基于面部數(shù)字化指標的高尿酸血癥人群面色研究?

李加才,許家佗,屠立平,石玉琳,李 軍

(1.上海健康醫(yī)學院實踐教學中心,上海 201318;2.上海中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院,上海 201203)

望診是中醫(yī)學的一種診斷方法,望面色是望診的重要內(nèi)容之一,指醫(yī)生通過觀察患者顏面五官的色澤變化,來判斷整體及各相應內(nèi)臟的健康狀況,從而為診斷和治療提供依據(jù)。傳統(tǒng)望面色主要依賴于醫(yī)生的主觀觀察,在臨床常出現(xiàn)診斷標準不統(tǒng)一的情況,影響療效,因此需要一套客觀化的量化指標來規(guī)范。隨著信息技術的發(fā)展,基于計算機輔助系統(tǒng)的面部特征研究使面診技術更加客觀化、數(shù)字化,目前已應用于計算機輔助診斷[1]和面色定性定量分析[2-3],包括對糖尿病[4]、肝炎[5]的客觀化研究。課題組前期使用內(nèi)置數(shù)碼相機獲取了標準固定模式拍攝下的面部圖像,通過分析整體面色和局部面色的指標特征,可將提取的面色特征轉換為Lab色彩空間,進而轉化為面色數(shù)字化指標。本研究基于面色數(shù)字化研究基礎,分析不同濃度尿酸人群面色數(shù)字化指標的差異,進行高尿酸人群和正常人群的分類,可為數(shù)字化面診技術用于臨床診斷奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 一般資料

病例來自2019年2月1日—2019年12月28日上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院體檢人群,最終納入男性樣本1 178例,其中高尿酸血癥組人數(shù)為849人,正常組人數(shù)為329人,年齡分布在21～50歲之間。年齡分層:結合本次體檢人群的特點及樣本量情況,以10歲為1個年齡段進行分層,共分為21～30歲、31～40歲、41～50歲3個年齡段。按尿酸濃度分為4組:尿酸小于420 μmol/L為正常組、420～480 μmol/L組、480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L以上組。研究對象為3個年齡層不同尿酸濃度人群。

1.2 診斷標準

參照《高尿酸血癥和痛風治療的中國專家共識》以尿酸酶法測定空腹血尿酸值,男性高于420 μmol/L為高尿酸血癥[6]。

1.3 納入標準

符合高尿酸血癥診斷,且無感染、肝病、血液系統(tǒng)疾病和其他可引發(fā)血象變化的疾病;近3個月內(nèi)無急性病或慢性病急性發(fā)作者;自愿參加本研究, 并簽署知情同意書。

1.4 排除標準

有明確的合并疾病;職業(yè)性質(zhì)與面色顏色有關聯(lián);皮膚顏色與面色屬于遺傳性的偏色;面部化妝者。

1.5 面色采集方法

囑受試者端坐位,平視前方,輕閉眼,面部表情自然,不要皺眉張嘴等,訓練其正確的拍攝姿勢,完成圖像采集。如果受試者佩戴眼鏡需摘下眼鏡,采集儀器和采集后的面色圖像見圖1。

圖1 采集儀器、采集標準的面色圖像

1.6 面色分析方法

本研究依據(jù)《靈樞·五色》《素問·刺熱篇》《靈樞·五閱五使》《素問·風論篇》等理論,運用深度學習的第三方庫Dlib[7]自帶的人臉檢測模塊方法,實現(xiàn)人臉五官的檢測定位,將面部分為代表性的九個部位,包括庭(額頭)、闕(眉間)、明堂(鼻尖)、頦(下頜)、顴(左顴、顴)、頰(左頰、右頰)和唇,人臉分割成9個感興趣區(qū)域(region of interest,ROI),分割方法基于實驗室前期基礎研究[8-9]。中醫(yī)面色檢測儀分析結果以Excel格式保存, 參數(shù)為額頭、眉間、鼻尖、下頜、左顴、右顴、左頰、右頰、唇、整體面部的顏色指標值L、a、b、c、h,其中,L代表該部位的明度, a正值代表紅光度, b正值代表黃光度,c表示飽和度,h表示色調(diào)。

1.7 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。計量資料以表示,方差齊者采用獨立樣本t檢驗、單因素方差分析;方差不齊者,采用獨立樣本非參數(shù)秩和檢驗,以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。將數(shù)字化面色指標作為自變量,血尿酸量作為因變量,進行多元線性回歸分析,選取逐步回歸法探索血尿酸與面色指標的相關性。以面色客觀化指標作為變量,建立二元Logistic回歸,納入變量,確定曲線下面積(AUC)。

2 結果

2.1 不同年齡人群血尿酸濃度的基本情況

本研究共納入正常組329人,尿酸420～480 μmol/L組330人,尿酸480.1～540 μmol/L組279人,尿酸大于540 μmol/L組240人,其中21～30歲,尿酸正常組112人,420～480 μmol/L組131人,480.1～540 μmol/L組97人,540 μmol/L以上組92人;31～40歲尿酸正常組123人,420～480 μmol/L組117人,480.1～540 μmol/L組124人,540 μmol/L以上組97人;41～50歲尿酸正常組94人,420～480 μmol/L組82人,480.1～540 μmol/L組58人,540 μmol/L以上組51人。

2.2 21～30歲男性不同濃度尿酸數(shù)字化面色參數(shù)分析

21～30歲男性尿酸420～480 μmol/L組與正常組數(shù)字化面色指標整體L、整體a、整體b、整體c、整體h組間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),表明尿酸420～480 μmol/L組與正常組面部顏色指標比較無明顯差異。尿酸480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L以上組在數(shù)字化面色指標整體L、整體a、整體b、整體c、整體h組間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),表明尿酸480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L以上組面部顏色指標比較無明顯差異。尿酸480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L以上組與正常組數(shù)字化面色指標整體h差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),480.1～540 μmol/L組與420～480 μmol/L組數(shù)字化面色指標整體h差異有統(tǒng)計學意義(P≤0.05),表明在色度上480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L組與正常組面色指標存在差異,480.1～540 μmol/L組與420～480 μmol/L組面色指標存在差異,且尿酸480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L以上組色度值低于正常組。尿酸480.1～540 μmol/L組與正常組數(shù)字化面色指標整體a差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),表明在紅光度上尿酸480.1～540 μmol/L組與正常組面色指標存在差異,且尿酸480～540 μmol/L組紅光度高于正常組,見表1。

表1 21～30歲男性不同濃度尿酸組面色指標比較

2.3 31～40歲男性不同濃度尿酸數(shù)字化面色參數(shù)分析

31～40歲男性尿酸420～480 μmol/L組、480.1～540 μmol/L組、540 μmol/L以上組與正常組比較,面色指標整體b和整體h差異有統(tǒng)計學意義(P≤0.05),表明在黃色顏色程度和色調(diào)上,尿酸420～480 μmol/L組、480.1～540 μmol/L組、540 μmol/L以上組與正常組存在差異,且3組在黃色顏色程度和色調(diào)上低于正常組。尿酸420～480 μmol/L組、尿酸480.1～540 μmol/L組與540 μmol/L以上組面色指標整體L、整體a、整體b、整體c、整體h組間比較,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),表明尿酸在420 μmol/L以上時不同濃度尿酸人群之間面部顏色指標無明顯差異,見表2。

表2 31～40歲男性不同濃度尿酸組面色指標比較

2.4 41～50歲男性不同濃度尿酸數(shù)字化面色參數(shù)分析

尿酸420～480 μmol/L組與正常組比較面色指標整體L、整體a、整體b、整體c、整體h組間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),表明尿酸420～480 μmol/L組與正常組面部顏色指標無明顯差異。尿酸480.1～540 μmol/L組與正常組、420～480 μmol/L組在面色指標整體b和整體h值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),表明在黃色顏色程度和色調(diào)上尿酸480.1～540 μmol/L組與正常組、420～480 μmol/L組存在差異,且480.1～540 μmol/L組黃色顏色程度和色調(diào)低于其他2組。尿酸480.1～540 μmol/L組與540 μmol/L以上組在面色指標整體L、整體a、整體b、整體c、整體h組間比較差異無統(tǒng)計學有意義(P>0.05),表明在尿酸480 μmol/L以上時,不同濃度高尿酸血癥面色數(shù)字化指標上無明顯差異,見表3。

表3 41～50歲男性不同濃度尿酸組面色指標比較

2.5 高尿酸480.1～540 μmol/L組與正常組面部不同部位數(shù)字化指標分析

420～480 μmol/L組、480.1～540 μmol/L組和540 μmol/L以上組與正常組在整體面色比較上,480.1～540 μmol/L組與正常組面色數(shù)字化指標差異性偏多,為進一步研究面部不同部位數(shù)字化指標的差異,以高尿酸480.1～540 μmol/L組和正常組進行面部不同部位研究,分析其面色數(shù)字化指標關系。結果顯示:面部九個部位和整體面部在面色指標b和h與正常組比較差異有統(tǒng)計學意義(P≤0.05),面部眉間、鼻尖、左顴、右顴、左頰部位和整體面部在面色指標a與正常組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),表明在紅色程度上,高尿酸組和正常組在面部額頭、眉間、鼻尖、左顴、右顴、左頰部位和整體面部顏色指標上存在差異,且高尿酸組紅色程度高于正常組。額頭、下頜、右頰部位的面色指標c與正常組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),表明在飽和度上,高尿酸480.1～540 μmol/L組和正常組在面部額頭、下頜、右頰部位面部指標存在差異,且高尿酸480.1～540 μmol/L組小于正常組,見表4。以尿酸為因變量,面部數(shù)字化面色指標為變量,建立多元線性回歸方程:尿酸=657.47-4.05×鼻尖h+10.15×左顴a-9.22×左頰b+4.70×右顴h-4.06×鼻尖L-5.48×唇b。以正常組和高尿酸480.1～540 μmol/L組顏色指標進行Logistic回歸,指標篩選結果見表5,納入指標進行ROC曲線繪制,見圖2,得出曲線下面積AUC等于0.72。

表4 正常組和高尿酸480.1～540 μmol/L組男性面色指標比較

3 討論

隨著計算機學科的快速發(fā)展,圖像處理的面色技術在中醫(yī)臨床上起著重要作用。本研究整合臨床指標數(shù)據(jù),對不同尿酸人群面部特征做進一步的定性、定量分析,找出差異性指標,提高中醫(yī)臨床診斷水平。面部客觀化診斷因無創(chuàng)、可存儲、便攜的優(yōu)勢具有廣闊的臨床前景。研究選取高尿酸血癥不同年齡段男性與正常組比較,通過不同濃度高尿酸血癥人群與正常組比較,結果表明,在21～30歲、31～40歲和41～50歲年齡層,相比于正常對照組,高尿酸血癥組面部整體數(shù)字化指標值存在差異性,為后期研究奠定基礎。面部顏色特征的表述基于Lab色空間和Lch顏色空間,Lab色空間(CIELAB color space),由國際委員會在1976年定義,L表示亮度,范圍在0～100之間,0代表黑色,100代表白色;a和b分別在-128～+127之間,其中+a代表紅色,-a表示綠色,+b表示黃色,-b表示藍色。Lch顏色空間以不同的顏色分量予以描述,以顏色的明亮程度(Light)、飽和度(Chroma)、色調(diào)(Hue)三種顏色分量,其中L表示亮度值,c表示飽和度,值越高則提示顏色越深,越低則代表顏色越淺淡。h表示色調(diào)角度值,即色的相貌(如紅綠藍等),紅色對應50度、黃色對應110度、綠色對應170度、青色對應230度、藍色對應290度、紫色對應350度[10-11]。研究發(fā)現(xiàn),在與正常對照組比較,21～30歲、31～40歲、41～50歲年齡段,高尿酸血癥組a值增大,b值減小,h值減小,結合顏色空間綜合分析,高尿酸血癥組面色偏于晦暗,可能與中醫(yī)證型脾虛濕組有關[12-13]。多元線性回歸結果顯示,尿酸結果與鼻尖h、鼻尖L、左顴a、右顴h、左頰b、唇b呈線性相關,面部數(shù)字化指標在一定程度上反映尿酸水平。二元Logistic回歸表明在判斷是否為高尿酸血癥組時,鼻尖h、鼻尖L、左顴a、右顴h、左頰b具有統(tǒng)計學意義,OR值大于1的有左顴a、右顴h,與尿酸呈倍數(shù)關系,表明面部左顴和右顴部位數(shù)字化指標與尿酸相關性較高。

本研究初步探索了面色數(shù)字化指標與高尿酸血癥的關系,表明面色數(shù)字化指標對高尿酸血癥有一定的敏感性,面部客觀化指標應用于高尿酸血癥有一定的可行性,后續(xù)需進一步探索不同證候的高尿酸血癥人群面部特點,并結合生化指標、內(nèi)分泌指標等參數(shù)進行分析。