JP2018149168A - Score determination device of medical test on vital function, and program - Google Patents
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Abstract
【課題】自己申告に基づく医学的検査の判定を簡便に行うことができる。【解決手段】生体機能についての医学的検査の得点判定装置は、第1被験者に関するデータのうち、自己申告に基づく医学的検査の判定得点を含み、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第1データに基づいて重みを算出する重み算出部と、重み算出部により算出された重みと、第2被験者に関するデータのうち、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第2データとに基づいて、第2被験者の判定得点を判定する得点判定部と、を備える。【選択図】図1It is possible to easily determine a medical examination based on self-report. A medical examination score determination device for a biological function includes data representing a medical examination test result including a medical examination judgment score based on self-report among data relating to a first subject, A weight calculation unit that calculates a weight based on first data including at least one of data representing a physical feature, a weight calculated by the weight calculation unit, and a test for a medical examination among data related to a second subject A score determination unit that determines a determination score of the second subject based on data representing a result and second data including at least one of data representing physical characteristics. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、生体機能についての医学的検査の得点判定装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a medical examination score determination apparatus and program for biological functions.
従来、被験者の認知症の有無やその程度を簡便に判定する手法として、「ミニメンタルステート検査」(MMSE;Mini Mental State Examination)がある。このMMSEにおいては、被験者に質問を行い、その回答を点数化することによって、被験者の認知症の有無やその程度を判定する。しかしながら、ミニメンタルステート検査における質問及び回答の分析は人手を介するため、労力がかかっていた。そこで、近年、脳波測定装置や核磁気共鳴映像装置、またはCTスキャン装置などの診断装置を利用することにより、人手による質問及び回答の分析等を行わずに認知症の判定得点を算出する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, there is “Mini Mental State Examination” (MMSE; Mini Mental State Examination) as a method for easily determining whether or not a subject has dementia and its degree. In this MMSE, a subject is asked a question, and the answer is scored to determine whether or not the subject has dementia and its degree. However, the analysis of questions and answers in the mini-mental state examination is labor intensive and labor intensive. Therefore, in recent years, there has been a technique for calculating a dementia determination score without using a manual question and answer analysis by utilizing a diagnostic device such as an electroencephalogram measuring device, a nuclear magnetic resonance imaging device, or a CT scan device. It is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記のような従来技術においては、認知症判定得点を算出するために利用される診断装置が大掛かりになり、認知症の判定が簡便に行えないという問題があった。 However, in the prior art as described above, there is a problem that a diagnosis apparatus used for calculating a dementia determination score becomes large, and dementia cannot be easily determined.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、自己申告に基づく医学的検査の判定を簡便に行うことができる生体機能についての医学的検査の得点判定装置、及びプログラムを提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a medical test score determination device and program for a biological function that can easily perform a medical test determination based on self-reporting.
(1)本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、第1被験者に関するデータのうち、自己申告に基づく医学的検査の判定得点を含み、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第1データに基づいて重みを算出する重み算出部と、前記重み算出部により算出された前記重みと、第2被験者に関するデータのうち、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第2データとに基づいて、前記第2被験者の前記判定得点を判定する得点判定部と、を備える生体機能についての医学的検査の得点判定装置である。 (1) The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one aspect of the present invention includes a medical examination determination score based on self-report among data relating to a first subject, A weight calculating unit that calculates a weight based on first data including at least one of data representing an examination result of the examination and data representing physical characteristics; the weight calculated by the weight calculating unit; The determination score of the second subject is determined based on second data including at least one of data representing a medical examination result and data representing physical characteristics among data relating to two subjects. And a score determination unit for medical examination of a biological function.
(2)また、本発明の一態様は、上記の生体機能についての医学的検査の得点判定装置において、前記判定得点とは自己申告に基づく認知症の検査の得点である。 (2) In addition, according to one aspect of the present invention, in the above-described scoring device for medical examination of biological functions, the judgment score is a scoring for dementia based on self-report.
(3)また、本発明の一態様は、上記の生体機能についての医学的検査の得点判定装置において、前記重み算出部は、前記第1データに基づいて機械学習により前記重みを算出する。 (3) Further, according to one aspect of the present invention, in the medical examination score determination apparatus for the biological function, the weight calculation unit calculates the weight by machine learning based on the first data.
(4)また、本発明の一態様は、上記の生体機能についての医学的検査の得点判定装置において、前記医学的検査の検査結果を表すデータは、前記第1被験者の一般血液検査の結果を示す血液検査情報を少なくとも含むデータである。 (4) Further, according to one aspect of the present invention, in the medical test score determination device for the biological function, the data indicating the test result of the medical test is the result of the general blood test of the first subject. It is data including at least blood test information to be shown.
(5)また、本発明の一態様は、上記の生体機能についての医学的検査の得点判定装置において、前記医学的検査の検査結果を表すデータは、非侵襲脳活動測定装置による前記第1被験者の脳活動の測定結果を少なくとも含むデータである。 (5) Further, according to one aspect of the present invention, in the medical examination score determination apparatus for the biological function, the data representing the examination result of the medical examination is the first subject by the noninvasive brain activity measurement apparatus. This data includes at least the measurement result of the brain activity.
(6)また、本発明の一態様は、コンピュータに、第1被験者に関するデータのうち、自己申告に基づく医学的検査の判定得点を含み、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第1データに基づいて重みを算出する重み算出ステップと、前記重み算出ステップにより算出された前記重みと、第2被験者に関するデータのうち、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第2データとに基づいて、前記第2被験者の前記判定得点を判定する得点判定ステップとを実行させるためのプログラムである。 (6) Further, according to one embodiment of the present invention, the computer includes data on the first test subject including the determination score of the medical examination based on the self-report, and the data representing the examination result of the medical examination, and the physical characteristics A weight calculation step for calculating a weight based on first data including at least one of the data representing the data, the weight calculated by the weight calculation step, and a medical examination of the data related to the second subject A program for executing a score determination step of determining the determination score of the second subject based on data representing a result and second data including at least one of data representing physical characteristics .
本発明によれば、自己申告に基づく医学的検査の判定を簡便に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily determine a medical examination based on self-report.
(実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図1は本実施形態の判定システム1の機能構成の一例を示す図である。
判定システム1は、被験者の身体的特徴を表す身体データPDや、生体機能についての医学的検査の検査結果を表す検査結果データMTに基づいて、当該被験者の生体機能についての自己申告に基づく医学的検査の判定得点を判定する。
生体機能についての自己申告に基づく医学的検査とは、例えば、認知症の判定に一般的に用いられているいわゆる「ミニメンタルステート検査」(MMSE;Mini Mental State Examination)である。ミニメンタルステート検査は、見当識、記憶力、計算力、言語的能力、図形的能力などをカバーする30点満点の11の質問からなる。ミニメンタルステート検査の質問に対する被験者の回答の得点が、24点以上で正常、20点未満では中等度の知能低下、10点未満では高度な知能低下、などと判定される。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a
The
The medical examination based on the self-report on the biological function is, for example, a so-called “mini mental state examination” (MMSE) that is generally used for determination of dementia. The mini-mental state test consists of eleven questions with a maximum score of 30 that cover orientation, memory, computation, linguistic ability, graphic ability, etc. The score of the test subject's answer to the question of the mini mental state test is determined to be normal when the score is 24 or higher, moderately degraded when the score is less than 20, and severely degraded when the score is less than 10.
ミニメンタルステート検査は、検査者(医師など)と被験者とが対面して質問と回答とを繰り返し行う検査である。ミニメンタルステート検査における質問及び回答には、5分から10分程度の時間を要する。
判定システム1は、被験者の身体的特徴を表す身体データPDや医学的検査の検査結果を表す検査結果データMTを参照することにより、これら対面による質問及び回答等の作業を行うことなく、ミニメンタルステート検査の得点に相当する判定得点を判定する。
したがって、判定システム1は、質問及び回答が対面で行われることによる労力や時間を低減することができる。
以下、対面による質問及び回答等の作業を行わずに判定得点を判定することを実現する、判定システム1の機能構成について図1を参照して説明する。
The mini mental state examination is an examination in which an examiner (such as a doctor) and a subject face each other and repeatedly ask and answer questions. Questions and answers in the mini-mental state examination take about 5 to 10 minutes.
The
Therefore, the
Hereinafter, a functional configuration of the
[判定システム1の機能構成]
判定システム1は、教師データ供給部10、判定装置20、判定データ供給部30、及び、提示部40を含んで構成される。
判定装置20は、深層学習と呼ばれる機械学習の手法により重みWを算出する。深層学習は、多層ニューラルネットワーク(隠れ層の数が2以上であるニューラルネットワーク)を用いた機械学習の手法である。
判定装置20は、教師データ供給部10から供給される教師データに基づき重みWを算出する。判定装置20は、判定データ供給部30から供給される判定データと、算出した重みWとに基づき判定得点を判定する。
[Functional configuration of judgment system 1]
The
The
The
教師データ供給部10は、判定装置20に対して教師データを供給する。教師データとは、教師判定得点LSCと、教師検査結果データLMTと、教師身体データLPDとが互いに対応づけられたデータである。教師データでは、入力(教師検査結果データLMT、及び教師身体データLPD)に対する出力(教師判定得点LSC)が予めわかっている。そのため、判定装置20は、教師データを、入力に対して正しい結果を出力する重みWを算出するために用いることができる。判定システム1の使用者は、教師データとして用いるデータを、予め所定の数以上収集する必要がある。
判定データ供給部30は、判定装置20に対して判定データを供給する。判定データとは、検査結果データMTと、身体データPDとの組からなるデータである。
教師検査結果データLMTに含まれるデータの種類と、検査結果データMTに含まれるデータの種類とは対応する。また、教師身体データLPDに含まれるデータの種類は、身体データPDに含まれるデータの種類と対応する。以下では、検査結果データMTと、身体データPDとを合わせて説明変数と呼ぶ場合がある。
教師データ供給部10、及び判定データ供給部30は、例えば、キーボードやタブレット、スキャナなどのヒューマンインタフェイス装置であってもよいし、サーバなどの情報記憶装置であってもよい。
The teacher
The determination
The type of data included in the teacher test result data LMT corresponds to the type of data included in the test result data MT. The type of data included in the teacher physical data LPD corresponds to the type of data included in the physical data PD. Hereinafter, the test result data MT and the body data PD may be collectively referred to as explanatory variables.
The teacher
教師判定得点LSCとは、MMSEの被験者の回答の得点である。
検査結果データMTとは、被験者の医学的検査の検査結果を示す情報である。検査結果データMTには、例えば、血液検査情報GBTや、脳活動測定結果情報BAが含まれる。
ここで血液検査情報GBTとは、当該被験者の一般血液検査の検査結果を示す情報である。一般血液検査とは、検査項目が一般的である血液検査であり、例えば一般的な健康診断等において行われる血液検査である。一般血液検査の項目の一例について、図2を参照して説明する。脳活動測定結果情報BAとは、非侵襲脳活動測定装置による被験者の脳活動の測定結果の結果である。
身体データPDとは、例えば、被験者の年齢を示すデータである年齢情報AGである。
The teacher determination score LSC is a score of the answer of the subject of MMSE.
The test result data MT is information indicating a test result of a medical test of the subject. The test result data MT includes, for example, blood test information GBT and brain activity measurement result information BA.
Here, the blood test information GBT is information indicating the test result of the subject's general blood test. The general blood test is a blood test in which test items are general, for example, a blood test performed in a general health checkup. An example of the items of the general blood test will be described with reference to FIG. The brain activity measurement result information BA is the result of the measurement result of the brain activity of the subject by the noninvasive brain activity measurement device.
The body data PD is, for example, age information AG that is data indicating the age of the subject.
図2は、本実施形態の判定データ供給部30が供給する検査結果データMTに含まれる血液検査情報GBTの一例を示す図である。血液検査情報GBTには、一般血液検査の検査項目及び検査項目毎の検査値が含まれる。この一例において、血液検査情報GBTには、白血球数(WBC)、MCV、MCH、血小板数(PLT)、総たんぱく(TP)、アルブミン(Alb)、尿酸(UA)、尿素窒素(BUN)、クレアチニン(Crea)、ソディウム(So)、及びクロール(Cl)が検査項目として含まれる。
血液検査情報GBTには、検査項目と、検査項目ごとの基準値と、検査値と、基準値及び検査値の単位とが、互いに対応づけられている。同図に示すある被験者についての具体例の場合、血液検査情報GBTには、白血球数(WBC)が基準値4000〜9000[個/μL]に対して検査値5000[個/μL]、MCVが基準値84〜99[fl]に対して検査値90[fl]…という情報が含まれている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of blood test information GBT included in the test result data MT supplied by the determination
In the blood test information GBT, a test item, a reference value for each test item, a test value, and a unit of the reference value and the test value are associated with each other. In the case of a specific example of a subject shown in the figure, the blood test information GBT includes a white blood cell count (WBC) of a standard value of 4000 to 9000 [cells / μL], a test value of 5000 [cells / μL], and an MCV of Information of inspection value 90 [fl]... Is included for reference values 84 to 99 [fl].
脳活動測定結果情報BAについて説明する。
非侵襲脳活動測定装置(不図示)は、近赤外線などの人体に対して非侵襲的な検出手段を用いて、脳の血流などを測定することにより、被験者の脳活動を測定する。この非侵襲脳活動測定装置は、例えば、ヘモグロビン濃度(Hb)、酸素化ヘモグロビン濃度(HbO2)、脱酸素化ヘモグロビン濃度(HbDO2)、酸素飽和度(SO2)などの測定対象項目について測定する。この場合、非侵襲脳活動測定装置は、左脳側、右脳側について上述の測定対象項目をそれぞれ測定する。この一例の場合、判定データ供給部30は、左脳側ヘモグロビン濃度L_Hb、右脳側ヘモグロビン濃度R_Hb、左脳側酸素化ヘモグロビン濃度L_HbO2、右脳側酸素化ヘモグロビン濃度R_HbO2、左脳側脱酸素化ヘモグロビン濃度L_HbDO2、右脳側脱酸素化ヘモグロビン濃度R_HbDO2、左脳側酸素飽和度L_SO2及び右脳側酸素飽和度R_SO2を、検査結果データMTの一部として判定装置20に供給する。
The brain activity measurement result information BA will be described.
A non-invasive brain activity measuring device (not shown) measures the brain activity of a subject by measuring the blood flow of the brain using a non-invasive detection means such as a near infrared ray. This non-invasive brain activity measuring apparatus measures, for example, measurement target items such as hemoglobin concentration (Hb), oxygenated hemoglobin concentration (HbO2), deoxygenated hemoglobin concentration (HbDO2), and oxygen saturation (SO2). In this case, the non-invasive brain activity measuring apparatus measures the above-described measurement target items for the left brain side and the right brain side, respectively. In this example, the determination
図1に戻り、判定システム1の機能構成の説明を続ける。判定装置20は、教師判定得点取得部210と、教師検査結果データ取得部220と、教師身体データ取得部230と、重み算出部240と、検査結果取得部250と、身体データ取得部260と、得点判定部270とを備える。
Returning to FIG. 1, the description of the functional configuration of the
教師判定得点取得部210は、教師データ供給部10が供給する教師判定得点LSCを取得する。教師判定得点取得部210は、取得した教師判定得点LSCを重み算出部240に供給する。
教師検査結果データ取得部220は、教師データ供給部10が供給する教師検査結果データLMTを取得する。教師検査結果データ取得部220は、取得した教師検査結果データLMTを重み算出部240に供給する。
教師身体データ取得部230は、教師データ供給部10が供給する教師身体データLPDを取得する。教師身体データ取得部230は、取得した教師身体データLPDを重み算出部240に供給する。
The teacher determination
The teacher examination result
The teacher body
重み算出部240は、教師判定得点取得部210が取得する教師判定得点LSCと、教師検査結果データ取得部220が取得する教師検査結果データLMTと、教師身体データ取得部230が取得する教師身体データLPDとに基づいて、重みWを算出する。重み算出部240は、算出した重みWを得点判定部270に出力する。
The
検査結果取得部250は、判定データ供給部30が供給する検査結果データMTを取得する。検査結果取得部250は、取得した検査結果データMTを得点判定部270に供給する。
身体データ取得部260は、判定データ供給部30が供給する身体データPDを取得する。身体データ取得部260は、取得した身体データPDを得点判定部270に供給する。
The inspection result
The body
得点判定部270は、検査結果取得部250が取得する検査結果データMTと、身体データ取得部260が取得する身体データPDと、重み算出部240が算出する重みWとに基づき判定得点を判定する。得点判定部270は、当該判定得点の判定結果SCを提示部40に出力する。
The
提示部40は、例えばディスプレイやプリンタであり、判定装置20の得点判定部270から供給される判定結果SCを、表示や印字などの提示手段により提示する。
なお、提示部40は、ネットワークサーバなどの記憶装置であってもよい。この場合には、提示部40は、得点判定部270から供給される判定結果SCを記憶し、記憶した判定結果SCを他の装置に供給する。
The
The
[判定装置20の動作]
次に、図3を参照して判定装置20の学習工程の一例について説明する。
図3は、本実施形態に係る判定装置20の学習工程の一例を示す図である。
[Operation of Determination Device 20]
Next, an example of the learning process of the
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a learning process of the
(ステップS10)教師判定得点取得部210は、教師データ供給部10から教師判定得点LSCを取得する。
(ステップS20)教師検査結果データ取得部220は、教師データ供給部10から教師検査結果データLMTを取得する。
(ステップS30)教師身体データ取得部230は、教師データ供給部10から教師身体データLPDを取得する。
(ステップS40)重み算出部240は、ステップS10において取得した教師判定得点LSCと、ステップS20において取得した教師検査結果データLMTと、ステップS30において取得した教師身体データLPDとに基づいて重みWを算出する。
深層学習では、目的とする予測が得られるように、ネットワークのユニット間結合度とバイアス項を調整する。ユニット間結合度とは、重みWのことである。以下では、ユニット間結合度とバイアス項とを合わせて重みWと呼ぶ場合がある。また、重みWを算出することを、学習を行うと呼ぶ場合がある。
機械学習の手法を用いる場合、一般には、余計な説明変数を使うことで、予測が劣化することが懸念される。ここで、本実施形態における説明変数とは、検査結果データMTと、身体データPDとに各々含まれるデータのことである。本実施形態で深層学習を用いる利点の1つは、説明変数が多くなったとしても、重みWは学習により自動的に選択されることである。
(Step S <b> 10) The teacher determination
(Step S20) The teacher examination result
(Step S30) The teacher body
(Step S40) The
In deep learning, the degree of coupling between units in the network and the bias term are adjusted so that the desired prediction can be obtained. The inter-unit coupling degree is a weight W. Hereinafter, the inter-unit coupling degree and the bias term may be collectively referred to as a weight W. Also, calculating the weight W may be referred to as learning.
When using the machine learning technique, there is a concern that the prediction may deteriorate due to the use of extra explanatory variables. Here, the explanatory variables in the present embodiment are data included in the test result data MT and the body data PD, respectively. One advantage of using deep learning in the present embodiment is that the weight W is automatically selected by learning even if the explanatory variables increase.
ここで、図4を用いて本実施形態で用いるニューラルネットワークNNについて説明する。
図4は、本実施形態のニューラルネットワークNNの一例を示す図である。
ニューラルネットワークNNは、入力層ILと、隠れ層HL1、HL2、HL3、HL4と、出力層OLとから構成される。入力層ILと、隠れ層HL1、HL2、HL3、HL4と、出力層OLとは、各々一列に並んだユニットから構成される。
ニューラルネットワークNNは、フィードフォワードネットワークと呼ばれるニューラルネットワークである。フィードフォワードネットワークとは、情報が入力層から出力層へと一方向に伝搬するニューラルネットワークのことである。本実施形態では、隠れ層の数が4層、各隠れ層のユニット数が2であるフィードフォワードネットワークを用いる。
Here, the neural network NN used in this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the neural network NN of the present embodiment.
The neural network NN includes an input layer IL, hidden layers HL1, HL2, HL3, and HL4, and an output layer OL. The input layer IL, the hidden layers HL1, HL2, HL3, and HL4, and the output layer OL are each composed of units arranged in a line.
The neural network NN is a neural network called a feedforward network. A feedforward network is a neural network in which information propagates in one direction from an input layer to an output layer. In this embodiment, a feedforward network in which the number of hidden layers is four and the number of units in each hidden layer is two is used.
入力層ILは、ユニットI−i(i=1、2、・・・、M:Mは説明変数の数)から構成される。ユニットI−i(i=1、2、・・・、M:Mは説明変数の数)は、各々説明変数と対応する。
隠れ層HL1は、ユニットH1−1と、ユニットH1−2とから構成される。隠れ層HL2は、ユニットH2−1と、ユニットH2−2とから構成される。隠れ層HL3は、ユニットH3−1と、ユニットH3−2とから構成される。隠れ層HL4は、ユニットH4−1と、ユニットH4−2とから構成される。
出力層OLは、ユニットO−1と、ユニットO−2とから構成される。出力層OLのユニット数が2であることは、判定装置20が、被験者を2つのクラスに分類するための判定を行うことに対応する。ここで2つのクラスは、MMSEの回答の得点が24点以上(正常)のクラスと、24点未満のクラスとからなる。
隠れ層HL1、HL2、HL3、HL4、及び出力層OLを構成する各ユニットは、自身が構成する各層と隣接する、入力層IL側の層を構成する複数のユニットからの出力に、ユニット間結合度を乗じバイアス項を加えたものを入力として受け取る。ここでユニット間結合度(重みW)、及びバイアス項は、出力するユニットと、入力されるユニットとの組毎に異なる。隠れ層HL1、HL2、HL3、HL4、及び出力層OLを構成する各ユニットは、入力を受け取ると、入力の値を活性化関数(後述する)に代入した値を、出力とする。
重み算出部240が重みWを算出する手順の詳細については後述する。
The input layer IL is composed of units I-i (i = 1, 2,..., M: M is the number of explanatory variables). Each of the units I-i (i = 1, 2,..., M: M is the number of explanatory variables) corresponds to each explanatory variable.
The hidden layer HL1 includes a unit H1-1 and a unit H1-2. The hidden layer HL2 includes a unit H2-1 and a unit H2-2. The hidden layer HL3 includes a unit H3-1 and a unit H3-2. The hidden layer HL4 includes a unit H4-1 and a unit H4-2.
The output layer OL is composed of a unit O-1 and a unit O-2. The number of units in the output layer OL being 2 corresponds to the
The units constituting the hidden layers HL1, HL2, HL3, and HL4 and the output layer OL are coupled to the outputs from a plurality of units constituting the layer on the input layer IL side adjacent to the respective layers constituting the unit. Multiply by degree and add bias term as input. Here, the inter-unit coupling degree (weight W) and the bias term are different for each set of the output unit and the input unit. When each unit constituting the hidden layers HL1, HL2, HL3, and HL4 and the output layer OL receives an input, a value obtained by substituting the value of the input into an activation function (described later) is output.
Details of the procedure by which the
次に、図5を参照して判定装置20の判定工程の一例について説明する。
図5は、本実施形態に係る判定装置20の判定工程の一例を示す図である。
Next, an example of the determination process of the
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a determination process of the
(ステップS50)検査結果取得部250は、判定データ供給部30から検査結果データMTを取得する。
(ステップS60)身体データ取得部260は、判定データ供給部30から身体データPDを取得する。
(ステップS70)得点判定部270は、ステップS50において取得した検査結果データMTと、ステップS60において取得した身体データPDと、図3のステップS40において算出した重みWに基づいて判定得点を判定する。判定結果SCは、被験者のMMSEの回答の得点が24点以上であるか、被験者のMMSEの回答の得点が24点未満であるかのいずれかを示す。
(ステップS80)得点判定部270は、判定結果SCを提示部40に出力して、一連の処理を終了する。
(Step S50) The inspection result
(Step S60) The body
(Step S70) The
(Step S80) The
[判定装置20の判定精度]
判定装置20の判定精度について説明する。
判定装置20の判定精度を検証する際、十分な数の判定データが入手できない場合がある。そこで、教師データの一部のデータを取り出し判定データとして用い、残りのデータを重みWの算出に用いることで判定精度を検証する。本実施形態では、Leave−One−Out交差検証という手法を用いる。教師データのデータ数をN(Nは自然数)とする。
判定装置20は、教師データから1個のデータを取り出し判定データとして用い、残りのN−1個のデータを用いて重みWを算出する。判定装置20は、判定データと、算出した重みWとに基づいて判定得点を判定する。判定装置20は、当該判定得点の判定結果SCと、判定データとして用いた教師データに対応する教師判定得点LSCとを比較することで、判定結果SCが正しいか否かを判定する。
判定装置20は、この処理を、教師データの各々全てが判定データとして用いられるまでN回繰り返す。
本実施形態によれば、40歳以上の被験者98名の、一般血液検査の検査結果、非侵襲脳活動測定装置による被験者の脳活動の測定結果、年齢、及びMMSEの回答の得点を教師データとして用いたところ、判定装置20は、96個の判定データに対して正しい判定結果SCを出力することが検証されている。つまり、上記の場合に、判定装置20の判定精度が、98パーセントであることが検証されている。
[Decision accuracy of determination device 20]
The determination accuracy of the
When verifying the determination accuracy of the
The
The
According to the present embodiment, the test results of 98 subjects over 40 years old, the results of the general blood test, the measurement results of the subject's brain activity by the non-invasive brain activity measuring device, the age, and the MMSE answer score are used as teacher data. When used, it has been verified that the
以上説明したように、本実施形態の判定装置20は、重み算出部240により算出された重みWと、被験者に関するデータのうち、検査結果データMTと、身体データPDを含む判定データとに基づいて、当該被験者の判定得点を判定する。ここで判定装置20は、当該被験者に関するデータのうち、教師判定得点LSCと、教師検査結果データLMTと、教師身体データLPDとに基づいて、重みWを算出する。
したがって、本実施形態の判定装置20によれば、従来、自己申告に基づく医学的検査において質問及び回答が対面で行われることによって生じていた労力や時間を低減することができる。
As described above, the
Therefore, according to the
[重みWの算出]
図6は、本実施形態の重みWを算出する手順の一例を示す図である。
ここでは、ユニット間結合度とバイアス項とを合わせて重みWと呼ぶ。
[Calculation of weight W]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a procedure for calculating the weight W according to the present embodiment.
Here, the inter-unit coupling degree and the bias term are collectively referred to as a weight W.
本実施形態の重みWの算出手順では、重み算出部240は、一例として、ニューラルネットワークNNの学習を隠れ層毎に行う。
重みWの算出手順の開始時には、ニューラルネットワークNNは、入力層と、第1の隠れ層、出力層から構成される。重み算出部240は、第1の隠れ層についての重みWの算出を行う。その後、重み算出部240は、ニューラルネットワークNNに第1の隠れ層と出力層との間に第2の隠れ層を追加する。重み算出部240は、第2の隠れ層についての重みWの算出を行う。重み算出部240は、以上の手順を繰り返すことで、各隠れ層毎に重みWの算出を行う。重み算出部240は、第4の隠れ層についての重みWの算出が完了した時点で、重みWの算出を終了する。
なお、重み算出部240は、ニューラルネットワークNNの学習を全ての隠れ層について行ってもよい。
以下、重みWの算出の具体的な手順について説明する。なお、この演算手順は、コンピュータによって実行可能である。
In the procedure for calculating the weight W according to the present embodiment, the
At the start of the procedure for calculating the weight W, the neural network NN includes an input layer, a first hidden layer, and an output layer. The
Note that the
Hereinafter, a specific procedure for calculating the weight W will be described. Note that this calculation procedure can be executed by a computer.
(ステップS400)重み算出部240は、重みW、及びバイアスBの初期化を行う。ここで、重みWの要素を要素wji、バイアスBの要素を要素bjiとする。要素wji、及び要素bjiは、j番目の層に隣接する(j+1)番目の層を構成するユニットへの入力を算出する際に用いられる。重み算出部240は、wjiの値として、正規分布から生成された0から1の間に分布する乱数を設定し、bjiの値として0を設定する。
重み算出部240は、N個の教師データをランダムに並べ変える。
(Step S400) The
The
(ステップS401)重み算出部240は、ランダムに並べ変えた教師データの中から、未使用のものを、昇順にB個(Bは自然数)ずつ取り出す。ただし、未使用の教師データがない場合、重み算出部240は、教師データを再びランダムに並べ変え、未使用の教師データとする。取り出されたB個の教師データを、ミニバッチと呼ぶ。
(Step S401) The
(ステップS402)重み算出部240は、ニューラルネットワークNNにドロップアウトの手法を適用する。ドロップアウトとは、過学習が起こりにくくするための手法である。
重み算出部240は、入力層、及び隠れ層の各々について、各層を構成するユニットをある確率p(pは0から1までの実数)で無効化する。ここで、ユニットを無効化するとは、当該ユニットからの出力を一時的にゼロとして扱うという意味である。本実施形態では、一例として、pの値を0.5とするが、pの値はこれに限らない。なお、確率pは、各層毎に異なってもよい。
また、得点判定部270は、判定得点を判定する際、ニューラルネットワークNNの入力層、及び隠れ層の各々の出力を、無効化した確率pに応じてp倍する。
(Step S402) The
For each of the input layer and the hidden layer, the
In addition, when determining the determination score, the
(ステップS403)重み算出部240は、取り出したミニバッチの中から教師データを1つ取り出す。重み算出部240は、取り出した教師データの中から、教師検査結果データLMTと、教師身体データLPDとを、ニューラルネットワークNNへの入力xi(i=1、2、・・・、B:Bはミニバッチに含まれる教師データ数)とする。ここで、xiは、教師検査結果データLMTと、教師身体データLPDとに含まれるデータの種類の数の成分をもつベクトルである。
重み算出部240は、入力xiに各々重みwji(ここではj=1)を乗じ、バイアスbji(ここではj=1)を加えたものを、第1の隠れ層へのあるユニットへの入力とする。重み算出部240は、当該ユニットへの入力を活性化関数に代入した値を算出し、当該ユニットからの出力hk(k=1,2)とする。本実施形態では、一例として、Tanh関数を活性化関数に用いる。なお、活性化関数は、Tanh関数以外の関数であってもよい。活性化関数は、例えば、ロジスティック関数や正規化線形関数であってもよい。
重み算出部240は、第1の隠れ層の各ユニットからの出力hk(k=1,2)に各々重みwji(ここではj=2)を乗じ、バイアスbji(ここではj=2)を加えたものを第2の隠れ層への各ユニットへの入力とする。重み算出部240は、第1の隠れ層と同様に、当該入力を活性化関数に代入することで第2の隠れ層の各ユニットからの出力を算出する。
重み算出部240は、以上の処理を出力層まで繰り返し、出力層からの出力yk(k=1,2)を算出する。
(Step S403) The
The
The
The
(ステップS404)重み算出部240は、目的関数を算出する。目的関数は、重みWの関数であり、ニューラルネットワークNNの出力と、教師データに含まれる教師判定得点LSCとの一致度が高いほど、小さい値を与える。ニューラルネットワークNNの出力と、教師判定得点LSCとの一致度は、高ければ高いほど、ニューラルネットワークNNが入力に対してより正しい結果を出力したということを意味する。
ここで目的関数は、式(1)で与えられる。
(Step S404) The
Here, the objective function is given by equation (1).
本実施形態においては、式(1)における教師データ数Nは、ミニバッチに含まれる教師データ数Bに等しい。
目的関数は、教師データ毎に与えられる損失関数lの平均である。ここで、損失関数lは、出力yと、教師データから得られるyi(i=1、2、・・・、N:Nは教師データのデータ数)との二乗誤差で与えられる。ここで、yiは、2成分のベクトルである。yiは、教師判定得点LSCが24点以上である場合、yi=(1、0)で与えられる。一方、教師判定得点LSCが24点未満である場合、yi=(0、1)で与えられる。
なお、損失関数lは、一例として二乗誤差を用いたが、これに限らない。損失関数lは、例えば、エントロピー誤差であってもよい。
In the present embodiment, the number N of teacher data in Expression (1) is equal to the number B of teacher data included in the mini-batch.
The objective function is an average of the loss function l given for each teacher data. Here, the loss function l is given by a square error between the output y and y i obtained from the teacher data (i = 1, 2,..., N: N is the number of data of the teacher data). Here, y i is a two-component vector. y i is given by y i = (1, 0) when the teacher determination score LSC is 24 points or more. On the other hand, when the teacher determination score LSC is less than 24, y i = (0, 1) is given.
The loss function l uses a square error as an example, but is not limited thereto. The loss function l may be, for example, an entropy error.
(ステップS405)重み算出部240は、勾配降下法を用いて重みWの更新を行う。勾配降下法とは、誤差(目的関数)が小さくなるような勾配の方向にパラメータを変化させるように、パラメータを算出する方法のことである。本実施形態のように、ミニバッチを利用することにより、教師データの一部のみを使用して学習を行うことを、確率的勾配降下法(SGD:Stochastic Gradient Descent)と呼ぶ。
具体的には、重み算出部240は、式(2)に従って重みWの更新を行う。
(Step S405) The
Specifically, the
(ステップS406)重み算出部240は、ステップS405における重みWの更新により、目的関数が収束したか否かを判定する。重み算出部240は、目的関数が収束したと判定した場合(YES)、重みWの算出処理を終了する。一方、目的関数が収束していないと判定した場合(NO)、ステップS401の処理を行う。
確率的勾配降下法を使用して学習を行うことの理由の一つは、目的関数が収束する最適解より前に、重みWが局所解に陥ってしまうことを防ぐためである。
(Step S406) The
One of the reasons for learning using the stochastic gradient descent method is to prevent the weight W from falling into a local solution before the optimal solution where the objective function converges.
なお、本実施形態においては、説明変数が、年齢情報AGと、血液検査情報GBTと、脳活動測定結果情報BAである場合を説明したが、説明変数はこれに限らない。例えば、説明変数として、年齢情報AGと、血液検査情報GBTと、脳活動測定結果情報BAとのうち一部のみを用いてもよい。また、説明変数として、血液検査情報GBTに含まれる検査項目毎の検査値のうち一部のみを用いてもよいし、脳活動測定結果情報BAに含まれる測定対象項目の測定値のうち一部のみを用いてもよい。 In the present embodiment, the explanation has been given of cases where the explanatory variables are age information AG, blood test information GBT, and brain activity measurement result information BA, but the explanatory variables are not limited to this. For example, only some of age information AG, blood test information GBT, and brain activity measurement result information BA may be used as explanatory variables. Further, as the explanatory variable, only a part of the test values for each test item included in the blood test information GBT may be used, or a part of the measurement values of the measurement target item included in the brain activity measurement result information BA. You may use only.
例えば、説明変数として、年齢情報AGと、アルブミンの検査値と、尿酸の検査値と、左脳側ヘモグロビン濃度L_Hbと、右脳側ヘモグロビン濃度R_Hbと、左脳側酸素飽和度L_SO2と、右脳側酸素飽和度R_SO2とのみを用いてもよい。
また、別の例として、説明変数として、年齢情報AGと、左脳側ヘモグロビン濃度L_Hbと、右脳側ヘモグロビン濃度R_Hbと、左脳側酸素飽和度L_SO2と、右脳側酸素飽和度R_SO2とのみを用いてもよい。
For example, as explanatory variables, age information AG, albumin test value, uric acid test value, left brain side hemoglobin concentration L_Hb, right brain side hemoglobin concentration R_Hb, left brain side oxygen saturation L_SO2, and right brain side oxygen saturation Only R_SO2 may be used.
As another example, only age information AG, left brain side hemoglobin concentration L_Hb, right brain side hemoglobin concentration R_Hb, left brain side oxygen saturation L_SO2, and right brain side oxygen saturation R_SO2 may be used as explanatory variables. Good.
また、説明変数として、身体データPDに、被験者の身体的特徴を示す他の情報を加えてもよいし、年齢情報AGの代わりに被験者の身体的特徴を表す他の情報を用いてもよい。被験者の身体的特徴を表す他の情報は、例えば、性別を示す情報、身長を示す情報、体重を示す情報、肥満度を示す情報などでもよい。肥満度を示す情報とは、例えば、体格指数(BMI:Body Mass Index)である。
また、説明変数として、検査結果データMTに、血液検査情報GBTと、脳活動測定結果情報BAと以外の被験者の医学的検査の検査結果を示す他の情報を加えてもよいし、血液検査情報GBTと、脳活動測定結果情報BAとの代わりに、被験者の医学的検査の検査結果を示す他の情報を用いてもよい。
Further, as the explanatory variable, other information indicating the physical characteristics of the subject may be added to the body data PD, or other information indicating the physical characteristics of the subject may be used instead of the age information AG. Other information indicating the physical characteristics of the subject may be, for example, information indicating sex, information indicating height, information indicating weight, information indicating obesity, and the like. The information indicating the degree of obesity is, for example, a body mass index (BMI: Body Mass Index).
Further, as the explanatory variable, other information indicating the test result of the medical test of the subject other than the blood test information GBT and the brain activity measurement result information BA may be added to the test result data MT, or the blood test information Instead of the GBT and the brain activity measurement result information BA, other information indicating the test result of the medical examination of the subject may be used.
また、本実施形態においては、自己申告に基づく医学的検査の一例として、MMSEの場合を説明したが、自己申告に基づく医学的検査はMMSE以外であってもよい。自己申告に基づく医学的検査としては、例えば、状態・特性不安検査(STAI:State−Trait Anxiety Inventory)や性格検査などの、結果が得点化されている医学的検査でもよい。 Moreover, in this embodiment, although the case of MMSE was demonstrated as an example of the medical test | inspection based on a self-report, medical tests based on a self-report may be other than MMSE. The medical examination based on self-report may be, for example, a medical examination in which results are scored, such as a state-trait anxiety examination (STAI) or a personality examination.
また、本実施形態においては、ニューラルネットワークNNの隠れ層の数が4つ、各隠れ層のユニット数が2つの場合を説明したが、隠れ層の数、及び各隠れ層のユニット数はこれに限らない。
また、本実施形態においては、ニューラルネットワークNNの出力層のユニット数が2である場合を説明したが、出力層のユニット数はこれに限らない。判定装置20は、例えば、出力層のユニット数を1つにしてもよい。その場合、判定装置20は、出力層の出力の1つの値に応じて、判定得点を判定する。また、判定装置20は、ニューラルネットワークNNの出力層のユニット数を3以上にして、判定得点をより細かく分類してもよい。
In the present embodiment, the number of hidden layers of the neural network NN is four and the number of units of each hidden layer is two. However, the number of hidden layers and the number of units of each hidden layer are described here. Not exclusively.
In this embodiment, the case where the number of units in the output layer of the neural network NN is 2 has been described. However, the number of units in the output layer is not limited to this. For example, the
[まとめ]
上述した実施形態に係る判定装置20によれば、重み算出部240により算出された重みWと、被験者に関するデータのうち、検査結果データMTと、身体データPDを含む判定データとに基づいて、当該被験者の判定得点を判定する。ここで判定装置20は、当該被験者に関するデータのうち、教師判定得点LSCと、教師検査結果データLMTと、教師身体データLPDとに基づいて、重みWを算出する。したがって、判定装置20によれば、自己申告に基づく医学的検査の判定を簡便に行うことができる。
[Summary]
According to the
また、上述した実施形態に係る判定装置20によれば、判定得点が自己申告に基づく認知症の検査(MMSE)の得点と同じである。このため、判定装置20によれば、従来のMMSEを利用して被験者の認知症の状態を判定していた判定者が、認知症判定得点を理解しやすい。
Moreover, according to the
上述した実施形態に係る判定装置20によれば、重みWが機械学習によって算出されている。このため、判定装置20によれば、検査者は、被験者の身体的特徴を表す身体データや、医学的検査の検査結果を表す検査結果データの意味についての先入観にとらわれずに、従来は当該被験者の自己申告に基づいて行われていた医学的検査の判定を、当該被験者の自己申告に基づくことなく簡便に行うことができる。
According to the
上述した実施形態に係る判定装置20によれば、医学的検査の検査結果を表すデータは、被験者の一般血液検査の結果を示す血液検査情報GBTを含む。このため、判定装置20によれば、特殊な検査や問診が不要である。したがって、判定装置20によれば、従来は当該被験者の自己申告に基づいて行われていた医学的検査の判定を、当該被験者の自己申告に基づくことなく簡便に行うことができる。
According to the
上述した実施形態に係る判定装置20によれば、医学的検査の検査結果を表すデータは、非侵襲脳活動測定装置による被験者の脳活動の測定結果を示す脳活動測定結果情報BAを含む。このため、判定装置20によれば、特殊な検査や問診が不要である。したがって、判定装置20によれば、自己申告に基づく医学的検査の判定を簡便に行うことができる。
According to the
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上述した各実施形態に記載の構成を組み合わせてもよい。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and appropriate modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. it can. You may combine the structure as described in each embodiment mentioned above.
なお、上記の実施形態における各装置が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。 In addition, each part with which each apparatus in said embodiment is provided may be implement | achieved by exclusive hardware, and may be implement | achieved by memory and a microprocessor.
なお、各装置が備える各部は、メモリおよびCPU(中央演算装置)により構成され、各装置が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。 Each unit included in each device is configured by a memory and a CPU (central processing unit), and a program for realizing the function of each unit included in each device is loaded into the memory and executed to realize the function. It may be.
また、各装置が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部が備える各部による処理を行ってもよい。
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
In addition, a program for realizing the function of each unit included in each device is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, whereby the control unit You may perform the process by each part with which it is equipped.
Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
1…判定システム、10…教師データ供給部、20…判定装置、30…判定データ供給部、40…提示部、210…教師判定得点取得部、220…教師検査結果データ取得部、230…教師身体データ取得部、240…重み算出部、250…検査結果取得部、260…身体データ取得部、270…得点判定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記重み算出部により算出された前記重みと、第2被験者に関するデータのうち、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第2データとに基づいて、前記第2被験者の前記判定得点を判定する得点判定部と、
を備える生体機能についての医学的検査の得点判定装置。 Based on the first data including at least one of data representing a medical examination test result and physical characteristics, including a medical examination determination score based on self-report among data relating to the first subject A weight calculation unit for calculating weights,
Based on the weight calculated by the weight calculator, and second data including at least one of data representing a medical examination result and data representing a physical feature among data relating to the second subject. A score determination unit for determining the determination score of the second subject;
A medical examination score determination device for a biological function.
第1被験者に関するデータのうち、自己申告に基づく医学的検査の判定得点を含み、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第1データに基づいて重みを算出する重み算出ステップと、
前記重み算出ステップにより算出された前記重みと、第2被験者に関するデータのうち、医学的検査の検査結果を表すデータと、身体的特徴を表すデータとのうち少なくとも一方を含む第2データとに基づいて、前記第2被験者の前記判定得点を判定する得点判定ステップと
を実行させるためのプログラム。 On the computer,
Based on the first data including at least one of data representing a medical examination test result and physical characteristics, including a medical examination determination score based on self-report among data relating to the first subject A weight calculating step for calculating the weight by
Based on the weight calculated in the weight calculating step, and second data including at least one of data representing a medical examination result and data representing physical characteristics among data relating to the second subject. And a score determination step of determining the determination score of the second subject.
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