10月20日,国际医学期刊《柳叶刀·数字健康》刊登了一项研究成果:人工智能仅通过一张常规的面部照片,便能区分癌症患者死亡风险的高低。
美国麻省总医院布莱根医疗集团研发了一款名为FAHR-Face的人工智能模型,旨在从人脸图像中挖掘与患者生存状况相关的线索。
研究人员选取了3820名未参与模型训练的癌症患者进行测试,其中,122人被AI判定为极高风险。在拍照后的90天内,这122人中有64人死亡。
随后,研究人员又利用近4900名荷兰癌症患者的数据开展外部验证,观察到了类似的结果。
整个预测流程中,AI无需查阅病历、分析CT影像,也无需参考血液检测结果。它唯一需要的就是一张人脸照片。
01
仅凭一张脸,AI就能预测死亡风险
这项研究的核心在于,AI确实能够将死亡风险各异的癌症患者区分开来。
为实现这一目标,研究团队首先使用超过4000万张普通人脸图像,训练了一个名为FAHR-Face的视觉基础模型。
训练方式类似于拼图游戏:研究人员随机遮挡照片中约75%的区域,然后让AI依据剩余部分尝试复原完整图像。经过反复训练,AI逐渐掌握了识别人脸结构以及不同面部特征间关联的能力。
在此基础上,研究人员开始教导它预测死亡风险。他们收集了34363张癌症患者的面部照片及其对应的生存记录,包括患者是否离世、离世时间,或截至最后一次随访时的存活时长。
接下来,研究人员采用了一种排序学习方法,让AI比较不同患者的生存时间。 例如,两名患者拍照后,一人在三个月内去世,而另一人存活更久,模型就需要为前者赋予更高的死亡风险评分。
通过大量此类比较,AI逐渐学会了从人脸特征中判断不同患者的相对死亡风险。
最终,研究人员将模型输出的评分换算至0到1之间。分数越高,代表AI认为该患者的死亡风险越大。
为验证模型评分的准确性,研究人员另外选取了3820名未参与训练的癌症患者。
结果显示,除了前述122名极高风险患者,AI还将另外975名患者的风险评分定在0到0.1之间。这975人中,仅有20人在拍照后的90天内离世,比例为2.1%。
相比之下,极高风险患者的90天死亡比例达到52.5%,两端相差超过25倍。模型给出的高低风险评分,确实对应着截然不同的死亡比例。
并且,这种差异不仅存在于风险最高和最低的两个极端区间。研究人员将患者按AI给出的风险评分从低到高分为四组,发现随着评分升高,患者的生存率也显著下降。
即使将年龄、性别、癌症类型、治疗情况等因素纳入统计分析,最高风险组的死亡风险仍是最低组的3.23倍。
不过,这里还存在一个问题:这套模型在美国医院表现良好,但换一家医院、换一批患者,是否能获得类似结果?
研究人员又调用了荷兰Maastro放疗中心的4892名患者数据,使用同一模型进行测试。
结果,他们再次观察到相似的规律:AI给出的评分越高,患者的死亡风险总体上也就越高。而且,在考虑年龄、性别和癌症部位等因素后,这种差异依然存在。
从美国医院的测试数据,到荷兰另一家医院的独立患者队列,这套模型都能识别出癌症患者间明显的死亡风险差异。
那么,AI究竟从这些患者的脸上捕捉到了什么?
02
AI究竟从人脸上看到了什么?
实际上,FAHR-Face并非仅具备前述的死亡风险预测功能。研究团队还开发了另一套名为FAHR-FaceAge的模型,专门用于估计一个人的面部年龄。
这套模型的思路较为直观:同样是60岁,有些人看起来只有50岁出头,而有些人则显得更为苍老。研究人员认为,一个人看起来比实际年龄老多少,或许也能反映其健康状况。
他们利用数十万张标注了年龄的人脸照片训练模型,再计算AI估算的面部年龄与实际年龄的差值。结果发现,在癌症患者中,看起来比实际年龄更老的人,往往面临更高的死亡风险。
例如,在考虑年龄、性别、癌症类型等因素后,AI估算的面部年龄比实际年龄大至少5岁的患者,死亡风险比其他患者高出约21%。
但研究团队并未止步于此。
他们想知道,除了一个人看起来有多苍老,人脸上是否还隐藏着其他与死亡风险相关的信息。于是,他们分别分析了年龄模型和死亡风险模型,绘制出两套AI的注意力热力图。
结果发现,两者关注的重点竟然显著不同。
预测年龄时,AI主要关注法令纹、额头和太阳穴附近;预测死亡风险时,它却更关注眼睛下方和鼻梁周围。
研究人员还采用统计方法比较了两套模型。在荷兰的4892名患者中,面部年龄与实际年龄的差距,与AI给出的死亡风险评分之间,相关系数仅为0.16,这意味着两者关联性很弱。
并且,当研究人员将两个指标合并用于预测患者的生存风险时,它们都保留了独立的预测作用,合并后的统计模型表现也有所改善。
也就是说,同一张人脸照片,AI可以从中提取出两种不同、但又能相互补充的风险预测信息。
但问题在于:这些信息究竟是什么?
研究团队在论文中提出,眼睛下方、鼻子附近的特征,可能与医生长期以来观察到的重病患者面容变化有关。例如,当患者身体逐渐衰弱,面部脂肪、肌肉和皮肤状态都可能发生变化,这些变化或许会在照片上留下痕迹。
不过,研究人员尚未证明,AI究竟识别出了哪些具体的生理变化。
英国萨里大学机器学习教授Miroslaw Bober在英国科学媒体中心发布的专家点评中,也指出了这一问题。他认为,这项研究确实证明了患者的面部特征与生存风险存在统计关联,但能预测结果,不代表已弄清原因。
说起来,这倒让人想起传统中医讲究的“望闻问切”。其中的“望”,就是通过观察一个人的面色、神态和形体,寻找与健康状况相关的线索。现代医学中,医生同样会留意患者是否有消瘦、憔悴等外貌变化。
有趣的是,这次研究的论文甚至专门引用了关于“希波克拉底面容”的医学文献——“希波克拉底面容”指的是一些病情危重、尤其是濒临死亡的患者可能出现的特殊面容:眼窝深陷、太阳穴凹陷、鼻子变得尖削,脸色苍白或灰暗。早在两千多年前,希波克拉底就记录了这些特征,并将其作为判断患者病情是否危重的线索。
如今,AI正试图将医生过去凭经验进行的观察,转化为可量化的风险指标。
但它究竟是发现了人眼难以察觉的新线索,还是将医生原本就能观察到的身体变化转化成了数字,目前尚无定论。
03
一张脸里,还藏着多少医学信息?
有趣的是,研究人员使用的部分照片,原本只是医院平时为核对患者身份而拍摄的普通照片。
而这也不是他们第一次研究人脸照片了。
2025年5月,团队就在《柳叶刀·数字健康》发表了最初的FaceAge研究。当时,他们还尝试让AI辅助医生预测晚期癌症患者的生存期。
研究人员找来100名接受姑息治疗的患者,请医生和研究人员判断他们半年后是否还活着。在加入FaceAge提供的信息后,预测效果有所改善:其中一项衡量预测能力的指标AUC,从0.74提高到了0.80。
到了这次的FAHR-Face,研究人员已开始尝试直接从照片中预测死亡风险。
这条研究路线最吸引人的地方,就是它实在太过便捷。
CT、核磁共振需要专门的仪器,病理检查需要采集组织样本,而人脸照片只需一台普通相机。对于医生而言,这意味着未来可能多出一种成本低、操作简单、不会增加患者身体负担的辅助评估方式。
研究负责人、放射肿瘤学家Raymond Mak提到,医生在决定是否为患者安排手术、放疗或其他高强度治疗时,需要评估患者的身体状况,以及他们能否承受治疗。他希望未来AI能让这类判断更加客观、统一。
不过,距离真正实现这一目标,还有不少问题需要解决。
首先,普通照片虽容易获取,却也容易受拍摄条件影响。英国萨里大学教授Miroslaw Bober指出,只要让一个人笑一下,或改变拍照时的光线,AI估算的面部年龄平均就可能变化约两岁,有时差异还会更大。
虽然这不意味着死亡风险模型也会受到同样影响,但如果想让人脸照片成为可靠的医学指标,就得先弄清这些拍摄条件究竟会造成多大干扰。
另外,目前研究使用的癌症患者照片仍以白人为主。对于其他人群,模型能否保持同样的预测效果,还需更多数据验证。
更重要的是,预测死亡风险和真正帮助医生看病,仍是两回事。2025年的FaceAge已显示出辅助医生判断的潜力,但这次的新模型,尚未充分证明它能在医生现有的临床评估基础上,提供多少额外帮助。
它能把患者按死亡风险分成不同组,却还未证明这些预测能否帮助医生选择更合适的治疗方案。因此,FAHR-Face目前还不能直接用于临床。
顺便一提,尝试从普通人脸照片中寻找疾病线索的,并不只有麻省总医院布莱根医疗集团。
早在2020年,中国医学科学院阜外医院、清华大学等机构的研究人员,就在《欧洲心脏杂志》发表了一项研究,尝试让AI通过脸部照片识别冠心病。
在1013名患者的测试中,模型取得了0.73的AUC,表现出一定的疾病识别能力。
今年2月,丹麦哥本哈根大学等机构的研究团队将目光投向急诊室,他们收集了27660名急诊患者的手机照片,让AI预测这些患者的死亡风险。
结果发现,仅凭人脸照片,AI就能识别出一些传统急诊分诊系统容易忽略的高风险患者。部分原本被认为病情较轻的人,被AI评出了较高的死亡风险,而他们后来也确实更容易离世。
不过,这项研究目前还只是预印本,尚未经过正式的同行评审。
从癌症到冠心病,再到急诊患者,多项研究已证明,一张普通的人脸照片里,确实包含着与患者健康相关的信息,而且这些信息可能比我们过去想象的更加丰富。
至于这些信息能起到什么作用,或许还需研究人员继续寻找答案。