科學研究：如何用“自拍”檢測心髒病？


圖片來源：Pixabay
近日，北京阜外醫院和清華大學的研究人員發表在《歐洲心髒雜誌》（European Heart Journal）上的一項研究顯示，他們開發了一種基於深度學習算法的人工智能（AI）係統，可以通過分析一個人的四張臉部照片，達到檢測冠心病（CAD）的目的。
相關研究人員表示，該算法可能適用於高危病人的冠心病篩查和識別，從而為早期就診提供進一步的臨床依據。目前，這種算法還需要進一步開發，並在更多不同種族的人中進行測試。
領導這項研究的中國國家心血管病中心副主任兼中國醫學科學院阜外醫院副院長鄭哲表示：“據我們所知，這項研究第一次證明了人工智能可以通過分析人臉去檢測冠心病。這是朝著開發一種基於深度學習的冠心病 AI檢測工具邁出的第一步。無論是在門診還是在家，患者都可以在AI的幫助下用“自拍”對自己進行心髒病風險的評估。同時，檢測結果還可以進一步指導接下來的就診、臨床檢查和診斷。”
他還指出：“我們的最終目標是要開發出一款評估冠心病風險的應用程序，讓病人在去醫院之前，就可以得到心髒病的自我評估報告。這可能成為是一種廉價、簡單、有效鑒別心髒病的方法。”
檢測冠心病的算法
眾所周知，人的某些麵部特征與患心髒病的風險有密切關係。這些症狀包括頭發稀疏或灰白、皺紋、耳垂皺褶、黃色彈性瘤（皮膚下方的膽固醇沉積，通常在眼瞼周圍）和角膜弓（脂肪和膽固醇沉積在角膜外緣呈模糊的白色、灰色或藍色不透明環）。不過，目前人們還無法通過這些麵部特征來預測和量化患冠心病的風險。
為了全麵整合麵部特症來預測冠心病，在2017年7月至2019年3月期間，鄭哲、清華大學自動化係腦與認知研究所所長季向陽和其他研究人員從中國內8家醫院招募了5796名擬接受冠狀動脈造影或冠狀動脈CT血管成像（cCTA）檢查的患者（以漢族為主）參與了這項研究。他們被隨機分為算法訓練組（5216例，90%）和算法驗證組（580例，10%）。


圖片來源：論文
數據采集中，受過訓練的護士需要用數碼相機為病人拍四張麵部照片，包括一張正麵照片，兩張60°側麵照片和一張頭頂照片。護士們還和這些患者進行了訪談，以收集他們的生活方式、病史危險因素等方麵的數據。放射科醫生獨立評判患者血管造影，並將血管狹窄程度≥50%者診斷為冠心病。這些信息被用來開發深度學習算法。
算法敏感性為80%
隨後，研究人員在2019年4月至7月期間，在中國9家醫院的1013名患者身上測試了該算法。
他們發現，該算法優於現有的冠心病風險預測方法（Diamond-Forrester模型和CAD聯盟臨床評分）。在測試組的患者中，該算法有較高的敏感性——80%的患者被正確檢測到了心髒病，但特異性仍有待提高——算法僅能正確判斷出54%的非心髒病患者，這意味著它的假陽性率達到了46%。
季向陽說：“該算法擁有良好的性能，且不受附加的臨床信息影響，這意味著它可以僅根據麵部照片來預測潛在的心髒病風險。與其他麵部特征相比，臉頰、額頭和鼻子為算法提供了更多的信息。不過，算法提供的檢測特異性還有待提高，因為高達46%的假陽性率可能會給患者帶來焦慮和不便，還可能會導致患者需要進行不必要的檢查從而使醫療機構達到超負荷狀態。”
意義和局限性
英國牛津大學心血管醫學教授Charalambos Antoniades和他的學生Christos Kotanidis在一篇針對該論文的社論中評價道：“總體而言，這項研究成果富有潛力，因為他們的深度學習算法隻需要幾張麵部圖像作為唯一輸入的數據，從而使其在大規模應用中具有高度的易用性。”
使用麵部跟蹤進行CAD篩查的示意性建議。


圖片來源：論文
他們還指出：“使用自拍作為一種篩選心髒病的方法，是一種簡單而有效的方法，可以獲得更全麵的臨床評估。這種方法可以用於資金不足、心血管疾病篩查計劃薄弱的國家和地區。這樣一個容易完成的篩選過程可以將病人分流——‘自拍’分析被判斷患有心髒病的患者將被送入醫療係統，接受cCTA等進一步檢查。事實上，'高風險'的心髒病疑似患者應該去做cCTA，不過通過使用這種新的AI驅動的cCTA圖像分析方法可以實現可靠的風險分層。”
同時，他們也指出這項研究中的一些局限性，其中包括測試的特異性低，還需要在更大的人群中進行改進和驗證。重要的一點是，他們提出了“出於非醫療目的的信息濫用”的倫理問題：敏感的健康數據可以很容易地從麵部照片中提取出來，這可能會使這項技術對個人數據保護構成重大威脅。對遺傳數據的濫用已經引發了人們的擔憂，現在應該對人工智能在醫學中的廣泛使用進行重新審視”。
這項研究的作者同意這一觀點。鄭哲表示：“開發和應用AI新技術的倫理問題至關重要。我們認為，未來的人工智能臨床診斷工具應注意隱私、保險和其他社會影響，以確保該診斷工具僅用於醫療目的。”
Antoniades和Kotanidis還提到，將冠心病（CAD）定義為冠狀動脈狹窄≥50%“可能過於簡單而粗糙，這一定義可能導致處於疾病早期階段的人被判定為健康患者（這可能解釋觀察到低特異性的現象）”。rcooled-water-stable-liquid-scientists-show-first-time
翻譯：閆碩
審校：林深
編輯：魏瀟
引進來源：歐洲心髒病學會
引進鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/esoc-cb082120.php
本文來自：環球科學



關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情