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刷脸诊断冠心病!郑哲教授团队在《欧洲心脏杂志》发表人脸照片深度学习的研究成果

作者:国际循环网   日期:2020/8/28 10:52:25

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“望”是中医四诊之一,尤其心主血脉,血脉上荣于面,故心之华在面。

  “望”是中医四诊之一,尤其心主血脉,血脉上荣于面,故心之华在面。已有报道表明,脱发、白发、面部皱纹、耳垂皱褶、黄斑瘤和角膜弓等脸部特征可能与冠状动脉性心脏病(冠心病)风险增加和心血管健康不良事件相关。这些人脸特征是否可以用于冠心病的辅助诊断和筛查?
 
  中国医学科学院阜外医院郑哲教授联合全国9家医院与清华大学自动化系季向阳教授团队,开发并验证了一种基于人脸照片的深度学习算法,用于评价面部特征与冠状动脉疾病(CAD)风险的关系。该研究成果于近日发表在心内科国际顶级期刊《欧洲心脏杂志》(Eur Heart J,IF=22.673)上。
 
 
  在这项多中心横断面研究分为算法开发和算法试验两个阶段,并以放射科医生诊断作为参考标准,计算了敏感性、特异性以及受试者工作特征曲线下面积(AUC)。在脸部特征方面,主要采集额秃(发际线后移)、头顶秃(地中海)、耳垂折痕、耳前折痕、眼袋深(卧蚕)、鱼尾纹深、额头皱纹深、眼眶周围有皱纹、鼻沟、鼻唇沟(法令纹)深、老年斑、口唇苍白等可能与冠心病关联显著的特征(见图1)。
 
图1. 与冠心病可能存在关联的脸部特征
 
  在算法开发阶段(2017年7月至2019年3月),研究人员将来自8个中心的5796例患者,随机分为训练组(90%,n=5216)和验证组(10%,n=580),利用深卷积神经网络对冠脉造影、冠脉CTA和人脸特征进行深度学习从而诊断冠心病(至少一支冠脉狭窄≥50%)。验证组中,该算法的敏感性和特意性就分别达到了0.80和0.61,AUA为0.757(95%CI:0.710~0.805)。
 
  在算法试验阶段(2019年4月至2019年7月),研究人员将来自9个中心的1013例患者纳入测试组进行算法测试。结果显示,这一基于脸部特征算法诊断冠心病的敏感性为0.80,特异性为0.54。该算法的AUA为0.730(95%CI:0.699~0.761),显著高于Diamond-Forrester模型(0.730 vs 0.623,P<0.001)和冠心病联盟临床评分(0.730 vs. 0.652,P<0.001)等其他冠心病预测模型。
 
 
  亚组分析显示,该算法在男性和女性患者中的诊断性能相似,在典型心绞痛、冠心病危险因素较多、60岁以下或更复杂病变等患者中的诊断性能更高。
 
  在人脸的7个咬合部位中,脸颊(ΔAUC=0.0365)、前额(0.0185)、鼻子(0.0178)的诊断贡献更大,其次为眼睛(0.0160)、嘴巴(0.0154)、耳朵(0.0148)和下巴(0.0062)(见图2)。
 
图2. 人脸7个部位对冠心病的诊断贡献度
 
  以往报道认为眼睛、耳朵、头发与冠心病的关联可能更强,与该研究所得结果不一致。作者认为可能与该研究对照片进行了预处理,并且提取了一些不太受关注的冠心病脸部特征(比如表象年龄、脸部脂肪、脸型等),以及既往研究错估有关。
 
  研究人员进一步从训练组(n=522)中获取了2088张热图发现,随着面部阳性区域数量的增加,冠心病(P<0.001)、单支/双支病变(P<0.001)和三支/左主干病变(P<0.001)的患病率呈上升趋势。存在≤3个、4~6个、7~9个阳性脸部特征者,冠心病患病率分别为27.5%、40.3%、84%,单支/双支病变患病率分别为17.6%、27.3%、42.4%,三支/左主干病变的患病率则分别为9.8%、13%、41.6%(见图3)。
 
 
图3. 冠心病、单支/双支病变和三支/左主干病变与面部阳性区域数量的关系
 
  该研究结果表明,基于脸部照片的深度学习算法可以帮助此中国人群的冠心病检测。研究者指出,这项技术有望应用于门诊冠心病的风险评估,以及社区冠心病患者的筛查,值得进一步研究开发为临床可用的辅助工具。此外,研究者也指出该算法的一些局限性,比如该研究仅限于中国人群,研究采用放射医生(而非介入医生)诊断的冠脉造影、CTA作为参考可能有偏差,冠心病筛查的特异性较低,可能会带给受试者焦虑情绪。
 
  参考资料:
 
  Lin S, Li Z, Fu B, et al. Feasibility of using deep learning to detect coronary artery disease based on facial photo [published online ahead of print, 2020 Aug 20]. Eur Heart J. 2020;ehaa640. doi:10.1093/eurheartj/ehaa640.
 

版面编辑:张冉  责任编辑:王雷



冠心病

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