骨密度檢測在野生動物司法鑒定領(lǐng)域的應用前景

邱云亮

（1.南京森林警察學院刑事科學技術(shù)系，江蘇南京210046；2.國家林業(yè)局森林公安司法鑒定中心，江蘇南京210046）

骨是脊椎動物體內(nèi)特有的器官，具有運動、支持和保護功能，包括骨膜、骨質(zhì)和骨髓等基本結(jié)構(gòu)。其中骨質(zhì)是最為堅硬且穩(wěn)定的部分。骨質(zhì)又可分為骨密質(zhì)和骨松質(zhì)兩種。骨密質(zhì)質(zhì)地致密，抗壓抗紐曲性很強，因配布于骨表面而稱為骨皮質(zhì)；骨松質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，配布于中間。脊椎動物的骨骼內(nèi)均儲藏有礦物質(zhì)，主要成分為鈣和磷；本文所稱骨密度就是指骨骼中鈣和磷的密度，全稱是骨骼礦物質(zhì)密度（Bone Mineral Density，BMD）[1-9]。因測量設(shè)備及手段的不同，骨密度又有線密度、面密度和體密度之分，相應的計量單位亦有三種表示方法：克/厘米（g/cm）、克/平方厘米（g/cm2）、克/立方厘米（g/cm3），均是絕對值。資料表明，骨密度是骨骼強度的一個重要指標，骨骼強度取決于骨骼的外在形態(tài)、骨組織的構(gòu)造（骨小梁和骨皮質(zhì)的結(jié)構(gòu)）和骨密度三個因素。其中，骨密度是決定骨強度最主要的因素。經(jīng)實驗研究表明：骨密度可以代表60%～80%的骨強度，兩者之間具有顯著的相關(guān)性[1-5]。目前的研究表明，不同的動物之間骨骼內(nèi)的微結(jié)構(gòu)存在著差異[1，6]。據(jù)此推測，不同動物其骨礦物質(zhì)含量也應該存在著不同，即它們之間的骨密度應存在著差異。野生動物和近緣物種之間雖然外在形態(tài)非常相似，它們的骨骼更是相差無幾，在只有骨骼甚至只有部分殘缺骨骼的情況下，能否采用測定骨密度的方法進行鑒別，進而在野生動物司法鑒定領(lǐng)域添加一種新的種屬鑒別方法呢？本文擬通過簡單介紹各種骨密度的測量方法并通過實驗驗證加以初步探討。

1 骨密度檢測方法的種類及概述

骨密度的檢測最早是為了判斷人的骨骼是否存在骨質(zhì)疏松現(xiàn)象而創(chuàng)設(shè)的，主要有X線攝片法、單光子吸收測定法（Single-Photon Absorptiometry，SPA）、雙光子吸收法（DualX-rayEnergy-Absorptiometry，DPA）、單能X線吸收測定法（Single Energy X-ray Absorptiometry，DEXA）、雙能 X線吸收測定法（Dual Energy X-ray Absorptiometry，DEXA）、超聲波測定法（Ultrasonic Testing，UTS）、定量 CT 法（Quantitative Computed Tomography，QCT）等[2-5]。

1.1 X線攝片法

在正規(guī)的骨密度儀未普及之前，X線攝片法是臨床上應用最早、最為常用的骨密度檢測方法。其基本原理是通過骨骼X影像的密度高低來判斷骨骼的骨密度，有三種具體方法：直接觀察法、測量骨皮質(zhì)厚度法、X線光吸收法。直接觀測法是肉眼觀察X線片上的骨皮質(zhì)厚度、骨小梁形態(tài)、數(shù)量、分布特點，從而判定骨密度。測量骨皮質(zhì)厚度法是通過在X線片上測出骨骼外側(cè)橫徑、髓腔寬度，來判斷出皮質(zhì)骨的減少程度[5]。X線光吸收法是利用標準體進行比對的原理。通常采用鋁或象牙的等效值（1 mm厚度的鋁相當于130 mg/cm的骨礦物質(zhì)）來粗略計算骨骼的骨礦物質(zhì)（骨礦）含量[4]。

該方法的優(yōu)點是簡單、易操作。特別是直接觀察法非常方便快捷，相對復雜的X線光吸收法，也只需在同樣的X線條件下對等效參照的標準體拍攝后進行比對即可。缺點是精準度不夠，誤差較大。因為只有當?shù)V物質(zhì)變化達到30%～50%時[4]，肉眼才能識別出X線片上的密度改變，另外，該方法受主觀因素影響較大，在臨床上只能進行粗略的定性，而難以定量。從動物司法鑒定的實際需要出發(fā)，該方法并無實質(zhì)意義。

1.2 SPA與DPA

這兩種測定骨密度方法的原理基本相同，利用了骨骼中骨礦物質(zhì)對放射性物質(zhì)具有一定的吸收性及骨組織對放射物質(zhì)的吸收與骨礦含量成正比的原理，采用放射性同位素為光源測定骨骼的骨礦含量。骨骼的骨礦含量與其對放射性物質(zhì)的吸收量呈正相關(guān)[2-5]。

單光子吸收測量儀在1962年由美國Cameron公司推出。其具體測定方法是通過放射源（如125I、241Am）釋放出的光子（γ射線）對骨骼進行掃描，利用其單能量放射準直光束穿過肢體，記錄的光束衰減變化即反映骨礦含量。測量的主要指標有：（1）骨礦含量（BMC，g/cm；也稱“線密度”）表示掃描跡線 1cm 長的骨段所含骨礦物質(zhì)；（2）骨橫徑（BW，cm）指γ射線掃描骨段的跡線長度；（3）骨密度（BD，g/cm）指單位橫徑的平均骨礦含量，又稱面密度，避免了由于骨橫徑不同造成的BMC差異。根據(jù)一束射線的吸收率對骨骼的骨礦含量進行測量時，因不同的生物組織（如骨骼和肌肉）吸收放射性物質(zhì)的特性不同，為了消除骨骼周圍軟組織的影響，使用SPA法檢測骨骼時必須借助水浴或纏以水袋。導致SPA對于骨骼測量受到較大的局限，該法只能測量四肢部位骨骼，不能檢測髖骨及中軸骨（脊椎骨），且無法分別測量松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的骨密度。另外，射線強度低也是其不足之處。整體上講，測量誤差較大，只能進行粗略的定量。

20世紀60年代末，在單光子吸收測量儀的基礎(chǔ)上發(fā)明了DPA，該法依據(jù)不同能量射線穿過相同的軟組織而衰減不同，采用兩種釋放不同能量射線的放射性核素（如 125I和 241Am，或 241Am 和 137Cs）來校正骨骼周圍的軟組織（如肌肉厚度、脂肪含量）造成的偏差來準確測量骨密度，在70年代又采用雙能量153Gd（能量分別為44keV，100keV）作為雙光子吸收測量法（DPA）的放射源[2-5]。DPA采用不同能量的雙光子，相較于SPA具有很大的進步，其優(yōu)點是無需借助水浴，可測定各部位的骨骼，消除了SPA只能測量四肢部位骨骼、不能檢測髖骨及中軸骨（脊椎骨）的缺陷。該方法的缺點是掃描速度過慢，耗時長達30min，亦存在著放射性物質(zhì)的衰變以及放射源不穩(wěn)定等缺陷，測量誤差也較大。

上述兩種方法目前臨床上均已很少使用，基本上被DEXA法所取代。單從測量的準確度來講，該兩種方法也不適合用于動物司法鑒定領(lǐng)域。

1.3 SEXA與DEXA

SEXA和DEXA的基本原理與SPA和DPA相似，其區(qū)別在于SEXA和DEXA以X線為放射源取代SPA的同位素放射源。為克服SPA和DPA放射性同位素衰減及其放射源相對不穩(wěn)定的問題，有關(guān)專家研制出單能X線吸收測量儀，使得測量結(jié)果的準確性明顯改善。20世紀80年代，由于DEXA法的出現(xiàn)，SEXA法已逐漸淘汰。

以目前具有代表性的DEXA為例，其原理是X光管發(fā)射的X射線經(jīng)專門的過濾器過濾后，將連續(xù)能量的X射線分成高低兩種能量的X線，分別測出它們穿過骨骼和軟組織后的強度，然后根據(jù)骨骼和軟組織對不同能量X線的吸收差異，測出骨骼的骨礦物質(zhì)含量。

DEXA可測量全身任何部位的骨骼，射線劑量低，檢測一個部位的放射劑量相等于一次X線攝片的1/30放射劑量，或者QCT的1%，與SPA和DPA相比，DEXA不存在放射源衰變的問題。DEXA目前已成為臨床上測量骨密度的重要方法，被業(yè)內(nèi)稱為診斷骨質(zhì)疏松的金標準。具有精度高、誤差小、診斷率高等優(yōu)點。其缺點是機器龐大而不易搬動，不適合大樣本的骨密度測量；另外，該方法不能對骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)的骨密度分別進行測量。該缺陷在動物司法鑒定領(lǐng)域中的應用受到了很大局限。這主要系因動物骨骼與人類骨骼之間存在著很大的不同，針對野生動物基本上是種屬一類的司法鑒定，而不是判斷其是否因骨鈣流失而發(fā)生骨質(zhì)疏松的問題。理論上，能否對骨骼的骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)分別測量，是對野生動物司法鑒定的一個關(guān)鍵點。

1.4 UTS

超聲波是一種機械波，機械波的傳播需借助于傳播介質(zhì)才能完成。超聲骨密度檢測的原理是超聲通過骨質(zhì)時，其速度與骨中鈣的含量（或骨密度）直接相關(guān)，骨鈣含量高，則聲速傳播速度快；骨鈣含量低，則傳播速度減慢。因此可根據(jù)超聲波的傳導速度和振幅衰減程度來測算骨礦含量的多少[10，12-13]。UTS和單能光子吸收法存在著同樣的問題：骨骼周圍的軟組織存在著干擾。20世紀90年代以來，UTS得到了快速發(fā)展，“時間極值法”的設(shè)計可直接得到超聲波在骨骼中的聲速值，有效的消除了軟組織在骨密度測量時的影響。由于其無輻射和診斷骨折較敏感而引起廣泛關(guān)注，與DEXA相關(guān)性良好。該法具有操作簡便、安全無輻射、儀器體積小易搬動和價格便宜等優(yōu)點，目前在臨床上應用較為普遍。

該方法在骨密度測量中雖然有很大的優(yōu)勢，但其仍然有著一定的缺陷：其一，由于骨結(jié)構(gòu)的復雜性和不均質(zhì)性而產(chǎn)生的各種傳導途徑及時間的不同，會影響這種測量的準確性；其二，不能分別測量皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的骨密度，不能分辨出密質(zhì)骨的厚度對骨密度的影響。上述兩缺陷也使其在動物司法鑒定領(lǐng)域的運用受到了制約。

1.5 QCT

QCT是由美國加州大學舊金山分校放射科Genant和Cann醫(yī)師于1982年提出的利用臨床CT機進行骨密度（BMD）測量的方法[1]。該方法利用臨床CT機的X線衰減原理，通過CT掃描得到掃描圖像的CT值，然后將其轉(zhuǎn)換成羥基磷灰石[Ca10（PO4）6（OH）2]的等效密度，據(jù)此測算出骨骼的骨密度。

與其他骨密度測量方法相比，QCT具有很多優(yōu)越性；其測量的是真正的體積骨密度，不受骨骼大小及形態(tài)的影響[11]；能夠分別測量皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的骨密度，不受骨骼退行性變的影響，可任意選擇“感興趣區(qū)（region of interest，ROI）”①在骨密度檢測方面，感興趣區(qū)域（ROI）是從骨骼中選擇的一個區(qū)域，這個區(qū)域是骨密度檢測分析所關(guān)注的重點。，可以應用 3D 幾何測量參數(shù)。盡管有很多優(yōu)勢，但因其輻射量較大，在臨床上并沒有得到廣泛應用，目前主要被應用于科研工作。

近年來，隨著多排螺旋CT（MSCT）掃描技術(shù)的進步，CT已從單排探測器軸掃CT發(fā)展到320排探測器640層的螺旋CT，數(shù)秒內(nèi)即可采集到大范圍的CT體積數(shù)據(jù)。QCT技術(shù)所用的體模也從液體體模發(fā)展成目前的固體體模，分析軟件也由只能單層軸位圖像的分析發(fā)展成對體積數(shù)據(jù)進行的三維分析，且掃描骨骼不受部位限制。除進行骨密度的測量外，還可以進行骨骼掃描斷面的骨質(zhì)成分分析，該功能從某種角度來講，其重要性甚至超過了骨密度測量的意義。

因QCT骨密度測量是在CT斷面圖像的基礎(chǔ)上進行的，能任意選擇“感興趣區(qū)”，即其能精確地選擇特定部位的骨骼測量其骨礦密度，能有效避免骨骼之間以及同一骨骼不同骨層之間的重疊，所以其測量出的骨密度系體積骨密度。所測數(shù)據(jù)不受測量部位的影響，不受骨骼大小的影響，甚至不受動脈鈣化和椎體退變的影響，QCT還可以把皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨區(qū)分開，分別測出皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的骨礦密度，這是其最大的優(yōu)勢。另外，QCT的一次掃描不但可以得到骨骼的骨密度數(shù)據(jù)，還能同時得到骨結(jié)構(gòu)的解剖圖像，可以觀察骨小梁等微觀結(jié)構(gòu)[11，17]。不同動物骨骼的微結(jié)構(gòu)是存在著差異的，這也可以作為對骨骼種屬進行鑒別的一個依據(jù)。QCT是一種真正的三維測量體積骨密度的方法[19]，不但可用于脊柱等骨密度測量，還可對骨骼掃描斷面圖像體質(zhì)成分進行分析，在野生動物司法鑒定及相關(guān)領(lǐng)域的具體運用方面可作進一步的研究和探討，應用前景是比較廣闊的。

2 在動物司法鑒定領(lǐng)域的應用前景

2.1 可行性分析

各種骨密度檢測方法及相關(guān)儀器設(shè)備的出現(xiàn)，最初只是為了及早發(fā)現(xiàn)和診斷人類骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis；OP）以及對已經(jīng)發(fā)生OP人群的骨質(zhì)疏松程度進行評估，以此作為采用相應治療措施的根據(jù)。因此，關(guān)于對人的骨密度和骨質(zhì)疏松的研究文獻很多，對于動物骨密度的研究，除了關(guān)于飼料對家禽骨密度影響的文獻外鮮有報道。臨床及科研上針對人類而設(shè)計的骨密度測量儀器能否運用于動物司法鑒定領(lǐng)域呢？對此采用DEXA進行了驗證，以藏羚羊骨骼標本與內(nèi)蒙古地區(qū)散養(yǎng)的小尾寒羊及河南東部、安徽北部圈養(yǎng)山羊的四肢骨骼骨干中段的骨皮質(zhì)厚度進行對比后發(fā)現(xiàn)，藏羚羊四肢相同部位骨骼的骨皮質(zhì)厚度明顯薄于后兩者，且干骺端亦明顯沒有后兩者發(fā)達。以后肢的脛骨為例，測量了8只小尾寒羊（8～12月齡）的脛骨，其骨干中段的骨皮質(zhì)（前側(cè)、后側(cè)、內(nèi)側(cè)、外側(cè)四個部位）平均厚度為3.4 mm；采用同樣的測量方法，5只藏羚羊脛骨骨干中段的骨皮質(zhì)厚度為2.1 mm；小尾寒羊脛骨干骺端的周徑明顯大于藏羚羊脛骨干骺端的周徑。從測量結(jié)果來看，上述動物骨皮質(zhì)厚度存在著明顯的差異。

骨皮質(zhì)厚度會影響到骨密度數(shù)據(jù)嗎？如前文所述，除QCT外，其余測定方法所獲得的的數(shù)據(jù)基本上都是骨骼的面密度。筆者認為，面密度應與骨皮質(zhì)的厚度有一定的關(guān)系，筆者試通過實際測量加以驗證分析：將小尾寒羊的兩個脛骨骨片重疊與單個骨片分別使用雙能X線骨密度儀進行測量后的數(shù)據(jù)相比較，重疊后的骨片骨密度數(shù)據(jù)將近單獨骨片的一倍。從本文介紹的幾種面密度的測量方法可知，面密度的計算原理本質(zhì)上就是骨礦物在平面上的投影量。據(jù)此可知，面密度數(shù)據(jù)的大小應與被測量部位骨骼的骨皮質(zhì)厚度正相關(guān)，即骨質(zhì)的厚度是影響骨密度的一個重要因素。目前，除QCT外的現(xiàn)有骨密度檢測方法基本上都沒有考慮骨皮質(zhì)厚度。若不考慮上述因素，在對動物骨骼進行骨骼面密度檢測時，因不同種屬動物（包括野生動物）相同部位的骨皮質(zhì)厚度存在差異，以此獲得的不同種屬動物的骨密度（骨骼的面密度）將沒有可比性，測量數(shù)據(jù)亦不能滿足司法鑒定需要。

“面密度”與“體密度”的測量方法及原理有著很大的不同，目前QCT所測的骨密度系“體密度”，且QCT能夠分別測量皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨骨密度，可消除骨質(zhì)（不管是骨皮質(zhì)或是骨松質(zhì)）本身厚度的影響[16-19，21]，因此理論上能夠滿足動物骨密度檢測的需要。筆者認為，在對動物骨密度進行檢測時，應首選QCT檢測法。

2.2 關(guān)于骨密度數(shù)據(jù)庫

有文獻[20]報道，專門以野生動物為研究對象的法醫(yī)，必須熟知數(shù)量超過3萬種的各類物種，而人類法醫(yī)的研究對象只有一種。這充分體現(xiàn)了動物司法鑒定對象種類繁多的特點。僅就骨密度的測量而言，動物和人具有很大的不同，人類個體之間的相似程度很高，可以很方便的統(tǒng)一檢測方法和制定統(tǒng)一的比對標準，如本文“可行性分析”中所述，各種骨密度檢測方法及其儀器設(shè)備是為了及早發(fā)現(xiàn)和診斷人類骨質(zhì)疏松癥而設(shè)計的，只需判定正常和病態(tài)兩種情況即可。而在動物司法鑒定領(lǐng)域，主要是為了判別動物的種屬，動物的種屬有很多，其骨骼的形態(tài)更是千差萬別，無法統(tǒng)一比對標準。在此情況下，就會導致很多適合人類的檢測方法無法應用到動物司法鑒定領(lǐng)域，這是骨密度檢測方法在動物司法鑒定領(lǐng)域應用不利的一面，但又恰因不同種屬動物骨密度存在著較大的差異，反過來在判別種屬時又成了最有利的一面。同人類骨密度檢測原理大致相似，只要掌握不同動物骨密度的正常數(shù)據(jù)范圍，就可以將其和其它種屬的動物區(qū)別開來。這就是要建立標準化的數(shù)據(jù)庫（即不同種屬動物骨密度正常值的數(shù)據(jù)庫），數(shù)據(jù)庫建立的前提是要進行大量的數(shù)據(jù)調(diào)查，通過組合分析和統(tǒng)計處理后才能獲得。但動物的種類繁多，分布廣，建立數(shù)據(jù)庫目前尚具有一定的難度。筆者建議，可以先行對少數(shù)重點保護的脊椎類野生動物進行研究，在各方面條件較為成熟時擴大脊椎類動物種屬的范圍。

2.3 優(yōu)勢及發(fā)展趨勢

骨密度檢測法有很多自身優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：（1）能做到無損檢測。目前無損檢測是每個行業(yè)都必不可少的重要手段。骨密度檢測法屬于無損檢測方法之一，可以對送檢樣本不進行任何處理即行檢測，特別是對活體動物在判定其是否為野生動物或豢養(yǎng)的野生動物時，更能發(fā)揮出其無可比擬的優(yōu)勢。（2）檢測速度快。可用于大樣本檢測，這能滿足涉及到較大數(shù)量動物司法鑒定的需要。（3）精度高、重復性好。目前常用的骨密度檢測儀器，如 DEXA、UTS、QCT，測量精度均較高。以UTS為例，當骨骼中的骨礦含量有0.2%～0.4%變動時即能測出其變化，重復檢測誤差小，具有良好的可重復性[12-13]。（4）還有其他伴隨測量項可利用。以CT技術(shù)為礎(chǔ)的骨密度測量儀器可觀察骨小梁等微觀結(jié)構(gòu)，以及對骨質(zhì)進行成分分析，可作為對動物種屬進行鑒別的一個新的手段加以運用，骨質(zhì)成分的分析結(jié)果，甚至還能對被檢動物所攝取的食物以及生長環(huán)境進行推斷。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，動物數(shù)據(jù)庫的建立，新型信息平臺管理系統(tǒng)的研發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的各種遠程控制技術(shù)的不斷出現(xiàn)，動物司法鑒定實現(xiàn)遠程鑒定成為可能，微型化、自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化應是包括骨密度檢測技術(shù)在內(nèi)的科學技術(shù)發(fā)展的重要方向。

3 結(jié)語

無論在動物司法鑒定領(lǐng)域還是其他領(lǐng)域，手段方法多元化都是必然的趨勢。不同學科之間的方法借鑒或引入是每一個學科均要重視的問題。本文所述的骨密度測量技術(shù)在動物司法鑒定領(lǐng)域的應用，就是不同領(lǐng)域?qū)W科之間的交叉、借鑒結(jié)果，不僅僅臨床上骨密度檢測技術(shù)，其它領(lǐng)域或?qū)W科的研究成果同樣可借鑒到動物司法鑒定領(lǐng)域。以當前野生動物司法鑒定為例，鑒定所采用的技術(shù)手段仍顯匱乏、滯后，所能鑒定的項目相對較少。無論是動物活體、完整的尸體或是動物制品主要還是依靠形態(tài)學的觀察方法。目前的狀況更需要業(yè)內(nèi)人士和其他學科的學者多進行學術(shù)上的交流，動物司法鑒定手段和技術(shù)才會得以長足的發(fā)展。

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