특허 개요
본 특허는 뇌 MRI에서 질환 여부를 판별하면서 그 판단에 기여한 위치를 함께 제시하는 설명가능 뇌 질환 진단 기술입니다. 전체 뇌 영상을 복수의 3차원 패치로 분할해 3차원 CNN 기반 인코더와 분류기로 패치별 응답을 추출하고, Coronal·Sagittal·Axial 축의 절대 좌표에서 얻은 위치 지시자를 위치 기반 게이팅(position-based gating)에 입력합니다. 게이트가 산출한 위치별 판별 확률과 패치 응답을 결합·정규화·집계하여 MRI 수준의 질병 상태와 최종 판정에 기여한 국소 패치 근거를 함께 추론합니다.
- 핵심 기능
입력된 뇌 MRI에서 복수의 3차원 패치 특징을 추출한 뒤, 각 패치의 질환 관련 응답을 산출합니다. 패치 중심의 3차원 위치 정보로 계산한 판별 확률을 해당 응답과 결합해 패치 수준 근거를 만들고, 이를 집계하여 뇌 질환 여부와 기여 영역을 제시합니다.
- 차별 강점
기존 패치 기반 분석은 패치 추출·영역 지역화와 질환 진단의 연관성을 함께 반영하기 어렵고, 딥러닝 판정의 근거를 임상적으로 해석하기 어려운 한계가 있습니다. 본 기술은 템플릿 등록 MRI가 공유하는 절대 위치 정보를 활용해 지역화와 질병 예측을 공동 학습하며, 최종 판정에 유의적으로 기여한 패치 수준 근거를 제공하는 점에서 차별화됩니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 알츠하이머병 진단 보조, 구조적 뇌 MRI 기반 뇌 질환 분류, 뇌 질환 관련 바이오마커 후보 영역 지역화, 설명 가능한 의료 인공지능 분야에 활용 가능하며, MRI 분석 알고리즘의 해석 가능성 검토에도 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 의료 AI 진단 보조 소프트웨어, 영상진단 솔루션, 치매 임상시험 환자 선별 및 치료제 개발의 영상 바이오마커 분석 서비스로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
뇌 MRI의 3차원 패치 특징, 패치 수준 응답, 패치 중심 위치 지시자 및 위치별 판별 확률을 결합하는 진단 절차가 제시되었습니다. 위치 기반 응답으로 질환 관련 영역을 지역화하고, 패치 수준 근거를 집계해 최종 판정의 기여 패치를 제시하도록 구성했으나 독립 임상 코호트에서의 진단 성능과 재현성은 제시되지 않았습니다.
- 입력 영상: 템플릿 등록된 구조적 뇌 MRI
- 분석 단위: 뇌 전역의 복수 3차원 패치
- 공간 정보: Coronal·Sagittal·Axial 축 기반 3차원 좌표 텐서
현재 성과
패치 수준 응답과 위치별 판별 확률을 결합해 뇌 질환 여부를 판별하고, 최종 결정에 크게 기여한 국소 패치 정보를 함께 산출합니다. 위치 기반 응답의 높은 값은 알츠하이머병 관련 영역을 나타내도록 설계되었습니다. 독립 임상 코호트 기반의 정량 진단 성능은 별도 검증이 필요합니다.
Coronal·Sagittal·Axial 축으로 구성된 3차원 좌표 텐서에서 패치 중심 위치 지시자를 추출하고, 위치 임베딩부와 게이트를 통해 위치별 판별 확률을 계산합니다. 패치 응답과 위치 기반 확률을 정규화·집계하는 알고리즘 절차가 제시되었습니다. 임상 환경에서의 재현성과 MRI 프로토콜 간 일관성은 추가 확인이 필요합니다.
기존의 패치 기반 분석은 패치 추출, 영역 지역화 및 진단 결과 사이의 종속성을 함께 다루기 어렵고, 딥러닝 판정 근거가 불명확할 수 있습니다. 본 기술은 절대 위치 지시자에서 비모수 커널 가중치 기반 깊이별 컨볼루션으로 위치 특징을 추출하고, 위치 게이팅 확률과 패치 응답을 결합합니다. 이를 통해 지역화와 질병 예측을 공동 학습하고 패치 수준의 설명 근거를 생성하는 구성이 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
독립적인 임상 코호트에서의 진단 성능과 재현성 검증
알츠하이머병 외 다양한 뇌 질환 및 서로 다른 MRI 촬영 프로토콜에 대한 일반화 검증
의료기기 임상 검증을 위한 데이터 관리, 성능 평가 및 설명 결과의 임상적 유용성 확인
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
위치 기반 뇌 질환 판별 가능 영역 지역화 및 설명력 있는 뇌 질환 진단 방법 및 장치
10-2021-0123998 (2021.09.16)
1020230041135 (2023.03.24)
1027893920000 (2025.03.27)
석흥일, 박창현
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단