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    CT測(cè)量骨骼在法醫(yī)人類學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展

    2017-04-05 12:08:57苗春雨徐磊王寧張敏李玉珊呂金星
    法醫(yī)學(xué)雜志 2017年1期
    關(guān)鍵詞:性別差異法醫(yī)人類學(xué)

    苗春雨,徐磊,王寧,張敏,李玉珊,呂金星

    (北京市公安局東城分局,北京 100061)

    CT測(cè)量骨骼在法醫(yī)人類學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展

    苗春雨,徐磊,王寧,張敏,李玉珊,呂金星

    (北京市公安局東城分局,北京 100061)

    通過測(cè)量人體骨骼進(jìn)行個(gè)體識(shí)別是法醫(yī)人類學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究。計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography,CT)技術(shù)能提供高分辨率骨骼圖像,后處理工作站中的軟件可以對(duì)骨骼圖像進(jìn)行重組,測(cè)量軟件可在骨骼斷層圖像和重組圖像上對(duì)徑線、角度、面積、體積等不同體制人類學(xué)骨骼測(cè)量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量較少受到人為因素干擾。本文分別從性別判定、身高推斷、面部軟組織厚度測(cè)量及年齡推斷四個(gè)方面,對(duì)國內(nèi)外CT測(cè)量骨骼在法醫(yī)人類學(xué)骨骼個(gè)體識(shí)別的研究中應(yīng)用的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述,并討論和比較了CT主要技術(shù)及CT在法醫(yī)人類學(xué)相關(guān)研究中的應(yīng)用。

    法醫(yī)人類學(xué);體層攝影術(shù),螺旋計(jì)算機(jī);綜述;骨骼

    醫(yī)學(xué)放射學(xué)技術(shù)的引入更新了法醫(yī)人類學(xué)的研究方法[1]。CT不僅可以三維重組,還可以對(duì)骨骼的數(shù)字圖像進(jìn)行徑線、面積、體積和角度等測(cè)量[2],為法醫(yī)人類學(xué)提供了新的研究思路和方法。本文綜述了CT測(cè)量骨骼在法醫(yī)人類學(xué)研究中應(yīng)用的進(jìn)展。

    1 CT測(cè)量骨骼在法醫(yī)人類學(xué)研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

    1.1 性別判定

    男性上頜竇測(cè)量值大于女性,左側(cè)上頜竇高的性別差異最顯著[3],測(cè)量上頜竇時(shí)存在的問題是最大長、寬和高的測(cè)量面不容易確定[3,4]。選擇7項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量顱骨顯示,顱骨最大長和兩顴骨間寬的性別差異最大,由最大顱骨長、兩顴骨間寬、形態(tài)學(xué)面部高度3項(xiàng)指標(biāo)組成的方程判定女性的準(zhǔn)確率最高達(dá)90.9%[5],高于聯(lián)合額竇和顱骨的性別判別方程[6]。兩下頜支在頦部形成的角無顯著性別差異,下頜骨最大長性別差異最大,男性下頜骨測(cè)量值大于女性,但女性下頜角大于男性[7-9]。Torimitsu等[10]計(jì)算胸骨柄和胸骨體的總長,性別判別準(zhǔn)確率達(dá)90.5%,胸骨柄寬性別差異大于胸骨柄長,未建立性別判定方程。Eshak等[11]建立了包含5個(gè)手骨指標(biāo)的性別判別方程,第5遠(yuǎn)端指骨長度的性別判別率達(dá)83.3%,第2掌骨體積的性別判別率達(dá)92.9%。第12胸椎的性別差異高于第1腰椎,聯(lián)合第12胸椎與第1腰椎的性別判定準(zhǔn)確率為95%[12],高于單獨(dú)使用第12胸椎[13]。股骨內(nèi)外上髁間寬、內(nèi)側(cè)髁前后徑、外側(cè)髁前后徑等3項(xiàng)指標(biāo)男性平均值大于女性[14]。骶骨CT測(cè)量值與傳統(tǒng)方法測(cè)量結(jié)果間無顯著差異,骶骨基底部前后徑和周長性別差異最大[15]。3項(xiàng)骨盆測(cè)量指標(biāo)男性大于女性,8項(xiàng)骨盆測(cè)量指標(biāo)女性大于男性,左右髂前上棘間寬無顯著性別差異,恥骨下角的性別差異最大,恥骨下角與坐骨大切跡組成的逐步回歸方程性別判別率最大為98.6%[16]。男性股骨表面積最大,女性髖骨表面積最大,多塊骨骼表面積聯(lián)合判別性別準(zhǔn)確度最高達(dá)99.4%[17]。使用CT測(cè)量骨骼判定性別的研究較多,幾乎涵蓋人體大部分骨骼,測(cè)量顱骨和骨盆判定性別結(jié)果較為準(zhǔn)確。CT不僅可以測(cè)量骨骼的徑線和角度,還可以測(cè)量骨骼的面積和體積,這是傳統(tǒng)測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)的,而且多骨骼表面積和體積測(cè)量聯(lián)合判定性別顯示出了更高的準(zhǔn)確率。

    1.2 身高推斷

    顱骨的測(cè)量指標(biāo)與身高顯著相關(guān),男性顱骨與身高的相關(guān)性高于女性[18]。股骨與身高的相關(guān)性高于顱骨,聯(lián)合身高推斷方程的最小誤差為±4 cm[19]。使用第1頸椎和第2頸椎建立身高推斷方程,男性方程與身高的相關(guān)系數(shù)高于女性方程,但男性方程的標(biāo)準(zhǔn)誤差高于女性方程[20]。肩胛骨縱向最大徑與身高的相關(guān)性高于橫向最大徑,使用縱向最大徑建立的身高推斷方程,男性方程的相關(guān)系數(shù)高于女性,75%的樣本身高推斷誤差范圍在±4cm[21]。男性胸骨髓腔尺寸與身高的相關(guān)性高于女性,分性別建立的身高推斷方程的標(biāo)準(zhǔn)誤差最低為4.82cm[22]。胸骨柄體長之和建立的身高推斷方程,女性方程的相關(guān)系數(shù)大于男性方程,女性方程的標(biāo)準(zhǔn)誤差小于男性方程,胸骨推算身高的回歸方程存在地域、民族、時(shí)代等差異性,由于成人胸骨柄與胸骨體、胸骨體與劍突存在部分或完全融合,對(duì)此類樣本進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)更為準(zhǔn)確、仔細(xì),必要時(shí)可進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量[23]。德國男性腰椎樣本的第2腰椎椎體中央高與身高的相關(guān)性高,建立的兩個(gè)身高推斷方程的最小誤差為5.9cm[24]。椎骨結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使用CT測(cè)量優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)量方法[20-24]。Karakas等[25]測(cè)量骶骨正中矢狀面高度值(sacrum height,SH),統(tǒng)計(jì)顯示骶骨大體標(biāo)本與CT測(cè)量數(shù)據(jù)間無顯著差異,男性SH與身高相關(guān)性高于女性。綜上所述,男性骨骼測(cè)量值與身高的相關(guān)性高于女性,使用CT測(cè)量骨骼進(jìn)行身高推斷的研究應(yīng)分性別進(jìn)行。與人體長軸方向保持一致的骨骼及其測(cè)量指標(biāo)(如肩胛骨縱向最大徑)與身高的相關(guān)性更大,更適用于建立身高推斷方程。CT測(cè)量骨骼所得數(shù)據(jù)能否直接帶入法醫(yī)人類學(xué)教材中研究干骨所建立的身高推斷方程直接應(yīng)用仍然有待研究。

    1.3 面部軟組織厚度測(cè)量

    CT掃描30例樣本,在二維斷層圖像上測(cè)量17個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的面部軟組織厚度,中線上測(cè)量點(diǎn)的面部軟組織厚度性別差異較大,男性的測(cè)量值較大[26]。Parks等[27]測(cè)量25個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的面部軟組織厚度,結(jié)果顯示,面部軟組織厚度均值顯著大于先前研究所得數(shù)據(jù),應(yīng)研究適用于當(dāng)代人的標(biāo)準(zhǔn)值。CT軟件的切割功能更方便于測(cè)量不同部位的面部軟組織厚度[28]。Short等[29]測(cè)量活體23個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的面部軟組織厚度,比較了已有的部分面部軟組織厚度測(cè)量數(shù)據(jù),23項(xiàng)經(jīng)線指標(biāo)中18項(xiàng)無顯著差異,8項(xiàng)角度指標(biāo)中有7項(xiàng)無顯著差異。臺(tái)灣人樣本的32個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中,有16個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的面部軟組織厚度值性別差異顯著,男性平均值較女性大,顴弓中間點(diǎn)左右兩側(cè)軟組織厚度值差異顯著,在橫斷面上測(cè)量左右對(duì)稱的標(biāo)志點(diǎn),在矢狀面上測(cè)量中線上的標(biāo)志點(diǎn)[30]。土耳其人樣本的18個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的面部軟組織厚度值均存在性別差異,顴骨軟組織厚度女性大于男性[31]。綜上所述,椎束CT測(cè)量面部軟組織厚度更加準(zhǔn)確,應(yīng)用較多。面部軟組織厚度存在性別差異,應(yīng)區(qū)分性別進(jìn)行測(cè)量,建立標(biāo)準(zhǔn)值。面部軟組織厚度值具有種族差異,而且隨體質(zhì)量指數(shù)的增加而增加[26-32]。

    1.4年齡推斷

    CT測(cè)量推斷年齡主要以研究牙齒居多。牙本質(zhì)隨年齡增長而形成的過程會(huì)導(dǎo)致牙髓腔體積減小,牙髓腔體積與牙齒體積的比值也隨年齡增長而變化。使用上頜和下頜的第1磨牙髓腔體積所建立年齡推斷方程計(jì)算全部樣本的年齡,推斷年齡與實(shí)際年齡之間的平均絕對(duì)誤差為8.122年、標(biāo)準(zhǔn)誤差為5.603年,第1磨牙推斷年齡受性別和牙齒位置的影響,椎束CT測(cè)量牙齒髓腔體積的精確度低于顯微CT[33]。使用顯微CT研究牙齒,區(qū)分性別、年齡和牙齒類型評(píng)價(jià)牙髓腔體積減小與年齡的相關(guān)性,女性牙髓腔體積隨年齡減小較男性顯著,且與年齡相關(guān)性高,下頜中切牙牙髓腔體積減小與年齡相關(guān)性較下頜第2磨牙高[34]。單根牙中的中切牙牙髓腔與牙齒體積比值推斷年齡結(jié)果最好[35]。印度人下頜尖牙的牙髓腔和牙齒體積比值建立的年齡推斷方程,誤差為8.54年[36]。CT圖像中牙齒硬組織和牙髓腔區(qū)分明顯,牙髓腔體積與牙齒體積比值與年齡顯著相關(guān),是一個(gè)有效的年齡推斷指標(biāo)[37]。牙髓腔體積、牙髓腔體積與牙齒體積之間的比值是兩項(xiàng)年齡推斷的可靠指標(biāo),但是這兩項(xiàng)指標(biāo)存在種族差異性。目前,尚缺乏不同類型和部位的牙齒推斷年齡的準(zhǔn)確性比較研究,以及不同年齡段牙髓腔體積隨年齡變化情況的研究。測(cè)量埃及人肩胛骨的容積再現(xiàn)技術(shù)(volume rendering technique,VRT)重組圖像,結(jié)果顯示肩胛骨測(cè)量指標(biāo)與年齡顯著相關(guān),分年齡段建立了推斷方程[38]。除牙齒外,其他骨骼測(cè)量推斷年齡的研究較少,骨骼測(cè)量指標(biāo)隨年齡的變化應(yīng)在未成年階段最明顯,因此可以廣泛開展未成年階段骨骼測(cè)量推斷年齡的研究。

    2 CT主要技術(shù)的比較及在法醫(yī)人類學(xué)相關(guān)研究中的應(yīng)用

    2.1 CT儀器類型

    多排探測(cè)器螺旋CT一次掃描采集圖像層數(shù)達(dá)64層以上時(shí),斷層圖像更薄,重組出的圖像所含信息更加完整。顯微CT、椎束CT及C型臂CT較多應(yīng)用于牙齒測(cè)量、面部軟組織厚度測(cè)量,以及體積較小、形態(tài)較不規(guī)則的骨骼測(cè)量,多用于人體局部掃描,重組圖像不容易丟失細(xì)微的骨性結(jié)構(gòu)。普通多排探測(cè)器螺旋CT則在測(cè)量體積較大骨骼時(shí)應(yīng)用較多,既可整體掃描人體,也可以掃描局部人體,在長骨等體積較大骨骼的身高推斷和性別判定研究中應(yīng)用較多。

    2.2 重組方法

    目前,法醫(yī)人類學(xué)研究主要應(yīng)用最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)、VRT和多層面重組(multiplanar reformation,MPR)等重組技術(shù)。MIP圖像中如骨骼等高密度的物體在周圍組織密度上顯示得很突出[2],則骨骼結(jié)構(gòu)更清晰。MIP和MPR可以獲得冠狀面、矢狀面、橫斷面和任意角度斜面的二維重組圖像,操作者通過移動(dòng)3個(gè)平面的位置確定測(cè)量面[2]。VRT可以重組出類似于大體標(biāo)本的骨骼模型,圖像可隨意旋轉(zhuǎn),即能觀察骨骼表面的解剖結(jié)構(gòu),也能測(cè)量骨骼,掃描層厚越薄、重建間隔越小,越不會(huì)丟失一些細(xì)小的骨性標(biāo)志。這三種技術(shù)可交互使用測(cè)量骨骼,比較測(cè)量值,提高準(zhǔn)確度。

    2.3 對(duì)重組圖像和測(cè)量結(jié)果有影響的參數(shù)設(shè)置

    骨骼重組最重要的參數(shù)為掃描層厚、重建層厚和重建間隔?,F(xiàn)代CT掃描儀的掃描層厚能達(dá)到1 mm以下,重建層厚能達(dá)到0.5mm以下,重建間隔能達(dá)到0.5mm或1.0mm,掃描層厚2.0mm、重建層厚0.5mm和重建間隔0.5 mm即可滿足骨骼測(cè)量的要求,掃描層厚、重建層厚和重建間隔越薄,采集到的人體組織薄層信息越全面,重組出的骨骼結(jié)構(gòu)越完整清晰,越不容易丟失細(xì)微骨性結(jié)構(gòu)。

    3 小結(jié)與展望

    CT廣泛應(yīng)用于臨床,可用于法醫(yī)人類學(xué)研究的樣本量充足。CT測(cè)量骨骼可將數(shù)據(jù)存盤,既可以遠(yuǎn)程傳送給多名專家同時(shí)鑒定,也可以永久保存隨時(shí)復(fù)查[39]。CT掃描不受角度、距離和放大率等因素影響,三維重組圖像中骨骼表面結(jié)構(gòu)清晰,骨松質(zhì)與骨皮質(zhì)分界明顯,測(cè)量受人為因素影響小。使用CT對(duì)火災(zāi)[40]的受害者進(jìn)行性別、種族、身高和年齡等個(gè)體識(shí)別的案例,證實(shí)了CT能夠應(yīng)用于受害者個(gè)體識(shí)別。本文從性別判定、身高推斷、面部軟組織厚度測(cè)量和年齡推斷等四個(gè)方面綜述了國內(nèi)外使用CT測(cè)量骨骼的研究情況。目前,國內(nèi)使用CT測(cè)量骨骼的研究文獻(xiàn)很少,而我國法醫(yī)人類學(xué)教材中建立了很多測(cè)量骨骼進(jìn)行個(gè)體識(shí)別的方法,可以使用這些方法開展CT測(cè)量骨骼進(jìn)行個(gè)體識(shí)別的研究。

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    Progress in Application of Measuring Skeleton by CT in Forensic Anthropology Research

    MIAO Chun-yu,XU Lei,WANG Ning,ZHANG Min,LI Yu-shan,Lü Jin-xing
    (Dongcheng Branch of Beijing Public Security Bureau,Beijing 100061,China)

    Individual identification by measuring the human skeleton is an important research in the field of forensic anthropology.Computed tomography(CT)technology can provide high-resolution image of skeleton.Skeleton image can be reformed by software in the post-processing workstation.Different skeleton measurement indexes of anthropology,such as diameter,angle,area and volume,can be measured on section and reformative images.Measurement process is barely affected by human factors.This paper reviews the literatures at home and abroad about the application of measuring skeleton by CT in forensic anthropology research for individual identification in four aspects,including sex determination,height infer,facial soft tissue thickness measurement and age estimation.The major technology and the application of CT in forensic anthropology research are compared and discussed,respectively.

    forensic anthropology;tomography,X-ray computed;review;skeleton

    DF795.6

    A

    10.3969/j.issn.1004-5619.2017.01.014

    1004-5619(2017)01-0058-04

    2015-02-09)

    (本文編輯:高東)

    苗春雨(1987—),男,法醫(yī)師,主要從事法醫(yī)病理學(xué)及法醫(yī)人類學(xué)研究;E-mail:mcy19871024@163.com

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