人臉識別技術(shù)在中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用※

劉 智 陳 靜 高 睿 王 禎 王 輝 鄭文科

（1 天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，天津 300192；2 天津市現(xiàn)代中藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，天津 300192；3 天津康林德醫(yī)藥科技有限公司，天津 300384）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)后計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與圖形識別技術(shù)有了飛速的發(fā)展，個(gè)人身份識別已經(jīng)成為當(dāng)前匯集各種前沿科學(xué)的最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)并應(yīng)用于交通、金融、公安、醫(yī)療、教育等各種領(lǐng)域[1]。特別是在以信息安全為導(dǎo)向的中醫(yī)藥臨床研究與應(yīng)用，中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)中研究者與受試者的身份的準(zhǔn)確是保證臨床試驗(yàn)成功的重要標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的方式是根據(jù)身份證信息識別方式，但隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，傳統(tǒng)方式已經(jīng)不能滿足行業(yè)的需求，隨著生物技術(shù)與電子信息技術(shù)、圖形影像學(xué)技術(shù)的結(jié)合，新的身份識別的模式不斷涌現(xiàn)，目前較常用的方式有指紋識別法[2]、虹膜識別法（眼球識別）[3]、人臉識別法[4]。虹膜識別與指紋識別在實(shí)際應(yīng)用過程中都會(huì)存在一定的弊端，相比較而言人臉識別方法交互方式更加友好，在不影響操作的過程中完成識別功能，有很好的臨床應(yīng)用前景。

1 人臉識別技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

人臉識別技術(shù)是根據(jù)人面部的結(jié)構(gòu)特征快速檢測與識別的一種生物識別技術(shù)[5]。人臉識別系統(tǒng)的研究起源于20世紀(jì)60年代，高爾頓（Galton） 在1888年和1910年在《nature》首次提出利用人臉進(jìn)行識別的概念，對人臉的識別能力進(jìn)行了詳細(xì)的分析，這種方法展現(xiàn)比較呆板，很依賴環(huán)境變化及人臉的姿態(tài)變化，缺乏自動(dòng)獲取與識別信息的能力。80年代后隨著生物影像學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)的發(fā)展得到了逐步的提高，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，越來越多的科學(xué)研究人員熱衷于人臉檢測識別技術(shù)，其成為熱門的研究課題之一，haar特征匹配、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6-7]、馬爾科夫模型等數(shù)學(xué)方法應(yīng)用到了人臉識別技術(shù)[8]。如貝爾胡米爾（Belhumeur）等提出的Fisherface人臉識別算法，2001年Viola.P發(fā)表論文提出的Haar-Like方法，目前這些算法都是非常成熟的檢測方法，識別率較高，應(yīng)用到不同的領(lǐng)域[9-10]。2014年至今，國內(nèi)外的研究者對人臉檢測進(jìn)行了更深入的研究，隨著人工智能的引入，智能深度學(xué)習(xí)成為主要的技術(shù)方法，深入學(xué)習(xí)+大數(shù)據(jù)（海量的人臉識別庫）成為人臉識別的關(guān)鍵。

2 中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)過程中面臨的問題

在藥品市場國際化的引導(dǎo)下，國際上開展臨床試驗(yàn)的數(shù)量迅速增長，藥物研發(fā)的全球化趨勢與格局逐步形成[11]。在這種趨勢下，中國臨床試驗(yàn)飛速發(fā)展，越來越多的國際化臨床試驗(yàn)在中國開展，中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)研究的質(zhì)量也正被全世界廣泛關(guān)注。在中醫(yī)藥臨床研究中，由于復(fù)方藥物成分的復(fù)雜性從研發(fā)、生產(chǎn)到上市銷售都需要嚴(yán)格控制質(zhì)量。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹嗅t(yī)藥臨床研究證據(jù)的產(chǎn)生是對臨床研究者、受試者及政府部門政策制定者最重要的決策之一。由于臨床試驗(yàn)周期較長，過程質(zhì)量控制范圍廣，難度大，很難對臨床試驗(yàn)質(zhì)量進(jìn)行有效的控制?，F(xiàn)階段的質(zhì)量控制缺乏主動(dòng)有效的測控與評價(jià)方法。因此，在中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)中探索引入新型的技術(shù)，建立質(zhì)量控制的測量評價(jià)方法是目前臨床研究的重點(diǎn)。

中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)中依從性 (compliance)是指受試者/研究者執(zhí)行方案的客觀應(yīng)答的程度，包括受試者依從性和研究者依從性[12]。在臨床試驗(yàn)中，依從性可定義為受試者按照方案規(guī)定的藥物劑量和療程服用試驗(yàn)藥物的程度[6]以及研究者實(shí)施過程中對方案的遵照程度[13]。中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)中觀察一種試驗(yàn)藥品能否發(fā)揮其應(yīng)有的療效，首先取決于該藥物是否被正確的人按照方案正確地服用，不依從或依從性差是導(dǎo)致治療無效最常見的原因[14]。受試者在隨機(jī)、入組、篩選、訪視、取藥等重要的過程節(jié)點(diǎn)不能遵從研究方案進(jìn)行臨床試驗(yàn)工作；或者受試者不能依從研究者給予的方案進(jìn)行正確的用藥，臨床研究得到的數(shù)據(jù)將會(huì)出現(xiàn)過多的人為因素偏倚，使最終的研究結(jié)果不真實(shí)，或缺少價(jià)值。隨著《藥品臨床試驗(yàn)管理規(guī)范》(GCP)越發(fā)的完善，受試者的依從性將會(huì)引起越來越廣泛的重視[15]。

3 人臉識別技術(shù)應(yīng)用在臨床試驗(yàn)中的方法及步驟

人臉識別技術(shù)的工作原理：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與圖形影像技術(shù)相結(jié)合對人臉部的視覺特征比對篩選再進(jìn)行系統(tǒng)性的甄別與鑒定，主要用于人機(jī)交互、跟蹤監(jiān)控、安全監(jiān)控和身份識別等[17]，近十余年逐漸進(jìn)入醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域[18]。

針對目前已知的中醫(yī)藥臨床研究中存在的受試者/研究者依從性不佳的癥結(jié)，人臉識別技術(shù)可以設(shè)計(jì)成一種人臉識別系統(tǒng)，通過人臉識別系統(tǒng)將臨床研究者與受試者綁定，每個(gè)研究者下分管不同的受試者，研究者與受試者可以相互監(jiān)督，保證長期的臨床試驗(yàn)過程中各重要環(huán)節(jié)參與人員的真實(shí)、可靠與安全，例如：對受試者入組篩選識別、受試者隨機(jī)識別、受試者隨訪識別、受試者取藥識別等質(zhì)量控制過程節(jié)點(diǎn)容易出現(xiàn)人為偏倚的環(huán)節(jié)進(jìn)行識別。人臉識別的過程分為5個(gè)步驟，已經(jīng)初步被應(yīng)用于藥物的臨床試驗(yàn)中。

人臉識別技術(shù)應(yīng)用于藥物臨床研究的基本步驟為：掃描受試者影像→自動(dòng)或半自動(dòng)設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)→提取面部特征數(shù)據(jù) →與已知圖像比較并歸類學(xué)習(xí)新圖像[19]。具體見圖1。

圖1 人臉識別系統(tǒng)工作流程圖

人臉識別技術(shù)在臨床試驗(yàn)中的主要作用：

1） 受試者簽署知情同意書識別（signed infomed consent form recognition，SIR）。在中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)中，受試者的倫理審查制度非常嚴(yán)格，研究者要嚴(yán)格遵照方案執(zhí)行，研究者在臨床試驗(yàn)前要充分告知受試者者知情同意書對受試者的利益和帶來的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，受試者也要認(rèn)真閱讀并簽署知情同意書，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，人臉識別會(huì)動(dòng)態(tài)捕捉已經(jīng)綁定的研究者與受試者的身份信息，當(dāng)受試者簽署知情同意準(zhǔn)備參與臨床試驗(yàn)時(shí)就需要做真實(shí)身份驗(yàn)證的準(zhǔn)備，但人臉識別只會(huì)保留患者的圖像信息，不會(huì)存儲(chǔ)受試者的身份信息，保證了臨床試驗(yàn)中對于患者身份信息的保密。

2）受試者隨機(jī)、入組、篩選識別 (randomized screening recognition，RSR)。受試者隨機(jī)、入組與篩選是臨床試驗(yàn)開始的基線，入組基線是否均衡是衡量臨床試驗(yàn)質(zhì)量的重要指標(biāo)[19]。若隨機(jī)、入組的受試者在不滿足方案的要求下希望找人替換身份而進(jìn)行隨機(jī)或入組的，就可能造成臨床試驗(yàn)的質(zhì)量出現(xiàn)問題。人臉識別系統(tǒng)在受試者進(jìn)行隨機(jī)時(shí)對受試者進(jìn)行智能人臉識別，因在簽署知情同意書時(shí)已經(jīng)采集圖像信息，在此階段只對采集圖像的比對與智能分析。若出現(xiàn)受試者圖像信息與信息庫中圖像信息不符，人臉識別系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，保證臨床試驗(yàn)基線入組真實(shí)、可靠。

3） 受試者隨訪期信息識別 (interview recognition，IR)。隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)（randomized climical trails，RCT）是一個(gè)長期的過程，臨床試驗(yàn)方案一般會(huì)規(guī)劃很多次訪視期（窗口期）來對受試者進(jìn)行觀察、檢查、治療。在訪視過程中，經(jīng)常出現(xiàn)受試者與原簽署知情同意書的受試者信息不一致的情況，這嚴(yán)重違背臨床試驗(yàn)的方案。引入人臉識別系統(tǒng)在隨訪期的每次治療、檢查對受試者進(jìn)行圖像采集識別，判斷受試者的真實(shí)性，保證臨床試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

4） 受試者取藥識別 (take medicine recognition，TMR)。隨機(jī)對照試驗(yàn)中藥品的管理也是臨床試驗(yàn)質(zhì)量管理規(guī)范的重要指標(biāo)之一，臨床試驗(yàn)方案會(huì)對藥品的物流、管理、配發(fā)做相應(yīng)的嚴(yán)格規(guī)定，不同組別的藥品由指定的管理者分發(fā)給不同組別的病人。對藥品配發(fā)做人臉識別的保護(hù)，不同組別的受試者需要進(jìn)行人臉識別信息驗(yàn)證后會(huì)自動(dòng)獲得相應(yīng)組別的藥品，這樣可以保證在長期的臨床試驗(yàn)期內(nèi)，受試者與藥品盲法的隱秘性，不會(huì)因?yàn)閭€(gè)人的偏倚導(dǎo)致盲法信息被泄露，保證了臨床試驗(yàn)質(zhì)量。見圖2。

圖2 中醫(yī)藥臨床研究質(zhì)量控制中人臉識別系統(tǒng)的應(yīng)用

4 總結(jié)

人臉識別技術(shù)在中醫(yī)藥臨床研究中有很好的應(yīng)用前景，尤其在中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)質(zhì)量控制方面，人臉識別系統(tǒng)有著高效、簡單、非入侵性及易推廣的特點(diǎn)。在中醫(yī)藥臨床試驗(yàn)過程中，中醫(yī)學(xué)與計(jì)算機(jī)圖形影像學(xué)等多學(xué)科交叉應(yīng)用可以快速提高中醫(yī)藥臨床研究的質(zhì)量與水平，人臉識別系統(tǒng)作為人工智能的排頭兵更可為臨床研究領(lǐng)域做出卓越的貢獻(xiàn)，隨著大數(shù)據(jù)智能分析與個(gè)體化移動(dòng)醫(yī)療的出現(xiàn)，移動(dòng)終端人臉識別系統(tǒng)應(yīng)用也即將應(yīng)用于中醫(yī)藥的臨床科研，相信會(huì)給臨床試驗(yàn)提供更大的助力。但不可否認(rèn)，人臉識別系統(tǒng)雖然已經(jīng)經(jīng)過了50多年的研究歷史，但是在臨床應(yīng)用中還是會(huì)出現(xiàn)一些問題，受試者在進(jìn)行人臉身份識別時(shí)經(jīng)常受到光照、姿態(tài)、遮擋和年齡等因素的干擾，使得識別出現(xiàn)一些誤差，如何進(jìn)一步完善和發(fā)展人臉識別技術(shù)以及在臨床中如何更加快捷、便利地應(yīng)用，是臨床學(xué)者們下一步們要面對的重要課題。