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Explainable Deep Learning System for Automatic Detection of Thyroid Eye Disease Using Facial Images - 11/08/25

Doi : 10.1016/j.ajo.2025.05.022 
Xiaodan Sui 1, 2, Kenneth Ka Hei Lai 3, 4, Richard Wai Chak Choy 3, Han Wang 3, Karen Kar Wun Chan 4, Fatema Mohamed Ali Abdulla Aljufairi 3, 4, 5, Yuanjie Zheng 2, Wilson Wai Kuen Yip 4, Alvin Lerrmann Young 4, Clement Chee Yung Tham 3, 4, 6, 7, Chi Pui Pang 3, Hongsheng Li 1, 8, 9, , Kelvin Kam Lung Chong 3, 4, 6, 7,
1 From the Multimedia Laboratory (X.D.S. and H.S.L.), The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China 
2 School of Information Science and Engineering (X.D.S. and Y.J.Z.), Shandong Normal University, Jinan, Shandong Province, China 
3 Department of Ophthalmology and Visual Sciences (K.K.H.L., R.W.C.C., H.W., F.M.A.A.A., C.C.Y.T., C.P.P., and K.K.L.C.), Faculty of Medicine, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China 
4 Department of Ophthalmology and Visual Sciences (K.K.H.L., K.K.W.C., F.M.A.A.A., W.W.K.Y., A.L.Y., C.C.Y.T., and K.K.L.C.), Princes of Wales Hospital, Hong Kong, China 
5 Department of Ophthalmology (F.M.A.A.A.), Salmaniya Medical Complex, Government Hospitals, Manama, Bahrain 
6 Hong Kong Eye Hospital (C.C.Y.T. and K.K.L.C.), Hong Kong, China 
7 Eye Centre (C.C.Y.T. and K.K.L.C.), The Chinese University of Hong Kong Medical Centre, Hong Kong, China 
8 Department of Electronic Engineering (H.S.L.), Faculty of Engineering, Ho Sin Hang Engineering Building, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China 
9 Centre for Perceptual and Interactive Intelligence (CPII) Ltd (H.S.L), InnoHK, Innovation and Technology Commission, Hong Kong, China 

Inquiries to Hongsheng Li, Department of Electronic Engineering, Faculty of Engineering, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China.Department of Electronic EngineeringFaculty of EngineeringThe Chinese University of Hong KongHong KongChina⁎⁎Inquiries to Kelvin Kam Lung Chong, Department of Ophthalmology and Visual Sciences, Faculty of Medicine, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong Eye Hospital, 147 K Argyle Street, Kowloon, Hong Kong, China.Department of Ophthalmology and Visual SciencesFaculty of MedicineThe Chinese University of Hong KongHong Kong Eye Hospital147 K Argyle Street, KowloonHong KongChina

Résumé

Purpose

To report an explainable deep learning (XDL) system to automatically detect thyroid eye disease (TED) using facial images.

Design

Prospective study to develop and evaluate a deep-learning diagnostic algorithm.

Methods

A dataset consisting of 302 and 289 facial images of newly diagnosed, treatment-naïve, TED patients and healthy subjects were compiled, annotated, and applied to train the XDL model. It consisted of a periocular landmarks localization network that identified the periocular landmarks on facial images, and the TED detection network (TDN) that uses a binary classification to detect TED using facial images. The generalizability of the XDL system was evaluated using a threefold cross-validation strategy and further validated using 100 facial images of TED patients from an independent thyroid eye clinic.

Results

The area under the receiver operating characteristic curve was 99.7%, sensitivity 99.7%, and specificity 94.5% (95% confidence interval: 99.6%-99.9%). Heatmaps demonstrated upper and lower eyelids as key regions of interest. The validation cohort achieved area under the receiver operating characteristic curve of 98.9%, sensitivity 92%, and specificity 93%.

Conclusions

This XDL system detected TED using facial images with excellent accuracy and explainability. It should be further evaluated in prospective Graves’ disease cohorts at nonspecialist setting for early detection and referral of progressive TED.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Plan


 Xiaodan Sui and Kenneth Ka Hei Lai contributed equally as co-first authors while Hongsheng Li and Kelvin Kam Lung Chong contributed equally as co-corresponding authors.


© 2025  The Author(s). Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 277

P. 323-334 - septembre 2025 Retour au numéro
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