KR20210063116A - Method and apparatus for detecting nuclear region using artificial neural network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 핵 영역 검출 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 분할된 핵 영역을 검출하고 보정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for detecting a nuclear region, and more particularly, to a technology for detecting and correcting a divided nuclear region.
유사 분열 세포의 개수를 카운팅 하는 작업은 일반적으로 병리학자(pathologist)에 의해 수행되는 병리 진단 작업이다. 병리학자는 염색된 조직 슬라이드를 고 배율의 현미경을 통해 관찰하거나, 디지털 병리 장비에 의해 스캔 된 조직 슬라이드 이미지를 컴퓨팅 장치를 통해 관찰하는 방식으로 유사 분열 세포를 카운팅한다.Counting the number of mitotic cells is a pathology diagnosis task generally performed by a pathologist. The pathologist counts mitotic cells by observing the stained tissue slide through a high-magnification microscope or by observing the tissue slide image scanned by the digital pathology instrument through a computing device.
이를 개선하기 위해 다양한 핵 영역을 검출 방법이 개발되고 있다. 하지만 여전히, 핵 분할 과정에서 모호한 경계를 갖는 인접한 핵 영역은 정확하게 검출되지 못한다는 한계가 존재한다. To improve this, various methods for detecting nuclear regions have been developed. However, there is still a limitation in that an adjacent nuclear region having an ambiguous boundary cannot be accurately detected during the nuclear division process.
본 발명은, 분할되는 핵의 영역을 검출하는 방법에 있어서, 핵 인스턴스의 세그멘테이션을 정확하게 검출하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method and apparatus for accurately detecting segmentation of nuclear instances in a method for detecting a region of a divided nucleus.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법은 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 획득하는 단계, 상기 제1 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커(marker)를 표시하고, 상기 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하는 단계, 마커가 표시된 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 컨벌루션(Convolution) 기반의 신경망에 입력하여 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정하는 단계, 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 상기 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.A method for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention includes acquiring a plurality of nuclear instance images including a first image and a second image, and a marker based on a probability map of a nucleus with respect to the first image. and displaying a marker based on the probability map of the nucleus with respect to the second image, and inputting the first image and the second image on which the marker is displayed into a convolution-based neural network to the first image estimating a region of a nuclear instance included in , and a region of a nuclear instance included in the second image, the neural network for a region of a nuclear instance included in the first image and a region of a nuclear instance included in the second image. and determining whether the nuclear instances included in the first image and the nuclear instances included in the second image are identical by using the output data.
일 실시예에서 상기 마커를 표시하는 단계는, 컨벌루션 기반의 제3 신경망에 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 입력하여 이미지내의 단위 영역당 핵이 존재할 확률에 대한 핵의 확률맵을 생성하고, 각 이미지내의 단위 영역중 지역 최대값(local maximum)에 대응되는 단위 영역에 상기 마커를 표시하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the displaying of the marker comprises inputting the first image and the second image to a third neural network based on convolution to generate a probability map of the nucleus for the probability of the existence of a nucleus per unit area in the image, The method may include displaying the marker on a unit area corresponding to a local maximum among unit areas in each image.
일 실시예에서 상기 마커를 표시하는 단계는, 상기 복수개의 핵 인스턴스 이미지에 각각에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하는 단계, 상기 마커의 위치를 기초로 복수개의 이미지 쌍을 생성하는 단계 및 상기 복수개의 이미지 쌍 중 하나의 이미지 쌍을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 하나의 이미지 쌍은, 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 포함할 수 있다.In one embodiment, the displaying of the marker may include displaying a marker based on a probability map of a nucleus for each of the plurality of nuclear instance images, generating a plurality of image pairs based on the location of the marker and acquiring one image pair from among the plurality of image pairs, wherein the one image pair may include the first image and the second image.
일 실시예에서 상기 복수개의 이미지 쌍 각각은, 각각의 이미지에 포함된 마커의 위치가 기준치보다 가까운 적어도 두개의 이미지를 포함할 수 있다.In an embodiment, each of the plurality of image pairs may include at least two images in which a position of a marker included in each image is closer than a reference value.
일 실시예에서 상기 하나의 이미지 쌍은, 상기 복수개의 이미지 쌍 중 랜덤하게 획득될 수 있다.In an embodiment, the one image pair may be randomly obtained from among the plurality of image pairs.
일 실시예에서 상기 신경망은, 복수의 컨벌루션 레이어를 포함하는 컨벌루션 계층 및 복수의 디컨벌루션 레이어를 포함하는 디컨벌루션 계층을 포함하고, 상기 핵 인스턴스의 영역을 추정하는 단계는, 상기 컨벌루션 계층을 통해, 핵 인스턴스의 특징을 추출하는 단계 및 상기 디컨벌루션 계층을 통해, 세그멘테이션(segmentation)된 핵 인스턴스의 영역을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the neural network includes a convolutional layer including a plurality of convolutional layers and a deconvolutional layer including a plurality of deconvolutional layers, and the step of estimating the region of the nuclear instance includes: via the convolutional layer, The method may include extracting a feature of a nuclear instance and estimating a region of a segmented nuclear instance through the deconvolution layer.
일 실시예에서 상기 신경망의 출력 데이터는, 상기 제1 이미지에 대한 특징맵(feature map) 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵이고, 상기 핵 인스턴스의 동일성 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 이미지에 대한 특징맵 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵의 다이스 계수(Dice coefficient)의 중복도를 기초로 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 수치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the output data of the neural network is a feature map for the first image and a feature map for the second image, and the step of determining whether the nuclear instances are identical includes the first image Estimating the degree of identity between the nuclear instances included in the first image and the nuclear instances included in the second image based on the overlap of the Dice coefficients of the feature map and the feature map with respect to the second image may include the step of
일 실시예에서 상기 동일성 여부를 판단하는 단계는, 상기 동일성 수치가 기준치 이상인 경우 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 병합하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the determining of the identity may further include merging the first image and the second image when the identity value is equal to or greater than a reference value.
본 발명의 다른 실시예에 따른 핵 영역 검출 장치는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커(marker)를 표시하고, 상기 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하고, 마커가 표시된 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 컨벌루션(Convolution) 기반의 신경망에 입력하여 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정하고, 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 상기 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단할 수 있다.A nuclear region detection apparatus according to another embodiment of the present invention includes a processor, wherein the processor acquires a plurality of nuclear instance images including a first image and a second image, and a probability of a nucleus with respect to the first image A marker is displayed based on a map, a marker is displayed based on a probability map of a nucleus with respect to the second image, and the first image and the second image on which the marker is displayed are combined with a convolution-based neural network. to estimate the region of the nuclear instance included in the first image and the region of the nuclear instance included in the second image, and the region of the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image It is possible to determine whether the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image are identical by using the output data of the neural network for the region.
일 실시예에서 상기 프로세서는, 컨벌루션 기반의 제3 신경망에 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 입력하여 이미지내의 단위 영역당 핵이 존재할 확률에 대한 핵의 확률맵을 생성하고, 각 이미지내의 단위 영역중 지역 최대값(local maximum)에 대응되는 단위 영역에 상기 마커를 표시할 수 있다.In an embodiment, the processor inputs the first image and the second image to a convolution-based third neural network to generate a probability map of a nucleus for a probability that a nucleus exists per unit area in the image, and a unit in each image. The marker may be displayed in a unit region corresponding to a local maximum among regions.
일 실시예에서 상기 프로세서는, 상기 복수개의 핵 인스턴스 이미지에 각각에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하고, 상기 마커의 위치를 기초로 복수개의 이미지 쌍을 생성하고, 상기 복수개의 이미지 쌍 중 하나의 이미지 쌍을 획득하고, 상기 하나의 이미지 쌍은, 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 포함할 수 있다.In one embodiment, the processor displays a marker based on a probability map of a nucleus for each of the plurality of nuclear instance images, generates a plurality of image pairs based on the positions of the markers, and the plurality of image pairs One image pair may be obtained from among the one image pair, and the one image pair may include the first image and the second image.
일 실시예에서 상기 복수개의 이미지 쌍 각각은, 각각의 이미지에 포함된 마커의 위치가 기준치보다 가까운 적어도 두 개의 이미지를 포함할 수 있다.In an embodiment, each of the plurality of image pairs may include at least two images in which a position of a marker included in each image is closer than a reference value.
일 실시예에서 상기 하나의 이미지 쌍은, 상기 복수개의 이미지 쌍 중 무작위로 선택될 수 있다.In an embodiment, the one image pair may be randomly selected from among the plurality of image pairs.
일 실시예에서 상기 신경망은, 복수의 컨벌루션 레이어를 포함하는 컨벌루션 계층 및 복수의 디컨벌루션 레이어를 포함하는 디컨벌루션 계층을 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 컨벌루션 계층을 통해 핵 인스턴스의 특징을 추출하고, 상기 디컨벌루션 계층을 통해 세그멘테이션(segmentation)된 핵 인스턴스의 영역을 추정할 수 있다.In an embodiment, the neural network includes a convolutional layer including a plurality of convolutional layers and a deconvolutional layer including a plurality of deconvolutional layers, and the processor extracts a feature of a nuclear instance through the convolutional layer, An area of a segmented nuclear instance may be estimated through the deconvolution layer.
일 실시예에서 상기 신경망의 출력 데이터는, 상기 제1 이미지에 대한 특징맵(feature map) 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵이고, 상기 프로세서는, 상기 제1 이미지에 대한 특징맵 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵을 기초로 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 수치를 추정할 수 있다.In an embodiment, the output data of the neural network is a feature map for the first image and a feature map for the second image, and the processor includes: a feature map for the first image and the second image An identity value between the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image may be estimated based on the feature map for the image.
일 실시예에서 상기 프로세서는, 상기 동일성 수치가 기준치 이상인 경우 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 병합할 수 있다.In an embodiment, the processor may merge the first image and the second image when the identity value is equal to or greater than a reference value.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다. Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the detailed contents, claims, and drawings for carrying out the following invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 인스턴스 이미지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 인스턴스 영역을 검출하는 신경망의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 핵 인스턴스의 동일성을 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining the configuration and operation of a nuclear region detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a method for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a nuclear instance image according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining the configuration and operation of a neural network for detecting a nuclear instance region according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a method of determining the identity of detected nuclear instances according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present disclosure may have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure to specific embodiments, and it should be understood that all changes and/or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present disclosure are included. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as "include" or "may include" that may be used in various embodiments of the present disclosure indicate the existence of a corresponding function, operation, or component that is disclosed, and an additional one or more functions, operations, or It does not limit the components, etc. In addition, in various embodiments of the present disclosure, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In various embodiments of the present disclosure, expressions such as "or" include any and all combinations of words listed together. For example, "A or B" may include A, may include B, or may include both A and B.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Expressions such as "first", "second", "first", or "second" used in various embodiments of the present disclosure may modify various elements of various embodiments, but do not limit the corresponding elements. Does not. For example, the expressions do not limit the order and/or importance of corresponding elements. The above expressions may be used to distinguish one component from another component. For example, a first user device and a second user device are both user devices and represent different user devices. For example, without departing from the scope of the rights of various embodiments of the present disclosure, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, the component is directly connected to or may be connected to the other component, but the component and It should be understood that new other components may exist between the other components. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it will be understood that no new other component exists between the component and the other component. Should be able to.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in various embodiments of the present disclosure are only used to describe a specific embodiment, and are not intended to limit the various embodiments of the present disclosure. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which various embodiments of the present disclosure belong.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in various embodiments of the present disclosure, ideal or excessively formal It is not interpreted in meaning.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 병리학 영상에서 세포의 이형성(atypism)과 핵의 동질성(homogeneouty)은 암의 등급과 단계를 진단하는 데 중요한 요소이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention. In pathological imaging, cell atypism and nuclear homogeneity are important factors in diagnosing the grade and stage of cancer.
도 1의 (a)는 병리 이미지 원본이고, (b)는 종래 기술을 이용하여 핵 영역을 검출한 예시도이고, (c)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법에 따라 핵 영역을 검출한 예시도이며, (d)는 실제 핵 영역을 도시한 도면이다.1 (a) is an original pathological image, (b) is an exemplary view of detecting a nuclear region using a conventional technique, (c) is a method for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention to be described later It is an exemplary diagram in which a nuclear region is detected, and (d) is a diagram showing an actual nuclear region.
(b)에 도시된 바와 같이 종래에는 세포의 핵 영역, 배경 영역 및 경계를 검출하여 개별 핵을 식별하였다. 이와 같은 종래 기술은 세포의 핵 추출에 있어서 우수한 성능을 나타내나, 인접한 복수의 인스턴스에 대한 정확한 구별은 불가하다는 한계가 존재한다. 종래 기술은 검출된 복수의 인스턴스 사이를 반드시 배경이 되도록 처리를 하여, 복수의 인스턴스가 붙어있다 하더라도 각각의 인스턴서의 사이를 배경이 되도록 처리한다. 따라서 검출된 복수의 인스턴스 각각이 동일한 핵에 포함되어 있더라도, 각각 상이한 핵에 포함되는 것으로 식별될 수 있다. 반면, 후술되는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법을 이용하는 경우 도 (c)와 같이 인접한 인스턴스가 동일한 핵에 포함되어 있는지 여부를 정확히 식별할 수 있다.As shown in (b), individual nuclei were identified by conventionally detecting the nuclear region, background region, and border of the cell. Although such a prior art exhibits excellent performance in nuclear extraction of cells, there is a limitation in that it is impossible to accurately distinguish a plurality of adjacent instances. In the prior art, a process is performed so that a background between a plurality of detected instances is necessarily made, and even if a plurality of instances are attached, a process is performed between each instancer to be a background. Accordingly, even if each of the plurality of detected instances is included in the same nucleus, it may be identified as being included in each different nucleus. On the other hand, when using the method for detecting a nuclear region according to some embodiments of the present invention, which will be described later, as shown in FIG.
보다 상세하게, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법은 핵 영역 검출 정확도를 높이기 위해, 핵 인스턴스를 검출하고 신경망을 이용하여 핵 인스턴스를 병합 또는 분리하는 동작은 반복하여 수행할 수 있다. 전술한 핵 인스턴스는 핵이 존재할 것으로 판단되는 영역을 의미하고, 본 실시예에서 신경망을 이용해 검출된 각각의 핵 인스턴스가 동일한 핵에 포함된다고 판단된 경우 각각의 핵 인스턴스를 병합할 수 있다. 또한, 일 실시예에서 전술한 신경망은 디코딩 레이어를 더 포함할 수 있고, 상술한 디코딩 레이어를 통해 핵 인스턴스의 세그멘테이션(segmentaion)이 추정될 수 있다. 또한 추정된 핵 인스턴스의 세그멘테이션을 이용하여 상술한 신경망의 가중치 매트릭스를 갱신할 수 있다. 전술한 과정을 통해 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 신경망은 다양한 입력 데이터를 이용하여 학습을 수행할 수 있고, 이를 통해 과적합 문제(overfitting problem)의 발생을 최소화 할 수 있다.More specifically, in the method for detecting a nuclear region according to some embodiments of the present invention, in order to increase the accuracy of detecting a nuclear region, an operation of detecting a nuclear instance and merging or separating the nuclear instance using a neural network may be repeatedly performed. The aforementioned nuclear instance means a region in which a nucleus is determined to exist, and in the present embodiment, when it is determined that each nuclear instance detected using the neural network is included in the same nucleus, each nuclear instance may be merged. In addition, in an embodiment, the above-described neural network may further include a decoding layer, and a segmentaion of a nuclear instance may be estimated through the above-described decoding layer. In addition, the weight matrix of the above-described neural network may be updated using the segmentation of the estimated nuclear instance. Through the above-described process, the neural network according to some embodiments of the present invention may perform learning using various input data, thereby minimizing the occurrence of an overfitting problem.
일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법은 먼저, 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 획득할 수 있다. 이후 제1 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커(marker)를 표시하고, 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시할 수 있다. 이후, 마커가 표시된 제1 이미지 및 제2 이미지를 컨벌루션(Convolution) 기반의 신경망에 입력하여 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정할 수 있다. 또한, 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단할 수 있다. 보다 상세한 설명은 이하 관련 도면에서 후술한다.The nuclear region detection method according to an embodiment may first acquire a plurality of nuclear instance images including a first image and a second image. Thereafter, a marker may be displayed on the first image based on the probability map of the nucleus, and the marker may be displayed on the second image based on the probability map of the nucleus. Thereafter, the first image and the second image marked with the marker may be input to a convolution-based neural network to estimate the region of the nuclear instance included in the first image and the region of the nuclear instance included in the second image. In addition, the sameness between the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image using output data of the neural network for the region of the nuclear instance included in the first image and the region of the nuclear instance included in the second image can determine whether A more detailed description will be given later in the related drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the configuration and operation of a nuclear region detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에 따른 핵 영역 검출 장치(100)는 메모리(103), 프로세서(104), 통신 모듈(102), 입출력 인터페이스(101) 및 시스템 버스(bus)를 포함할 수 있다.The nuclear
메모리(103)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(103)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism)을 이용하여 메모리(103)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 통신 모듈(102)을 통해 메모리(103)에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 프로그램은 개발자들 또는 어플리케이션의 설치 파일을 배포하는 파일 배포 시스템이 네트워크를 통해 제공하는 파일들에 의해 설치되는 프로그램에 기반하여 메모리(103)에 로딩될 수 있다.The
프로세서(104)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(103) 또는 통신 모듈(102)에 의해 프로세서(104)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(104)는 메모리(103)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.The
일 실시예에서 프로세서(104)는 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 획득하고, 제1 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커(marker)를 표시하고, 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하고, 마커가 표시된 제1 이미지 및 제2 이미지를 컨벌루션(Convolution) 기반의 신경망에 입력하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정하고, 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단할 수 있다.In one embodiment, the
통신 모듈(102)은 네트워크를 통해 외부 서버와 핵 영역 검출 장치(100)가 서로 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 물론 통신 모듈(102)은 다른 사용자 다른 서버와 통신하기 위한 기능을 제공할 수도 있다. 일례로, 핵 영역 검출 장치(100)의 프로세서(104)가 메모리(103)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이 통신 모듈(102)의 제어에 따라 네트워크를 통해 외부 서버로 전달될 수 있다. 역으로, 외부 서버의 프로세서의 제어에 따라 제공되는 제어 신호나 명령, 콘텐츠, 파일 등이 통신 모듈과 네트워크를 거쳐 핵 영역 검출 장치(100)의 통신 모듈(102)을 통해 핵 영역 검출 장치(100)로 수신될 수 있다. 예를 들어 통신 모듈(102)을 통해 수신된 외부 서버의 제어 신호나 명령 등은 프로세서(104)나 메모리(103)로 전달될 수 있고, 콘텐츠나 파일 등은 핵 영역 검출 장치(100)가 더 포함할 수 있는 저장 매체로 저장될 수 있다.The
통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The communication method is not limited, and not only a communication method using a communication network (eg, a mobile communication network, a wired Internet, a wireless Internet, a broadcasting network) that the network may include, but also short-range wireless communication between devices may be included. For example, the network is a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), a broadband network (BBN), the Internet, etc. may include any one or more of the networks of Further, the network may include, but is not limited to, any one or more of a network topology including, but not limited to, a bus network, a star network, a ring network, a mesh network, a star-bus network, a tree or a hierarchical network, and the like. .
입출력 인터페이스(101)는 입출력 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 키보드 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 어플리케이션의 통신 세션을 표시하기 위한 디스플레이와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로 입출력 인터페이스(101)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 보다 구체적인 예로, 핵 영역 검출 장치(100)의 프로세서(104)는 메모리(103)에 로딩된 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리함에 있어서 외부 서버가 제공하는 데이터를 이용하여 구성되는 서비스 화면이나 콘텐츠가 입출력 인터페이스(101)를 통해 디스플레이에 표시될 수 있다.The input/
또한, 다른 실시예들에서 핵 영역 검출 장치(100)는 도 2의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 핵 영역 검출 장치(100)는 트랜시버(transceiver), GPS(Global Positioning System) 모듈, 카메라, 각종 센서, 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.Also, in other embodiments, the nuclear
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 영역 검출 방법의 순서도이다. 이하, 후술되는 핵 영역 검출 방법을 수행하는 장치는 핵 영역 검출 장치임을 가정하고 설명한다.3 is a flowchart of a method for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, it is assumed that an apparatus for performing a nuclear region detection method described below is a nuclear region detection apparatus.
단계 S110에서, 핵 영역 검출 장치는 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 획득할 수 있다. 핵 인스턴스 이미지는 적어도 하나 이상의 핵 인스턴스를 포함하는 병리이미지일 수 있다. 예를 들어 복수개의 핵 인스턴스 이미지는 다중 조직 H&E(Haematoxylin Eosin) 염색 이미지를 포함하는 MoNuSeg 데이터 및/또는 Negative Breast Cancer 조직의 TNBC(Triple-Negative Breast Cancer) 데이터를 포함할 수 있다.In operation S110, the nuclear region detection apparatus may acquire a plurality of nuclear instance images including the first image and the second image. The nuclear instance image may be a pathological image including at least one nuclear instance. For example, the plurality of nuclear instance images may include MoNuSeg data including multi-tissue Haematoxylin Eosin (H&E) staining images and/or Triple-Negative Breast Cancer (TNBC) data of negative breast cancer tissues.
단계 S120에서, 핵 영역 검출 장치는 제1 이미지에 마커를 표시하고, 제2 이미지에 마커를 표시할 수 있다. 보다 상세하게 핵 영역 검출 장치는 제1 이미지 및 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 생성할 수 있고, 생성된 핵의 확률맵을 이용하여 각각의 이미지에 대하여 핵의 위치에 대응되는 마커를 표시할 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역 검출 장치는 생성된 핵의 확률맵의 지역 최대값(local maximum)을 마커로 표시할 수 있다. In operation S120, the nuclear region detection apparatus may display the marker on the first image and display the marker on the second image. In more detail, the nuclear region detection apparatus may generate a nuclear probability map with respect to the first image and the second image, and display a marker corresponding to the location of the nucleus on each image using the generated nuclear probability map. can do. In an embodiment, the apparatus for detecting a nuclear region may display a local maximum of the generated nuclear probability map as a marker.
단계 S130에서, 마커가 표시된 제1 이미지 및 제2 이미지를 컨벌루션 기반의 신경망에 입력할 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역 검출 장치는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 이용하여 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 이미지 쌍을 생성할 수 있다. 전술한 이미지 쌍은 지정된 기준을 기초로 생성될 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역 검출 장치는 복수개의 핵 인스턴스 이미지에 표시된 마커의 위치가 가까운 순서로 2개의 이미지를 포함하는 이미지 쌍을 생성할 수 있다. 다만, 이는 이미지 쌍을 생성하는 일 예시일 뿐, 이미지 쌍을 생성하는 기준 및 이미지 쌍에 포함된 이미지의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.In operation S130, the first image and the second image marked with the marker may be input to the convolution-based neural network. In an embodiment, the apparatus for detecting a nuclear region may generate an image pair including a first image and a second image by using a plurality of nuclear instance images. The above-described image pairs may be generated based on specified criteria. In an embodiment, the apparatus for detecting a nuclear region may generate an image pair including two images in an order in which positions of markers displayed on a plurality of nuclear instance images are close to each other. However, this is only an example of generating the image pair, and the reference for generating the image pair and the number of images included in the image pair are not limited thereto.
또한, 다른 실시예에서 이전에 생성되었던 이미지 쌍의 조합과 상이한 조합으로 새로운 이미지 쌍이 생성될 수 있고, 이를 신경망의 학습 데이터로 이용할 수 있다. 이와 같이 복수의 핵 인스턴스 이미지에 대하여 다양한 조합으로 신경망을 학습시킴으로써, 충분한 양의 학습 데이터 확보가 가능하고, 과적합 문제의 발생을 방지할 수 있다.Also, in another embodiment, a new image pair may be generated with a different combination from the previously generated image pair combination, and this may be used as training data for the neural network. As described above, by learning the neural network in various combinations for a plurality of nuclear instance images, it is possible to secure a sufficient amount of learning data and to prevent the occurrence of an overfitting problem.
또한 일 실시예에 따라 생성된 복수개의 이미지 쌍이 순차적으로 신경망에 입력될 수 있다. 일 실시예에서 신경망에 입력되는 이미지 쌍은 랜덤하게 선택될 수 있다. 다만 이는 이미지 쌍을 선택하는 방법의 일 예시일 뿐, 본원 발명의 신경망에 입력 데이터로 사용되는 이미지 쌍이 선택되는 기준이 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.Also, a plurality of image pairs generated according to an embodiment may be sequentially input to the neural network. In an embodiment, the image pair input to the neural network may be randomly selected. However, it should be noted that this is only an example of a method of selecting an image pair, and a criterion for selecting an image pair used as input data for the neural network of the present invention is not limited thereto.
단계 S140에서, 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정할 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역을 검출하기 위해 사용되는 신경망은 컨벌루션 레이어와 디컨벌루션 레이어를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 컨벌루션 레이어는 핵 인스턴스를 추출하기 위한 핵 인스턴스의 특징을 추출할 수 있다. 또한 일 실시예에서 디컨벌루션 레이어는 입력 데이터에 포함된 핵 인스턴스를 검출할 수 있다. 일 예로 컨벌루션 레이어는 컨벌루션 연산을 수행하는 16개의 레이어를 포함하고, 디컨벌루션 레이어는 디컨벌루션 연산을 수행하는 16개의 레이어를 포함할 수 있다. 다만 이는 예시일 뿐 레이어의 숫자는 이에 한정되지 않음에 유의한다.In operation S140 , the region of the nuclear instance included in the first image and the region of the nuclear instance included in the second image may be estimated. In an embodiment, a neural network used to detect a nuclear region may include a convolutional layer and a deconvolutional layer. In an embodiment, the convolutional layer may extract a feature of the nuclear instance for extracting the nuclear instance. Also, in an embodiment, the deconvolution layer may detect a nuclear instance included in the input data. For example, the convolutional layer may include 16 layers performing a convolution operation, and the deconvolution layer may include 16 layers performing a deconvolution operation. However, it should be noted that this is only an example and the number of layers is not limited thereto.
단계 S150에서, 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 신경망의 출력 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역 검출 장치는 제1 이미지의 특징맵 및 제2 이미지의 특징맵을 출력할 수 있다. 또한 신경망의 출력 데이터는 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 세그멘테이션 및 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 세그멘테이션 정보를 포함할 수 있다. 핵 인스턴스의 세그멘테이션이란 핵 분할로 생성된 핵의 분할된 부분을 의미한다. 다만 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 신경망의 출력 데이터 형태는 통상의 기술자가 용이하게 설계 및 변경할 수 있는 다양한 형태일 수 있음에 유의한다.In operation S150 , output data of the neural network for the nuclear instance region included in the first image and the nuclear instance region included in the second image may be acquired. In an embodiment, the nuclear region detection apparatus may output a feature map of the first image and a feature map of the second image. Also, the output data of the neural network may include segmentation information of the nuclear instance included in the first image and segmentation information of the nuclear instance included in the second image. Segmentation of a nuclear instance refers to a segmented portion of a nucleus generated by nuclear fission. However, it should be noted that the output data form of the neural network according to some embodiments of the present invention may be various forms that can be easily designed and changed by those skilled in the art.
단계 S160에서, 전술한 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단할 수 있다. 핵 인스턴스 장치는 신경망에서 검출한 핵 인스턴스의 세그멘테이션을 획득할 수 있고, 하나의 이미지 쌍에 포함된 제1 이미지의 핵 인스턴스의 세그멘테이션과 제2 이미지의 핵 인스턴스의 세그멘테이션을 비교할 수 있다. In operation S160, it may be determined whether the nuclear instance included in the first image is identical to the nuclear instance included in the second image using the output data of the neural network. The nuclear instance device may acquire the segmentation of the nuclear instance detected by the neural network, and may compare the segmentation of the nuclear instance of the first image included in one image pair and the segmentation of the nuclear instance of the second image.
예를 들어 핵 인스턴스 장치는 다이스 계수(Dice coefficient)를 이용하여 제1 이미지의 핵 인스턴스의 세그멘테이션과 제2 이미지의 핵 인스턴스의 세그멘테이션간 중복도를 계산할 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역 검출 장치는 상술한 중복도를 이용하여 각 이미지가 동일한 핵의 인스턴스를 포함하고 있는지 여부를 판단할 수 있다.For example, the nuclear instance device may calculate the overlap between the segmentation of the nuclear instance of the first image and the segmentation of the nuclear instance of the second image by using a Dice coefficient. In an embodiment, the apparatus for detecting a nuclear region may determine whether each image includes an instance of the same nucleus using the above-described redundancy.
이후, 제1 이미지와 제2 이미지간 핵 인스턴스의 세그멘테이션의 중복도가 지정된 기준치보다 높은 경우, 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스는 동일한 핵에 포함된 것으로 가정할 수 있고, 이 경우 제1 이미지와 제2 이미지의 핵 인스턴스를 병합한다. 병합된 핵 인스턴스를 포함하는 이미지는 다시 신경망의 입력 데이터 및/또는 학습 데이터로 이용되어 신경망의 핵 영역 검출의 정확도를 높일 수 있다.Thereafter, when the segmentation overlap of the nuclear instances between the first image and the second image is higher than the specified reference value, it is assumed that the nuclear instances included in the first image and the nuclear instances included in the second image are included in the same nucleus. In this case, the nuclear instances of the first image and the second image are merged. The image including the merged nuclear instance may be used again as input data and/or training data of the neural network to increase the accuracy of the nuclear region detection of the neural network.
반면, 제1 이미지와 제2 이미지간 핵 인스턴스의 세그멘테이션 중복도가 기준치보다 낮은 경우, 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스는 서로 상이한 핵에 포함된 것으로 가정할 수 있고, 이후 상술한 제1 이미지와 제2 이미지는 동일한 이미지 쌍에 포함되지 않는다. 이 경우 제1 이미지와 제2 이미지는 각각 상이한 이미지와 쌍을 이루어 신경망의 입력 데이터 및/또는 학습 데이터로 활용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, when the segmentation overlap of the nuclear instances between the first image and the second image is lower than the reference value, it can be assumed that the nuclear instances included in the first image and the nuclear instances included in the second image are included in different nuclei. Thereafter, the above-described first image and second image are not included in the same image pair. In this case, it goes without saying that the first image and the second image may be paired with different images, respectively, and used as input data and/or learning data of the neural network.
이하, 도 4를 참조하여 신경망에 입력되는 데이터에 대하여 상세히 설명한다. 도 4의 (a)는 종래 기술을 통해 획득한 핵의 확률맵의 예시도, (b)는 확률맵의 지역 최대값을 기초로 마커가 표시된 이미지의 예시도, (c)는 분할된 핵 인스턴스 영역을 검출한 결과의 예시도이다.Hereinafter, data input to the neural network will be described in detail with reference to FIG. 4 . 4 (a) is an exemplary view of a probability map of a nucleus obtained through the prior art, (b) is an exemplary view of an image in which a marker is displayed based on the local maximum value of the probability map, (c) is a segmented nuclear instance It is an exemplary diagram of a result of detecting a region.
(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 핵 영역 검출 장치는 복수의 핵 인스턴스 이미지에 대한 확률맵을 생성할 수 있다. 핵의 확률맵은 영역화 네트워크를 이용해 추정될 수 있다. 영역화 네트워크는 예를 들어 U-net이 사용될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 영역화 네트워크의 종류가 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.As shown in (a), the nuclear region detection apparatus according to some embodiments of the present invention may generate a probability map for a plurality of nuclear instance images. The probability map of nuclei can be estimated using a zoning network. For example, U-net may be used as the zoning network, but it should be noted that the type of zoning network according to an embodiment of the present invention is not limited thereto.
이후, (b)에 도시된 바와 같이 핵 영역 검출 장치는 생성된 핵의 확률맵을 이용하여 지역 최대값(local maximum)을 마커로 표시할 수 있다. 이 경우 마커가 표시된 각각의 영역은 이후, 핵 영역 검출 단계를 통해 개별 핵 인스턴스 영역으로 검출되거나, 다른 핵 인스턴스와 병합되거나, 복수의 핵 인스턴스 영역으로 분리될 수도 있다. Thereafter, as shown in (b), the nuclear region detection apparatus may display a local maximum as a marker using the generated probability map of the nucleus. In this case, each region marked with the marker may then be detected as an individual nuclear instance region, merged with another nuclear instance region, or separated into a plurality of nuclear instance regions through a nuclear region detection step.
본 발명의 몇몇 실시예에 따라 핵 영역을 검출하는 신경망은 마커를 포함하는 이미지를 입력 데이터로 이용할 수 있다. 이 경우 전술한 신경망은 복수의 이미지로 구성된 이미지 쌍을 입력 데이터로 이용할 수 있으며, 전술한 바 이미지 쌍은 지정된 기준에 따른 복수의 이미지로 구성될 수 있다. 일 실시예에서 이미지 쌍은 복수의 이미지에 포함된 마커의 위치를 기초로 생성될 수 있다. 예를 들어 마커의 위치가 가까운 순서에 따라 적어도 2개의 이미지를 포함하는 이미지 쌍이 생성될 수 있다. 이 경우, 신경망에 입력되는 이미지 데이터는 마커 채널을 포함하는 RGB 이미지 패치일 수 있다. (c)는 핵 영역 검출 장치에 의해 핵 인스턴스 영역이 검출된 이미지의 일 예이다.A neural network for detecting a nuclear region according to some embodiments of the present invention may use an image including a marker as input data. In this case, the above-described neural network may use an image pair composed of a plurality of images as input data, and the above-described image pair may be composed of a plurality of images according to a specified criterion. In an embodiment, the image pair may be generated based on positions of markers included in a plurality of images. For example, an image pair including at least two images may be generated according to an order in which the positions of the markers are close. In this case, the image data input to the neural network may be an RGB image patch including a marker channel. (c) is an example of an image in which a nuclear instance region is detected by the nuclear region detection device.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 인스턴스간 동일성 판단을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a method of determining the identity between nuclear instances according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에서 핵 인스턴스 영역을 검출하는 신경망(210)은 제1 이미지(201) 및 제2 이미지(202)를 포함하는 이미지 쌍(200)을 입력 데이터 및/또는 학습 데이터로 이용할 수 있다. 이후, 핵 인스턴스 영역을 검출하는 신경망(210)은 제1 이미지(201) 및 제2 이미지(202)에 포함된 핵 인스턴스 영역이 검출된 데이터(300a, 300b)를 출력할 수 있다. In an embodiment, the
일 실시예에서 신경망의 입력 데이터인 이미지 쌍(200)은 이미지에 표시된 마커의 위치가 가까운 순서로 생성될 수 있다. 일 실시예에서 핵 영역 검출 장치가 제1 이미지(201)에 표시된 마커와 제1 이미지(202)에 표시된 마커를 기초로 신경망(210)을 통해 핵 인스턴스 영역을 검출한 결과, 제1 이미지(201)에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지(202)에 포함된 핵 인스턴스가 동일한 핵에 포함된 경우, 제1 이미지(201)와 제2 이미지(202)를 병합할 수 있다(300a). 전술한 방법에 따라 병합된 데이터(300a)는 다른 제3 이미지와 이미지 쌍을 이루어 신경망(210)에 입력될 수 있다.In an embodiment, the
선택적 실시예에서 핵 영역 검출 장치가 제1 이미지(201)와 제2 이미지(202)에 포함된 핵 인스턴스가 서로 상이한 핵에 포함된다고 판단한 경우(300b), 제1 이미지(201)와 제2 이미지(202)는 각각 서로 다른 이미지와 이미지 쌍을 이루어 신경망(210)에 다시 입력될 수 있다. 이 경우 제1 이미지(201)와 제2 이미지(202)는 이후에도 동일한 이미지 쌍에 포함되지 않을 수 있다.In an optional embodiment, when the nuclear region detection apparatus determines that the nuclear instances included in the
일 실시예에서 핵 인스턴스 영역을 검출하는 신경망(210)은 인코딩 레이어(220)와 디코딩 레이어(230)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 인코딩 레이어(220)는 각 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 특징을 추출하여, 각 이미지의 특징맵을 출력할 수 있다. 또한, 디코딩 레이어(230)는 각 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역을 추정할 수 있고, 후술되는 다이스 계수를 이용하여 각 이미지에 포함된 핵 인스턴스가 동일한 핵에 포함되는지 여부를 추정할 수 있다. 보다 상세한 설명은 이하 도 6을 참조하여 설명한다.In an embodiment, the
도 6은 도 5에 도시된 신경망을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 핵 영역을 검출하는 신경망은, 입력된 이미지 쌍에 포함된 핵 인스턴스의 동일성 여부를 더 판단할 수 있다.FIG. 6 is a diagram for describing the neural network shown in FIG. 5 in more detail. The neural network for detecting a nuclear region according to an embodiment of the present invention may further determine whether nuclear instances included in the input image pair are identical.
보다 상세하게, 핵 영역 검출 장치는 제1 이미지(201) 및 제2 이미지(202)를 포함하는 이미지 쌍(200)을 입력 데이터로 이용할 수 있다. 입력 데이터는 먼저 컨벌루션 레이어(221a, 221b, 223a, 223b)에 입력될 수 있다. 이후, 제1 이미지(201) 및 제2 이미지(202)의 특징맵을 추출하는 인코딩 섹션의 끝 단(223a, 223b)에서 각 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 동일성 여부를 판단하는 분류기로 전술한 제1 이미지(201) 및 제2 이미지(202)의 특징맵이 전달될 수 있다.In more detail, the nuclear region detection apparatus may use the
또한, 컨벌루션 레이어(221a, 221b, 223a, 223b)와 디컨벌루션 레이어(231a, 231b, 232a, 232b)는 스킵 연결(250a, 250b)을 할 수 있고, 레이어간 가중치를 공유하기 위해 채널 단위 행렬 곱셈(222, 240)을 수행할 수 있다. 이 경우 디컨벌루션 레이어(231a, 231b, 232a, 232b)은 제1 이미지(201)및 제2 이미지(202)에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정할 수 있다. 보다 상세하게 디컨벌루션 레이어(231a, 231b, 232a, 232b)은 제1 이미지(201)및 제2 이미지(202)에 포함된 핵 인스턴스의 세그멘테이션 영역을 추정할 수 있다.In addition, the
일 실시예에서 분류기는 추가 컨벌루션 레이어(260) 및 완전 연결 레이어(261)를 포함할 수 있으나, 이와 같은 분류기의 신경망 구조는 일 예일 뿐 신경망의 구조가 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다. 보다 상세하게 컨벌루션 레이어(221a, 221b, 223a, 223b)에 의해 추출된 특징맵은 클래스를 추정하기 위한 추가 컨벌루션 레이어(260) 및 완전 연결 레이어(fully-connected layer)(261)에 전달될 수 있다. 이를 통해 추정된 클래스와 디컨벌루션 레이어(231a, 231b, 232a, 232b)에서 추정된 핵 인스턴스 영역(311, 312)의 중복도를 기초로 제1 이미지(201)의 핵 인스턴스와 제2 이미지(202)의 핵 인스턴스간 동일성 수치(320)가 계산될 수 있다. 상술한 신경망의 손실 함수 은 = + 로 정의될 수 있다. 여기서 분할 손실 는 수식 1과 같이 정의된다.In an embodiment, the classifier may include an additional
[수식 1][Equation 1]
여기서 Θ는 매개 변수 세트이며, 과 는 두 가지 입력 피처이다. 는 ·에 대한 세그먼트 예측이고, 과 는 과 에 대한 세그먼트 기준입니다. 는 와 사이의 교차 엔트로피이다. 분류 손실은 로 정의되며, 여기서 는 분류 예측 와 세그먼트 예측 사이의 다이스 계수 사이의 곱이다.where Θ is the set of parameters, and are two input features. is the segment prediction for and Is and Segment criteria for . Is Wow is the cross entropy between Classification loss is is defined as, where is the classification prediction dice coefficient between and segment prediction is the product between
[수식 2][Equation 2]
상술한 손실은 인스턴스 분할의 일관성이 클래스 예측에 영향을 주도록 할 수 있다. 즉, 분할이 일관된 경우 두 인스턴스가 모두 동일한 핵에 있다고 판단 될 가능성이 높아지고, 분할이 일관되지 않으면 확률이 줄어 든다. the above The loss can cause the consistency of instance partitioning to affect class prediction. That is, if the splits are consistent, the probability that both instances will be judged to be in the same nucleus increases, and if the splits are inconsistent, the probability decreases.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded in a computer-readable medium. In this case, the medium is a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk, and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and a DVD, a magnetic-optical medium such as a floptical disk, and a ROM. It may include a hardware device specially configured to store and execute program instructions, such as, RAM, flash memory, and the like.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and used by those skilled in the art of computer software. Examples of the computer program may include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are only examples and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings exemplarily represent functional connections and/or physical or circuit connections. It may be referred to as a connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific mention such as "essential", "important", etc., it may not be an essential component for the application of the present invention.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (17)
상기 제1 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커(marker)를 표시하고, 상기 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하는 단계;
마커가 표시된 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 컨벌루션(Convolution) 기반의 신경망에 입력하여 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정하는 단계; 및
상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 상기 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단하는 단계;를 포함하는
핵 영역 검출 방법.
acquiring a plurality of nuclear instance images including a first image and a second image;
displaying a marker based on a probability map of a nucleus with respect to the first image, and displaying a marker based on a probability map of a nucleus with respect to the second image;
estimating a region of a nuclear instance included in the first image and a region of a nuclear instance included in the second image by inputting the first image and the second image marked with a marker into a convolution-based neural network; and
Between the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image using the output data of the neural network for the region of the nuclear instance included in the first image and the region of the nuclear instance included in the second image Determining whether or not the same; including
Methods for detecting nuclear regions.
상기 마커를 표시하는 단계는,
컨벌루션 기반의 제3 신경망에 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 입력하여 이미지내의 단위 영역당 핵이 존재할 확률에 대한 핵의 확률맵을 생성하고, 각 이미지내의 단위 영역 중 지역 최대값(local maximum)에 대응되는 단위 영역에 상기 마커를 표시하는 단계를 포함하는,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 1,
The step of displaying the marker,
By inputting the first image and the second image to a third neural network based on convolution, a probability map of nuclei with respect to the probability that nuclei exist per unit region in the image is generated, and a local maximum value among unit regions in each image is generated. ) including the step of displaying the marker in a unit area corresponding to
Methods for detecting nuclear regions.
상기 마커를 표시하는 단계는,
상기 복수개의 핵 인스턴스 이미지에 각각에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하는 단계;
상기 마커의 위치를 기초로 복수개의 이미지 쌍을 생성하는 단계; 및
상기 복수개의 이미지 쌍 중 하나의 이미지 쌍을 획득하는 단계;를 포함하고,
상기 하나의 이미지 쌍은,
상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 포함하는,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 1,
The step of displaying the marker,
displaying a marker based on a probability map of a nucleus for each of the plurality of nuclear instance images;
generating a plurality of image pairs based on the positions of the markers; and
Including; acquiring one image pair from among the plurality of image pairs;
The one image pair is
comprising the first image and the second image,
Methods for detecting nuclear regions.
상기 복수개의 이미지 쌍 각각은,
각각의 이미지에 포함된 마커의 위치가 기준치보다 가까운 적어도 두 개의 이미지를 포함하는,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 3,
Each of the plurality of image pairs,
At least two images in which the position of the marker included in each image is closer than the reference value,
Methods for detecting nuclear regions.
상기 하나의 이미지 쌍은,
상기 복수개의 이미지 쌍 중 랜덤하게 획득된,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 3,
The one image pair is
randomly obtained from among the plurality of image pairs,
Methods for detecting nuclear regions.
상기 신경망은,
복수의 컨벌루션 레이어를 포함하는 컨벌루션 계층 및 복수의 디컨벌루션 레이어를 포함하는 디컨벌루션 계층을 포함하고,
상기 핵 인스턴스의 영역을 추정하는 단계는,
상기 컨벌루션 계층을 통해, 핵 인스턴스의 특징을 추출하는 단계; 및
상기 디컨벌루션 계층을 통해, 세그멘테이션(segmentation)된 핵 인스턴스의 영역을 추정하는 단계를 포함하는,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 1,
The neural network is
A convolutional layer including a plurality of convolutional layers and a deconvolutional layer including a plurality of deconvolutional layers,
The step of estimating the area of the nuclear instance comprises:
extracting a feature of a nuclear instance through the convolutional layer; and
estimating the region of a segmented nuclear instance through the deconvolutional layer,
Methods for detecting nuclear regions.
상기 신경망의 출력 데이터는,
상기 제1 이미지에 대한 특징맵(feature map) 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵이고,
상기 핵 인스턴스의 동일성 여부를 판단하는 단계는,
상기 제1 이미지에 대한 특징맵 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵의 다이스 계수(Dice coefficient)의 중복도를 기초로 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 수치를 추정하는 단계를 포함하는,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 1,
The output data of the neural network is,
a feature map for the first image and a feature map for the second image,
The step of determining whether the nuclear instances are identical,
Between the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image based on the degree of overlap of the Dice coefficients of the feature map for the first image and the feature map for the second image estimating a measure of identity;
Methods for detecting nuclear regions.
상기 동일성 여부를 판단하는 단계는,
상기 동일성 수치가 기준치 이상인 경우 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 병합하는 단계를 더 포함하는,
핵 영역 검출 방법.
The method of claim 7,
The step of determining whether the identity is
Further comprising the step of merging the first image and the second image when the identity value is greater than a reference value,
Methods for detecting nuclear regions.
상기 프로세서는,
제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하는 복수개의 핵 인스턴스 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커(marker)를 표시하고, 상기 제2 이미지에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하고, 마커가 표시된 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 컨벌루션(Convolution) 기반의 신경망에 입력하여 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역을 추정하고, 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스의 영역 및 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스 영역에 대한 상기 신경망의 출력 데이터를 이용하여 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 여부를 판단하는,
핵 영역 검출 장치.
processor; including;
The processor,
Acquire a plurality of nuclear instance images including a first image and a second image, display a marker based on a probability map of a nucleus with respect to the first image, and a probability map of a nucleus with respect to the second image A marker is displayed based on , and the first image and the second image on which the marker is displayed are input to a convolution-based neural network, and the region of the nuclear instance included in the first image and the region of the nuclear instance included in the second image. estimating a nuclear instance region, and using the output data of the neural network for the nuclear instance region included in the first image and the nuclear instance region included in the second image, the nuclear instance included in the first image and the second nuclear instance region To determine whether the nuclear instances included in the image are identical,
nuclear region detection device.
상기 프로세서는,
컨벌루션 기반의 제3 신경망에 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 입력하여 이미지내의 단위 영역당 핵이 존재할 확률에 대한 핵의 확률맵을 생성하고, 각 이미지내의 단위 영역 중 지역 최대값(local maximum)에 대응되는 단위 영역에 상기 마커를 표시하는,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 9,
The processor,
By inputting the first image and the second image to a third neural network based on convolution, a probability map of nuclei with respect to the probability that nuclei exist per unit region in the image is generated, and a local maximum value among unit regions in each image is generated. ) to display the marker in the unit area corresponding to,
nuclear region detection device.
상기 프로세서는,
상기 복수개의 핵 인스턴스 이미지에 각각에 대하여 핵의 확률맵을 기초로 마커를 표시하고, 상기 마커의 위치를 기초로 복수개의 이미지 쌍을 생성하고, 상기 복수개의 이미지 쌍 중 하나의 이미지 쌍을 획득하고
상기 하나의 이미지 쌍은,
상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 포함하는,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 9,
The processor,
For each of the plurality of nuclear instance images, a marker is displayed based on the probability map of the nucleus, a plurality of image pairs are generated based on the position of the marker, and one image pair of the plurality of image pairs is obtained,
The one image pair is
comprising the first image and the second image,
nuclear region detection device.
상기 복수개의 이미지 쌍 각각은,
각각의 이미지에 포함된 마커의 위치가 기준치보다 가까운 적어도 두 개의 이미지를 포함하는,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 11,
Each of the plurality of image pairs,
At least two images in which the position of the marker included in each image is closer than the reference value,
nuclear region detection device.
상기 하나의 이미지 쌍은,
상기 복수개의 이미지 쌍 중 무작위로 선택된,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 11,
The one image pair is
randomly selected from among the plurality of image pairs,
nuclear region detection device.
상기 신경망은,
복수의 컨벌루션 레이어를 포함하는 컨벌루션 계층 및 복수의 디컨벌루션 레이어를 포함하는 디컨벌루션 계층을 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 컨벌루션 계층을 통해 핵 인스턴스의 특징을 추출하고, 상기 디컨벌루션 계층을 통해 세그멘테이션(segmentation)된 핵 인스턴스의 영역을 추정하는,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 9,
The neural network is
A convolutional layer including a plurality of convolutional layers and a deconvolutional layer including a plurality of deconvolutional layers,
The processor,
extracting a feature of a nuclear instance through the convolutional layer, and estimating an area of a segmented nuclear instance through the deconvolutional layer,
nuclear region detection device.
상기 신경망의 출력 데이터는,
상기 제1 이미지에 대한 특징맵(feature map) 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵이고,
상기 프로세서는,
상기 제1 이미지에 대한 특징맵 및 상기 제2 이미지에 대한 특징맵을 기초로 상기 제1 이미지에 포함된 핵 인스턴스와 상기 제2 이미지에 포함된 핵 인스턴스간 동일성 수치를 추정하는,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 9,
The output data of the neural network is,
a feature map for the first image and a feature map for the second image,
The processor,
Estimating the identity value between the nuclear instance included in the first image and the nuclear instance included in the second image based on the feature map for the first image and the feature map for the second image,
nuclear region detection device.
상기 프로세서는,
상기 동일성 수치가 기준치 이상인 경우 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 병합하는,
핵 영역 검출 장치.
The method of claim 15,
The processor,
Merging the first image and the second image when the identity value is greater than or equal to a reference value,
nuclear region detection device.
A computer program stored in a recording medium for executing the method of any one of claims 1 to 8 using a computer.
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