影像學(xué)三維重建技術(shù)在寰椎立體模型建立及性別鑒定中的應(yīng)用

周建英，田 勇，韓 青，賀 慶，程凱亮，李幼瓊

（1.吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，吉林 長春 130021；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院二部麻醉科，吉林 長春 130021；3.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院放射線科，吉林 長春 130033）

影像學(xué)三維重建技術(shù)在寰椎立體模型建立及性別鑒定中的應(yīng)用

周建英1，2，田 勇1，韓 青3，賀 慶1，程凱亮3，李幼瓊1

（1.吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，吉林 長春 130021；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院二部麻醉科，吉林 長春 130021；3.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院放射線科，吉林 長春 130033）

目的：利用寰椎形態(tài)學(xué)指標(biāo)建立吉林地區(qū)男女性別的鑒定方法并評(píng)價(jià)其鑒定效果。方法：分別應(yīng)用男女頭頸部CT影像資料重建寰椎立體模型，對(duì)寰椎8個(gè)面的27項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測量，篩選出14個(gè)有性別差異的指標(biāo)。結(jié)果：27個(gè)線性指標(biāo)中14項(xiàng)指標(biāo)的性別差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其27項(xiàng)指標(biāo)的性別鑒定準(zhǔn)確率為52.0%～89.3%，其中寰椎全寬準(zhǔn)確率達(dá)86.7%。對(duì)其中9項(xiàng)性別鑒定具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)使用逐步判別分析法，得到1個(gè)性別鑒定準(zhǔn)確率達(dá)到95.8%的方程：Y＝1.308W－0.409CDF－0.469LTPSD－0.849LUACD＋0.478RUACD＋0.332RDACD＋0.363ATH－0.334PTH－0.236PAL。結(jié)論：寰椎形態(tài)可作為吉林地區(qū)男女性別鑒定的重要依據(jù)之一。

三維重建；寰椎；性別判定

在法醫(yī)的日常工作中經(jīng)常遇到肢解、腐敗以及白骨化的尸體，在地震、海嘯等自然災(zāi)難中罹難人員的尸體多被嚴(yán)重破壞，這給尸塊性別鑒定帶來相當(dāng)大的困難［1－2］。目前，國內(nèi)外學(xué)者利用方程對(duì)寰椎形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行性別鑒定的研究尚未見報(bào)道。本研究考慮到寰椎形態(tài)的特殊性和不易被破壞等特點(diǎn)，利用吉林地區(qū)男女性寰椎數(shù)字化影像資料，使用三維重建技術(shù)重建寰椎并進(jìn)行測量，通過統(tǒng)計(jì)分析吉林地區(qū)男女性寰椎形態(tài)學(xué)參數(shù)得出有價(jià)值的寰椎性別鑒定方程，以期為法醫(yī)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1 資料與方法

1.1 樣 本 選取2010—2011年在吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院行頭頸部掃描的CT圖像，年齡為18～79歲，平均年齡（45.77±13.12）歲，要求寰椎形態(tài)正常，無肉眼可見的病理改變和畸形，其中男性50例，女性60例。

1.2 儀器設(shè)備 16排螺旋CT掃描儀（美國GE公司Light Speed.16，斷層厚度0.625mm）；三維重建軟件（美國GE公司adw4.3工作站）；efilm測量軟件；Auto CAD繪圖軟件；SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法 對(duì)寰椎CT圖像樣本逐個(gè)進(jìn)行三維重建，將寰椎周圍的軟組織直接用框架工具刪除，用智能擦除工具將與寰椎無關(guān)的關(guān)節(jié)和骨組織擦除，修整出整個(gè)寰椎的輪廓。對(duì)椎體的上、下、前、后、左、右6個(gè)面和椎體正中水平位切割后的下切割面、椎體正中矢狀位切割后的右切割面，共計(jì)8個(gè)面的27項(xiàng)指標(biāo)，即矢狀徑（SD）、全寬（W）、椎孔矢狀徑（SDF）、椎孔冠狀徑（CDF）、椎孔面積、前結(jié)節(jié)厚（ATW）、前結(jié)節(jié)高（PTH）、前弓長 （AAL）、后結(jié)節(jié)厚 （PTW）、后結(jié)節(jié)高（ATH）、后 弓 長 （PAL）、左 橫 突 孔 矢 狀 徑（LTPSD）、左橫突孔冠狀徑（ASD）、左上關(guān)節(jié)面矢狀徑（PCD）、左上關(guān)節(jié)面冠狀徑（LUACD）、左上關(guān)節(jié)面面積（LUASD）、左下關(guān)節(jié)面冠狀徑（TPSD）、左下關(guān)節(jié)面矢狀徑（TPCD）、左下關(guān)節(jié)面面積（LDASD）、右橫突孔矢狀徑（LTPSD）、右橫突孔冠狀徑（RTPSD）、右上關(guān)節(jié)面矢狀徑（RUASD）、右上關(guān)節(jié)面冠狀徑（RUACD）、右上關(guān)節(jié)面面積（RSASD）、右下關(guān)節(jié)面冠狀徑（RDACD）、右下關(guān)節(jié)面矢狀徑（RUPSD）、右下關(guān)節(jié)面面積（RLASD）進(jìn)行測量。測量示意圖見圖1。

圖1 寰椎測量示意圖Fig.1 Schematic diagrams of atlas measurement

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用兩獨(dú)立樣本均數(shù)比較的t檢驗(yàn)對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行分析，得到差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)。使用單變量Fisher判別分析法和逐步Fisher判別分析法對(duì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)進(jìn)一步評(píng)價(jià)并建立回歸方程，通過留一交叉校驗(yàn)法計(jì)算鑒定準(zhǔn)確率。

2 結(jié) 果

通過efilm測量軟件和Auto CAD繪圖軟件測量寰椎形態(tài)學(xué)的27項(xiàng)指標(biāo)，其中9項(xiàng)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其均值分別為：全寬（W）男性80.00mm，女性 73.22mm；椎 孔 冠 狀 徑 （CDF）男 性26.75mm，女性 25.63mm；左橫突孔矢狀徑（LTPSD）男性6.73mm，女性6.67mm；左上關(guān)節(jié)面冠狀徑（LUACD）男性8.70mm，女性8.25mm；右上關(guān)節(jié)面冠狀徑（RUACD）男性8.70 mm，女性8.25mm；右下關(guān)節(jié)面冠狀徑（RDACD）男性 14.68mm，女 性 15.13mm；前結(jié) 節(jié) 高（ATH）男性12.68mm，女性11.01mm；后結(jié)節(jié)高（PTH）男性11.05mm女性10.80mm；后弓長（PAL）男性41.11mm，女性42.90mm。見表1。

對(duì)其中14項(xiàng)線性指標(biāo)進(jìn)行單變量鑒定分析，得到單指標(biāo)函數(shù)鑒定式：Y＝ Unstandardized coefficient×單指標(biāo)數(shù)據(jù)＋Constant，Centroid（mean）＝（Unstandardized coefficient×男 性 均 值＋Constant＋Unstandardized coefficient×女性均值＋Constant）／2，通過計(jì)算各測量指標(biāo)的鑒定分?jǐn)?shù)Y來分析鑒定性別的準(zhǔn)確率，如寰椎全寬鑒定準(zhǔn)確率達(dá)86.7%，矢狀徑準(zhǔn)確率達(dá)72.5%。見表2。27項(xiàng)測量指標(biāo)鑒定準(zhǔn)確率為52.0%～89.3%。3±0.90 17.12±1.54 14.48±1.48 14.60±1.38 Female 60 15.95±1.33＊＊15.20±0.97 12.87±1.49＊＊6.43±0.85＊＊15.95±1.33＊＊15.13±0.97＊＊13.17±1.28

表1 寰椎14項(xiàng)性別差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義指標(biāo)的測量值Tab.1 Measurement data of 14indexes with significant sex differences of atlas （±s，l／mm）

表1 寰椎14項(xiàng)性別差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義指標(biāo)的測量值Tab.1 Measurement data of 14indexes with significant sex differences of atlas （±s，l／mm）

Male 50 17.12±1.54 16.17±1.50 14.70±1.45 6.9

Group n 75±2.30 8.50±1.52 12.68±1.47 86.33±18.60 Female 60 43.93±3.06＊＊ 73.22±3.49＊＊ 26.80±2.14＊＊ 25.63±2.17＊＊ 7.40±1.47＊＊ 11.01±1.43＊＊91.8±15.53＊Group n LUASD LDACD LDASD RTPSD RUASD RDACD RDASD SD W SDF CDF ATW ATH CC Male 50 47.58±3.13 80.00±2.71 28.08±2.32 26.

＊＊

＊P＜0.05，＊＊P＜0.01compared with male group.

表2 單變量鑒定分析結(jié)果Tab.2 Discrimination function and results using one measurement

通過留一交叉校驗(yàn)法計(jì)算判別準(zhǔn)確率，每次鑒定剔除1個(gè)樣本，用剩余的樣本數(shù)據(jù)計(jì)算得出1個(gè)判別式，再使用得出的判別式來判別被剔除樣本的男女性別，檢驗(yàn)與實(shí)際男女性別是否相符，這樣將所有樣本剔除和判別1次，從而計(jì)算出所有樣本的判別符合率。Demarking point＝［Centroid（mean）－Constant］／Unstandardized coefficient。對(duì)所得各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后剔除18項(xiàng)指標(biāo)，保留9項(xiàng)對(duì)于判別分析性別有意義的指標(biāo)，得到1個(gè)包含如下9個(gè)指標(biāo)的鑒定方程：全寬（W）、椎孔矢狀徑（CDF）、左橫突孔矢狀徑（LTPSD）、左上關(guān)節(jié)面冠狀徑（LUACD）、右上關(guān)節(jié)面冠狀徑（RUACD）、右下關(guān)節(jié)面冠狀徑（RDACD）、前后結(jié)節(jié)高（PTH和ATH）和后弓長（PAL）。方程式如下：Y＝1.308W－0.409CDF－0.469LTPSD－0.849LUACD＋0.478RUACD＋0.332RDACD＋0.363ATH－0.334PTH－0.236PAL。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出男性預(yù)測值為：－0.590，女性預(yù)測值為0.590。以上方程所得出的兩端值（分別代表男性和女性），Y值越接近哪一個(gè)性別的預(yù)測值，就越有可能代表哪個(gè)性別，此方程判別式準(zhǔn)確率達(dá)到95.8%。見表2。

3 討 論

骨骼的性別鑒定是法醫(yī)日常工作重要的組成部分之一。在青春期前，男女性骨骼的形態(tài)學(xué)特征差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)入青春期后，由于性激素等諸多因素的影響，男女性骨骼逐漸出現(xiàn)明顯的性別差異。國內(nèi)學(xué)者任光金［3］于1984年研究出土的人體骨骼樣本，使用游標(biāo)卡尺測量了85例寰椎的形態(tài)學(xué)參數(shù)，并進(jìn)行了與性別相關(guān)的判別研究，其中4項(xiàng)指標(biāo)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

以往寰椎形態(tài)學(xué)研究的樣本采集主要來源于干燥骨、X線平片或CR片等，由于干燥骨易受周圍環(huán)境因素的影響，其形態(tài)變化較大，而且難以獲得達(dá)到具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的樣本數(shù)量；而X線平片或CR片提供的數(shù)據(jù)易受到拍片體位、儀器精敏度等因素的影響，具有一定的誤差［4－6］，更由于其是二維圖像，獲取的形態(tài)學(xué)參數(shù)數(shù)量有限。基于上述考量，本研究采用影像學(xué)三維重建方法，得出高清晰度、立體和可任意旋轉(zhuǎn)的寰椎圖像，利用CT軟件對(duì)重建寰椎的27項(xiàng)形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測量，有些指標(biāo)是雙側(cè)的，主要考慮人體并非是一個(gè)絕對(duì)的對(duì)稱體，從實(shí)際應(yīng)用角度來看應(yīng)盡量擴(kuò)大篩選范圍，以取得更多的性別差異指標(biāo)［7］。

本研究樣本主要取自吉林地區(qū)，在寰椎測量的27項(xiàng)指標(biāo)，其中14項(xiàng)指標(biāo)的性別差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明男女在寰椎形態(tài)學(xué)上有差異。采用SPSS 19.0軟件對(duì)有性別差異的單一指標(biāo)進(jìn)行鑒定分析，27項(xiàng)測量指標(biāo)鑒定準(zhǔn)確率為52.0%～89.3%，其中鑒定準(zhǔn)確率最高的指標(biāo)為寰椎全寬（W），準(zhǔn)確率達(dá)86.7%。使用逐步判別分析法，得到了1個(gè)包含9個(gè)指標(biāo)的判別方程，其準(zhǔn)確率可達(dá)到95.8%，且多個(gè)測量指標(biāo)的性別判別準(zhǔn)確率明顯高于單個(gè)測量指標(biāo)，但單一測量指標(biāo)亦可用于寰椎殘缺情況下的性別鑒定［8－12］。

綜上所述，本研究建立了一個(gè)以寰椎形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的性別判定方法，為法醫(yī)等學(xué)科進(jìn)行人類性別鑒定提供了參考數(shù)據(jù)。

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Application of three－dimensional reconstruction technology in establishment of atlas space model and sex determination

ZHOU Jian－ying1，2，TIAN Yong1，HAN Qing3，HE Qing1，CHENG Kai－liang3，LI You－qiong1
（1.Departement of Anatomy，Norman Bethune College of Medicine，Jilin University，Changchun 130021，China；2.Department of Anesthesiology，F(xiàn)irst Hospital，Jilin University，Changchun 130021，China；3.Department of Radiology，China－Japan Union Hospital，Jilin University，Changchun 130033，China）

Objective To establish the method of using the atlas morphological indexes for sex determination in Jilin province and to evaluate its effect.Methods The clinic neck CT images were used to reconstruct the 3Dimage of atlas.A total of 27linear measurements on 8aspects of the atlas were measured and the ratios were calculated.The 14items were selected.Results Of the total 27linear measurements，14were sexually dimorphic（P＜0.05），and the accuracies of sex determination of 27indexes were 52.0%－89.3%.The highest accuracy was width of vertebral body（86.7%）.A function with variables predicting sex with 95.8%accuracy was derived by using stepwise method of discriminant function analysis：Y＝1.308W－0.409CDF－0.469LTPSD－0.849LUACD＋0.478RUACD＋0.332RDACD＋0.363ATH－0.334PTH－0.236PAL.Conclusion The method of using atlas traits for sex determination in Jilin province is practicable.

three dimensional reconstruction；atlas；sex determination

R322.3；Q984

A

1671－587Ⅹ（2013）03－0605－04

10.7694／jldxyxb20130338

2012－10－22

衛(wèi)生部科教司科研基金資助課題 （200903－039）

周建英 （1979－），女，吉林省農(nóng)安縣人，主治醫(yī)師，醫(yī)學(xué)碩士，主要從事臨床麻醉方面的研究。

田 勇 （Tel：0431－85619466，E－mail：tiany＠jlu.edu.cn）