識病不識人的“數(shù)字面罩”

文/本刊記者 郭瀟雅

“數(shù)字面罩”是一種數(shù)字化面具。在臨床上，它可以將患者面部圖像存儲在醫(yī)療記錄中，同時防范潛在個人敏感生物特征信息被提取和分享的風險。

在百年變局的新一輪科技革命和產業(yè)變革中，數(shù)字化轉型和智能化升級是促進我國醫(yī)學高質量發(fā)展的核心驅動力，也是實現(xiàn)“健康中國”戰(zhàn)略目標的關鍵。然而,數(shù)字醫(yī)學的數(shù)據(jù)依賴屬性和醫(yī)療數(shù)據(jù)的身份敏感性之間存在矛盾，成為新時代的痛點和難點，也是國際學術討論的熱點話題。站在患者角度簡單地說，就是看病時不想被拍到臉部信息，患病照片怕被認出來等隱私問題。

顏面部可呈現(xiàn)出人體多種生理或是病理特征信息，無論是我國的傳統(tǒng)中醫(yī)或是現(xiàn)代醫(yī)學，顏面部的信息特征均是臨床疾病診療重要的判斷依據(jù)，包括眼科、肝膽、心血管、神經系統(tǒng)等各種器官系統(tǒng)或全身疾病，是重要的醫(yī)療數(shù)據(jù)和科研數(shù)據(jù)。同時，由于面部是人體重要且難以編輯的生物識別信息之一，它還具有身份識別功能，因此具有極高的個人信息敏感性，是數(shù)字化時代個人敏感信息的保護重點。

9月15日，國際醫(yī)學頂級期刊《自然·醫(yī)學》在線發(fā)表了中山大學中山眼科中心副主任林浩添教授團隊牽頭開發(fā)的一項新技術成果——首個“Digital Mask”（數(shù)字面罩），讓匿名就醫(yī)成為現(xiàn)實。據(jù)了解，這也是中國眼科機構第一次以第一單位在《自然·醫(yī)學》發(fā)表高水平研究論文。

突破技術瓶頸

中山大學中山眼科中心是國家衛(wèi)生健康委委屬委管唯一的眼科專科醫(yī)院，在中國眼科?？坡曌u榜排名第一（連續(xù)12年），在中國眼科科技影響力排名第一（連續(xù)9年）。中心還是世界衛(wèi)生組織（WHO）在中國唯一眼科合作機構，以及亞太眼科學會總部所在地。

27.3%

患者在“Digital Mask”的保護下，身份被識別率降低到27.3%。

近年來，中山眼科中心通過數(shù)字技術與醫(yī)學技術的交叉賦能，建立了眼病篩診防治的智慧醫(yī)療體系,為一系列關鍵臨床問題提供科學有效的解決方案。隨著醫(yī)療記錄從紙質版向數(shù)字化轉變，潛在數(shù)據(jù)泄露的風險也隨之而來。雖然大多數(shù)患者可以匿名化，但面部數(shù)據(jù)在保留疾病相關信息的情況下卻很難做到?，F(xiàn)在一些常見的方法，比如模糊化或裁剪可識別區(qū)域，則會丟失與疾病相關的重要信息。

中山大學中山眼科中心副主任、數(shù)字面罩研究成果共同通信作者林浩添說道：“尤其是在COVID-19大流行期間，醫(yī)生不得不通過視頻進行遠程診療，而不是面診。眼科疾病遠程醫(yī)療需要患者共享大量的面部和眼部的圖像，因而我們意識到，醫(yī)療機構必須承擔更多保護隱私的責任?！?/p>

在此背景下，2019年林浩添教授團隊在與清華大學的一場討論會議上，萌生了研發(fā)數(shù)字面罩的想法。隨即與清華大學戴瓊海院士、徐楓教授團隊，以及大灣區(qū)和國內外10余家醫(yī)療領域、人工智能領域、三維重建領域的頂級科研機構共同開啟了本項研究。

林浩添坦言，產品研發(fā)的每一個階段都很不容易，如何實現(xiàn)身份和疾病信息的分離，是團隊面臨的主要技術問題，這就需要找到身份信息和疾病信息的平衡點。因為身份信息和疾病信息在人臉上是耦合的，去除越多的身份信息，無疑會影響部分疾病信息的保留，所以這個度的把握，研發(fā)團隊需要在實驗中反復論證。最終，研發(fā)團隊歷時三年多，通過面部三維重建等創(chuàng)新技術攻堅克難，完美地解決了患者眼面部的個人敏感信息保護和基于眼部圖像的疾病診斷需求的矛盾。

對于數(shù)字面罩的應用，中山大學中山眼科中心博士后、數(shù)字面罩研究成果共同第一作者楊雅涵介紹，醫(yī)生可以輸入一個患者面部的原始視頻，然后根據(jù)深度學習算法和3D重建，系統(tǒng)將輸出一個視頻，在這個過程中盡可能多地去除患者的身份特征，從而使輸出的視頻無法匹配到個人。除了遠程醫(yī)療場景，數(shù)字面罩還可用于面診，因為臨床檢查和電子病歷需要記錄和儲存醫(yī)療影像，所以無論是眼科、耳鼻喉、皮膚科還是神經科等科室，都需要用數(shù)字面罩的形式進行儲存，用于疾病的診斷和記錄。

楊雅涵說道：“目前，我們在國外沒看到類似的研究和產品。雖然國外也有3D面部重建和深度學習的技術，但在3D面部重建用于醫(yī)學領域以保護患者隱私方面，我們是國際首創(chuàng)，且找到了精準保留疾病信息和去除身份信息的平衡點。這與團隊扎實的醫(yī)療積累和豐富的眼科專業(yè)知識是分不開的，也是為什么我們會被國際頂級期刊《自然·醫(yī)學》認可的原因?！?/p>

1 數(shù)字面罩概念圖。

2 林浩添教授向媒體介紹研究成果“數(shù)字面罩”。

診斷效果一致

事實上，數(shù)字面罩的應用不僅限于保護患者隱私，還具有收集科研數(shù)據(jù)、改善就醫(yī)公平等功能。

比如，由于患者對個人敏感信息數(shù)據(jù)的泄露風險存在擔憂，會降低他們提供研究數(shù)據(jù)的意愿，致使數(shù)據(jù)收集的成本大大增加，而數(shù)字面罩則可以在保護隱私的基礎上收集疾病數(shù)據(jù)；又如，對于醫(yī)生而言，使用“數(shù)字面罩”會讓他們聚焦于患者的病情，而非長相、身份、地位等其他不相關的信息，有利于促進社會公平和就醫(yī)機會公平。

楊雅涵對記者說：“我們隨機挑選了門診患者，調查他們對數(shù)字面罩的評價。超過80%的患者認為數(shù)字面罩可以緩解他們對隱私的擔憂，并表示更愿意在數(shù)字面罩的保護下，分享自己的個人健康信息?！?/p>

對于這款數(shù)字面罩在臨床診斷中的可行性和準確性，研發(fā)團隊重點測試了最常見的4種相關眼病，包括上瞼下垂、眼球震顫、斜視和甲狀腺相關眼眶病，涉及十多種異常行為表型，例如眼瞼回縮、眼球運動亢進或不足等。邀請中山眼科中心4個?？频?2名專家教授，分別對使用數(shù)字面罩和未使用數(shù)字面罩的患者進行疾病診斷，結果顯示診斷一致，通過臨床診斷要求。研究表明，在“六選一”的識別測試中，傳統(tǒng)的個人敏感信息保護技術（如“遮蓋”）的身份被識別率為91.3%，而患者在數(shù)字面罩的保護下，身份被識別率降低到27.3%。此外，研發(fā)團隊還發(fā)現(xiàn)，數(shù)字面罩可以躲避人工智能驅動的人臉識別算法，以及可抵抗基于彩色人臉圖像識別的模型攻擊。

林浩添告訴記者，團隊目前在4個主要涉及眼外觀的疾病中進行了測試，之后還將針對面部更廣泛的疾病，進一步擴大數(shù)字面罩的應用范圍。同時，對產品進行深度開發(fā)，將全面研究人體面部特征的數(shù)字化，以期未來對特定疾病進行智能測量診斷，并提供治療決策意見，完成從數(shù)據(jù)處理到診斷的全方位醫(yī)療數(shù)字化閉環(huán)。

林浩添表示，作為我國首批國家臨床重點?？茊挝缓腿珖呻y眼病重要的診療平臺，中山眼科中心始終開展創(chuàng)新引領性的臨床工作，除了數(shù)字面罩外，中心基于人工智能技術實現(xiàn)了用圖片和視頻診斷眼病，開發(fā)了人工智能眼病篩查診斷和功能評估技術。中心使用AI預測近視眼的發(fā)生發(fā)展，對不可逆視覺損害造成的高度近視有預警作用。中心還開展了全球首個AI醫(yī)生多中心隨機對照研究，為探索人工智能臨床轉化和落地應用標準，邁出了至關重要的一步。