基于CT測(cè)量典型椎體形態(tài)的華中地區(qū)成年人性別判別

劉岱昂，楊立，鄧振華，高東，李馨，張營(yíng)，王藍(lán)，常云峰，5

（1.中南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410013；2.湖南師范大學(xué)司法鑒定中心，湖南 長(zhǎng)沙 410013；3.四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都，610041；4.司法鑒定科學(xué)研究院 上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 司法部司法鑒定重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，上海 200063；5.湖南省湘雅司法鑒定中心，湖南 長(zhǎng)沙 410013）

人體骨骼解剖形態(tài)存在性別的差異，通過直接觀察人體骨骼解剖形態(tài)特征雖然可以準(zhǔn)確判斷性別，但需要觀察者具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。為了提高性別判別的準(zhǔn)確性，排除觀察者經(jīng)驗(yàn)限制，根據(jù)人體測(cè)量學(xué)的方法，通過對(duì)人體骨骼進(jìn)行測(cè)量，用判別分析的方法，可以提高利用人體骨骼進(jìn)行性別判別的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。

用傳統(tǒng)方法進(jìn)行性別判別的研究，存在樣本收集困難的瓶頸。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者應(yīng)用放射學(xué)方法測(cè)量活體骨骼進(jìn)行性別判別的研究，研究方法更便捷，而且無創(chuàng)、樣本收集較容易，可以進(jìn)行大樣本研究，故使用影像學(xué)技術(shù)進(jìn)行個(gè)體識(shí)別判別具有重要意義。常用于個(gè)體識(shí)別的放射影像學(xué)技術(shù)包括X線片、計(jì)算機(jī)體層成像（computerized tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI），其中CT、MRI對(duì)人體解剖結(jié)構(gòu)重疊部分的分辨能力優(yōu)于X線片。

隨著CT技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，通過三維重組立體模型進(jìn)行研究成為法醫(yī)人類學(xué)的研究趨勢(shì)，已有研究對(duì)顱骨、額竇、骨盆、胸骨、牙齒等進(jìn)行三維建模進(jìn)行相關(guān)分析[1-6]，CT技術(shù)的應(yīng)用不僅使骨骼形態(tài)測(cè)量變得簡(jiǎn)便，而且增加了骨骼測(cè)量指標(biāo)，可以獲得更多的測(cè)量指標(biāo)應(yīng)用于性別判別。在對(duì)四肢長(zhǎng)骨、腕骨[7]、顱骨[8-10]等進(jìn)行性別判別的分析研究中發(fā)現(xiàn)，骨性標(biāo)志多的骨骼，可以獲得較多的形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行性別判別分析。研究結(jié)果[11-17]還顯示，使用多個(gè)指標(biāo)較單指標(biāo)的性別判別準(zhǔn)確率高，且指標(biāo)越多判別率也越高。

已有研究結(jié)果[18]表明，脊椎骨形態(tài)具有明顯的性別差異，可以用于性別判定。由于脊椎形態(tài)不規(guī)則，骨性標(biāo)志較多，可供測(cè)量的指標(biāo)較多，結(jié)合CT的三維重建，更好地發(fā)揮出脊椎骨在性別判別中的優(yōu)勢(shì)。本研究旨在探索脊椎骨不同的形態(tài)指標(biāo)與性別判別的相關(guān)性，建立相應(yīng)的判別方程。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

隨機(jī)收集2015—2017年在中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院體檢中心進(jìn)行胸、腰部CT掃描的華中地區(qū)274例（河南46例，湖北46例，湖南182例）成年人影像資料，分為實(shí)驗(yàn)組與驗(yàn)證組。實(shí)驗(yàn)組205例，其中男性122例，女性83例；驗(yàn)證組69例，其中男性40例，女性29例。本回顧性研究收集的對(duì)象為進(jìn)行胸、腰部CT檢查的體檢者。本研究符合醫(yī)學(xué)倫理相關(guān)規(guī)定。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）漢族；（2）體檢資料顯示籍貫在華中地區(qū)（包括河南、湖北、湖南）；（3）CT影像清晰；（4）年齡為18～70歲。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）第2胸椎與第3腰椎存在發(fā)育畸形或疾病、有骨折史者；（2）曾服用影響骨代謝和生長(zhǎng)發(fā)育藥物者。

1.2 儀器

采用Briliance-64螺旋CT（荷蘭PHILIPS公司）掃描，管電壓120kV，管電流50～260mA，層厚1.0mm。

1.3 方法

1.3.1 樣本數(shù)據(jù)收集

（1）數(shù)據(jù)測(cè)量：經(jīng)過培訓(xùn)的2名測(cè)量人員使用放射工作站［放射科圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（picture archiving and communication systems，PACS），深圳市藍(lán)韻實(shí)業(yè)有限公司］軟件中的長(zhǎng)度工具、角度工具及面積工具對(duì)目測(cè)選取的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行連線，得到目標(biāo)長(zhǎng)度、角度及面積。

（2）目標(biāo)骨骼：第2胸椎和第3腰椎。

（3）測(cè)量指標(biāo)（圖1）：椎體橫向最大長(zhǎng)度（CT片平面中椎體左右兩端邊界相隔最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)連線）、椎體縱向最大長(zhǎng)度（CT片平面中椎體上下兩端邊界相隔最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)連線）、椎孔橫向最大長(zhǎng)度（CT片平面中椎孔左右兩端邊界相隔最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)連線）、椎孔縱向最大長(zhǎng)度（CT片平面中椎孔上下兩端邊界相隔最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)連線）、左右橫突與棘突間夾角（棘突為頂點(diǎn)，與左右橫突在CT片中的最低點(diǎn)連線成角）、椎孔面積（CT平面中所顯示的椎孔低密度影的面積）、椎體橫斷面總面積（CT平面中所顯示椎骨高密度影及椎孔低密度影的總面積）。

圖1 測(cè)量指標(biāo)Fig.1 Measurement indexes

（4）樣本分組：收集實(shí)驗(yàn)組樣本，計(jì)算男女性人數(shù)比例，并保證驗(yàn)證組男女性人數(shù)比例與實(shí)驗(yàn)組相近。

1.3.2 處理后指標(biāo)及定義

第2胸椎最大長(zhǎng)度比（x1）：第2胸椎橫向最大長(zhǎng)度/縱向最大長(zhǎng)度。

第3腰椎最大長(zhǎng)度比（x2）：第3腰椎橫向最大長(zhǎng)度/縱向最大長(zhǎng)度。

第2胸椎椎孔最大長(zhǎng)度比（x3）：第2胸椎椎孔橫向最大長(zhǎng)度/縱向最大長(zhǎng)度。

第3腰椎椎孔最大長(zhǎng)度比（x4）：第3腰椎椎孔橫向最大長(zhǎng)度/縱向最大長(zhǎng)度。

第2胸椎突起角度（x5）：第2胸椎左右橫突與棘突間夾角（棘突為頂點(diǎn)）。

第3腰椎突起角度（x6）：第3腰椎左右橫突與棘突間夾角（棘突為頂點(diǎn)）。

第2胸椎椎孔面積占比（x7）：第2胸椎椎孔面積/（椎體橫斷面總面積-椎孔面積）。

第3腰椎椎孔面積占比（x8）：第3腰椎椎孔面積/（椎體橫斷面總面積-椎孔面積）。

1.3.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2名觀察者分別對(duì)274例樣本進(jìn)行指標(biāo)測(cè)量，每位觀察者對(duì)所有數(shù)據(jù)在2周后進(jìn)行第2次測(cè)量。選取其中100例樣本進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)評(píng)估觀察者間一致性，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（interclass correlation coefficient，ICC）檢驗(yàn)評(píng)估觀察者內(nèi)一致性。

使用SPSS 25.0軟件（美國(guó)IBM公司）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。首先，進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，檢驗(yàn)是否符合正態(tài)分布；其次，對(duì)符合正態(tài)分布的指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。篩選出在獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)中95%置信區(qū)間內(nèi)，且與性別具有相關(guān)性（即P＜0.05）的指標(biāo)。使用符合正態(tài)分布且與性別（y）具有相關(guān)性的指標(biāo)分別建立一元判別方程，并嘗試將與性別相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)組合建立多元判別方程。利用驗(yàn)證組數(shù)據(jù)驗(yàn)證判別方程的準(zhǔn)確率。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 觀察者內(nèi)及觀察者間測(cè)量差異檢驗(yàn)

隨機(jī)選取100例樣本，將同一觀察者對(duì)同一指標(biāo)前后2次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行ICC分析，結(jié)果顯示，觀察者內(nèi)ICC為0.986。2名觀察者測(cè)量數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù)為0.985。

2.2 各指標(biāo)在兩性間的比較

男女性各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。t檢驗(yàn)結(jié)果（表1）顯示，x1、x2、x3、x4在兩性之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），x5、x6、x7、x8在兩性之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 不同性別間各指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Comparison of indicators between different genders（±s）

表1 不同性別間各指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Comparison of indicators between different genders（±s）

注：1）與同指標(biāo)男性相比，P＜0.05。x1代表第2胸椎最大長(zhǎng)度比；x2代表第3腰椎最大長(zhǎng)度比；x3代表第2胸椎椎孔最大長(zhǎng)度比；x4代表第3腰椎椎孔最大長(zhǎng)度比；x5代表第2胸椎左、右橫突與棘突間夾角；x6代表第3腰椎左、右橫突與棘突間夾角（棘突為頂點(diǎn)）；x7代表第2胸椎椎孔面積占比；x8代表第3腰椎椎孔面積占比。

女性（n=83）1.08±0.09 1.36±0.14 4.31±0.51 0.85±0.10 1）118.11±9.72 100.31±14.491）0.13±0.021）1.08±0.091）指標(biāo)x1 x2 x3 x4 x5/（°）x6/（°）x7 x8男性（n=122）1.08±0.08 1.32±0.14 4.44±0.55 0.84±0.92 114.77±7.34 106.06±14.76 0.11±0.02 1.09±0.08

2.3 建立判別方程

建立一元性別判別方程及多指標(biāo)聯(lián)合的多元性別判別方程15個(gè)（表2）。其中含有1個(gè)指標(biāo)的判別方程4個(gè)、含有2個(gè)指標(biāo)的判別方程6個(gè)、含有3個(gè)指標(biāo)的判別方程4個(gè)、含有4個(gè)指標(biāo)的判別方程1個(gè)。

進(jìn)行性別判別時(shí)，將指標(biāo)數(shù)據(jù)代入兩個(gè)判別方程。設(shè)男性為y1，女性為y2，若∣y1∣＞∣y2∣，判別為男性；若∣y1∣＜∣y2∣，判別為女性。

表2 判別方程及判別準(zhǔn)確率Tab.2 Discriminant equation and discriminant accuracy

續(xù)表2Continued Tab.2

2.4 判別方程的驗(yàn)證

使用驗(yàn)證組數(shù)據(jù)驗(yàn)證各判別方程判別準(zhǔn)確率（表2），一元判別方程的判別準(zhǔn)確率為52%～75%，多元判別方程準(zhǔn)確率為52%～83%。應(yīng)用第2胸椎左右橫突與棘突間夾角（x5）、第3腰椎左右橫突與棘突間夾角（x6）、第3腰椎椎孔占比（x8）3個(gè)指標(biāo)聯(lián)合建立的判別方程，對(duì)于男性判別準(zhǔn)確率最高（80%）；應(yīng)用第3腰椎左右橫突與棘突間夾角（x6）、第2胸椎椎孔面積占比（x7）、第3腰椎椎孔面積占比（x8）3個(gè)指標(biāo)聯(lián)合建立的判別方程，對(duì)于女性判別準(zhǔn)確率最高（83%）。

3 討論

性別判別是法醫(yī)人類學(xué)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。利用人體骨骼形態(tài)學(xué)上的性別差異，通過人體測(cè)量學(xué)，對(duì)骨骼的性別進(jìn)行判別分析，在刑事案件個(gè)人識(shí)別中起到重要作用。椎體因其特殊的解剖特點(diǎn)，在碎尸案件中容易被完整地保存，應(yīng)用椎體進(jìn)行性別判別具有較大的實(shí)用價(jià)值。而且椎體形態(tài)不規(guī)則，骨性標(biāo)志較多，可以測(cè)量較多形態(tài)指標(biāo)用于性別判別。

GAYA-SANCHO等[19]對(duì)170例西班牙人骶骨的形狀相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行單指標(biāo)及多指標(biāo)回歸分析，結(jié)果顯示，單指標(biāo)回歸方程預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為65.18%～74.85%，多指標(biāo)回歸方程預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為77.26%～81.41%。ZHAN等[20]基于CT對(duì)中國(guó)人骶椎及尾骨進(jìn)行測(cè)量，得到一元判別函數(shù)的性別判別準(zhǔn)確率為58.3%～76.9%，多元逐步判別方程性別判別準(zhǔn)確率為84.9%。本研究對(duì)椎體及形態(tài)指標(biāo)選擇與上述研究亦不同，但所建立的判別方程的性別判別準(zhǔn)確率與上述研究結(jié)果基本一致。

本研究旨在建立華中地區(qū)成年人性別判別的數(shù)據(jù)，探索脊椎骨與性別相關(guān)性較好的形態(tài)測(cè)量指標(biāo)用于性別判別。本研究結(jié)果顯示，第2胸椎、第3腰椎最大長(zhǎng)度比，椎孔最大長(zhǎng)度比不足以反映相應(yīng)椎體形態(tài)的性別差異，不適用于性別判別。而第2胸椎、第3腰椎突起角度和椎孔面積占比可以反映相應(yīng)椎體形態(tài)的性別差異，并用以性別判別。以單個(gè)指標(biāo)建立的一元判別方程的判別準(zhǔn)確率為52%～75%，多個(gè)指標(biāo)建立的多元判別方程準(zhǔn)確率為52%～83%。應(yīng)用本研究中與性別相關(guān)的2個(gè)椎體進(jìn)行性別判別，男性性別判別準(zhǔn)確率高于女性。

碎尸案或無名尸骨案中，遇到的尸骨可能是完整的，也可能是殘缺的。所以有必要建立不同骨骼以及各種形態(tài)指標(biāo)的數(shù)據(jù)庫，以滿足實(shí)踐的需要。椎體一般在碎尸案中能夠完整保存，是進(jìn)行個(gè)人識(shí)別的重要依據(jù)。進(jìn)一步探索性別差異性更明顯的椎體形態(tài)指標(biāo)以提高性別判別準(zhǔn)確率，有利于實(shí)踐中提高性別判別的準(zhǔn)確率。