摘要:“看面相”,究竟是充满神秘色彩的玄学,还是有科学依据的诊断手段?在大众认知里,算命之人常通过面相讲述前世今生;而在医学领域,中医早有 “望诊” 传统,几千年前便通过观察面部来辅助诊断病情。发展到现代医学,也有研究不断揭示面部变化与身体健康之间千丝万缕的联系。如
“看面相”,究竟是充满神秘色彩的玄学,还是有科学依据的诊断手段?在大众认知里,算命之人常通过面相讲述前世今生;而在医学领域,中医早有 “望诊” 传统,几千年前便通过观察面部来辅助诊断病情。发展到现代医学,也有研究不断揭示面部变化与身体健康之间千丝万缕的联系。如今,科学家们更是将前沿的 AI 技术引入,试图读取和整合那些细致入微、常人难以察觉的人脸信息,用于医学诊断。如此看来,“看面相” 的诊断意义,在中西医领域似乎都逐渐得到了认可。只是,若说能用 AI “看面相” 来预知癌症患者的治疗结果,这听起来多少有些令人匪夷所思。然而,美国哈佛医学院的 Hugo J.W.L. Aerts 团队,真的做到了这一点。
Hugo J.W.L. Aerts 团队开发了一个名为 FaceAge 的深度学习模型,它具备一项神奇的能力 —— 仅通过普通面部照片,就能估算个体的生物学年龄,并且这一成果在辅助癌症患者生存期预测方面展现出巨大潜力。经过严谨验证,该模型在多个临床队列中均表现出稳定且出色的预后能力:FaceAge 每增加 10 岁,患者死亡风险上升约 11%–15%,显著优于传统年龄指标,更为关键的是,这一结论适用于所有癌症类型。尤其在末期癌症患者的预后评估环节,FaceAge 能够助力医生更精准地预测患者的生存期,进而制定出更为科学合理的姑息治疗策略。相关研究论文已于近日发表在权威医学期刊《柳叶刀・数字医疗》上。
当前,医生在判断患者是否适合接受癌症治疗时,主要依赖主观印象或者功能评分等方式。但这些方法存在明显弊端,既缺乏精确性,又难以真实反映患者的生理状态。毕竟癌症及其治疗过程对患者身体的损耗巨大,往往可能加速衰老进程。有鉴于此,Hugo J.W.L. Aerts 团队将目光投向深度学习技术,期望通过分析面部图像估算生物年龄,为临床预后判断提供一种客观、量化且易于获取的评估手段,以此提升判断准确性,帮助医生做出更合理的治疗决策。
FaceAge 模型的开发依托深度学习,采用两阶段流程,分别是面部检测和特征提取。起初,团队使用级联卷积神经网络(CNN)对面部进行精准定位和预处理,经过测试,其精度高达 95%。随后,采用 Inception - ResNet v1 网络对面部特征进行编码,再借助回归模型完成生物年龄预测。为了让模型学习到丰富且准确的面部特征与年龄关系,训练数据选取自 IMDb - Wiki 和 UTKFace 两个公开数据集,从中精心挑选出 58851 张 60 岁及以上个体的面部照片。并且,为保障训练数据质量,还进行了数据增强、重平衡和质量评估等一系列处理工作。
模型开发完成后,研究者们迫不及待地对 FaceAge 的临床效用展开验证,他们将模型应用于来自荷兰和美国的多个临床队列。结果令人惊喜,FaceAge 在各个队列中均展现出显著的生存期预测能力。与之形成鲜明对比的是,在任意队列中,患者的实际年龄与生存期之间的关联并不显著。
在包含 4906 名非转移性癌症患者的 MAASTRO 队列中,患者的中位实际年龄为 66 岁。在此队列里,无论患者实际年龄几何,FaceAge 预测其面部年龄每增加 10 岁,患者死亡风险便增加 15.1%(HR = 1.151,p = 0.013)。而且,FaceAge 在乳腺癌、泌尿生殖系统癌症、胃肠癌等所有癌症部位的预后预测中,都有着优秀表现。即便在调整了年龄和性别等因素后,它依然具备显著的预测作用。哈佛胸部癌症队列(Harvard Thoracic cohort)纳入了 573 名胸部癌症患者,其中主要为非小细胞肺癌患者。在这个队列中,FaceAge 预测的面部年龄每增加 10 岁,患者死亡风险增加 14.8%(HR = 1.148,p = 0.011)。
特别值得关注的是,研究者们深入探究了 FaceAge 在癌症末期患者姑息治疗中的应用价值。哈佛姑息治疗队列(Harvard non - cancerous cohort)里有 717 名年龄在 19.6 岁 - 97.6 岁之间、接受姑息治疗的癌症末期患者,中位实际年龄为 65.2 岁。经 FaceAge 预测,面部年龄每增加 10 岁,患者死亡风险增加 11.7%(p = 0.021)。为了进一步提升对末期癌症患者生存期预测的准确性,研究者们尝试将 FaceAge 与 TEACHH 模型结合使用。TEACHH 模型是专门针对末期癌症患者设计的临床风险评分工具,它综合考量了病理类型、治疗意图、功能状态和转移部位等多个临床因素,能辅助医生评估患者接受姑息治疗时的预期生存期,从而优化治疗决策。在将 FaceAge 替代传统实际年龄纳入 TEACHH 模型后,模型的预测能力得到显著提升,在高风险组与低风险组之间,患者生存期的区分更加清晰、明显。
此外,研究者们还开展了一场别开生面的 AI 与人力的比较。在预测接受姑息治疗的癌症末期患者 6 个月生存期的实验中,表现最为出色的医生能够明显区分高低风险患者,而表现最差的医生则无法做到有效区分。当医生仅依据面部照片进行预测时,准确性较低,AUC 值仅为 0.61;若加入病历信息,AUC 值提升至 0.74;若再结合 FaceAge 模型,AUC 值进一步提升至 0.80,几乎与 FaceAge 模型单独预测时的 AUC 值(0.81)相当。
研究接近尾声时,研究者们对 FaceAge 作为生物衰老标志物的潜力进行了评估。在对 146 名非小细胞肺癌患者的基因分析中,发现 FaceAge 与衰老相关基因 CDK6 显著相关,然而实际年龄却与该基因并无此关联,这一结果暗示 FaceAge 或许能够反映更真实的分子衰老过程。另外,综合非癌症患者队列数据来看,研究者们发现癌症患者的 FaceAge 年龄平均比实际年龄高出 4.79 岁(p<0.001),而非癌症人群中这一差异几乎可以忽略不计(平均仅高出 0.35 岁);非侵袭性的乳腺导管原位癌和良性肿瘤患者的情况则介于两者之间。这一系列发现进一步印证了 FaceAge 可作为反映疾病负担的生物年龄指标。
综上所述,FaceAge 不仅能够精准预测癌症患者的生物年龄,还能为生存期预测提供极为重要的辅助支持,特别是在末期癌症患者的临床决策过程中,展现出了切实的应用价值。从疾病诊断到预后评估,AI 凭借 FaceAge 模型,将 “看面相” 这一传统医学手段与现代科技深度融合,发挥出了令人惊叹的作用。不过,研究团队也明确指出,FaceAge 目前可能存在一些局限性,比如数据偏差、模型误差等问题,后续还需要进一步开展大规模队列验证等研究工作,以持续优化和完善该模型。但无论如何,这项研究成果都为癌症诊疗领域带来了全新的思路与方法,有望在未来切实改善癌症患者的治疗效果与生存质量。
来源:人工智能学家