新研究採用 3D 臉部影像篩檢睡眠呼吸中止症

圖片來源：Gerd Altmann，透過Pixabay

根據美國睡眠醫學學會(AASM)的研究指出，3D 臉部影像技術可用作睡眠呼吸中止症的篩檢工具。這項名為「從 3D 臉部攝影預測睡眠呼吸中止症」的研究，利用顱面掃描系統 (頭顱測量法) 來識別睡眠呼吸中止症的特定物理標記。頸部寬度和下顎後縮等特徵先前已與睡眠呼吸中止症相關聯，但顎骨大小、臉部寬度和眼睛間距等額外標記也被視為風險指標。研究人員利用預測演算法中的精確測量，能夠以 89% 的準確率評估高風險和低風險模式。結合電腦斷層掃描(CT) 等其他測量，這些方法的準確率可達 97% 或更高。儘管 3D 影像技術以前也曾用於睡眠呼吸中止症的研究，研究團隊仍希望這些新進展能讓這項技術在更大範圍內應用於個人、臨床和行動健康應用，潛在地縮小接受治療的患者與未確診患者之間的差距。

背景

睡眠呼吸中止症是一個普遍存在的問題，且伴隨許多其他共病症的可能性很高。然而，儘管治療有所改善且診斷效率更高，但大多數患有此疾病的人仍未被確診和治療。即使 PAP 療法技術持續進步，並增加了許多為患者提供舒適和便利的功能，醫療保健提供者仍難以讓患者開始治療。除了治療依從性之外，最大的問題是及早識別模式，以便介入並啟動診斷過程。近年來，智慧型手機應用程式等易於取得的診斷工具的普及，幫助人們在病情變得嚴重之前識別出該疾病的跡象和症狀。儘管這些應用程式的準確性不高，但它們確實提供了一種有價值的手段來識別睡眠呼吸中止症的一些常見跡象。隨著研究人員持續開發用於診斷目的的新技術，我們希望改進的篩檢工具能隨著時間推移帶來更高的治療率。

細節

這項新研究發表於 AASM 的《臨床睡眠醫學雜誌》，探討了快速發展的技術如何作為預測一般民眾睡眠呼吸中止症（特別是阻塞性睡眠呼吸中止症 (OSA)）的手段。OSA 是最普遍的睡眠呼吸中止症形式，其發病機制也最具物理性，這是由於解剖特徵造成的呼吸道阻塞所致。舌頭和上顎等軟組織，以及顱骨和下顎骨等硬組織，都可能導致 OSA 阻塞。OSA 患者人數眾多的原因之一，是可能導致其發展的各種形態學特徵。根據研究首席研究員兼西澳洲大學 (UWA)睡眠科學中心主任彼得·伊斯伍德 (Peter Eastwood) 的說法，「需要簡單、準確的篩檢工具來預測誰患有 OSA。」伊斯伍德表示，利用臉部和頸部的「預定地標」，已開發出一套改進的 3D 影像預測標記，包括上下顎之間的不協調、牙齒拉長以及上下臉部高度較高。這不僅使該技術更有效，也更具彈性，因為額外的地標可用於更準確地評估阻塞的可能性。伊斯伍德還與西澳洲大學的電腦科學教授 Syed Zulqarnain Gilani 合作，協助識別與該疾病最密切相關的特徵。Gilani 協助建立了演算法，將數據集（臉部測量）根據總體風險水平分為不同的組。這些類型的程式是使用機器學習開發的，隨著每個分類的模式變得更加清晰，系統會隨著時間的推移變得更有效。換句話說，高風險、低風險或無風險組別隨著每組新輸入數據的增加而更容易被識別。截至該研究發表時，該演算法對風險因素的敏感度達到 97%，特異度達到 76%。

精確測量

3D 臉部分析使用線性和測地線測量。在 3D 影像中，測地線測量是曲面（例如顱骨或其他臉部特徵）上兩點之間的最短距離。這些測量結果會結合起來，然後與一系列地標進行比較，以預測睡眠呼吸中止症的存在和嚴重程度，其定義根據呼吸中止低通氣指數(AHI)。AHI 表示每小時呼吸中止和低通氣事件的平均次數。儘管仍需努力完善這些技術並開發一種有效的方法，讓大眾能接觸到這項技術（並推廣其使用），但顱面解剖學顯然是更大規模識別和診斷個體的重要工具。

進一步的研究與發展

3D 影像工具更廣泛使用所面臨的挑戰是，如何在保持高準確度的同時，讓這項技術更易於取得。為了在臨床和居家環境中保持效率，影像分析技術必須變得使用者友善且經濟實惠，並能適應市場上現有的技術。結合手機應用程式和穿戴式技術的脈衝血氧飽和度計等現有技術，3D 掃描可能變得足夠安全、方便、非侵入性且價格實惠，以實現大規模採用。另一個選擇是將 3D 掃描整合到其他技術中，例如睡眠數據應用程式。這些應用程式使用光學、聲學、紅外線、超音波或其他類型的感測器來定期評估健康和睡眠。伊斯伍德及其同事的研究在這一方向上邁出了重要一步，不僅為了診斷目的，也為了長期的健康需求和治療。由於這些臉部和骨骼地標在預測疾病方面非常準確，這項不斷發展的技術可能成為第一個廣泛用於睡眠呼吸中止症風險和評估的篩檢工具。 

資料來源

AASM - https://aasm.org/study-suggests-3d-face-photos-could-be-sleep-apnea-screening-tool/

American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics - https://www.ajodo.org/article/S0889-5406(95)70101-X/fulltext

Dental Press Journal of Orthodonics - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4686746/

Journal of Clinical Sleep Medicine - Commentary - https://jcsm.aasm.org/doi/10.5664/jcsm.8402

Journal of Clinical Sleep Medicine - Study - https://jcsm.aasm.org/doi/10.5664/jcsm.8246

Sleep - https://academic.oup.com/sleep/article/32/1/46/2454281

Sleepapnea.org - https://www.sleepapnea.org/learn/sleep-apnea-information-clinicians/

Springer Link - https://link.springer.com/article/10.1007/s00405-006-0241-5