錐形束CT在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與展望

王 堅(jiān)，張家鑫，呂 途

（1.公安部物證鑒定中心，北京 100038；2.中國(guó)刑事警察學(xué)院，沈陽(yáng) 110035）

錐形束CT在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與展望

王 堅(jiān)1，張家鑫2，呂 途1

（1.公安部物證鑒定中心，北京 100038；2.中國(guó)刑事警察學(xué)院，沈陽(yáng) 110035）

錐形束CT是口腔頜面醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有劃時(shí)代意義的三維成像設(shè)備，相對(duì)于傳統(tǒng)螺旋CT，其具有成像分辨率高、掃描速度快、輻射劑量小、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被引入到法醫(yī)學(xué)的科研之中。在個(gè)體識(shí)別方面，通過(guò)錐形束CT獲得人體組織、器官的三維影像，可進(jìn)行年齡推斷、性別推斷、額竇形態(tài)比對(duì)、牙齒形態(tài)比對(duì)、顱骨面貌復(fù)原等；在損傷分析方面，錐形束CT可對(duì)咬痕形態(tài)、骨折形態(tài)、槍彈傷及銳器傷進(jìn)行三維重建及分析。CT技術(shù)現(xiàn)已成為法醫(yī)學(xué)常規(guī)檢查手段，而錐形束CT在頭面部硬組織的三維成像中又有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其在法醫(yī)學(xué)科研與實(shí)踐中的價(jià)值尚未完全開發(fā)，并有可能進(jìn)一步推動(dòng)法齒學(xué)的深入發(fā)展。本文綜述了錐形束CT在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，展望了其研究前景，以期為相關(guān)實(shí)踐提供參考。

法醫(yī)學(xué)；錐形束CT；個(gè)體識(shí)別；損傷分析

近年來(lái)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了法醫(yī)學(xué)的發(fā)展。建立在計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography, CT）設(shè)備基礎(chǔ)上的虛擬解剖技術(shù)在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟。

為獲取口腔頜面部三維影像而設(shè)計(jì)的錐形束CT（Cone Beam Computed Tomography, CBCT）又帶來(lái)了法醫(yī)學(xué)的革新[1]。相對(duì)于傳統(tǒng)螺旋CT，CBCT具有成像分辨率高、掃描速度快、輻射劑量低、設(shè)備體積小等優(yōu)勢(shì)。其在個(gè)體識(shí)別[2-4]、損傷分析[5-6]等法醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域存在迫切現(xiàn)實(shí)需求[7-8]和廣闊應(yīng)用前景。

1 CBCT在個(gè)體識(shí)別中的應(yīng)用

1.1 年齡推斷

影像學(xué)方法推斷牙齒年齡是目前常用的人體生物學(xué)年齡推斷方法。Demirjian等[9]提出將左側(cè)下頜恒牙的牙冠及牙根的發(fā)育過(guò)程的X線片表現(xiàn)劃分為8個(gè)等級(jí)并予以量化賦分，建立了年齡與牙齒成熟度對(duì)應(yīng)表。Yang等[10]將CBCT技術(shù)最早應(yīng)用于牙齡推斷，他采用CBCT技術(shù)對(duì)年齡在23～70歲之間的19名志愿者牙齒進(jìn)行掃描，從中選取28顆單根牙（15顆中切牙，12顆尖牙和1顆前磨牙，無(wú)齲壞）進(jìn)行三維重建，分別對(duì)牙髓腔和牙體體積進(jìn)行測(cè)量。研究表明牙髓腔體積和牙體體積的比值與年齡存在相關(guān)性，并推導(dǎo)出牙髓腔體積和牙體體積的比值與年齡的回歸方程。

Star等[11]采用CBCT技術(shù)對(duì)111名年齡在10 ～65歲之間的比利時(shí)病人牙齒進(jìn)行掃描，測(cè)量單根牙的牙髓腔體積和牙體體積。該研究表明牙髓腔體積和牙體體積比值隨年齡變化的規(guī)律與性別無(wú)相關(guān)性，同時(shí)在單根牙中，中切牙牙髓腔體積和牙體體積的比值與年齡相關(guān)性最高，其次是前磨牙和尖牙。但是該結(jié)果建立在64顆中切牙、32顆前磨牙以及15顆尖牙的測(cè)量之上，樣本數(shù)量不均勻。Babshet等[12]采用CBCT技術(shù)掃描印度人單根牙，并測(cè)量牙髓腔體積和牙體體積。研究發(fā)現(xiàn)側(cè)切牙牙髓腔體積和牙體體積的比值與年齡相關(guān)性最高，第一前磨牙次之。該結(jié)果與Star等的研究不一致。

1.2 性別推斷

國(guó)內(nèi)張繼宗等[13]首次提出了根據(jù)中國(guó)人下頜骨判定性別的方法。但是通過(guò)下頜神經(jīng)管進(jìn)行性別判定國(guó)內(nèi)尚未見報(bào)道。

國(guó)外Gamba等[14]采用CBCT對(duì)160名年齡在18～60歲之間的巴西人（男76人，女84人）的下頜骨進(jìn)行觀測(cè)，以找出不同性別個(gè)體的下頜神經(jīng)管在CBCT影像中的差異。在所獲得的CBCT影像中測(cè)量頦孔到下頜支前緣距離、頦孔到下頜支后緣距離、下頜神經(jīng)管上壁到下頜骨牙槽嵴距離、下頜神經(jīng)管底部到下頜骨牙槽嵴距離、下頜神經(jīng)管到下頜舌側(cè)牙槽嵴距離、下頜神經(jīng)管到下頜頰側(cè)牙槽嵴距離、頦孔到下頜骨牙槽嵴頂部距離、頦孔到下頜基部距離等8項(xiàng)指標(biāo)。采用單因素方差分析對(duì)上述八項(xiàng)指標(biāo)性別間差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出除下頜神經(jīng)管到下頜頰側(cè)牙槽嵴距離這一指標(biāo)外,其余7項(xiàng)指標(biāo)的性別差異顯著(P＜0.05)。Shahnaz等[15]采用CBCT對(duì)30名志愿者雙側(cè)上頜竇進(jìn)行觀察分析。結(jié)果表明男性雙側(cè)上頜竇的高度、寬度以及深度三項(xiàng)指標(biāo)均大于女性，同時(shí)推導(dǎo)出了各指標(biāo)的性別判定方程。

1.3 額竇形態(tài)比對(duì)

人體的額竇通常在2～3歲時(shí)出現(xiàn)，青春期發(fā)育增快，20歲左右形態(tài)成熟。此后除了受衰老和某些疾病影響外，額竇形狀基本保持穩(wěn)定，因此額竇可以作為個(gè)體識(shí)別的觀測(cè)指標(biāo)[16]。國(guó)內(nèi)外均有使用醫(yī)學(xué)影像設(shè)備對(duì)額竇進(jìn)行個(gè)體識(shí)別的報(bào)道[17-18]。Beaini等[19]采用CBCT對(duì)額竇進(jìn)行掃描，并使用三維立體模型直接疊加法，對(duì)不同操作人員、設(shè)備、時(shí)間收集的CBCT圖像進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)CBCT技術(shù)能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)影像學(xué)方法對(duì)額竇進(jìn)行同一認(rèn)定。Cossellu等[20]采用CBCT對(duì)150名年齡在15～78歲之間志愿者（男91人，女59人）額竇進(jìn)行觀測(cè)，建立三維立體坐標(biāo)軸，測(cè)量X、Y、Z軸上額竇最大長(zhǎng)度（Xm,、Ym、Zm）以及額竇總體積（Vt）、額竇總表面積（St）5項(xiàng)指標(biāo)，并進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。該研究同樣支持額竇的CBCT影像可用于個(gè)體識(shí)別。

1.4 顱骨面貌復(fù)原

Hwang等[21]使用CBCT對(duì)20名志愿者面部進(jìn)行掃描和三維重建，并選取面部的31個(gè)位點(diǎn)分別測(cè)量軟組織厚度。通過(guò)對(duì)比測(cè)量結(jié)果得出，31個(gè)位點(diǎn)中只有5個(gè)位點(diǎn)的測(cè)量數(shù)值差異較大。

由此作者認(rèn)為CBCT技術(shù)在面部軟組織厚度測(cè)量方面具有較高的可信度和可重復(fù)性，CBCT可用于顱骨面貌復(fù)原。此外，Lee等[22]采用CBCT對(duì)60名志愿者面部進(jìn)行掃描和重建，分析了鼻部軟組織和骨組織厚度關(guān)系。

2 CBCT在損傷分析中的應(yīng)用

2.1 咬痕

CBCT應(yīng)用于咬痕分析能夠直接掃描嫌疑人牙列，并進(jìn)行三維重建，結(jié)合3D打印技術(shù)生成牙模，用于比對(duì)。

Marques等[23]使用CBCT技術(shù)對(duì)食品載體上的咬痕進(jìn)行比對(duì)，并對(duì)其有效性進(jìn)行分析。研究表明CBCT技術(shù)可用于食品載體咬痕的比對(duì)。

吳硯等[24]運(yùn)用傳統(tǒng)牙模制作法和CBCT三維重建兩種方法，對(duì)在豬皮載體上的咬痕進(jìn)行比對(duì)，研究CBCT技術(shù)在咬痕比對(duì)中的應(yīng)用性能。結(jié)果顯示CBCT技術(shù)與常規(guī)方法相比，在咬痕比對(duì)方面具有較高的特異性和靈敏性，是咬痕比對(duì)的有效工具。

2.2 槍彈傷

傳統(tǒng)放射技術(shù)能夠顯現(xiàn)槍彈傷受害者體內(nèi)遺留的彈頭，但常受到彈頭偽影和周圍金屬人工假體的影響。Stuehmer等[25]分別比較了CBCT與多層螺旋CT（Multi-slice computed tomography, MDCT）在檢驗(yàn)3名頭部氣槍傷病人損傷方面的效果。

研究表明，相對(duì)于MDCT, CBCT影像能夠更好的避免偽影的干擾，從而對(duì)殘留在頭部的氣槍彈頭精確定位。See等[26]比較了CBCT與MDCT在檢驗(yàn)槍彈傷方面的效果。研究表明， CBCT影像受金屬人工假體的影響更小，其在觀察彈頭變形及彈頭臨近位置的骨折形態(tài)時(shí)更清晰。但MDCT對(duì)周圍軟組織的損傷細(xì)節(jié)呈現(xiàn)能力更強(qiáng)。研究者認(rèn)為CBCT技術(shù)可用于法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中槍彈傷的檢驗(yàn)。

2.3 骨折

CBCT技術(shù)目前主要應(yīng)用于口腔頜面部檢驗(yàn)，在骨骼損傷檢驗(yàn)方面應(yīng)用較少。在臨床醫(yī)學(xué)和法醫(yī)學(xué)中，對(duì)于骨骼損傷無(wú)創(chuàng)檢驗(yàn)基本上依靠CT片以及X光片。Smet等[27]研究了231名新近發(fā)生輕微骨折和關(guān)節(jié)損傷的病人，分別觀察了其CBCT影像和CR影像。兩名觀察者使用CBCT在輕微骨折和關(guān)節(jié)損傷發(fā)現(xiàn)率上較CR分別提高35 %和37 %，在復(fù)合性骨折發(fā)現(xiàn)率上分別提高236 %和185 %。

研究表明，CBCT影像與CR影像相比，不僅能夠清晰地顯示病人輕微的骨折和關(guān)節(jié)損傷，而且能夠更加精確地發(fā)現(xiàn)復(fù)合性骨折損傷。Ramdhian-Wihlm等[28]分別比較了CBCT與MDCT在檢驗(yàn)腕關(guān)節(jié)韌帶和軟骨損傷方面的效果，并與尸檢情況進(jìn)行分析比較。研究表明，CBCT影像在輻射量明顯低于MDCT情況下,能夠準(zhǔn)確客觀的顯示韌帶和軟骨損傷。

在法醫(yī)學(xué)實(shí)際工作中，判斷骨折新舊度關(guān)系到對(duì)損傷的正確認(rèn)識(shí)。Cappella等[29]研究了13具尸體上的骨折（3例新鮮骨折，10例陳舊骨折）情況，分別觀察了其CBCT影像和DR影像。研究表明CBCT影像與DR影像相比，不僅能夠清晰的呈現(xiàn)出骨痂細(xì)微結(jié)構(gòu)，而且能夠在不同截面上對(duì)骨痂進(jìn)行觀察，更加有利于判斷骨折新舊程度。

2.4 銳器傷

Gaudio等[30]分別制作了骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)的單刃和雙刃銳器刺傷模型，并采用CBCT進(jìn)行影像學(xué)檢驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，CBCT能夠清晰地呈現(xiàn)骨松質(zhì)上的銳器損傷，而骨皮質(zhì)的效果較差，這可能與骨皮質(zhì)較致密有一定的關(guān)系。此外，CBCT能夠區(qū)分骨松質(zhì)上創(chuàng)口大于3mm的單、雙刃銳器刺創(chuàng)。

3 展望

法醫(yī)學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展與新的醫(yī)學(xué)設(shè)備的應(yīng)用常常聯(lián)系緊密。CBCT作為傳統(tǒng)CT的改進(jìn)設(shè)備，在成像清晰度、輻射劑量、操作性、性價(jià)比方面具有綜合優(yōu)勢(shì)。其在口腔頜面領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)獲得成功，在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

在法醫(yī)人類學(xué)方面：建立在CBCT設(shè)備基礎(chǔ)上的牙髓腔三維影像推斷年齡方法尚處于初步探索階段，對(duì)于牙位選擇、測(cè)量指標(biāo)、牙齒分段方法等內(nèi)容有待深入研究。該方法有望解決高齡段人體和焚燒、毀損嚴(yán)重尸骨的年齡推斷難題，將是今后的研究熱點(diǎn)。此外，利用牙齒的三維影像特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)體識(shí)別同樣具有重要的研究?jī)r(jià)值，牙齒識(shí)別作為個(gè)體識(shí)別的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)技術(shù)，加上三維影像設(shè)備的應(yīng)用，必將在群體性死亡案事件的個(gè)體識(shí)別中發(fā)揮重要作用?？蒲腥藛T在額竇形態(tài)比對(duì)、性別推斷及顱骨面貌復(fù)原等方向，已經(jīng)利用CBCT技術(shù)，獲取了新的觀察指標(biāo)或操作方法。相信配合實(shí)際應(yīng)用的調(diào)整、完善，以上方法將為相關(guān)檢案提供支持。

在法醫(yī)損傷學(xué)方面：CBCT已被應(yīng)用于咬痕分析、槍彈傷分析、骨折分析、銳器傷分析等方面的科研之中，下一步，如何在實(shí)踐中開展相關(guān)方向的鑒定，將是研究重點(diǎn)。這不僅需要進(jìn)一步完善對(duì)設(shè)備性能的開發(fā)和檢測(cè)穩(wěn)定性的提高，而且需要大量實(shí)際辦案經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

CBCT的使用及維護(hù)費(fèi)用高于普通X線片和DR片，作為法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究設(shè)備，不可能廣泛配備到一線法醫(yī)實(shí)戰(zhàn)單位。因此，充分利用三甲醫(yī)院口腔科及口腔?？漆t(yī)院的資源優(yōu)勢(shì)是未來(lái)開展相關(guān)科研和實(shí)踐的關(guān)鍵。該領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制的建立及“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的開發(fā)同樣值得充分的科研關(guān)注。

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Application and Prospect of CBCT in Forensic Medicine

WANG Jian1, ZHANG Jiaxin2, Lü Tu1
(1. Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China;
2. National Police University of China, Shenyang 110035, China)

Cone beam computed tomography was a precise 3D imaging device designed for oral-maxillo-facial medicine. It permitted multiplane reconstructions, including coronal, sagittal and axial planes, definitely capable of improving the diagnosis and treatment of oral medicine. Compared with the traditional multi-slice computed tomography, cone beam computed tomography has the advantages of high image resolution, rapid scan, low radiation and small size. In forensic personal identification, 3D images of human tissues and organs acquired by cone beam computed tomography were valuable. Individual differences of the teeth were observed through cone beam computed tomography scanning, as well as the age related changes of dental pulp cavity. Mandibular canal images obtained by cone beam computed tomography could distinguish sexual dimorphism. Besides, the 3D reconstructions of the frontal sinus and craniofacial tissues supply a new method in anthropometry and facial reconstruction. In trauma analysis, cone beam computed tomography was an improved tool for the evaluation of bite marks, gunshot injuries, causes of fractures and stab wounds. Cone beam computed tomography could identify structural damages of hard tissues and detect the precise location of a projectile in the body. Virtual autopsy based on computed tomography has become a routine technology in the forensic practice of certain kinds of death. Cone beam computed tomography could supply higher quality images of the maxillofacial hard tissues. Progress in the research of cone beam computed tomography may improve the development of forensic odontology. In this article, some papers published in recent years were reviewed to show the present applications of cone beam computed tomography in forensic medicine, with purpose to provide new ideas for related research and practice.

forensic medicine; cone beam computed tomography; individual identification; trauma analysis

DF795.1

A

1008-3650(2016)04-0309-04

2016-03-04

格式：王堅(jiān)，張家鑫，呂途. 錐形束CT在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與展望[J]. 刑事技術(shù)，2016,41(4):309-312.

10.16467/j.1008-3650.2016.04.013

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(NO.2016JB010)

王堅(jiān)（1963—），男，云南玉溪人，學(xué)士，副主任法醫(yī)師，研究方向?yàn)榉ㄡt(yī)學(xué)、命案現(xiàn)場(chǎng)分析與重建。

E-mail: wangjian@cifs.gov.cn