 may check whether the field values in the received data and the received image identifier format match at least one of the corresponding supported values and formats. If the value does not match the predefined valid value or the image identifier is not in the correct format, then the assumption is made that the received data is not depersonalized. In this case, they are not submitted for processing, and a corresponding instruction is created for them.

Также может производиться проверка, имеет ли считанное изображение размер (разрешение в пикселях), равный или превышающий предварительно заданный минимальный размер, поддерживаемый устройством 200 – например, 1024х1024 пикселя или 800х800 пикселей, в зависимости от требований конкретного применения. Если исходное изображение имеет размер меньше минимального, то устройство 200 может не обеспечить достаточную точность, поэтому такое изображение не передается на обработку, и по нему создается соответствующее указание.It may also be checked whether the read image has a size (pixel resolution) equal to or greater than a predefined minimum size supported by the device 200—for example, 1024 x 1024 pixels or 800 x 800 pixels, depending on the requirements of the particular application. If the original image is smaller than the minimum size, the device 200 may not provide sufficient accuracy, so the image is not sent for processing and an appropriate indication is generated from it.

Кроме того, может выполняться проверка, является ли изображение позитивом или негативом. Различные варианты реализации такой проверки известны специалистам в данной области техники и могут включать в себя, например, предварительно обученную нейронную сеть (нейросеть), производящую соответствующую классификацию, или иные методы компьютерного зрения. Если в результате проверки выявляется, что изображение не соответствует входным требованиям устройства 200 для определения патологии, то в дальнейшем блок 240 подготовки изображений может выполнять надлежащее преобразование изображения в негатив или позитив.In addition, a check may be performed whether the image is positive or negative. Various options for implementing such a check are known to specialists in the art and may include, for example, a pre-trained neural network (neural network) that produces the appropriate classification, or other computer vision methods. If the test determines that the image does not meet the input requirements of the pathology detection device 200, then the image preparation unit 240 can subsequently perform proper conversion of the image to a negative or a positive.

Валидация позволяет отсеять данные, по которым не может быть проведен анализ или же точность обработки будет иметь заведомо низкую точность. Соответственно, снижается нагрузка на самую ресурсоемкую часть анализа и повышается точность предсказания. Кроме того, отсев изображений, которые не являются деперсонализированными, обеспечивает отсутствие обработки персональных данных на стороне устройства 200, что снижает требования к его реализации и сертификации.Validation allows you to filter out data for which analysis cannot be carried out or the accuracy of processing will have a deliberately low accuracy. Accordingly, the load on the most resource-intensive part of the analysis is reduced and the accuracy of prediction increases. Additionally, filtering out images that are not depersonalized ensures that device 200 does not process personal data, reducing implementation and certification requirements.

Блок 240 подготовки изображений принимает из блока 220 хранения данных и/или из блока 230 валидации данных прошедшее валидацию медицинское изображение и выполняет над ним предварительные преобразования, с тем чтобы подготовить его для непосредственного использования в блоке 250 предсказания патологии.The image preparation unit 240 receives from the data storage unit 220 and/or from the data validation unit 230 a validated medical image and performs preliminary transformations on it in order to prepare it for direct use in the pathology prediction unit 250.

В частности, выполняемая в блоке 240 подготовка изображений может заключаться в следующем.In particular, the image preparation performed in block 240 may be as follows.

Подлежащее обработке медицинское изображение считывается и при необходимости преобразуется в градации серого с предварительно заданной глубиной цвета. Параметры яркости и цветности исходного изображения зависят от параметров, выставленных врачом-рентгенологом при работе с устройством для получения медицинских изображений, и содержатся в метаданных изображения. Например, глубина цвета исходного изображения может составлять 12-16 бит. При этом, например, в результате считывания и преобразования в изображение с глубиной цвета 8 бит может быть получена матрица целочисленных значений пикселей от 0 до 255. Также, как указывалось выше, может выполняться надлежащее преобразование изображения в негатив или позитив.The medical image to be processed is read and, if necessary, converted to grayscale with a preset color depth. The brightness and color parameters of the original image depend on the parameters set by the radiologist when working with the device for obtaining medical images, and are contained in the image metadata. For example, the color depth of the original image may be 12-16 bits. In this case, for example, a matrix of integer pixel values from 0 to 255 can be obtained as a result of reading and converting to an image with a color depth of 8 bits. Also, as indicated above, the appropriate conversion of the image to negative or positive can be performed.

Исходный размер медицинских изображений может быть относительно большим – например, у рентгеновских снимков он составляет в среднем 2500х2500 пикселей, то есть 2500 пикселей по высоте (по вертикали) и 2500 пикселей по длине (по горизонтали). Изображения в таком размере в общем случае поддаются обработке с применением методов машинного обучения, однако такие модели затрачивают очень много ресурсов.The original size of medical images can be relatively large - for example, for x-rays it averages 2500x2500 pixels, that is, 2500 pixels in height (vertical) and 2500 pixels in length (horizontally). Images of this size can generally be processed using machine learning methods, but such models consume a lot of resources.

Кроме того, диапазон размеров входных медицинских изображений может быть достаточно велик, что может вызвать неудобство, если пытаться производить обработку каждого отдельного изображения непосредственно в исходном размере. В частности, становится затруднительно подобрать набор методов обработки, одинаково эффективный для разных размеров.In addition, the range of sizes of input medical images can be quite large, which can cause inconvenience if trying to process each individual image directly at its original size. In particular, it becomes difficult to select a set of processing methods that are equally effective for different sizes.

В связи с этим перед обработкой больших медицинских изображений предпочтительно производить уменьшение их размера. Это позволяет без значимой потери качества значительно сократить затрачиваемые ресурсы: время, вычислительную мощность, энергопотребление. Применимы различные методы уменьшения размера - например, сжатие, кадрирование (обрезка) и т.д. Методы сжатия известны специалистам в данной области техники, поэтому подробное описание процесса сжатия здесь не приводится. Что касается обрезки изображения, она будет описана далее.In this regard, before processing large medical images, it is preferable to reduce their size. This allows, without significant loss of quality, to significantly reduce the resources spent: time, computing power, energy consumption. Various methods of reducing size are applicable - for example, compression, cropping, etc. Compression methods are known to those skilled in the art, so a detailed description of the compression process is not provided here. As for cropping the image, it will be described below.

Например, в одном из вариантов осуществления, если медицинским специалистом, проводившим исследование, в параметрах изображения предварительно задана область интереса (VOI), то может выполняться соответствующая обрезка изображения (VOI LUT) для получения изображения, содержащего только область интереса. Например, если медицинский специалист, проводивший рентгенологическое исследование органов грудной клетки, указал область интереса, то согласно параметрам, «вшитым» в изображение, применяется обрезка, в результате которой на изображении остается только область легких.For example, in one embodiment, if a region of interest (VOI) is preset in the image parameters by the medical examiner, a corresponding image cropping (VOI LUT) may be performed to produce an image containing only the region of interest. For example, if a medical specialist performing a chest x-ray specified an area of interest, then according to the parameters “built into” the image, cropping is applied, as a result of which only the lung area remains in the image.

В другом варианте осуществления в дополнение к вышеупомянутой обрезке VOI LUT или вместо нее выполняется поиск области интереса на изображении и кадрирование изображения путем отсечения частей изображения, не входящих в найденную область интереса. Для целей кадрирования могут быть использованы алгоритмы компьютерного зрения, обученные искать на изображении область интереса, которая включает в себя только область, ограниченную органами или полостями, подлежащими анализу.In another embodiment, in addition to or instead of the above-mentioned VOI LUT cropping, it searches for a region of interest in the image and crops the image by clipping away portions of the image not included in the found region of interest. For framing purposes, computer vision algorithms can be used that are trained to search the image for a region of interest that includes only the area bounded by the organs or cavities to be analyzed.

Для этого сначала размер входного изображения приводится к единому первому размеру. Первый размер изображения является предварительно заданным – например, 800x800 пикселей. Выбранное значение зависит от требований конкретного применения и производительности используемого оборудования.To do this, first the size of the input image is reduced to a single first size. The first image size is predefined - for example, 800x800 pixels. The value chosen depends on the requirements of the specific application and the performance of the equipment used.

В частности, на стадии проектирования может производиться оценка того, какой наименьший размер медицинского изображения может поступать в устройство 200 от медицинской организации 110 и/или от центральной медицинской информационной системы 150, и в соответствии с этим задаваться вышеупомянутый первый размер, который меньше или равен наименьшему возможному размеру входного медицинского изображения.In particular, at the design stage, an estimate may be made of what is the smallest size of medical image that can be supplied to the device 200 from the medical organization 110 and/or from the central medical information system 150, and accordingly set the above-mentioned first size that is less than or equal to the smallest possible size of the input medical image.

Тем не менее, на практике возможны также ситуации, когда наименьший возможный размер входного медицинского изображения слишком мал или принцип “меньше меньшего” по тем или иным причинам не подходит для отдельно взятого конкретного применения. Тогда первый размер, к которому приводятся все входные медицинские изображения, может быть задан по иному принципу, и в таком сценарии часть входных изображений будут сжиматься, часть растягиваться, а часть оставаться без изменения.However, in practice, there may also be situations where the smallest possible size of the input medical image is too small or the “less than less” principle is, for one reason or another, not suitable for a particular application. Then the first size to which all input medical images are reduced can be set according to a different principle, and in such a scenario, some of the input images will be compressed, some will be stretched, and some will remain unchanged.

Затем выполняется кадрирование (crop, кроп) изображения таким образом, чтобы оно охватывало только легкие. В частности, изображение анализируется по отдельности разными методами распознавания образов – например, методом Виолы-Джонса с применением каскадного классификатора на основе признаков Хаара (Haar Cascades), методом гистограммы направленных градиентов (Histogram of Oriented Gradients, HOG) и методом на основе локальных бинарных шаблонов (Local Binary Patterns, LBP), в результате чего формируется несколько прямоугольников, каждый из которых указывает область, которая охватывает только правое и левое легкое. Соотношение сторон прямоугольников зависит от размера и формы легких. Анализ может выполняться параллельно, последовательно или иным подходящим образом. Используемые алгоритмы распознавания образов должны быть предварительно обученными для распознавания легких на изображении, имеющем первый размер.The image is then cropped so that it only covers the lungs. In particular, the image is analyzed separately by different pattern recognition methods - for example, the Viola-Jones method using a cascade classifier based on Haar features (Haar Cascades), the Histogram of Oriented Gradients (HOG) method and the method based on local binary patterns (Local Binary Patterns, LBP), resulting in the formation of several rectangles, each of which indicates an area that covers only the right and left lung. The aspect ratio of the rectangles depends on the size and shape of the lungs. The analysis may be performed in parallel, sequentially, or in any other suitable manner. The pattern recognition algorithms used must be pre-trained to recognize lungs in an image having the first dimension.

Упомянутые выше метод Виолы-Джонса, метод гистограммы направленных градиентов и метод на основе локальных бинарных шаблонов являются несколько более быстрыми по сравнению с традиционными сверточными нейронными сетями и требуют несколько меньшей обучающей выборки.The Viola-Jones method, the directional gradient histogram method, and the local binary pattern method mentioned above are slightly faster than traditional convolutional neural networks and require a slightly smaller training set.

Метод Виолы-Джонса имеет очень высокую точность, когда распознаваемый объект на изображении имеет угол поворота не более 30-35 градусов. Соответственно, он хорошо применим для анализа рентгеновских снимков, так как положение пациента типизировано для получения изображения, например, в прямой проекции или в боковой проекции.The Viola-Jones method has very high accuracy when the recognized object in the image has a rotation angle of no more than 30-35 degrees. Accordingly, it is well applicable to the analysis of X-ray images, since the patient's position is typified to obtain the image, for example, in anterior projection or lateral projection.

Метод гистограммы направленных градиентов слабо чувствителен к смещению, изменению масштаба и яркости изображения и несколько чувствителен к перемене ориентации объекта. Тем не менее, по указанным выше причинам он также хорошо применим для анализа рентгеновских снимков.The directional gradient histogram method is weakly sensitive to displacement, changes in image scale and brightness, and somewhat sensitive to changes in object orientation. However, for the reasons stated above, it is also well suited for X-ray analysis.

Методы на основе локальных бинарных шаблонов в целом имеют высокую скорость и точность распознавания, а также слабо чувствительны к яркости изображения и к перемене ориентации объекта.Methods based on local binary patterns generally have high recognition speed and accuracy, and are also weakly sensitive to image brightness and changes in object orientation.

Затем строится один общий прямоугольник (см. пример на Фиг. 6A), который включает в себя все ранее полученные прямоугольники (1, 2 и 3 для правого и левого легкого). Входное (приведенное к первому размеру) изображение кадрируется до данного общего прямоугольника, остальные области изображения отбрасываются, поэтому кадрированное изображение содержит только область легких (см. пример на Фиг. 6B). В одном из вариантов осуществления каждая сторона общего прямоугольника содержит в себе по меньшей мере одну из сторон прямоугольников, полученных в результате анализа изображения, при этом ни одна из сторон этих прямоугольников не выступает за пределы общего прямоугольника.One common rectangle is then constructed (see example in Fig. 6A), which includes all previously obtained rectangles (1, 2 and 3 for the right and left lung). The input (downscaled) image is cropped to this overall rectangle, the remaining image regions are discarded, so the cropped image contains only the lung region (see example in Fig. 6B). In one embodiment, each side of the common rectangle includes at least one of the sides of the rectangles obtained as a result of image analysis, and none of the sides of these rectangles extend beyond the boundaries of the common rectangle.

Результаты разных методов распознавания образов в общем случае не являются идентичными (в примере на Фиг. 6A прямоугольники 1, 2 и 3 отличаются), поэтому такое объединение результатов позволяет охватить легкие полностью без ошибочного отсечения их частей, но в то же время и сфокусироваться именно на области легких, отбросив области, не представляющие интерес для данного исследования.The results of different pattern recognition methods are in general not identical (in the example in Fig. 6A, rectangles 1, 2 and 3 are different), therefore such a combination of results allows you to cover the lungs completely without erroneously cutting off their parts, but at the same time, focus specifically on areas of the lungs, discarding areas not of interest for this study.

Кроме того, существует вероятность, что один или два из используемых методов распознавания образов не смогут найти легкое на изображении. Вместе с тем, вероятность того, что все три метода не найдут легкое, крайне мала. Следовательно, использование сразу нескольких методов распознавания образов является оправданным, так как обеспечивается защита от потери данных и повышение точности предсказания.Additionally, there is a possibility that one or two of the pattern recognition methods used will fail to find the lung in the image. At the same time, the likelihood that all three methods will not find a lung is extremely small. Consequently, the use of several pattern recognition methods at once is justified, since it provides protection against data loss and increases the accuracy of prediction.

Возможны также и другие варианты осуществления, когда вокруг полученных в результате анализа прямоугольников, как это показано на Фиг. 6A, дополнительно захватывается небольшая пограничная зона (отступ) в один или более пикселей, если выбранные конкретные методы анализа недостаточно точны и могут привести к потере областей интереса. Размеры отступов вверх, вниз, вправо и влево могут отличаться. Оптимальные размеры отступов могут подбираться в зависимости от результатов, демонстрируемых обученными алгоритмами, и требований к точности. В конкретном неограничивающем примере, если размер обрабатываемого изображения составляет 512х512 пикселей и применяются все три вышеупомянутых метода распознавания образов, отступ может составлять 15 пикселей (или менее, если отступ выходит за границу изображения). Это позволяет избежать потери данных и повысить точность предсказания.Other embodiments are also possible, when around the rectangles obtained as a result of the analysis, as shown in Fig. 6A, a small border zone (margin) of one or more pixels is additionally captured if the particular analysis methods chosen are not sufficiently accurate and may result in lost regions of interest. The sizes of indents up, down, right and left may vary. Optimal indentation sizes can be selected depending on the results demonstrated by the trained algorithms and the accuracy requirements. In a specific non-limiting example, if the image size being processed is 512x512 pixels and all three of the above pattern recognition methods are applied, the padding may be 15 pixels (or less if the padding extends beyond the border of the image). This avoids data loss and improves prediction accuracy.

Соотношение сторон изображения, полученного в результате кадрирования (то есть общего прямоугольника) (Фиг. 6B), зависит от размера и формы органов или полостей, подлежащих анализу. Для дальнейшей обработки требуется привести его к единому формату. Для этого размер изображения изменяется до второго размера. Второй размер изображения является предварительно заданным – например, в виде квадрата 224x224, 320x320 или 512x512 пикселей. Выбранное значение зависит от требований конкретной применяемой далее нейросети. Что касается указанного выше первого размера изображения (800x800 пикселей), он позволяет существенно уменьшить размер исходного изображения для ускорения обработки, но при этом получить в результате кадрирования по-прежнему относительно большое изображение, которое не пришлось бы в большинстве случаев растягивать для приведения ко второму размеру, что потенциально могло бы уменьшить точность обработки.The aspect ratio of the image resulting from the crop (i.e., overall rectangle) (Fig. 6B) depends on the size and shape of the organs or cavities to be analyzed. For further processing it is necessary to bring it to a unified format. To do this, the image size is changed to the second size. The second image size is predefined - for example, a square of 224x224, 320x320 or 512x512 pixels. The selected value depends on the requirements of the specific neural network used further. As for the first image size indicated above (800x800 pixels), it allows you to significantly reduce the size of the original image to speed up processing, but at the same time, as a result of cropping, you still get a relatively large image that would not have to be stretched to bring it to the second size in most cases , which could potentially reduce processing accuracy.

При необходимости изображение может подвергаться нормализации. В частности, значения пикселей из исходного диапазона (например, [0…255]) приводятся к диапазону, требуемому применяемой далее нейросетью (например, [0…1]). Различные методы нормализации известны специалистам в данной области техники и не раскрываются здесь подробно. В иллюстративном неограничивающем примере может применяться простая нормализация (Х-Хmin)/(Xmax-Xmin), где Х – это значение текущего пикселя, а Хmin и Xmax – это минимальное и максимальное значения пикселей в нормализуемом изображении.If necessary, the image can be normalized. In particular, pixel values from the original range (for example, [0...255]) are reduced to the range required by the neural network used further (for example, [0...1]). Various normalization methods are known to those skilled in the art and are not disclosed in detail here. In an illustrative non-limiting example, a simple normalization may be applied (X-Xmin)/(Xmax-Xmin), where X is the current pixel value and Xmin and Xmax are the minimum and maximum pixel values in the image being normalized.

Следует понимать, что возможны варианты осуществления, в которых нормализация изображения может быть выполнена и на более ранней стадии – например, еще до первого сжатия изображения. Тем не менее, предпочтительно выполнять ее после приведения кадрированного изображения ко второму размеру, так как это позволяет повысить точность на каждом из предыдущих этапов подготовки (предварительной обработки) изображения, а также несколько снизить объем вычислений, производимых непосредственно при нормализации.It should be understood that there may be embodiments in which image normalization can be performed at an earlier stage - for example, even before the first compression of the image. However, it is preferable to perform it after reducing the cropped image to the second size, since this allows you to increase the accuracy at each of the previous stages of image preparation (pre-processing), as well as somewhat reduce the amount of calculations performed directly during normalization.

Тем самым, создается изображение, подготовленное к дальнейшей обработке.This creates an image that is ready for further processing.

Блок 250 предсказания патологии принимает из блока 220 хранения данных и/или из блока 240 подготовки изображений подготовленное медицинское изображение, ограниченное областью интереса, и анализирует его. В частности, блок 250 предсказания патологии с использованием предварительно обученной нейронной сети определяет наличие или отсутствие патологии и при ее наличии определяет наиболее вероятные границы, в пределах которых она расположена.The pathology prediction unit 250 receives from the data storage unit 220 and/or from the image preparation unit 240 a prepared medical image limited to the area of interest and analyzes it. In particular, the pathology prediction unit 250, using a pre-trained neural network, determines the presence or absence of pathology and, if present, determines the most likely boundaries within which it is located.

Существует ряд патологических состояний органов и полостей, которые могут быть идентифицированы по медицинскому изображению врачом. Создание устройства, которое на основе ИИ анализировало бы снимки и выдавало точное указание для каждой из множества возможных патологий, является затруднительным и представляется нецелесообразным, поскольку многие патологии имеют схожие между собой признаки, и одного лишь деперсонализированного снимка для более детального предсказания часто бывает недостаточно, даже если нейронные сети обучены на больших качественно размеченных наборах данных.There are a number of pathological conditions of organs and cavities that can be identified by medical imaging by a physician. Creating a device that, based on AI, would analyze images and give an accurate indication for each of the many possible pathologies is difficult and seems impractical, since many pathologies have similar signs, and just a depersonalized image is often not enough for a more detailed prediction, even if neural networks are trained on large, well-labeled data sets.

Соответственно, в данном изобретении предлагается не анализировать дифференцированную вероятность конкретной патологии, а вместо этого определять вероятность наличия хотя бы одного рентгенологического признака из предварительно заданного множества возможных патологий. Для каждого органа и/или полости или для каждого типа диагностического исследования предварительно задается множество возможных патологий, выявлению которых способно обучиться и которые способно выявить в процессе работы устройство для определения патологии.Accordingly, the present invention does not propose to analyze the differential probability of a particular pathology, but instead to determine the probability of having at least one radiological sign from a predefined set of possible pathologies. For each organ and/or cavity or for each type of diagnostic test, a set of possible pathologies is preset, which the pathology detection device can learn to identify and which the pathology detection device can detect during operation.

Например, применительно к такому типу исследования, как рентгенограмма органов грудной клетки в прямой проекции, предварительно заданное множество возможных патологий, признаки которых могут выявляться устройством для определения патологии, может быть следующим:For example, for a type of examination such as an AP chest x-ray, a predetermined set of possible pathologies that can be detected by a pathology detection device may be as follows:

- Плевральный выпот;- Pleural effusion;

- Пневмоторакс;- Pneumothorax;

- Ателектаз;- Atelectasis;

- Очаг затемнения;- Center of darkening;

- Инфильтрация/консолидация;- Infiltration/consolidation;

- Диссеминация;- Dissemination;

- Полость с распадом;- Cavity with decay;

- Полость с уровнем жидкости;- Cavity with liquid level;

- Кальцинат/кальцинированная тень в легких; - Calcification/calcified shadow in the lungs;

- Нарушение целостности кортикального слоя.- Violation of the integrity of the cortical layer.

Следует отметить, что термин «пневмония» объединяет большую группу болезней, каждая из которых имеет свою этиологию, патогенез, клиническую картину, рентгенологические признаки, характерные данные лабораторных исследований и особенности терапии. Учитывая, что многие из перечисленных выше рентгенологических признаков могут наблюдаться при пневмонии, настоящее изобретение позволяет выявлять в числе прочего признаки пневмонии.It should be noted that the term “pneumonia” unites a large group of diseases, each of which has its own etiology, pathogenesis, clinical picture, radiological signs, characteristic laboratory findings and treatment features. Considering that many of the above radiological signs can be observed in pneumonia, the present invention makes it possible to detect, among other things, signs of pneumonia.

Применительно к другим органам и типам исследований предварительно заданное множество возможных патологий может отличаться.In relation to other organs and types of studies, the predefined set of possible pathologies may differ.

Врач, получивший результат вышеуказанного определения, имеющий определенный опыт, а также при необходимости располагающий дополнительной информацией о пациенте, такой как анамнез, история болезни, жалобы, физическое состояние, результаты анализов и т.д., может иметь более полную картину и сделать более точное заключение. Соответственно, следует отметить, что результат работы предложенного устройства не является клинически значимым медицинским заключением, а применяется для поддержки принятия врачебных решений, при этом клиническое заключение должно приниматься врачом-рентгенологом.A doctor who has received the result of the above determination, has certain experience, and also, if necessary, has additional information about the patient, such as anamnesis, medical history, complaints, physical condition, test results, etc., can have a more complete picture and make a more accurate conclusion. Accordingly, it should be noted that the result of the proposed device is not a clinically significant medical opinion, but is used to support medical decision-making, and the clinical opinion should be made by a radiologist.

Принимая во внимание вышесказанное, авторы настоящего изобретения провели ряд исследований и экспериментов по определению наличия патологии органов на медицинском изображении с использованием машинного обучения на примере органов грудной клетки, в ходе которых выявили, что наилучшие результаты показывает описанный далее подход.Taking into account the above, the authors of the present invention conducted a series of studies and experiments to determine the presence of organ pathology in a medical image using machine learning using the example of the chest organs, during which they found that the approach described below shows the best results.

В частности, выполняемая в блоке 250 обработка изображений может заключаться в следующем.In particular, the image processing performed in block 250 may be as follows.

Нейронная сеть интерпретирует полученное изображение с целью выявления признаков патологий, при этом в качестве результата работы выдается вероятность наличия хотя бы одного рентгенологического признака из предварительно заданного множества возможных патологий, свойственных соответствующим органам или полостям. Например, для органов грудной клетки определяется вероятность наличия хотя бы одного рентгенологического признака из вышеуказанного перечня.The neural network interprets the resulting image in order to identify signs of pathologies, and the result of the work is the probability of the presence of at least one radiological sign from a predetermined set of possible pathologies characteristic of the corresponding organs or cavities. For example, for the chest organs, the probability of having at least one radiological sign from the above list is determined.

Особенностью настоящего изобретения является то, что нейронная сеть предварительно обучена учитывать дополнительные данные о пациенте, такие как пол и возраст.A feature of the present invention is that the neural network is pre-trained to take into account additional data about the patient, such as gender and age.

В процессе исследований ошибок нейронных сетей, которые обучены только на данных о патологиях и анализируют только изображение, авторы обнаружили, что часть ошибок связаны с половыми особенностями пациентов. Например, нейросеть иногда может ошибаться в случаях, когда размер молочных желез у женщины отличается от среднестатистических размеров. Также наличие грудных имплантов у женщин нередко вызывает затруднения у нейросети и может неверно распознаваться как патология. Возможны ситуации, когда на изображении проявлены соски молочной железы, что тоже может приводить к трудностям обработки.In the process of studying errors in neural networks that are trained only on pathology data and analyze only images, the authors discovered that some errors are associated with the gender characteristics of patients. For example, a neural network can sometimes make mistakes in cases where the size of a woman’s mammary glands differs from the average size. Also, the presence of breast implants in women often causes difficulties for the neural network and can be incorrectly recognized as a pathology. There may be situations where the nipples of the mammary gland are visible in the image, which can also lead to processing difficulties.

Кроме того, авторы заметили, что традиционные нейросети не учитывают естественные половозрастные изменения анатомии, происходящие в костных структурах и внутренних органах человека. Например, с возрастом у людей могут возникать такие изменения, как фиброз (особенно прикорневой), расширение сердца (часто), удлинение и склероз аорты (часто), уплотнения хрящевой ткани в ребрах, остеопороз в костях, снижение плотности костной структуры (что приводит к увеличению прозрачности костей на снимках), деформирующий остеоартроз в суставах, снижение высоты тел позвонков, развитие субхондрального склероза, наличие листезов, грыжи шилолистный и поммера и т.д. Соответственно, чем старше человек, тем подобных изменений может становиться больше. При этом известно, что в целом могут существовать различия в характере возрастных изменений в организме между мужчинами и женщинами, связанные с образом жизни. Также известны исследования, показывающие, что изменения у мужчин и женщин как минимум в некоторых возрастных интервалах протекают с различной интенсивностью.In addition, the authors noticed that traditional neural networks do not take into account the natural gender-age changes in anatomy that occur in human bone structures and internal organs. For example, as people age, changes may occur such as fibrosis (especially hilar), enlargement of the heart (common), elongation and sclerosis of the aorta (common), thickening of the cartilage tissue in the ribs, osteoporosis in the bones, decreased density of the bone structure (leading to increased transparency of bones in the images), deforming osteoarthritis in the joints, decreased height of the vertebral bodies, development of subchondral sclerosis, the presence of listhesis, styloid and pommer hernia, etc. Accordingly, the older a person is, the more such changes can become. It is known that, in general, there may be differences in the nature of age-related changes in the body between men and women associated with lifestyle. There are also studies showing that changes in men and women, at least in some age intervals, occur with different intensities.

Многие из этих изменений проявляются на медицинских изображениях, и та или иная степень изменений может считаться допустимой для определенного возраста, однако традиционные нейросети не принимают это во внимание и могут выводить ошибочное предсказание о том, что пациент болен. Поскольку предложенное устройство, как упоминалось выше, не предоставляет дифференцированную вероятность конкретной патологии, а лишь предсказывает вероятность присутствия признаков хотя бы одного патологического изменения, то ошибочное указание о наличии патологии на снимке может приводить к усложнению работы медицинского специалиста с таким снимком.Many of these changes appear in medical images, and some degree of change may be considered acceptable for a certain age, but traditional neural networks do not take this into account and may erroneously predict that the patient is sick. Since the proposed device, as mentioned above, does not provide a differentiated probability of a specific pathology, but only predicts the probability of the presence of signs of at least one pathological change, an erroneous indication of the presence of pathology in an image can complicate the work of a medical specialist with such an image.

Например, на Фиг. 7 приведен образец рентгеновского изображения для пациента в возрасте менее 65 лет, легкие и позвоночник которого имеют состояние, соответствующее данному возрасту.For example, in FIG. Figure 7 shows a sample x-ray image for a patient under 65 years of age whose lungs and spine are in age-appropriate condition.

На Фиг. 8 приведен образец рентгеновского изображения для пациента в возрасте 72 лет. Со стороны сердечно-сосудистой системы на данном снимке имеет место расширение сердца, расширение верхней полой вены, застойные сосуды преимущественно в нижних отделах, усиленный легочной рисунок; со стороны костной системы - артроз 1 реберно-ключичного сустава с обеих сторон, спондилезные разрастания позвонков в латеральные стороны. Все эти признаки видны на снимке, и несмотря на то, что они в целом приемлемы для человека в таком возрасте, нейросеть, которая не учитывает возраст пациента, может ошибочно посчитать, что он болен, а медицинскому специалисту, получившему такое предварительное заключение, придется потратить дополнительное время на изучение снимка, который на самом деле не требует такого внимания.In FIG. Figure 8 shows a sample x-ray image for a patient aged 72 years. From the side of the cardiovascular system, in this image there is an enlargement of the heart, an enlargement of the superior vena cava, congestive vessels mainly in the lower sections, an enhanced pulmonary pattern; from the skeletal system - arthrosis of the 1st costoclavicular joint on both sides, spondylous growths of the vertebrae on the lateral sides. All these signs are visible in the image, and despite the fact that they are generally acceptable for a person at this age, a neural network that does not take into account the patient’s age may mistakenly consider that he is sick, and the medical specialist who received such a preliminary conclusion will have to spend extra time to study a photo that doesn't really require that much attention.

В уровне техники не предложены конкретные способы решения этих проблем, поэтому авторами предложена собственная методика того, как учесть данные о поле и возрасте пациента, чтобы повысить точность предсказания патологий.The state of the art does not propose specific methods for solving these problems, so the authors proposed their own method of how to take into account data on the gender and age of the patient in order to increase the accuracy of predicting pathologies.

Согласно настоящему изобретению, нейронная сеть 300, упрощенный пример архитектуры которой приведен на Фиг. 9, такова, что на протяжении предварительно заданного количества слоев (предварительный участок 310) она анализирует изображение традиционным образом, после чего промежуточно полученные данные поступают на три подсети, каждая из которых предназначена для предсказания разных выходных данных.According to the present invention, a neural network 300, a simplified example of the architecture of which is shown in FIG. 9 is such that for a predetermined number of layers (preliminary section 310) it analyzes the image in a conventional manner, after which the intermediate data is fed into three subnetworks, each of which is designed to predict a different output.

В частности, предлагается использовать сверточную нейронную сеть, в которой каждый слой последовательно соединен с каждым последующим слоем. В качестве примера используется архитектура DenseNet-121 (плотно соединенная сверточная сеть), так как именно она показала наилучшие результаты для целей настоящего изобретения. Например, как показано на Фиг. 9, предварительный участок 310 содержит блок 320 свертки (convolution), блок 330 пулинга (pooling), 4 плотных блока (dense block) 341-344, 3 блока перехода (transition) 351-353. Более подробная архитектура DenseNet известна специалистам в данной области техники и не раскрывается в данном документе. Также следует понимать, что в других вариантах осуществления может быть использована сеть DenseNet с другим индексом, такая как DenseNet-161, -169, -201, -264 и т.д., если ее показатели производительности и точности будут удовлетворять требованиям конкретного применения. Предварительный участок 310 завершается последним плотным блоком, без использования известного из традиционной DenseNet последующего пулинга с однократным линейным преобразованием.In particular, it is proposed to use a convolutional neural network in which each layer is sequentially connected to each subsequent layer. The DenseNet-121 (Densely Connected Convolutional Network) architecture is used as an example since it has shown the best results for the purposes of the present invention. For example, as shown in FIG. 9, the preliminary section 310 contains a convolution block 320, a pooling block 330, 4 dense blocks 341-344, 3 transition blocks 351-353. The more detailed architecture of DenseNet is known to those skilled in the art and is not disclosed herein. It should also be understood that in other embodiments, a DenseNet with a different index, such as DenseNet-161, -169, -201, -264, etc., may be used if its performance and accuracy meet the requirements of a particular application. The preliminary section 310 ends with the last dense block, without using post-pooling with a single linear transform known from traditional DenseNet.

После последнего плотного блока (четвертого плотного блока 344 в примере на Фиг. 9) происходит разделение, и данные, полученные в результате анализа на предварительном участке 310, далее анализируются по отдельности каждой из трех подсетей 360, 370, 380. Формат данных на выходе каждой подсети может быть различным в зависимости от конкретной реализации.After the last dense block (the fourth dense block 344 in the example of FIG. 9), a split occurs and the data obtained from the analysis of the preliminary section 310 is then analyzed separately by each of the three subnets 360, 370, 380. The data format of the output of each subnet may vary depending on the specific implementation.

Первая подсеть 360 предсказывает вероятность наличия патологии на анализируемом снимке. Данная подсеть реализуется в виде классификатора. В конкретном примере классификатор с помощью линейной функции из набора входных признаков получает промежуточный набор выходных признаков, выполняет сигмоидную функцию активации и затем вновь с помощью линейной функции получает итоговый набор выходных признаков, соответствующий наличию или отсутствию патологии. В частности, в примере на Фиг. 9 первая подсеть 360 может иметь структуру 1024-18-2, где 1024 - это набор входных признаков, 18 - промежуточный набор выходных признаков, 2 - это итоговый набор выходных признаков (здоров или болен).The first subnetwork 360 predicts the probability of the presence of pathology in the analyzed image. This subnet is implemented as a classifier. In a specific example, the classifier, using a linear function, obtains an intermediate set of output features from a set of input features, performs a sigmoid activation function, and then again, using a linear function, obtains the final set of output features corresponding to the presence or absence of pathology. Specifically, in the example in FIG. 9, the first subnet 360 may have the structure 1024-18-2, where 1024 is the set of input features, 18 is the intermediate set of output features, 2 is the final set of output features (healthy or sick).

Соответственно, в одном из вариантов осуществления на выходе первой подсети 360 может выводиться лишь двоичное число, указывающее, имеется ли патология на данном снимке. «0» может указывать на отсутствие патологии (то есть на то, что пациент здоров), а «1» может указывать на наличие патологии. Возможно также и обратное указание, где «1» - здоров, «0» - вероятно, болен. В другом варианте осуществления на выходе первой подсети 360 может выводиться число в некотором диапазоне, например, от 0 до 1 или от 0 до 100, указывающее вероятность наличия патологии (структура первой подсети 360 в таком случае будет отличаться от указанной выше структуры 1024-18-2). Также возможен текстовый формат указания.Accordingly, in one embodiment, the output of the first subnet 360 may only output a binary number indicating whether a pathology is present in a given image. “0” may indicate the absence of pathology (that is, that the patient is healthy), and “1” may indicate the presence of pathology. The opposite indication is also possible, where “1” means healthy, “0” means probably sick. In another embodiment, the output of the first subnetwork 360 may output a number in some range, for example, from 0 to 1 or from 0 to 100, indicating the probability of the presence of pathology (the structure of the first subnetwork 360 in this case will be different from the above structure 1024-18- 2). A text format for the indication is also possible.

Вторая подсеть 370 предсказывает предполагаемый пол пациента. Данная подсеть с помощью предварительно заданной функции из набора входных признаков получает набор выходных признаков, соответствующий предполагаемому полу пациента. В частности, в примере на Фиг. 9 вторая подсеть 370 может иметь структуру 1024-3, где 1024 - это набор входных признаков, 3 - это набор выходных признаков (мужской, женский или другое).The second subnetwork 370 predicts the expected gender of the patient. This subnetwork, using a predefined function from a set of input features, obtains a set of output features corresponding to the expected gender of the patient. Specifically, in the example in FIG. 9, the second subnetwork 370 may have the structure 1024-3, where 1024 is a set of input features, 3 is a set of output features (male, female, or other).

Наличие третьей градации (другое) в данном случае связано с тем, что в имеющихся в наличии обучающих наборах данных часть снимков не имела разметки по полу, и доля этих снимков была такова, что было бы нецелесообразно отбрасывать их и не использовать для обучения. Таким образом, в качестве разметки по полу для таких снимков приходилось указывать “другое” и ввести такую градацию на выходе второй подсети 370, так что часть снимков она в конечном счете тоже стала причислять к этой градации. Тем не менее, это обеспечило возможность использования не полностью размеченных наборов данных, что существенно увеличило возможности обучения, и точность определения патологии возросла.The presence of the third gradation (other) in this case is due to the fact that in the available training data sets, some of the images were not marked by gender, and the proportion of these images was such that it would be inappropriate to discard them and not use them for training. Thus, as a floor marking for such pictures, it was necessary to indicate “other” and introduce such a gradation at the output of the second subnet 370, so that it eventually also began to classify some of the pictures as this gradation. However, this provided the ability to use incompletely labeled datasets, which significantly increased training capabilities, and the accuracy of pathology detection increased.

Более того, в современных условиях, когда медицина предоставляет множество возможностей по изменению своего тела, а общество все чаще признает небинарную гендерную идентичность и третий пол, может возникнуть проблема как с физической идентификацией нейросетью пола по бинарному типу у пациентов, изменивших свое тело, так и с разметкой изображений в отношении пациентов, самостоятельно указывающих в графе “пол” небинарное значение, отличающееся от “мужчина” или “женщина”. Наличие третьей градации пола (другое) в настоящем изобретении позволяет учитывать все такие случаи. Соответственно, настоящее изобретение позволяет повысить точность предсказания за счет того, что обеспечивает как возможность использования снимков таких пациентов для обучения нейросети, что увеличивает объем доступных обучающих наборов данных, так и возможность анализа снимков таких пациентов.Moreover, in modern conditions, when medicine provides many opportunities to change one’s body, and society increasingly recognizes non-binary gender identity and a third gender, a problem may arise with both the physical identification of binary gender by the neural network in patients who have changed their body, and with image markings for patients who independently indicate in the “gender” column a non-binary value other than “man” or “woman”. The presence of a third gradation of gender (other) in the present invention allows all such cases to be taken into account. Accordingly, the present invention improves the accuracy of prediction by providing both the ability to use images of such patients for training a neural network, which increases the volume of available training data sets, and the ability to analyze images of such patients.

Соответственно, в одном из вариантов осуществления, если для обучения применяются только полностью размеченные данные, содержащие только 2 пола (мужской и женский), то на выходе второй подсети 370 может выводиться двоичное число, указывающее предполагаемый пол пациента, где «0» - мужской, а «1» - женский, или наоборот, «1» - мужской, а «0» - женский. В другом варианте осуществления на выходе первой подсети может выводиться текст, где «м», «муж», «мужской», «m», «male» и т.д. – мужской пол, а «ж», «жен», «женский», «f», «female» и т.д. – женский пол, «д», «др», «другое», «o», «other» и т.д. – другое. Если же для обучения применяются не только полностью размеченные данные и/или данные содержат разметку с отнесением пола к категории «другое», то на выходе второй подсети 370 также может выводиться дополнительное число или текст, указывающее на то, что нейросеть не смогла в явном виде отнести пол пациента к мужскому или женскому, поэтому он отнесен к категории «другое».Accordingly, in one embodiment, if only fully labeled data containing only 2 genders (male and female) are used for training, then the output of the second subnet 370 may output a binary number indicating the expected gender of the patient, where "0" is male, and “1” is female, or vice versa, “1” is male, and “0” is female. In another embodiment, the output of the first subnet may output text where "m", "man", "male", "m", "male", etc. – male gender, and “f”, “wives”, “female”, “f”, “female”, etc. – female, “d”, “dr”, “other”, “o”, “other”, etc. – other. If not only fully labeled data is used for training and/or the data contains labeling with gender assigned to the “other” category, then the output of the second subnet 370 can also display an additional number or text indicating that the neural network was unable to explicitly classify the patient's gender as male or female, so he is categorized as “other.”

Третья подсеть 380 предсказывает предполагаемый возраст пациента. Данная подсеть с помощью предварительно заданной функции из набора входных признаков получает набор выходных признаков, соответствующий предполагаемому возрасту пациента. В частности, в примере на Фиг. 9 третья подсеть 380 может иметь структуру 1024-10, где 1024 - это набор входных признаков, 10 - это набор выходных признаков (0-10 лет, 10-20 лет, …, 90 и более лет). The third subnetwork 380 predicts the expected age of the patient. This subnetwork, using a predefined function from a set of input features, receives a set of output features corresponding to the expected age of the patient. Specifically, in the example in FIG. 9, the third subnetwork 380 may have the structure 1024-10, where 1024 is a set of input features, 10 is a set of output features (0-10 years, 10-20 years, ..., 90 or more years).

Соответственно, в одном из вариантов осуществления, на выходе третьей подсети 380 может выводиться число, указывающее предполагаемый возраст пациента конкретно в годах – например, 25 лет, 68 лет. В другом варианте осуществления на выходе третьей подсети 380 может выводиться указание на диапазон возрастов, к которому наиболее вероятно относится пациент. Например, если разделить возраста на 10 равных диапазонов по 10 лет, то на выходе третьей подсети 380 указывается, к какому из 10 диапазонов наиболее вероятно относится пациент, с помощью номера диапазона – например, «4», то есть от 40 до 50 лет, или с помощью прямого указания – например, «от 80 до 90 лет». Кроме того, по аналогии со второй подсетью 370, если для обучения применяются не только полностью размеченные данные, то на выходе третьей подсети 380 может выводиться дополнительное число или текст, указывающее на то, что возраст пациента не определен. Это обеспечивает возможность использования не полностью размеченных наборов данных, что увеличивает возможности обучения и точность определения патологии.Accordingly, in one embodiment, the output of third subnet 380 may output a number indicating the patient's expected age specifically in years—eg, 25 years, 68 years. In another embodiment, the output of the third subnetwork 380 may output an indication of the age range that the patient most likely falls within. For example, if we divide ages into 10 equal ranges of 10 years, then the output of the third subnet 380 indicates which of the 10 ranges the patient most likely belongs to using the range number - for example, “4”, that is, from 40 to 50 years old, or by direct reference - for example, "from 80 to 90 years." Additionally, similar to the second subnet 370, if training uses more than just fully labeled data, the output of the third subnet 380 may output an additional number or text indicating that the patient's age is not determined. This enables the use of incompletely labeled datasets, which increases learning capabilities and accuracy of pathology detection.

Предсказания пола и возраста используются только на стадии обучения, как будет описано далее, а предсказание патологии используется как на стадии обучения, так и во время основной работы устройства. Соответственно, при наличии технической возможности во время основной работы устройства вторая подсеть 370 и третья подсеть 380 могут быть отключены, что может обеспечить снижение энергопотребления и вычислительных ресурсов.Gender and age predictions are used only during the training phase, as will be described later, and pathology prediction is used both during the training phase and during the main operation of the device. Accordingly, if technically possible, during primary operation of the device, the second subnet 370 and the third subnet 380 can be disabled, which can reduce power consumption and computing resources.

Что касается обучающих данных, то важно отметить, что одной из проблем, возникающих при обучении нейронной сети, является разрозненность обучающих наборов данных (датасетов), так как медицинские и иные организации, подготавливающие такие данные, могут иметь разный профиль. Например, одна организация может специализироваться на лечении туберкулеза, другая организация может специализироваться на педиатрии, еще одна организация может иметь широкий профиль и т.д. Кроме того, медицинские организации могут находиться в разных странах. Соответственно, данные, поставляемые каждой из этих организаций для обучения, могут иметь существенно различающиеся между собой подходы к описанию снимков, распределение встречающихся на снимках патологий и половозрастное распределение обследованных пациентов.As for training data, it is important to note that one of the problems that arises when training a neural network is the fragmentation of training data sets (datasets), since medical and other organizations preparing such data may have different profiles. For example, one organization may specialize in the treatment of tuberculosis, another organization may specialize in pediatrics, another organization may have a broad profile, etc. In addition, medical organizations may be located in different countries. Accordingly, the data supplied by each of these organizations for training may have significantly different approaches to the description of images, the distribution of pathologies found in the images, and the gender and age distribution of the patients examined.

Настоящее изобретение позволяет эффективным образом устранить эти недостатки, так что обеспечивается возможность использовать для обучения множество различных обучающих наборов данных, что значительно повышает качество и точность выявления патологий.The present invention effectively overcomes these shortcomings so that many different training data sets can be used for training, which significantly improves the quality and accuracy of pathology detection.

В частности, в отношении различного распределения встречающихся на снимках патологий, согласно настоящему изобретению, устройство 200 обучается находить на изображении признаки любой патологии из предварительно заданного множества возможных патологий, но не предоставляет дифференцированную вероятность конкретной патологии, что устраняет необходимость наличия достаточного количества снимков с каждой конкретной патологией для каждого пола и возраста и тем самым устраняет зависимость от наполнения (контента) используемых для обучения наборов данных.In particular, with respect to the varying distribution of pathologies occurring in images, according to the present invention, the device 200 is trained to find signs of any pathology in the image from a predefined set of possible pathologies, but does not provide a differentiated probability of a particular pathology, which eliminates the need for a sufficient number of images from each particular pathology. pathology for each gender and age and thereby eliminates the dependence on the content of the data sets used for training.

В отношении различного распределения обследованных пациентов по возрасту, авторами настоящего изобретения было выявлено, что если указывать не конкретный возраст, а разделить возраста на равные диапазоны – например, по 10 лет, по 15 лет, по 7 лет, то устройство демонстрирует высокую эффективность: высокую точность предсказания, высокую скорость работы и скорость обучения, меньший требуемый объем обучающих данных, а также меньшую зависимость от наполнения используемых для обучения наборов данных. Число диапазонов и их размер могут быть разными в зависимости от условий конкретного применения, в том числе от возрастных показателей обучающих данных. Следует понимать, что слишком большие диапазоны могут приводить к потере информации, так как может быть утеряна разница, например, между человеком в фазе активного роста и человеком среднего возраста или между человеком среднего возраста и человеком в фазе старения. С другой стороны, слишком маленькие диапазоны могут запутать нейронную сеть, так как ей придется делать различия между почти равными по возрасту людьми, при том что одни и те же возрастные изменения в одной и той же стадии могут возникать у людей не внезапно, а у всех в относительно разном возрасте. Соответственно, согласно настоящему изобретению, оптимальный размер диапазонов составляет от 7 до 15 лет.With regard to the different distribution of examined patients by age, the authors of the present invention found that if you indicate not a specific age, but divide the ages into equal ranges - for example, 10 years, 15 years, 7 years, then the device demonstrates high efficiency: high prediction accuracy, high operating speed and learning speed, smaller required amount of training data, as well as less dependence on the content of the data sets used for training. The number of ranges and their size may vary depending on the specific application, including the age of the training data. It should be understood that too large ranges can lead to loss of information, since the difference, for example, between a person in the active growth phase and a middle-aged person or between a middle-aged person and a person in the aging phase may be lost. On the other hand, too small ranges can confuse the neural network, since it will have to make distinctions between people of almost equal age, despite the fact that the same age-related changes at the same stage may not occur suddenly in people, but in all at relatively different ages. Accordingly, according to the present invention, the optimal size of the ranges is from 7 to 15 years.

Что касается различного подхода к описанию снимков, этот вопрос обсуждается ниже в данном документе.Regarding the different approach to image description, this issue is discussed later in this document.

Далее будет более подробно описано предварительное обучение модели. В частности, оно производится по методу обучения с учителем на основе множества медицинских изображений, которые были заранее обработаны и размечены медицинскими специалистами, обладающими достаточной квалификацией - например, врачами-рентгенологами. В частности, в результате визуального изучения изображений врач указывает, имеется ли на представленном изображении патология. Например, «0» может указывать на отсутствие патологии (то есть на то, что пациент здоров), а «1» может указывать на наличие патологии, или наоборот. Кроме того, для каждого изображения из обучающих данных указывается пол и возраст пациента. Это делает либо врач вручную, либо считывание производится автоматически из данных о пациенте, сохраненных в медицинской информационной системе 130 медицинской организации 110 или в центральной медицинской информационной системе 150, либо из метаданных изображения, если они содержат эти сведения, и т.д. Добавление меток вручную может происходить путем анализа текста описания снимка врачом, на основании которого составлялось заключение о наличии/отсутствии патологии на снимке. Также возможно автоматическое распознавание имеющихся текстов описаний к снимкам/на снимках, однако следует понимать, что точность распознавания в общем случае не равна 100%, что снижает степень доверия к такой разметке и вносит потенциальные ошибки в процесс обучения.Next, the preliminary training of the model will be described in more detail. In particular, it is produced using a supervised learning method based on a set of medical images that have been pre-processed and labeled by medical specialists with sufficient qualifications - for example, radiologists. In particular, as a result of visual examination of the images, the doctor indicates whether there is a pathology in the presented image. For example, “0” may indicate the absence of pathology (that is, that the patient is healthy), and “1” may indicate the presence of pathology, or vice versa. In addition, for each image from the training data, the gender and age of the patient are indicated. This is either done manually by the physician, or read automatically from patient data stored in the medical information system 130 of the medical organization 110 or in the central medical information system 150, or from image metadata if it contains this information, etc. Manually adding marks can be done by analyzing the text of the image description by a doctor, on the basis of which a conclusion was drawn up about the presence/absence of pathology in the image. It is also possible to automatically recognize existing description texts for/on images, however, it should be understood that the recognition accuracy in the general case is not 100%, which reduces the degree of confidence in such markup and introduces potential errors into the learning process.

Процессом обучения нейронной сети 300 управляет блок 280 обучения посредством применения алгоритма обучения к обучаемой нейронной сети с использованием обучающих данных. Указания (разметка) от врача используются обучаемой нейронной сетью в качестве истинных данных (ground truth). Например, в одном варианте осуществления разметка может представлять собой 3 числа: «1» (болен), «1» (женский) и «0» (номер диапазона, указывающий, что снимок принадлежит пациенту в возрасте 0-10 лет). В другом варианте осуществления разметка может представлять собой иные значения: «здоров», «м» и «10-20» (лет). Предпочтительно, чтобы формат разметки совпадал с форматом вывода данных в вышеупомянутых трех подсетях, чтобы не было необходимости приведения данных к единому формату для сверки результата предсказания с истинными данными. Тем не менее, если используется множество разных наборов обучающих данных из разных источников, то возможны различия в разметке, и тогда приведение к единому формату может быть необходимой процедурой.The training process of the neural network 300 is controlled by a training unit 280 by applying a training algorithm to the neural network being trained using the training data. The instructions (markings) from the doctor are used by the trained neural network as ground truth. For example, in one embodiment, the marking may be 3 numbers: "1" (sick), "1" (female), and "0" (a range number indicating that the image is from a patient aged 0-10 years). In another embodiment, the marking may represent other values: "healthy", "m" and "10-20" (years). It is preferable that the markup format matches the output format of the data in the above three subnets, so that there is no need to reduce the data to a single format to compare the prediction result with the true data. However, if there are many different sets of training data from different sources, then there may be differences in markup, and then reduction to a common format may be necessary.

В иллюстративном варианте осуществления 70% взятых для обучения изображений могут использоваться непосредственно для обучения, а 30% для тестирования модели. В другом варианте осуществления может использоваться иное соотношение, более подходящее для целей обучения конкретной нейросети. Например, для обучения нейросети изображения могут быть разделены на обучающую, валидационную и тестовую выборки. Размер обучающей выборки может составлять 70%, размер валидационной выборки может составлять 15%, и размер тестовой выборки может составлять 15% от изображений, поданных на обучение. Конкретные соотношения зависят от количества обучающих снимков и предназначены для проверки обобщаемой модели – происходит проверка, в какой мере результаты исследования применимы к новым данным, перед использованием модели в рабочем режиме в медицинской организации.In an illustrative embodiment, 70% of the images taken for training can be used directly for training, and 30% for testing the model. In another embodiment, a different ratio may be used that is more suitable for the purposes of training a particular neural network. For example, to train a neural network, images can be divided into training, validation and test samples. The training set size can be 70%, the validation set size can be 15%, and the test set size can be 15% of the images submitted for training. Specific ratios depend on the number of training images and are intended to test the generalized model - the extent to which the research results are applicable to new data is checked before using the model in operational mode in a medical organization.

В процессе обучения изображения подготавливаются аналогично тому, как было описано выше применительно к блоку 240, и подаются на вход нейросети, при этом используются изображения как с наличием, так и с отсутствием патологий. На каждом шаге обучения нейронная сеть рассчитывает предсказания для одного или более изображений. Эти предсказания сравниваются с указанием истинного наличия/отсутствия патологии, а также с указанием истинного пола и возраста пациента, и рассчитывается значение функции потерь (насколько сильно нейронная сеть ошиблась в выявлении наличия патологии, в определении пола и возраста пациента). Далее, с помощью метода градиентного спуска и алгоритма обратного распространения ошибки (backpropagation) все веса (весовые коэффициенты) нейронной сети изменяются в соответствии с выбранным параметром скорости обучения в направлении, обратном вычисленному градиенту, для того чтобы минимизировать ошибку на текущем(их) изображении(ях). Этот шаг повторяется многократно, и в результате процесса обучения веса нейронной сети сходятся к оптимальным. В дальнейшем эти веса используются сетью в процессе работы устройства для выявления патологий на входных изображениях, которые не подвергались разметке.During the training process, images are prepared in the same way as described above in relation to block 240, and are fed to the input of the neural network, while images with both the presence and absence of pathologies are used. At each training step, the neural network makes predictions for one or more images. These predictions are compared with the indication of the true presence/absence of pathology, as well as with the indication of the true gender and age of the patient, and the value of the loss function is calculated (how much the neural network made a mistake in identifying the presence of pathology, in determining the gender and age of the patient). Next, using the gradient descent method and the backpropagation algorithm, all weights (weighting coefficients) of the neural network are changed in accordance with the selected learning rate parameter in the direction opposite to the calculated gradient in order to minimize the error in the current image(s). I). This step is repeated many times, and as a result of the training process, the weights of the neural network converge to the optimal ones. These weights are subsequently used by the network during device operation to identify pathologies in input images that have not been marked.

В частности, как было указано выше, во время основной работы устройства используется только предсказание патологии, то есть предварительный участок 310 нейронной сети и первая подсеть 360, которая предсказывает вероятность наличия патологии на анализируемом снимке.In particular, as stated above, during the main operation of the device, only the pathology prediction is used, that is, the preliminary neural network section 310 and the first subnetwork 360, which predicts the probability of the presence of pathology in the analyzed image.

В одном из вариантов осуществления выходные данные блока 250 предсказания патологии, то есть указание вероятности наличия патологии, являются конечным результатом работы устройства 200 и используются далее другими устройствами – например, сохраняются в блоке 220 хранения данных, откуда в дальнейшем могут извлекаться по запросу от других устройств, и/или отправляются в блок 270 передачи данных, который передает этот результат в другое устройство – например, в центральную медицинскую информационную систему 150 или в медицинскую организацию 110, запрашивавшую обработку данных.In one embodiment, the output data of the pathology prediction block 250, that is, an indication of the probability of the presence of a pathology, is the final result of the operation of the device 200 and is further used by other devices - for example, it is stored in the data storage block 220, from where it can later be retrieved on request from other devices , and/or are sent to the data transmission unit 270, which transmits this result to another device - for example, to the central medical information system 150 or to the medical organization 110 that requested data processing.

В другом варианте осуществления выходные данные блока 250 предсказания патологии также передаются в блок 260 формирования отчета, который формирует отчет об исследовании, проведенном в устройстве 200. Отчет об исследовании может содержать по меньшей мере одно из следующего: а) изображение с визуализацией патологии; б) текстовый протокол исследования.In another embodiment, the output of the pathology prediction block 250 is also transmitted to the report generation block 260, which generates a report of the examination performed on the device 200. The examination report may contain at least one of the following: a) a pathology imaging image; b) textual study protocol.

Изображение с визуализацией патологии может формироваться для тех изображений, для которых в результате анализа была выявлена вероятность наличия патологии, превышающая предварительно заданную пороговую вероятность наличия патологии, что указывает на то, что врачу-рентгенологу следует обратить внимание на такой снимок. Пороговая вероятность наличия патологии в общем случае составляет 0,5 (или 50%), но в зависимости от показателей точности конкретной обученной модели и от степени доверия к ней может варьироваться при практическом применении как в меньшую, так и в большую сторону. Например, медицинская организация может специализироваться на лечении таких заболеваний, раннее выявление которых является критически важным с точки зрения прогноза лечения, поэтому может запрашивать визуализированные изображения, если устройством выявлена вероятность наличия патологии всего 10% и более. В другом примере медицинская организация может быть прикреплена к предприятию, и основной контингент ее пациентов может иметь профессиональные хронические заболевания органов грудной клетки, и некоторые изменения на снимках у таких пациентов могут считаться допустимыми, поэтому визуализация может запрашиваться только для случаев, когда устройством выявлена вероятность наличия патологии 60% и более. Следует отметить, что возможно множество иных ситуаций, которые не перечислены в данном документе, но входят в объем данного изобретения. Возможность выбора пороговой вероятности наличия патологии позволяет адаптировать результаты работы предложенного устройства 200 к различным конкретным применениям, например, чтобы снизить нагрузку на медицинский персонал и при этом обеспечить раннее выявление патологий с необходимой точностью.A pathology image can be generated for those images that have been analyzed to have a pathology probability greater than a predetermined pathology threshold, indicating that the radiologist should pay attention to the image. The threshold probability of the presence of pathology in the general case is 0.5 (or 50%), but depending on the accuracy indicators of a particular trained model and the degree of confidence in it, it can vary in practical application, either down or up. For example, a medical organization may specialize in the treatment of diseases, the early detection of which is critical in terms of prognosis of treatment, and therefore may request visualizations if the device has detected a probability of the presence of pathology of only 10% or more. In another example, a medical organization may be affiliated with an enterprise, and the majority of its patients may have occupational chronic chest diseases, and some changes in the images of such patients may be considered acceptable, so imaging may be requested only in cases where the device has identified the possibility of the presence pathology 60% or more. It should be noted that many other situations are possible that are not listed herein but are within the scope of this invention. The ability to select the threshold probability of the presence of pathology allows you to adapt the results of the proposed device 200 to various specific applications, for example, to reduce the burden on medical personnel and at the same time ensure early detection of pathologies with the necessary accuracy.

Изображение с визуализацией патологии представляет собой копию проанализированного изображения, на которое наложено указание найденных признаков патологий. Например, в случае использования формата DICOM оно может быть сформировано в виде DICOM Secondary Capture (вторичный снимок DICOM).An image with pathology visualization is a copy of the analyzed image, on which an indication of the found signs of pathologies is superimposed. For example, if the DICOM format is used, it can be generated as a DICOM Secondary Capture.

Возможны различные варианты визуализации. В одном из вариантов осуществления визуализация может выполняться в виде тепловой карты, на которой выполняется более интенсивное выделение тех точек и/или областей, которые представляют больший интерес с точки зрения наличия патологий, менее интенсивное выделение тех точек и/или областей, которые представляют меньший интерес, а те области, которые, предположительно, не содержат патологии, не выделяются. Принцип выделения может быть различным - так, выделение может выполняться с помощью градиента одного и того же цвета (например, оттенки красного или оранжевого), с помощью градиентного перехода от одних цветов к другим цветам (например, от желтого к красному), с помощью точного указания цвета (например, голубой – меньшая вероятность, синий – большая вероятность), с помощью размера точки (например, чем меньше вероятность, тем меньше точка) и т.д. Применимы различные методы построения тепловых карт - например, повышенные характеристики показывает комбинация из двух методов: Grad-CAM (взвешенная комбинация карт активации классов на основе градиентов) и Saliency maps (карты значимости). В частности, каждый из этих методов по отдельности анализирует входное изображение нейронной сети 300 и активации (числа) внутри нейронной сети 300, которые были получены при прогоне через нее этого изображения, после чего результаты работы методов объединяются, и строится общая тепловая карта, пример которой изображен на Фиг. 10.Various visualization options are possible. In one embodiment, the visualization can be performed in the form of a heat map, which provides a more intensive selection of those points and/or areas that are of greater interest from the point of view of the presence of pathologies, a less intensive selection of those points and/or areas that are of less interest , and those areas that presumably do not contain pathology are not highlighted. The principle of selection can be different - for example, selection can be done using a gradient of the same color (for example, shades of red or orange), using a gradient transition from one color to another color (for example, from yellow to red), using precise specifying the color (for example, blue - lower probability, blue - higher probability), using the size of the dot (for example, the lower the probability, the smaller the dot), etc. Various methods for constructing heat maps are applicable - for example, a combination of two methods shows improved performance: Grad-CAM (a weighted combination of gradient-based class activation maps) and Saliency maps (saliency maps). In particular, each of these methods separately analyzes the input image of the neural network 300 and the activations (numbers) within the neural network 300 that were obtained by running this image through it, after which the results of the methods are combined and a common heat map is constructed, an example of which shown in Fig. 10.

Тепловые карты позволяют регулировать степень внимания, которую медицинскому специалисту следует обратить при изучении той или иной области на снимке, избавляя от необходимости детального визуального осмотра всего изображения. Таким образом, обеспечивается снижение нагрузки на медицинский персонал.Heat maps allow you to adjust the amount of attention a healthcare professional should pay when examining a particular area in an image, eliminating the need for detailed visual inspection of the entire image. This ensures a reduction in the burden on medical personnel.

Тем не менее, возможны ситуации, когда тепловая карта является недостаточно точной, и в таком случае врачу, наоборот, приходится тратить время на изучение такой области, которая не представляет интереса. Также выяснилось, что в некоторых реализациях тепловые карты загромождают собой изображение, вследствие чего специалисту приходится тратить время на то, чтобы просматривать одновременно два изображения: как исходное изображение, так и изображение с нанесенной на него тепловой картой.However, there may be situations where the heat map is not accurate enough, in which case the doctor, on the contrary, has to spend time studying an area that is not of interest. It also turned out that in some implementations, heat maps clutter the image, as a result of which the specialist has to spend time viewing two images simultaneously: both the original image and the image with the heat map applied to it.

Соответственно, в другом варианте осуществления настоящего изобретения визуализация может выполняться в виде очертания границ (или контуров), охватывающих одну или более областей на изображении, на которой имеется вероятность наличия патологии, или иными словами, на которой блоком 250 предсказания патологии обнаружены признаки патологии. Для реализации такого подхода могут использоваться разные методы компьютерного зрения, анализирующие состояние нейронной сети блока 250 предсказания патологии. Например, как указывалось выше, повышенные характеристики показывает комбинация из двух методов: метода Grad-CAM (взвешенная комбинация карт активации классов на основе градиентов) и Saliency maps (карты значимости). К построенной на их основе тепловой карте применяется предварительно заданное пороговое значение теплоты, по которому и чертится контур (например, 0,25, 0,3 и т.п.). Таким образом, образуются замкнутые контуры, которые охватывают области с теплотой, равной или превышающей порог, тогда как области с теплотой, которая ниже порога, отбрасываются. Сами тепловые карты на изображение не наносятся, на нем визуализируются только контуры, как показано в примере на Фиг. 11.Accordingly, in another embodiment of the present invention, the visualization may be in the form of delineating boundaries (or outlines) enclosing one or more areas in the image that are likely to contain pathology, or in other words, that pathology prediction unit 250 has detected evidence of pathology. To implement this approach, various computer vision methods can be used to analyze the state of the neural network of the pathology prediction block 250. For example, as mentioned above, a combination of two methods shows improved performance: the Grad-CAM method (a weighted combination of gradient-based class activation maps) and Saliency maps (saliency maps). A predefined threshold heat value is applied to the heat map constructed on their basis, according to which the contour is drawn (for example, 0.25, 0.3, etc.). In this way, closed loops are formed that enclose regions with heat equal to or greater than the threshold, while regions with heat below the threshold are discarded. The heat maps themselves are not applied to the image; only the contours are visualized on it, as shown in the example in Fig. eleven.

Изображение с нанесенными на него очертаниями границ возможных патологий, по-прежнему, позволяет снизить нагрузку на медицинский персонал, при этом достаточно изучать только его, не обращаясь к исходному изображению. Кроме того, такой подход позволяет сгладить неточности в определении областей интереса.An image with the outlines of the boundaries of possible pathologies marked on it, as before, makes it possible to reduce the burden on medical personnel, while it is enough to study only it, without referring to the original image. In addition, this approach allows us to smooth out inaccuracies in defining areas of interest.

В одном варианте осуществления указание найденных признаков патологий в виде тепловой карты или границ патологий может накладываться на копию изображения, которое непосредственно анализировалось нейронной сетью, то есть на изображение, которое по сравнению с исходным рентгеновским изображением, полученным в подлежащих обработке данных, подверглось сжатию, кадрированию и приведению к единому размеру. Это упрощает процесс визуализации патологии, но в таком случае полученное изображение отличается от первоначального, поэтому это может вызывать некоторое неудобство врача-рентгенолога, сопоставляющего эти два изображения.In one embodiment, an indication of the found signs of pathologies in the form of a heat map or boundaries of pathologies can be superimposed on a copy of the image that was directly analyzed by the neural network, that is, on an image that, compared to the original X-ray image obtained in the data to be processed, has been compressed, cropped and reduction to a single size. This simplifies the process of visualizing the pathology, but in this case the resulting image is different from the original one, so it may cause some discomfort for the radiologist comparing the two images.

В другом варианте осуществления указание найденных признаков патологий в виде тепловой карты или границ патологий может накладываться на исходное рентгеновское изображение, полученное в подлежащих обработке данных. Для реализации этого подхода параметры всех преобразований, выполнявшихся над исходным изображением и связанных с изменением его размера, смещением, поворотом, обрезкой и кадрированием, сохраняются блоком 240 подготовки изображений - например, в блоке 220 хранения. После отработки методов поиска признаков патологий получается визуализация патологии в виде тепловой карты или границ патологий с привязкой к размерам, форме и положению изображения, которое непосредственно анализировалось нейронной сетью. К полученной визуализации в обратном порядке применяются преобразования, обратные вышеуказанным сохраненным преобразованиям, с тем чтобы получить в результате визуализацию патологии с привязкой к размерам, форме и положению исходного рентгеновского изображения. Затем такая визуализация накладывается на копию исходного изображения. Это несколько усложняет обработку, но позволяет снизить время на анализ изображения врачом-рентгенологом и повысить точность идентификации патологий. Особенно это применимо к тепловым картам, когда сопоставление исходного изображения и изображения с визуализацией патологии во многом является насущной необходимостью для врача-рентгенолога.In another embodiment, an indication of the detected pathology features in the form of a heat map or pathology boundaries may be superimposed on the original x-ray image obtained in the data to be processed. To implement this approach, the parameters of all transformations performed on the original image and associated with resizing, shifting, rotating, cropping and cropping are stored by the image preparation unit 240 - for example, in the storage unit 220. After developing methods for searching for signs of pathologies, a visualization of the pathology is obtained in the form of a heat map or the boundaries of pathologies with reference to the size, shape and position of the image, which was directly analyzed by the neural network. The inverse transformations of the above stored transformations are applied to the resulting visualization to produce a pathology visualization that is referenced to the size, shape, and position of the original x-ray image. This rendering is then superimposed on a copy of the original image. This somewhat complicates the processing, but allows you to reduce the time for image analysis by a radiologist and increase the accuracy of identifying pathologies. This is especially applicable to heat maps, where the comparison of the original image and the pathology image is in many ways an urgent need for the radiologist.

При необходимости изображение с визуализацией патологии может содержать в текстовом виде указание вероятности наличия патологии, полученное в результате работы первой нейросети блока 250 предсказания патологии. Тем самым, уменьшается необходимость изучать какие-либо иные изображения или файлы, в том числе исходное изображение и/или файл с текстовым протоколом исследования.If necessary, the image with visualization of the pathology may contain in text form an indication of the probability of the presence of pathology, obtained as a result of the operation of the first neural network of the pathology prediction block 250. This reduces the need to study any other images or files, including the original image and/or file with a text study protocol.

Обращаясь теперь к текстовому протоколу исследования, можно отметить, что он может как дополнять вышеописанное изображение с визуализацией патологии, так и заменять его. Текстовый протокол исследования содержит результаты работы и описание работы устройства 200 в виде текстовой информации, например, в формате CSV. В случае использования формата DICOM протокол может быть сформирован в виде DICOM Structured Report (структурированный отчет DICOM).Turning now to the textual study protocol, it can be noted that it can either complement the above-described pathology image or replace it. The text research protocol contains the results of the work and a description of the operation of the device 200 in the form of text information, for example, in CSV format. If the DICOM format is used, the protocol can be generated in the form of a DICOM Structured Report.

В частности, текстовый протокол исследования может содержать:In particular, the textual research protocol may contain:

1) Наименование исходного изображения (ссылку на него в виде соответствующего идентификатора – например, StudyInstanceID).1) The name of the source image (a link to it in the form of a corresponding identifier - for example, StudyInstanceID).

2) Рекомендацию (или иными словами, предсказание). Как указывалось выше, данная рекомендация может иметь двоичное значение (например, 0 / 1), может быть числом в некотором диапазоне, указывающем вероятность наличия патологии (например, от 0 до 1), или может иметь текстовый формат (например, «вероятно, болен» / «вероятно, здоров»).2) Recommendation (or in other words, prediction). As stated above, a given recommendation may have a binary value (for example, 0 / 1), may be a number in some range indicating the probability of having the pathology (for example, from 0 to 1), or may have a text format (for example, “probably sick " / "probably healthy").

3) Временные метки – время получения исследования, время формирования отчета.3) Time stamps – time of receiving the study, time of generating the report.

4) Информацию об ошибках работы устройства в ходе анализа, если таковые были.4) Information about device operation errors during the analysis, if any.

Полученный в результате работы блока 260 отчет об исследовании, содержащий изображение с визуализацией патологии и/или текстовый протокол исследования, сохраняется в блоке 220 хранения данных, откуда в дальнейшем может извлекаться по запросу от других устройств, и/или отправляется в блок 270 передачи данных, который передает этот отчет в другое устройство – например, в центральную медицинскую информационную систему 150 или в медицинскую организацию 110, запрашивавшую обработку данных.The study report obtained as a result of the operation of block 260, containing an image with pathology visualization and/or a text study protocol, is stored in data storage block 220, from where it can later be retrieved upon request from other devices, and/or sent to data transmission block 270, which transmits this report to another device - for example, to a central medical information system 150 or to a medical organization 110 that requested data processing.

В одном из вариантов осуществления результаты обработки, полученные устройством 200, могут при необходимости храниться в устройстве в течение предварительно заданного времени (например, семи дней) и далее удаляться. Это может выполняться, например, с целью резервного копирования, чтобы результат анализа можно было запросить и передать повторно без необходимости полноценного повторного анализа.In one embodiment, the processing results obtained by the device 200 may optionally be stored in the device for a predetermined time (eg, seven days) and then deleted. This may be done, for example, for backup purposes so that the analysis result can be queried and retransmitted without the need for a full re-analysis.

Таким образом, обеспечивается устройство для определения патологии, способное с повышенной точностью автоматически определять вероятность патологии. Это позволяет снизить требования к квалификации медицинского персонала и уменьшить влияние человеческого фактора (внимательность, утомляемость, ответственность). Также обеспечивается возможность использования для обучения большого числа разрозненных наборов данных. Кроме того, результат исследования обеспечивает исчерпывающий набор сведений, необходимый для принятия корректного врачебного решения с повышенной скоростью и точностью.Thus, a pathology detection device is provided that is capable of automatically determining the likelihood of a pathology with increased accuracy. This allows us to reduce the requirements for the qualifications of medical personnel and reduce the influence of the human factor (attention, fatigue, responsibility). It also provides the ability to use a large number of disparate data sets for training. In addition, the result of the study provides a comprehensive set of information necessary for making the correct medical decision with increased speed and accuracy.

В иллюстративном неограничивающем примере для целей настоящего изобретения устройство 200 определения патологии может быть реализовано в виде облачного сервера, имеющего 24 вычислительных ядра, 64 ГБ RAM, дисковое пространство 300 ГБ под операционную систему CentOS 7, дисковое пространство 12 ТБ под данные, дисковое пространство 1,5 ТБ под базу данных и 2 сетевых адаптера.In an illustrative non-limiting example for the purposes of the present invention, the pathology detection device 200 may be implemented as a cloud server having 24 computing cores, 64 GB RAM, 300 GB disk space for the CentOS 7 operating system, 12 TB disk space for data, 1 disk space, 5 TB for database and 2 network adapters.

Способ определения патологииMethod for determining pathology

Далее со ссылкой на Фиг. 12 будет описан способ 400 определения патологии.Next, with reference to Fig. 12, a pathology detection method 400 will be described.

Следует понимать, что этапы способа 400 соответствуют вышеописанным функциям, выполняемым каждым из блоков в устройстве 200, и если какая-либо информация не раскрывается применительно к способу, но раскрывается применительно к устройству, и наоборот, то это не подразумевает, что в устройстве или способе эта функция или этап не может выполняться, а сделано лишь для того, чтобы не загромождать описание повторением подробностей. Следует также понимать, что в зависимости от конкретного применения некоторые из описанных этапов способа могут не использоваться.It should be understood that the steps of method 400 correspond to the above-described functions performed by each of the blocks in the device 200, and if any information is not disclosed in connection with the method, but is disclosed in connection with the device, and vice versa, then it is not implied that in the device or method this function or step cannot be performed, but is done only to avoid cluttering the description with repetition of details. It should also be understood that depending on the specific application, some of the described method steps may not be used.

Способ 400 определения патологии может содержать этап S410, на котором принимают подлежащие обработке данные, содержащие медицинское изображение обследуемого пациента, такое как рентгеновское изображение органов грудной клетки в прямой проекции.The pathology determination method 400 may comprise step S410 of receiving data to be processed comprising a medical image of a patient being examined, such as an AP chest X-ray image.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S430, на котором выполняют валидацию посредством проверки, являются ли подлежащие обработке данные пригодными для обработки.The pathology determination method 400 may also include a step S430 in which validation is performed by checking whether the data to be processed is suitable for processing.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S440, на котором подготавливают изображение, содержащееся в подлежащих обработке данных, для использования нейронной сетью посредством выполнения над ним одного или более предварительных преобразований.The pathology determination method 400 may also comprise a step S440 of preparing an image contained in the data to be processed for use by the neural network by performing one or more preliminary transformations on it.

Способ 400 определения патологии содержит этап S450, на котором с использованием предварительно обученной нейронной сети анализируют подготовленное изображение и определяют наличие или отсутствие патологии органов на изображении.The pathology detection method 400 comprises step S450, in which the prepared image is analyzed using a pre-trained neural network and the presence or absence of organ pathology in the image is determined.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S451, на котором при наличии патологии определяют наиболее вероятные границы, в пределах которых она расположена, с использованием предварительно обученной нейронной сети.The pathology determination method 400 may also comprise a step S451 where, if a pathology is present, the most likely boundaries within which it is located are determined using a pre-trained neural network.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S460, на котором формируют отчет об исследовании, содержащий по меньшей мере одно из следующего: а) изображение с визуализацией патологии; б) текстовый протокол исследования.The pathology determination method 400 may also comprise step S460, which generates an examination report comprising at least one of the following: a) a pathology imaging image; b) text study protocol.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S470, на котором передают результат обработки, полученный на этапах S450, S451 и S460, в устройство, запрашивавшее обработку данных.The pathology determination method 400 may also comprise a step S470 of transmitting the processing result obtained in steps S450, S451 and S460 to the device requesting the data processing.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S480 (не показан), на котором выполняют предварительное обучение нейронной сети с использованием предварительно размеченных обучающих изображений, причем разметка для каждого изображения содержит указание на наличие или отсутствие патологии органов в области изображения, в отношении которых требуется выполнить обучение нейронной сети, указание на пол и указание на возраст пациента, которому принадлежит это изображение.The pathology detection method 400 may also include a step S480 (not shown) in which the neural network is pre-trained using pre-labeled training images, wherein the label for each image includes an indication of the presence or absence of pathology of the organs in the area of the image for which it is desired to perform training a neural network, indicating the gender and indicating the age of the patient to whom this image belongs.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S490 (не показан), на котором с использованием результата обработки, полученного на этапах S450, S451 и S460, принимают врачебное решение о наличии или отсутствии патологии органов в области изображения и при необходимости о характере патологии.The pathology determination method 400 may also include a step S490 (not shown), in which, using the processing result obtained in steps S450, S451 and S460, a medical decision is made about the presence or absence of pathology of the organs in the image area and, if necessary, the nature of the pathology.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S491 (не показан), на котором назначают и/или проводят лечение пациента на основе результата обработки, полученного на этапах S450, S451 и S460, и/или врачебного решения, принятого на этапе S490.The pathology determination method 400 may also comprise a step S491 (not shown) in which a patient is prescribed and/or treated based on the processing result obtained in steps S450, S451 and S460 and/or the medical decision made in step S490.

Способ 400 определения патологии также может содержать этап S420 (не показан), на котором сохраняют в памяти данные, принятые блоком 210 приема данных и/или получаемые в результате или в процессе выполнения других этапов способа.The pathology determination method 400 may also include a step S420 (not shown) in which data received by the data receiving unit 210 and/or obtained as a result of or during execution of other method steps is stored.

Предложенный способ определения патологии обеспечивает повышенную точность автоматического определения вероятности патологии, позволяет снизить требования к квалификации медицинского персонала и уменьшить влияние человеческого фактора (внимательность, утомляемость, ответственность). Кроме того, результат исследования обеспечивает исчерпывающий набор сведений, необходимый для принятия корректного врачебного решения с повышенной скоростью и точностью.The proposed method for determining pathology provides increased accuracy of automatic determination of the probability of pathology, reduces the requirements for the qualifications of medical personnel and reduces the influence of the human factor (attention, fatigue, responsibility). In addition, the result of the study provides a comprehensive set of information necessary for making the correct medical decision with increased speed and accuracy.

ПрименениеApplication

Устройства и способы согласно настоящему изобретению можно использовать для обработки диагностических медицинских изображений органов и/или полостей с целью выявления в них признаков патологий.The devices and methods of the present invention can be used to process diagnostic medical images of organs and/or cavities to identify signs of pathologies therein.

Дополнительные особенности реализацииAdditional implementation features

Несмотря на то, что в данном документе может быть указано, что данные передаются/отправляются или принимаются/получаются человеком (например, медицинским специалистом, врачом, экспертом), специалист в данной области техники должен понимать, что такое указание используется исключительно в целях упрощения описания, тогда как на самом деле подразумевается, что данные передаются/отправляются или принимаются/получаются соответствующим устройством, которым пользуется и/или управляет этот человек.Although this document may indicate that data is being transmitted/sent or received/received by a human (e.g., medical professional, doctor, expert), one skilled in the art should understand that such indication is used solely for the purpose of simplifying the description , when in fact it is implied that the data is transmitted/sent or received/received by the corresponding device used and/or controlled by that person.

Один или более описанных в настоящем документе блоков или устройств передачи (передатчиков) и один или более блоков или устройств приема (приемников) физически могут быть реализованы в одном и том же блоке или устройстве приемопередачи или в разных блоках или устройствах.One or more transmission blocks or devices described herein (transmitters) and one or more reception blocks or devices (receivers) may be physically implemented in the same block or device or in different blocks or devices.

Устройством или блоком передачи в данном документе для упрощения описания может называться устройство или блок, имеющий функции не только передачи, но и приема данных, информации и/или сигналов. Аналогичным образом, устройство или блок приема может также заключать в себе функции передачи данных, информации и/или сигналов.A transmission device or unit in this document, for the sake of simplicity of description, may be referred to as a device or unit having the functions of not only transmitting, but also receiving data, information and/or signals. Likewise, the receiving device or unit may also include functions for transmitting data, information and/or signals.

Различные иллюстративные блоки и модули, описанные в связи с раскрытием сущности в данном документе, могут реализовываться или выполняться с помощью процессора общего назначения, процессора цифровых сигналов (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства (PLD), дискретного логического элемента или транзисторной логики, дискретных аппаратных компонентов либо любой комбинации вышеозначенного, предназначенной для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, но в альтернативном варианте, процессор может представлять собой любой традиционный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор также может реализовываться как комбинация вычислительных устройств (к примеру, комбинация DSP и микропроцессора, несколько микропроцессоров, один или более микропроцессоров вместе с DSP-ядром либо любая другая подобная конфигурация).The various illustrative blocks and modules described in connection with the disclosure herein may be implemented or executed by a general purpose processor, digital signal processor (DSP), application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), or other programmable logic device (PLD), discrete logic gate or transistor logic, discrete hardware components, or any combination of the foregoing, designed to perform the functions described herein. The general purpose processor may be a microprocessor, but in the alternative, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor may also be implemented as a combination of computing devices (eg, a combination of a DSP and a microprocessor, multiple microprocessors, one or more microprocessors plus a DSP core, or any other similar configuration).

Некоторые блоки по отдельности или вместе могут представлять собой, например, компьютер, и включать в себя процессор, который сконфигурирован для вызова и выполнения компьютерных программ из памяти для выполнения этапов способа или функций блоков в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Согласно вариантам осуществления, устройство может дополнительно включать в себя память. Процессор может вызывать и выполнять компьютерные программы из памяти для выполнения способа. Память может быть отдельным устройством, независимым от процессора, или может быть интегрирована в процессор. Память может хранить код, инструкции, команды и/или данные для исполнения на наборе из одного или более процессоров описанного устройства. Коды, инструкции, команды могут предписывать процессору выполнять этапы способа или функции устройства.Some of the units, individually or collectively, may constitute, for example, a computer, and include a processor that is configured to call and execute computer programs from memory to perform method steps or functions of the units in accordance with embodiments of the present invention. According to embodiments, the device may further include memory. The processor may call and execute computer programs from memory to perform the method. Memory may be a separate device, independent of the processor, or may be integrated into the processor. The memory may store code, instructions, commands and/or data for execution on a set of one or more processors of the described device. Codes, instructions, or commands may direct a processor to perform steps of a method or device function.

Функции, описанные в данном документе, могут реализовываться в аппаратном обеспечении, программном обеспечении, выполняемом посредством одного или более процессоров, микропрограммном обеспечении или в любой комбинации вышеозначенного. Аппаратные и программные средства, реализующие функции, также могут физически находиться в различных позициях, в том числе согласно такому распределению, что части функций реализуются в различных физических местоположениях, то есть может выполняться распределенная обработка или распределенные вычисления.The functions described herein may be implemented in hardware, software executed by one or more processors, firmware, or any combination thereof. The hardware and software that implement the functions may also be physically located in different locations, including according to a distribution such that portions of the functions are implemented in different physical locations, that is, distributed processing or distributed computing may be performed.

При необходимости (например, в случае если велик объем данных и/или вычислений, которые необходимо выполнить в отношении этих данных), может производиться многопоточная обработка данных, которая в простом представлении может выражаться в том, что все множество подлежащих обработке данных разделяется на набор подмножеств, и каждое ядро процессора выполняет обработку в отношении назначенного для него подмножества данных.If necessary (for example, if the volume of data and/or calculations that need to be performed on this data is large), multi-threaded data processing can be performed, which in a simple representation can be expressed in the fact that the entire set of data to be processed is divided into a set of subsets , and each processor core performs processing on its assigned subset of data.

Вышеупомянутая память может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью или может включать в себя как энергозависимую, так и энергонезависимую память. Специалисту в области техники должно быть также понятно, что, когда речь идет о памяти и о хранении данных, программ, кодов, инструкций, команд и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого (или компьютерно-читаемого, процессорно-читаемого) запоминающего носителя. Машиночитаемые носители данных включают в себя как некратковременные компьютерные носители хранения данных, так и среду связи, включающую в себя любую передающую среду, которая упрощает перемещение компьютерной программы или ее части из одного места в другое. Некратковременный машиночитаемый запоминающий носитель может представлять собой любой доступный носитель, который может использоваться для того, чтобы переносить или сохранять требуемое средство программного кода в форме инструкций или структур данных, и к которому можно осуществлять доступ посредством компьютера, процессора или иного устройства обработки общего назначения или специального назначения.The above memory may be volatile or non-volatile memory, or may include both volatile and non-volatile memory. One skilled in the art will also understand that when talking about memory and the storage of data, programs, codes, instructions, commands, etc., it is meant to be a machine-readable (or computer-readable, processor-readable) storage medium. Computer readable media includes both non-transitory computer storage media and communication media, which includes any transmission medium that facilitates movement of a computer program or portion thereof from one location to another. A non-transitory computer-readable storage medium may be any available medium that can be used to carry or store desired program code media in the form of instructions or data structures, and that can be accessed by a computer, processor, or other general purpose or special purpose processing device. appointments.

В качестве примера, а не ограничения, машиночитаемые носители могут содержать постоянное запоминающее устройство (ROM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), флэш-память, оперативную память (RAM), статическую память с произвольным доступом (SRAM), динамическую память с произвольным доступом (DRAM), синхронную динамическую память с произвольным доступом (SDRAM), синхронную динамическую память с произвольной выборкой с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM), синхронную динамическую память с произвольной выборкой с повышенной скоростью (ESDRAM), DRAM с синхронной линией связи (SLDRAM) и оперативную память с шиной прямого доступа (DR RAM), регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.By way of example, and not limitation, computer-readable media may include read-only memory (ROM), programmable read-only memory (PROM), erasable programmable read-only memory (EPROM), electronically erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory , random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), dynamic random access memory (DRAM), synchronous dynamic random access memory (SDRAM), double data rate synchronous dynamic random access memory (DDR SDRAM) , Enhanced Speed Synchronous Dynamic Random Access Memory (ESDRAM), Synchronous Line DRAM (SLDRAM) and Direct Access Random Access Memory (DR RAM), register, cache memory, semiconductor memories, magnetic media such as internal hard drives and removable drives, magneto-optical media and optical media such as CD-ROMs and digital versatile disks (DVDs), as well as any other storage media known in the art.

Информация и сигналы, описанные в данном документе, могут представляться с помощью любой из множества различных технологий. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и элементарные сигналы, которые могут приводиться в качестве примера в вышеприведенном описании, могут представляться посредством напряжений, токов, электромагнитных волн, магнитных полей или частиц, оптических полей или частиц либо любой комбинации вышеозначенного, если это применимо к настоящему изобретению.The information and signals described herein may be represented using any of a variety of different technologies. For example, the data, instructions, commands, information, signals, bits, symbols and chips that may be exemplified in the above description may be represented by voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields or particles, or any combinations of the above, as applicable to the present invention.

По меньшей мере один из этапов в способе или блоков в устройстве может использовать модель искусственного интеллекта (AI) для выполнения соответствующих операций. Функция, связанная с AI, может выполняться через процессор и энергонезависимую и/или энергозависимую память.At least one of the steps in the method or blocks in the device may use an artificial intelligence (AI) model to perform corresponding operations. The AI-related function may be performed through a processor and non-volatile and/or volatile memory.

Процессор может включать в себя один или более процессоров. В то же время, один или более процессоров могут быть процессором общего назначения, например центральным процессором (CPU), прикладным процессором (AP) и т.п., блоком обработки только графики, таким как графический процессор (GPU), визуальный процессор (VPU), и/или специализированным процессором AI, таким как нейронный процессор (NPU).The processor may include one or more processors. At the same time, one or more processors may be a general purpose processor such as a central processing unit (CPU), an application processor (AP), etc., a graphics processing unit such as a graphics processing unit (GPU), a visual processing unit (VPU) ), and/or a specialized AI processor such as a neural processing unit (NPU).

Один или более процессоров управляют обработкой входных данных в соответствии с предварительно определенным правилом работы или моделью искусственного интеллекта (AI), хранящейся в энергонезависимой памяти и/или энергозависимой памяти. Предварительно определенное правило работы или модель искусственного интеллекта могут быть получены путем обучения. При этом процессор может выполнять операцию предварительной обработки данных для преобразования в форму, подходящую для использования в качестве входных данных для модели искусственного интеллекта.One or more processors control the processing of input data in accordance with a predefined operating rule or artificial intelligence (AI) model stored in non-volatile memory and/or volatile memory. A predefined operating rule or artificial intelligence model can be obtained through training. In this case, the processor can perform a pre-processing operation to convert the data into a form suitable for use as input to an artificial intelligence model.

«Получены путем обучения» означает, что посредством применения алгоритма обучения к обучаемой модели искусственного интеллекта с использованием множества обучающих данных создается предварительно определенное правило работы или модель AI с желаемой характеристикой. Обучение может выполняться на самом устройстве, в котором выполняется AI согласно варианту осуществления, и/или может быть реализовано через отдельный сервер/систему.“Learned” means that by applying a learning algorithm to a trained AI model using a set of training data, a predefined operating rule or AI model with the desired characteristic is created. The training may be performed on the device itself on which the AI is running according to the embodiment, and/or may be implemented through a separate server/system.

Модель искусственного интеллекта может включать в себя множество слоев нейронной сети. Каждый из множества слоев нейронной сети включает в себя множество весовых значений (коэффициентов) и выполняет рабочую операцию для данного слоя путем вычисления с применением множества весовых значений данного слоя в отношении входных данных или результата вычисления предыдущего слоя.An artificial intelligence model may include many layers of neural network. Each of the multiple layers of the neural network includes a plurality of weights (coefficients) and performs an operation for that layer by computing using the plurality of weights of that layer with respect to the input data or computation result of the previous layer.

Примеры нейронных сетей включают, помимо прочего, сверточную нейронную сеть (CNN), глубокую нейронную сеть (DNN), рекуррентную нейронную сеть (RNN), ограниченную машину Больцмана (RBM), глубокую сеть доверия (DBN), двунаправленную рекуррентную глубокую нейронную сеть (BRDNN), генеративно-состязательные сети (GAN) и глубокие Q-сети.Examples of neural networks include, but are not limited to, convolutional neural network (CNN), deep neural network (DNN), recurrent neural network (RNN), restricted Boltzmann machine (RBM), deep belief network (DBN), bidirectional recurrent deep neural network (BRDNN) ), generative adversarial networks (GANs), and deep Q-networks.

Алгоритм обучения - это метод обучения предварительно определенного целевого устройства (например, нейронной сети на базе GPU или NPU) с использованием множества обучающих данных, чтобы вызывать, разрешать или управлять целевым устройством для выполнения определения или прогнозирования. Примеры алгоритмов обучения включают, но не ограничиваются ими, обучение с учителем, обучение без учителя, обучение с частичным привлечением учителя или обучение с подкреплением.A learning algorithm is a method of training a predefined target device (such as a GPU or NPU based neural network) using a set of training data to invoke, enable, or control the target device to perform a determination or prediction. Examples of learning algorithms include, but are not limited to, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, or reinforcement learning.

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных блоков, модулей, сетей, элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций, могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти блоки, модули, сети, элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один блок, модуль, сеть, элемент, компонент, область, слой или секцию от другого блока, модуля, сети, элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый блок, модуль, сеть, элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым блоком, модулем, сетью, элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.It should be understood that while terms such as “first,” “second,” “third,” and the like may be used herein to describe various blocks, modules, networks, elements, components, regions, layers, and/or sections. ., these blocks, modules, networks, elements, components, areas, layers and/or sections should not be limited to these terms. These terms are used only to distinguish one block, module, network, element, component, area, layer or section from another block, module, network, element, component, area, layer or section. Thus, a first block, module, network, element, component, region, layer or section may be referred to as a second block, module, network, element, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the respective items listed. Elements referred to in the singular do not exclude the plurality of elements unless specifically stated otherwise.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.The functionality of an element specified in the description or claims as a single element may be implemented in practice by means of several components of the device, and conversely, the functionality of elements specified in the description or claims as several separate elements may be realized in practice by means of a single component.

В одном из вариантов осуществления некоторые или все элементы/блоки/модули предложенного устройства находятся в общем корпусе, могут быть размещены на одной раме/конструкции/печатной плате/кристалле и связаны друг с другом конструктивно посредством монтажных (сборочных) операций и функционально посредством линий связи. Упомянутые линии или каналы связи, если не указано иное, являются типовыми, известными специалистам линиями связи, материальная реализация которых не требует творческих усилий. Линией связи может быть провод, набор проводов, шина, дорожка, беспроводная линия связи (индуктивная, радиочастотная, инфракрасная, ультразвуковая и т.д.). Протоколы связи по линиям связи известны специалистам и не раскрываются отдельно.In one embodiment, some or all elements/blocks/modules of the proposed device are located in a common housing, can be placed on one frame/structure/printed circuit board/chip and are connected to each other structurally through installation (assembly) operations and functionally through communication lines . The mentioned lines or communication channels, unless otherwise indicated, are typical communication lines known to specialists, the material implementation of which does not require creative efforts. The communication line can be a wire, a set of wires, a bus, a track, a wireless communication line (inductive, radio frequency, infrared, ultrasonic, etc.). Communication protocols over communication lines are known to those skilled in the art and are not disclosed separately.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.The functional connection of elements should be understood as a connection that ensures the correct interaction of these elements with each other and the implementation of one or another functionality of the elements. Particular examples of functional communication may be communication with the ability to exchange information, communication with the ability to transmit electric current, communication with the ability to transmit mechanical motion, communication with the ability to transmit light, sound, electromagnetic or mechanical vibrations, etc. The specific type of functional connection is determined by the nature of the interaction of the mentioned elements, and, unless otherwise indicated, is provided by widely known means, using principles widely known in the art.

Конструктивное исполнение элементов предложенного устройства является известным для специалистов в данной области техники и не описывается отдельно в данном документе, если не указано иное. Элементы устройства могут быть выполнены из любого подходящего материала. Эти составные части могут быть изготовлены с использованием известных способов, включая, лишь в качестве примера, механическую обработку на станках, литьё по выплавляемой модели, наращивание кристаллов. Операции сборки, соединения и иные операции в соответствии с приведенным описанием также соответствуют знаниям специалиста в данной области и, таким образом, более подробно поясняться здесь не будут.The design of the elements of the proposed device is known to those skilled in the art and is not described separately in this document unless otherwise indicated. The elements of the device can be made of any suitable material. These component parts can be manufactured using known methods including, by way of example only, machining, investment casting, and crystal growth. The assembly, connection and other operations in accordance with the above description are also within the knowledge of a person skilled in the art and, therefore, will not be explained in more detail here.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.Although exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it is to be understood that such embodiments are merely illustrative and are not intended to limit the present invention, and that the invention should not be limited to the specific arrangements and structures shown and described, since Various other modifications and embodiments of the invention may be apparent to one skilled in the art based on the information set forth in the specification and knowledge of the prior art without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (54)

1. Устройство для анализа медицинских изображений, содержащее:1. A device for analyzing medical images, containing: блок приема данных, выполненный с возможностью принимать подлежащие обработке данные, содержащие медицинское изображение, от устройства, запрашивающего обработку данных, посредством осуществления связи с ним;a data receiving unit configured to receive data containing a medical image to be processed from a device requesting data processing by communicating with it; блок подготовки изображений, выполненный с возможностью подготавливать с использованием по меньшей мере одного процессора медицинское изображение, содержащееся в подлежащих обработке данных, посредством выполнения над ним одного или более предварительных преобразований для использования нейронной сетью, работающей на основе по меньшей мере одного процессора;an image preparation unit configured to prepare, using at least one processor, a medical image contained in the data to be processed by performing one or more preliminary transformations on it for use by a neural network operating on the at least one processor; блок предсказания патологии, выполненный с возможностью с использованием упомянутой нейронной сети анализировать подготовленное изображение и определять наличие или отсутствие патологии на изображении;a pathology prediction block configured to analyze the prepared image using said neural network and determine the presence or absence of pathology in the image; блок формирования отчета, выполненный с возможностью формировать с использованием по меньшей мере одного процессора отчет об исследовании, проведенном в данном устройстве, причем отчет об исследовании содержит по меньшей мере один файл, содержащий указание на результат обработки, выполненной в блоке предсказания патологии; иa report generation unit configured to generate, using at least one processor, a report on a study conducted in this device, wherein the study report contains at least one file containing an indication of the result of the processing performed in the pathology prediction block; And блок передачи данных, выполненный с возможностью передавать отчет об исследовании в устройство, запрашивавшее обработку данных, посредством осуществления связи с ним,a data transmission unit configured to transmit a research report to a device that requested data processing by communicating with it, причем упомянутая нейронная сеть является предварительно обученной с использованием по меньшей мере одного набора данных, содержащего размеченные медицинские изображения, чтобы предсказывать наличие или отсутствие патологии, а также пол и возраст пациента,wherein said neural network is pre-trained using at least one data set containing labeled medical images to predict the presence or absence of pathology, as well as the gender and age of the patient, причем размеченные медицинские изображения, содержащиеся в упомянутом по меньшей мере одном наборе данных, использованном для обучения нейронной сети, содержат:wherein the labeled medical images contained in the at least one dataset used to train the neural network contain: изображения, имеющие первую метку, связанную с явным указанием на мужской пол пациента,images having a first label associated with an explicit indication of the male gender of the patient, изображения, имеющие вторую метку, связанную с явным указанием на женский пол пациента, иimages having a second label associated with an explicit indication of the patient's female gender, and изображения, имеющие третью метку, связанную с неявным указанием пола пациента, причем третья метка присваивается изображениям, которые изначально не имели метки с указанием пола пациента, и изображениям, которые изначально имели метку, в которой в качестве пола пациента были указаны данные, отличающиеся от явного указания на мужской или женский,images having a third label associated with an implicit indication of the patient's gender, wherein the third label is assigned to images that initially did not have a label indicating the patient's gender, and images that initially had a label in which the patient's gender was specified as data other than the explicit one indications of male or female, причем упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать предполагаемый пол пациента в виде указания на первую метку или вторую метку, если нейронной сети удалось в явном виде определить соответственно мужской пол или женский пол пациента, или в виде указания на третью метку, если нейронной сети не удалось в явном виде определить пол пациента,wherein said neural network is pre-trained to predict the expected gender of the patient in the form of an indication of the first mark or the second mark, if the neural network was able to explicitly determine the male or female gender of the patient, or in the form of an indication of the third mark, if the neural network was unable to clearly determine the gender of the patient, причем упомянутая нейронная сеть выполнена с возможностью в процессе работы анализировать только подготовленное изображение без дополнительных входных данных в виде данных о поле и возрасте пациента, изображенного на данном изображении.wherein said neural network is configured to analyze during operation only the prepared image without additional input data in the form of data on the gender and age of the patient depicted in this image. 2. Устройство по п. 1, в котором упомянутый результат обработки предназначен для поддержки принятия врачебного решения о состоянии зафиксированного на упомянутом изображении по меньшей мере одного органа и/или полости обследуемого пациента и/или о лечении обследуемого пациента.2. The device according to claim 1, in which said processing result is intended to support medical decision-making about the condition of at least one organ and/or cavity of the examined patient recorded in said image and/or about the treatment of the examined patient. 3. Устройство по п. 1, в котором упомянутая нейронная сеть содержит:3. The device according to claim 1, in which said neural network contains: - предварительный участок, содержащий первую нейронную сеть, в которой каждый слой последовательно соединен с каждым последующим слоем, причем предварительный участок выполнен с возможностью приема упомянутого подготовленного изображения и вывода промежуточных данных;- a preliminary section containing a first neural network, in which each layer is sequentially connected to each subsequent layer, and the preliminary section is configured to receive said prepared image and output intermediate data; - первую подсеть, содержащую вторую нейронную сеть и выполненную с возможностью приема упомянутых промежуточных данных от предварительного участка и предсказания вероятности наличия патологии на анализируемом изображении;- a first subnetwork containing a second neural network and configured to receive said intermediate data from the preliminary section and predict the probability of the presence of pathology in the analyzed image; - вторую подсеть, содержащую третью нейронную сеть и выполненную с возможностью приема упомянутых промежуточных данных от предварительного участка и предсказания предполагаемого пола пациента;- a second subnetwork containing a third neural network and configured to receive said intermediate data from the preliminary site and predict the expected gender of the patient; - третью подсеть, содержащую четвертую нейронную сеть и выполненную с возможностью приема упомянутых промежуточных данных от предварительного участка и предсказания предполагаемого возраста пациента.- a third subnetwork containing a fourth neural network and configured to receive said intermediate data from the preliminary section and predict the expected age of the patient. 4. Устройство по п. 3, в котором предварительный участок выполнен на основе архитектуры DenseNet.4. The device according to claim 3, in which the preliminary section is based on the DenseNet architecture. 5. Устройство по п. 1, в котором упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать предполагаемый возраст пациента в качестве указания на один из предварительно заданных диапазонов возраста.5. The apparatus of claim 1, wherein said neural network is pre-trained to predict the expected age of the patient as an indication of one of the predefined age ranges. 6. Устройство по п. 5, в котором размер каждого диапазона возраста составляет от 7 до 15 лет.6. The apparatus of claim 5, wherein the size of each age range is from 7 to 15 years. 7. Устройство по п. 5, в котором количество предварительно заданных диапазонов возраста равно 10, размер каждого диапазона составляет 10 лет.7. The device according to claim 5, wherein the number of preset age ranges is 10, the size of each range is 10 years. 8. Устройство по п. 1, в котором упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать наличие или отсутствие по меньшей мере одного признака из предварительно заданного множества возможных патологий, характерных для зафиксированного на упомянутом изображении по меньшей мере одного органа и/или полости или для данного типа диагностического исследования.8. The device according to claim 1, in which said neural network is pre-trained to predict the presence or absence of at least one sign from a predetermined set of possible pathologies characteristic of at least one organ and/or cavity recorded in said image or for a given type diagnostic study. 9. Устройство по п. 8, в котором предварительно заданное множество возможных патологий для рентгенограммы органов грудной клетки содержит по меньшей мере одну из следующих патологий: плевральный выпот, пневмоторакс, ателектаз, очаг затемнения, инфильтрация/консолидация, диссеминация, полость с распадом, полость с уровнем жидкости, кальцинат/кальцинированная тень в легких, нарушение целостности кортикального слоя.9. The device of claim 8, wherein the predetermined plurality of possible pathologies for the chest x-ray comprises at least one of the following pathologies: pleural effusion, pneumothorax, atelectasis, focus of opacification, infiltration/consolidation, dissemination, cavity with collapse, cavity with fluid level, calcification/calcified shadow in the lungs, violation of the integrity of the cortical layer. 10. Устройство по п. 1, в котором, если определено, что на изображении имеется патология, блок формирования отчета дополнительно выполнен с возможностью:10. The device according to claim 1, in which, if it is determined that there is a pathology in the image, the report generation unit is additionally configured to: выявления возможных областей, на которых найдены признаки патологий, с использованием методов компьютерного зрения, анализирующих исходное изображение и активации внутри нейронной сети блока предсказания патологии, которые были получены при прогоне через нее этого изображения;identifying possible areas in which signs of pathologies were found, using computer vision methods that analyze the original image and activation within the neural network of the pathology prediction block, which were obtained by running this image through it; формирования изображения с визуализацией патологии в виде копии исходного изображения, на которое наложено указание найденных областей с признаками патологий; иgenerating an image with visualization of pathology in the form of a copy of the original image, on which an indication of the found areas with signs of pathologies is superimposed; And формирования отчета об исследовании, содержащего изображение с визуализацией патологии.generating a research report containing an image with pathology visualization. 11. Устройство по п. 10, в котором:11. Device according to claim 10, in which: для выявления возможных областей с признаками патологий используется комбинация методов Grad-CAM (взвешенная комбинация карт активации классов на основе градиентов) и Saliency maps (карты значимости), иto identify possible areas with signs of pathologies, a combination of Grad-CAM (weighted combination of gradient-based class activation maps) and Saliency maps (saliency maps) methods is used, and для указания найденных областей с признаками патологий используется тепловая карта или очертание границ областей.a heat map or outline of the boundaries of the areas is used to indicate the found areas with signs of pathologies. 12. Устройство по п. 1, в котором отчет об исследовании содержит текстовый протокол исследования, содержащий в текстовом виде по меньшей мере одно из следующего:12. The device according to claim 1, in which the study report contains a text study protocol containing in text form at least one of the following: - идентификатор исходного изображения;- source image identifier; - указание вероятности наличия патологии;- indication of the probability of the presence of pathology; - время получения изображения;- image acquisition time; - время получения результата обработки от блока предсказания патологии;- time of receiving the processing result from the pathology prediction block; - время формирования отчета;- time of report generation; - информацию об ошибках работы устройства, возникших в ходе анализа.- information about device operation errors that occurred during the analysis. 13. Способ анализа медицинских изображений, содержащий этапы, на которых:13. A method for analyzing medical images, containing the steps of: принимают с использованием устройства связи подлежащие обработке данные, содержащие медицинское изображение обследуемого пациента;using a communication device, receiving data to be processed containing a medical image of the patient being examined; подготавливают с использованием по меньшей мере одного процессора медицинское изображение, содержащееся в подлежащих обработке данных, посредством выполнения над ним одного или более предварительных преобразований для использования нейронной сетью, работающей на основе по меньшей мере одного процессора;preparing, using at least one processor, a medical image contained in the data to be processed by performing one or more preliminary transformations on it for use by a neural network operating on the at least one processor; с использованием упомянутой нейронной сети анализируют подготовленное изображение и определяют наличие или отсутствие патологии на изображении;using said neural network, the prepared image is analyzed and the presence or absence of pathology in the image is determined; причем упомянутая нейронная сеть является предварительно обученной с использованием по меньшей мере одного набора данных, содержащего размеченные медицинские изображения, чтобы предсказывать наличие или отсутствие патологии, а также пол и возраст пациента,wherein said neural network is pre-trained using at least one data set containing labeled medical images to predict the presence or absence of pathology, as well as the gender and age of the patient, причем размеченные медицинские изображения, содержащиеся в упомянутом по меньшей мере одном наборе данных, использованном для обучения нейронной сети, содержат:wherein the labeled medical images contained in the at least one dataset used to train the neural network contain: изображения, имеющие первую метку, связанную с явным указанием на мужской пол пациента,images having a first label associated with an explicit indication of the male gender of the patient, изображения, имеющие вторую метку, связанную с явным указанием на женский пол пациента, иimages having a second label associated with an explicit indication of the patient's female gender, and изображения, имеющие третью метку, связанную с неявным указанием пола пациента, причем третья метка присваивается изображениям, которые изначально не имели метки с указанием пола пациента, и изображениям, которые изначально имели метку, в которой в качестве пола пациента были указаны данные, отличающиеся от явного указания на мужской или женский,images having a third label associated with an implicit indication of the patient's gender, wherein the third label is assigned to images that initially did not have a label indicating the patient's gender, and images that initially had a label in which the patient's gender was specified as data other than the explicit one indications of male or female, причем упомянутая нейронная сеть предварительно обучена предсказывать предполагаемый пол пациента в виде указания на первую метку или вторую метку, если нейронной сети удалось в явном виде определить соответственно мужской пол или женский пол пациента, или в виде указания на третью метку, если нейронной сети не удалось в явном виде определить пол пациента,wherein said neural network is pre-trained to predict the expected gender of the patient in the form of an indication of the first mark or the second mark, if the neural network was able to explicitly determine the male or female gender of the patient, or in the form of an indication of the third mark, if the neural network was unable to clearly determine the gender of the patient, причем в процессе работы упомянутой нейронной сети анализируют только подготовленное изображение без дополнительных входных данных в виде данных о поле и возрасте пациента, изображенного на данном изображении,Moreover, during the operation of the said neural network, only the prepared image is analyzed without additional input data in the form of data on the gender and age of the patient depicted in this image, формируют с использованием по меньшей мере одного процессора отчет, который содержит по меньшей мере один файл, содержащий указание на наличие или отсутствие патологии;generating, using at least one processor, a report that contains at least one file containing an indication of the presence or absence of pathology; передают с использованием устройства связи отчет на устройство врача,transmitting a report to the doctor’s device using a communication device, принимают с использованием устройства связи отчет на устройстве врача,receive a report on the doctor’s device using a communication device, с использованием устройства врача и с использованием отчета принимают врачебное решение о состоянии зафиксированного на упомянутом изображении по меньшей мере одного органа и/или полости обследуемого пациента и/или о лечении обследуемого пациента.using the doctor's device and using the report, a doctor's decision is made on the condition of at least one organ and/or cavity of the examined patient recorded in said image and/or on the treatment of the examined patient.
RU2022125285A 2022-09-27 Device and method for analysis of medical images RU2806982C1 (en)

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021137778A Division RU2021137778A (en) 2021-12-20 DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING PATHOLOGY BASED ON ANALYSIS OF MEDICAL IMAGES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806982C1 true RU2806982C1 (en) 2023-11-08

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2822867C1 (en) * 2023-11-09 2024-07-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Компания "Стрим Лабс" Medical decision support hardware and software system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021248187A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 Annalise-Ai Pty Ltd Systems and methods for automated analysis of medical images

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021248187A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 Annalise-Ai Pty Ltd Systems and methods for automated analysis of medical images

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ErdiCallı et al. Deep learning for chest X-ray analysis: A survey, Medical Image Analysis, Volume 72, August 2021. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2822867C1 (en) * 2023-11-09 2024-07-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Компания "Стрим Лабс" Medical decision support hardware and software system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111369576B (en) Training method of image segmentation model, image segmentation method, device and equipment
US20210353216A1 (en) Dental Image Feature Detection
CN111107783A (en) Method and system for computer-aided triage
CN106529116A (en) Diagnostic system and diagnostic method
Ren et al. Deep learning detection of subtle fractures using staged algorithms to mimic radiologist search pattern
CN111226287A (en) Method for analyzing medical imaging dataset, system for analyzing medical imaging dataset, computer program product, and computer readable medium
US20240020824A1 (en) Machine learning models for automated diagnosis of disease database entities
Abdikerimova et al. Detection of chest pathologies using autocorrelation functions
Al-Razgan et al. Enhancing Fetal Medical Image Analysis through attention-guided convolution: a comparative study with established models
D'Souza et al. Multiclass Osteoporosis Detection: Enhancing Accuracy with Woodpecker-Optimized CNN-XGBoost.
Amara et al. Augmented reality for medical practice: a comparative study of deep learning models for ct-scan segmentation
US20250014740A1 (en) System and methods for automatically recommending radiology protocols using machine learning techniques
Shao et al. A two stage method for abnormality diagnosis of musculoskeletal radiographs
RU2789260C1 (en) Medical decision support system based on medical image analysis
Andreini et al. Multi-stage synthetic image generation for the semantic segmentation of medical images
RU2806982C1 (en) Device and method for analysis of medical images
RU2813938C1 (en) Device and method for determining boundaries of pathology on medical image
EA044868B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING PATHOLOGY BASED ON MEDICAL IMAGE ANALYSIS
Milani et al. Automated classification of midpalatal suture maturation stages from CBCTs using an end-to-end deep learning framework
RU2782518C1 (en) Device and method for determining the pathology of the chest organs based on x-ray images
EA045328B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING PATHOLOGY OF CHEST ORGANS BASED ON X-RAY IMAGES
WO2023121510A1 (en) Determining chest pathology on the basis of x-ray images
Li et al. Lumbar and pelvic CT image segmentation based on cross-scale feature fusion and linear self-attention mechanism
EP4379672A1 (en) Methods and systems for classifying a medical image dataset
Müller Frameworks in medical image analysis with deep neural networks