تستكشف دراسة نمذجة الوجه التكنولوجيا للمساعدة في التشخيص

متلازمة الكحول الجنينية هي حالة تستمر مدى الحياة بسبب تعريض الجنين للكحول. إنه نمط من الأعراض العقلية والجسدية والسلوكية التي تظهر لدى بعض الأشخاص الذين تناولت أمهاتهم الكحول أثناء الحمل. لا يؤدي التعرض للكحول قبل الولادة إلى الإصابة بالمتلازمة ؛ إنه أشد أشكال مجموعة التأثيرات التي تسمى اضطرابات طيف الكحول الجنيني.

يوجد في جنوب إفريقيا أعلى المعدلات المبلغ عنها لاضطرابات طيف الكحول الجنيني في العالم: 111.1 لكل 1000 من السكان. قد تصيب الاضطرابات سبعة ملايين شخص في البلاد. قد يكون الرقم أعلى بسبب نقص التشخيص.

لا يمكن عكس متلازمة الكحول الجنينية. لكن يمكن أن يكون للتشخيص المؤكد فوائد. يمكن أن يؤدي إلى التدخل والعلاج المبكر (الجسدي ، والمهني ، والكلام ، من بين أمور أخرى) ، وفهم أفضل من الآباء والمعلمين. يمكن أن يضمن التشخيص أيضًا أن البالغين مؤهلين للحصول على دعم الخدمات الاجتماعية.

يستخدم الأطباء مجموعة من الأساليب لتشخيص متلازمة الكحول الجنينية ، بما في ذلك تقييم النمو غير الطبيعي ووظيفة الدماغ. جزء أساسي من العملية هو النظر إلى ملامح وجه الفرد. السمات النموذجية هي فتحات صغيرة للعين ، وشفة علوية رفيعة ، ومنطقة ملساء بين الأنف والشفة العليا.

لكن الفحص البصري لملامح الوجه يمكن أن يكون ذاتيًا ويعتمد غالبًا على خبرة الطبيب وخبرته. ينشأ تحدٍ آخر في الأماكن منخفضة الموارد عندما لا يكون هناك العديد من الأطباء المدربين خصيصًا للقيام بذلك.

لذلك فإن الطريقة الأكثر موضوعية وموحدة للكشف المبكر عن متلازمة الكحول الجنينية ستكون مفيدة.

إحدى الطرق المستخدمة للمساعدة في التشخيص هي الأسطح ثلاثية الأبعاد التي تنتجها الأجهزة التي تقوم بمسح الوجه. التكنولوجيا مكلفة ومعقدة. من السهل الحصول على صور ثنائية الأبعاد (2D) – يمكن إجراؤها باستخدام كاميرا رقمية أو هاتف ذكي – ولكنها ليست دقيقة بما يكفي للتشخيص.

سعت دراستنا إلى استكشاف ما إذا كان من الممكن استخدام صور الوجه العادية ثنائية الأبعاد لتقريب الأسطح ثلاثية الأبعاد للوجه. أظهرنا أنه كان. تضمنت طريقتنا استخدام نماذج ثلاثية الأبعاد يمكنها تغيير شكلها بناءً على مجموعة متنوعة من الوجوه البشرية الحقيقية ، جنبًا إلى جنب مع تقنية تحليل الوجه ثلاثية الأبعاد.

نجادل في ورقتنا البحثية أن النتائج التي توصلنا إليها تظهر أن التكنولوجيا يمكن أن تحسن الاكتشاف المبكر والتدخل والعلاج للأشخاص المتأثرين بمتلازمة الكحول الجنينية ، لا سيما في الأماكن منخفضة الموارد.

نأمل أن نساهم في الجهد العالمي لمنع وإدارة العواقب مدى الحياة للمتلازمة والاضطرابات.

كيف ستعمل

قمنا ببناء نموذج ثلاثي الأبعاد مرن يمكنه تغيير شكله بناءً على مجموعة متنوعة من الوجوه البشرية الحقيقية. تسترشد التغييرات بالأنماط الإحصائية المستفادة من مجموعة بيانات من عمليات المسح ثلاثية الأبعاد عالية الجودة من 98 فردًا. تم تنسيق مجموعة البيانات الدولية مفتوحة المصدر هذه بعناية لتمثيل مجموعات ديموغرافية مختلفة.

لم نتمكن من الوصول إلى بيانات صور الأفراد المصابين بمتلازمة الكحول الجنينية. لذلك استخدمنا صورًا ثنائية وثلاثية الأبعاد للأفراد دون هذا الشرط لتطوير نهجنا والتحقق منه. ومع ذلك ، فقد رأينا أن طريقتنا يجب أن تعمل بشكل جيد على قدم المساواة مع أي سيناريو حيث يكون النموذج وموضوعات الاختبار متطابقتين بشكل وثيق.

ثم شرعنا في تطوير والتحقق من صحة خوارزمية التعلم الآلي للتنبؤ بوجوه ثلاثية الأبعاد لأهداف غير مرئية ، من صور الوجوه ثنائية الأبعاد فقط ، باستخدام نموذجنا ثلاثي الأبعاد.

كانت هذه خطوة رائدة في بحثنا ، حيث كنا نهدف إلى إنشاء أداة “ذكية” يمكنها إضفاء الحيوية على الصور المسطحة في ثلاثة أبعاد. كانت نتائج الدراسة مشجعة.

أدت خوارزمية التنبؤ ثلاثية الأبعاد من ثنائية الأبعاد أداءً جيدًا بثلاث طرق:

• التقاط اختلافات الوجه

• تمثل ميزات فريدة

• تلخيص معلومات الوجوه من الصور ثنائية الأبعاد.

نظرًا لأن لدينا عمليات مسح فعلية للوجه ثلاثية الأبعاد لاستخدامها في المقارنة ، فقد تمكنا من حساب متوسط ​​الفرق بين عمليات المسح هذه وأشكال الوجه التي تنبأ بها نموذجنا. سمح لنا هذا بقياس الخطأ في تركيبنا ، والذي وجدنا أنه يتماشى مع دراسات أخرى.

ركزنا بشكل خاص على مناطق معينة من الوجه: العيون ، منتصف الوجه ، الشفة العليا ، والنثرة (الأخدود بين الأنف والشفة العلوية). توفر هذه المناطق معلومات مهمة للأطباء عند فحص علامات الوجه لمتلازمة الكحول الجنينية.

يمكننا التنبؤ بدقة بمناطق الوجه هذه ، واستنتجنا من ذلك أن طريقتنا يمكن أن تشكل الأساس لأداة تشخيصية قائمة على الصور لمتلازمة الكحول الجنينية.

أظهرت دراستنا أيضًا أن جودة تنبؤاتنا كانت مستقلة عن لون البشرة. هذه نتيجة حاسمة. من المعروف أن بعض تقنيات المسح ثلاثي الأبعاد تعاني من صعوبة التقاط البشرة الداكنة بدقة. هذا الموضوع تتم معالجته. ومع ذلك ، أعطتنا النتائج التي توصلنا إليها الثقة في وجود إمكانية إضافية لاستخدام نهجنا في مجموعات سكانية متنوعة.

التحديات

لقد حددنا بعض القيود. لا يزال الوصول إلى البيانات ثلاثية الأبعاد للأفراد المصابين بمتلازمة الكحول الجنينية يمثل تحديًا. يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية على تقليل أخطاء إعادة الإعمار إلى المعايير السريرية المقبولة من خلال جمع وتحليل مجموعات البيانات الأكبر ، بما في ذلك البيانات من المجموعات السكانية الممثلة تمثيلا ناقصا.

اقرأ المزيد: تذكر تانيا دوغلاس: مهندسة طبية حيوية وأكاديمية وصديقة

دراستنا هي استمرار للعمل الذي تم تنفيذه بالتعاون مع مهندسة الطب الحيوي الجنوب أفريقية الشهيرة ، تانيا دوغلاس من جامعة كيب تاون.