基于CT圖像推斷鈍力性顱腦損傷成傷機制的logistic回歸分析

孫雪陽，楊琦帆，朱運良，王彥斌，董賀文，楊明真，田志嶺，萬雷，鄒冬華，于笑天，劉寧國

1.鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，河南 鄭州 450000；2.司法鑒定科學(xué)研究院 上海市法醫(yī)學(xué)重點實驗室 司法部司法鑒定重點實驗室 上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海 200063；3.中國合格評定國家認(rèn)可中心，北京100062

顱腦損傷致傷方式的推斷一直都是法醫(yī)鑒定工作中的重點和難點。法醫(yī)在面對案件糾紛或者責(zé)任認(rèn)定時，大多根據(jù)是否存在沖擊性腦挫傷或?qū)_性腦挫傷來進行加速性（如打擊傷）或減速性（如摔跌傷）致傷方式的推斷。然而，由于上述致傷方式的推斷依據(jù)單一，而且在缺乏系統(tǒng)研究數(shù)據(jù)支撐的情況下，其結(jié)果的準(zhǔn)確性往往存在一定的爭議[1]。

近年來，影像學(xué)技術(shù)已逐步應(yīng)用于法醫(yī)鑒定中，通過收集大量顱腦損傷案例的CT 資料，使系統(tǒng)性研究顱腦損傷成為可能。CT 數(shù)據(jù)可以顯示顱腦損傷的常見類型，包括頭皮損傷、頭皮血腫、顱骨骨折、硬腦膜外血腫（epidural hematoma，EDH）、硬腦膜下血腫（subdural hematoma，SDH）、蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）和腦挫傷等，由于加速性和減速性運動對顱腦的損傷作用模式不同，因此兩種致傷方式對應(yīng)的顱腦損傷類型、分布位置以及損傷程度也不盡相同[2]，據(jù)此可以嘗試?yán)媒y(tǒng)計學(xué)方法判斷分布于受力點同側(cè)與對側(cè)的各種類型顱腦損傷及損傷程度與加、減速性致傷方式之間的關(guān)聯(lián)程度，為法醫(yī)學(xué)顱腦損傷致傷方式推斷提供更為科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)。有學(xué)者[2-3]嘗試通過分析影像學(xué)資料探索減速性顱腦損傷影像學(xué)表現(xiàn)與減速性致傷方式之間的關(guān)系，進而探究減速性顱腦損傷的成傷機制。本課題組在前期研究[4]中也通過對典型加、減速性顱腦損傷的影像學(xué)特征進行統(tǒng)計分析，初步比較了加、減速性致傷方式的CT 影像學(xué)特征，但由于研究樣本量較小、選取指標(biāo)較少、統(tǒng)計方法較為單一，盡管對豐富法醫(yī)學(xué)加、減速性顱腦損傷理論具有一定意義，但統(tǒng)計方法僅限于單因素分析或者進行了多次單因素分析，前者未充分利用CT 能夠顯示多種類型顱腦損傷的特點，具有局限性；后者由于多次檢驗，犯第一類錯誤的概率上升，結(jié)果缺乏可靠性。

二分類logistic 回歸分析可用于分析自變量對因變量發(fā)生概率的影響，同時將眾多自變量納入分析可以減小多次檢驗造成的誤差，通過對自變量的篩選，得出的比值比（odds ratio，OR）值可用于判斷作為自變量的各指標(biāo)對顱腦損傷致傷方式（因變量）認(rèn)定的貢獻度大小。因此，logistic 回歸已成為目前應(yīng)用最為廣泛的預(yù)測模型[5]。有學(xué)者[6]通過logistic 回歸進行臨床病例分析，有效評估了臨床鑒別診斷指標(biāo)的價值，還有學(xué)者[7]提出logistic 回歸分析在腦挫傷嚴(yán)重程度評估方面具有一定作用。

本研究通過收集加、減速性顱腦損傷案例的CT資料，使用χ2檢驗及l(fā)ogistic 回歸對比分析不同致傷方式所致顱腦損傷的形態(tài)學(xué)特征，篩選可用于推斷加、減速性顱腦損傷致傷方式的指標(biāo)，以期為法醫(yī)學(xué)鑒定中加、減速性顱腦損傷致傷方式的推斷提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 案例資料

選取上海市某鑒定機構(gòu)法醫(yī)臨床學(xué)研究室2011—2020 年顱腦損傷案件共1 278 例，每例附有病史資料、案情資料以及顱腦CT 的橫斷掃描片，按照以下標(biāo)準(zhǔn)對案例進行篩選：（1）致傷過程明確。案情資料中已明確記載致傷過程，其中加速性顱腦損傷的致傷方式包括徒手打擊和鈍器打擊，減速性顱腦損傷的致傷方式包括平地摔跌、低處墜落（高度≤1 m）以及小型車輛撞擊后頭部著地的交通事故。（2）病史資料齊全。均有詳細(xì)的病史記錄和臨床檢查資料，其中格拉斯哥昏迷指數(shù)（Glasgow coma scale，GCS）是評估傷者事故后顱腦損傷程度的客觀量度。（3）影像學(xué)資料完備。均有損傷后原始顱腦CT 的橫斷掃描片，影像學(xué)結(jié)果由3名影像學(xué)醫(yī)師雙盲讀片，出現(xiàn)結(jié)果不一致的情況，采用多數(shù)醫(yī)師的觀點。（4）顱腦損傷為一次性致傷，無多次受力過程。（5）排除具有頭部旋轉(zhuǎn)受力過程的案例。（6）由于僅表現(xiàn)為頭皮損傷的案例引起的爭議較少，且無須借助CT 進行損傷認(rèn)定，因此排除僅表現(xiàn)為頭皮損傷的案例。（7）除顱腦損傷外，其他部位無嚴(yán)重?fù)p傷。

篩選后的案例共299 例，其中加速性顱腦損傷203 例（67.9%），記為加速性顱腦損傷組；減速性顱腦損傷96 例（32.1%），記為減速性顱腦損傷組，基本信息見表1。

表1 299 例顱腦損傷的基本信息Tab.1 Basic information of 299 cases of brain injury（例）

本研究已取得研究對象的知情同意以及司法鑒定科學(xué)研究院倫理委員會的批準(zhǔn)。

1.2 待篩選指標(biāo)

1.2.1 受力點的確認(rèn)

根據(jù)案情資料，結(jié)合頭皮損傷、頭皮下腫脹（血腫）部位，確認(rèn)每個案例顱腦損傷的受力點，即頭部打擊傷的打擊接觸點和頭部摔跌傷的摔跌接觸點。

1.2.2 受力點與損傷的位置關(guān)系與損傷程度認(rèn)定

對各案例受力點與損傷類型的位置關(guān)系進行整理歸納：以顱腦分區(qū)（包括額、顳、頂、枕部）為基準(zhǔn)，以頭皮損傷以及頭皮下腫脹區(qū)域為受力點，位于受力點同一顱腦分區(qū)的損傷認(rèn)定為受力點同側(cè)顱腦損傷，毗鄰或遠(yuǎn)隔受力點所在分區(qū)的損傷認(rèn)定為受力點對側(cè)顱腦損傷。

顱腦損傷程度依據(jù)病史評估出的GCS 進行確定，其中3～12 分為中到重度顱腦損傷，13～15 分為輕度顱腦損傷[8]。

1.2.3 待篩選指標(biāo)的確立

通過區(qū)別損傷類型與受力點同側(cè)和對側(cè)的位置關(guān)系，將待篩選指標(biāo)確定為：（1）受力點同側(cè)的顱骨骨折、EDH、SDH、腦挫傷；（2）受力點對側(cè)的顱骨骨折、EDH、SDH、腦挫傷；（3）SAH，由于損傷的形態(tài)呈條索狀，邊界不清，因此不區(qū)分與受力點的位置關(guān)系，僅按照“有”或“無”來進行分析；（4）GCS。

1.3 統(tǒng)計分析

1.3.1χ2檢驗

將分類數(shù)據(jù)整理后導(dǎo)入SPSS 26.0軟件（美國IBM公司）進行統(tǒng)計分析。通過χ2檢驗逐一分析受力點同側(cè)的顱骨骨折、EDH、SDH、腦挫傷，受力點對側(cè)的顱骨骨折、EDH、SDH、腦挫傷，SAH，GCS 與加、減速性致傷方式之間的關(guān)聯(lián)性，量化和賦值情況見表2。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。

表2 待篩選指標(biāo)的量化和賦值Tab.2 Quantification and assignment for indexes

1.3.2 二分類logistic 回歸分析

根據(jù)χ2檢驗篩選結(jié)果，將有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）的指標(biāo)納入二分類logistic 回歸模型進行二次篩選。根據(jù)logistic 回歸分析原理[9]，將OR 值作為衡量待篩選指標(biāo)對致傷方式判定結(jié)果貢獻度大小的依據(jù)，在本研究中，OR 值的具體含義為“在其他因素固定不變的情況下，具有某種指標(biāo)的顱腦損傷被判定為加速性的概率與不具有這種指標(biāo)的顱腦損傷被判定為加速性的概率之比”。若指標(biāo)的OR 大于1，則其與賦值較高的y關(guān)聯(lián)性更強，即該指標(biāo)與加速性致傷方式的關(guān)聯(lián)性更高；反之，若指標(biāo)的OR 小于1，則與減速性致傷方式的關(guān)聯(lián)性更高；若某指標(biāo)OR 為1，說明該指標(biāo)對加、減速性致傷方式的判斷無意義，應(yīng)該被排除。設(shè)置二次篩選方法為最大偏似然估計的似然比（likelihood ratio，LR）檢驗，模型有效性的評價標(biāo)準(zhǔn)為P值，若模型P＜0.05，則回歸分析有統(tǒng)計學(xué)意義。模型擬合度檢驗方法為Hosmer-Lemeshow 檢驗，用于檢驗?zāi)Ｐ团c數(shù)據(jù)的吻合程度，評價模型預(yù)測值和實際觀測值的一致性，設(shè)置95%置信區(qū)間。檢驗水準(zhǔn)α=0.05，擬合優(yōu)度檢驗P≥0.05 即為模型擬合較好。

2 結(jié)果

2.1 指標(biāo)分布情況

待篩選指標(biāo)在加速性顱腦損傷組與減速性顱腦損傷組中的分布情況見表3。由表可見，除受力點對側(cè)的凹陷性骨折和線形骨折外，各指標(biāo)在加、減速性顱腦損傷組中的分布比重均不相同。在加速性顱腦損傷組中，分布前三位的指標(biāo)為GCS 13～15 分、受力點同側(cè)的EDH 和凹陷性骨折；在減速性顱腦損傷組中，分布前三位的指標(biāo)為SAH、GCS 3～12 分、受力點對側(cè)腦挫傷。

2.2 與加、減速性致傷方式有關(guān)聯(lián)的指標(biāo)

χ2檢驗結(jié)果顯示，在加、減速性顱腦損傷組之間分布差異有統(tǒng)計學(xué)意義的指標(biāo)有：受力點同側(cè)的顱骨骨折、EDH，受力點對側(cè)的EDH、SDH、腦挫傷，SAH，GCS（P＜0.05），其他指標(biāo)無統(tǒng)計學(xué)意義?？梢缘贸觯合啾葴p速性致傷方式，在加速性致傷方式作用下，更易發(fā)生受力點同側(cè)EDH、同側(cè)顱骨凹陷性骨折；相比加速性致傷方式，在減速性致傷方式作用下，則更易發(fā)生受力點同側(cè)顱骨線形骨折、對側(cè)SDH、對側(cè)腦挫傷、對側(cè)EDH。此外，SAH 和中到重度顱腦損傷（GCS 3～12 分）也常見于減速性顱腦損傷組（表3、圖1）。

圖1 加、減速性顱腦損傷組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的指標(biāo)Fig.1 Indexes with statistically significant difference of acceleration and deceleration brain injury groups

表3 待篩選指標(biāo)在加、減速性顱腦損傷組中的分布情況Tab.3 Distribution of the indexes in the acceleration and deceleration brain injury groups

2.3 二分類logistic 回歸分析篩選指標(biāo)

將χ2檢驗初步篩選出的指標(biāo)納入二分類logistic回歸模型進行二次篩選，結(jié)果顯示模型P＜0.00，Hosmer-Lemeshow 檢驗P=0.989，表明模型有效，且擬合程度好。受力點同側(cè)EDH、對側(cè)腦挫傷以及GCS 在模型中有統(tǒng)計學(xué)意義，對應(yīng)的OR 值分別為2.697、0.043、0.238，其余指標(biāo)被logistic 回歸模型排除（表4）。

表4 Logistic 模型輸出結(jié)果Tab.4 Results of logistic model

3 討論

有關(guān)加、減速性顱腦損傷的成傷機制理論一直在探討研究[10]，但在法醫(yī)學(xué)實踐中，通過顱腦損傷類型以及位置分布來判斷加、減速性致傷方式依舊缺乏系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持，準(zhǔn)確分析加、減速性顱腦損傷的成傷機制仍然是法醫(yī)學(xué)鑒定的難題之一。本研究通過對299例顱腦損傷案例的影像學(xué)資料進行收集整理，以顱腦CT資料彌補法醫(yī)學(xué)檢案數(shù)據(jù)量不足的缺點，將資料整理、歸納后，系統(tǒng)性分析加、減速性致傷方式的案例與受力點同側(cè)、對側(cè)的常見損傷類型以及其他指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，對于準(zhǔn)確推斷加、減速性致傷方式下顱腦損傷類型及其分布特點有一定的指導(dǎo)意義。

3.1 使用χ2檢驗篩選有統(tǒng)計學(xué)意義的指標(biāo)

3.1.1 受力點同側(cè)指標(biāo)

經(jīng)χ2檢驗提示，受力點同側(cè)顱骨骨折類型在加、減速性顱腦損傷組中的分布有差異性，其中受力點同側(cè)顱骨凹陷性骨折與加速性致傷方式的關(guān)聯(lián)性更強，這與顱骨凹陷性骨折更易發(fā)生于襲擊性事件[11]的觀點一致。相反，受力點同側(cè)顱骨線形骨折與減速性致傷方式的關(guān)聯(lián)性更強。根據(jù)傳統(tǒng)法醫(yī)學(xué)理論，在加速性致傷方式下，由于致傷物與顱腦的接觸面相對較小，即使在與減速性致傷方式同等大小的作用力下，其產(chǎn)生的壓強也相對較大，故顱骨更易發(fā)生局限性的凹陷性骨折。反之，在減速性致傷方式中，由于致傷物接觸面一般較大，顱骨因整體變形而發(fā)生沿受力方向的較長線形骨折。本研究中，加速性顱腦損傷組中受力點同側(cè)顱骨凹陷性骨折的比例（32.5%）高于減速性顱腦損傷組（9.4%），相反，加速性顱腦損傷組中受力點同側(cè)顱骨線形骨折的比例（28.1%）低于減速性顱腦損傷組（43.8%），差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），該結(jié)果充分驗證了上述理論。

加速性顱腦損傷與受力點同側(cè)的EDH 具有關(guān)聯(lián)性，提示受力點同側(cè)EDH 可作為推斷加速性致傷方式的指標(biāo)。有學(xué)者[12]通過對外傷后急性EDH 的案例分析研究發(fā)現(xiàn)，EDH 大多由腦膜血管直接受力導(dǎo)致。由于凹陷性骨折比線形骨折產(chǎn)生的顱骨形變更明顯，在顱骨與硬腦膜驟然分離的情況下，腦膜中動脈及其分支血管易遭牽扯撕斷，引起血液流入硬腦膜外的腔隙，從而導(dǎo)致EDH 的發(fā)生，本研究結(jié)果與其相吻合。

3.1.2 受力點對側(cè)指標(biāo)

本研究還發(fā)現(xiàn)，減速性顱腦損傷與受力點對側(cè)腦損傷具有關(guān)聯(lián)性，表明減速性致傷方式更容易發(fā)生受力點對側(cè)的腦損傷，包括腦挫傷、EDH 和SDH，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果[13-14]一致。有研究[15]通過對外傷性EDH 的臨床資料進行分析后提出，在減速性致傷過程中，受力點對側(cè)由于顱骨的變形作用以及腦組織遭受外力時形成的顱內(nèi)瞬間負(fù)壓作用，可導(dǎo)致對側(cè)硬腦膜與顱骨剝離出血，從而引起對側(cè)EDH 形成。此外，在發(fā)生減速運動的同時，由于腦脊液與腦組織在慣性作用下隨顱骨向碰撞方向移動，引起碰撞對側(cè)大腦與顱骨之間的血管拉伸斷裂，可導(dǎo)致對側(cè)SDH。由于腦脊液的密度大于腦組織，減速時碰撞側(cè)的腦組織會發(fā)生腦脊液的占位而使腦組織向相反方向運動，從而撞擊到受力點對側(cè)顱骨引起對側(cè)部位的腦挫傷[10]。

3.1.3 SAH 和GCS

除以上指標(biāo)外，SAH 和中到重度顱腦損傷程度（GCS 3～12 分）與減速性顱腦損傷的關(guān)聯(lián)性也較強，表明減速性致傷方式更易發(fā)生SAH 以及中到重度顱腦損傷。分析其原因，可能是由于蛛網(wǎng)膜下腔血管豐富，在發(fā)生減速運動后，顱骨和腦組織產(chǎn)生較大的相對運動，引起腦脊液沖擊蛛網(wǎng)膜下腔的血管結(jié)構(gòu)，從而更易引起出血。而在減速運動時，由于腦部運動先加速后減速，位移較大，容易發(fā)生腦震蕩甚至彌漫性軸索損傷從而引起較為嚴(yán)重的昏迷。此外，減速性顱腦損傷多由摔跌、交通事故等造成，加速度普遍較加速性致傷方式大，而加速性顱腦損傷多由徒手傷或徒手揮動鈍器打擊造成，其加速度相對較小，因此減速性顱腦損傷的程度相對更嚴(yán)重，這也與文獻報道的結(jié)果[16]一致。

3.2 納入logistic 回歸模型的指標(biāo)

進行二分類logistic 回歸分析二次篩選后具有統(tǒng)計意義的指標(biāo)有：受力點同側(cè)EDH 可以作為推斷加速性致傷方式的特征指標(biāo)（OR 為2.697，P＜0.05）；受力點對側(cè)的腦挫傷可以作為推斷減速性致傷方式的特征指標(biāo)（OR 為0.043，P＜0.05）。此外，顱腦損傷程度表現(xiàn)為中到重度（GCS 3～12 分）也有望為減速性致傷方式的認(rèn)定提供統(tǒng)計學(xué)依據(jù)（OR 為0.238，P＜0.05）。綜上，本研究結(jié)果提示：受力點同側(cè)EDH、對側(cè)腦挫傷以及GCS 是進行加速性或減速性致傷方式推斷最具說服力的指標(biāo)；受力點同側(cè)顱骨骨折、對側(cè)EDH、對側(cè)SDH 以及SAH 等指標(biāo)的可靠性相對較弱，有待進一步評估，在實踐中需根據(jù)具體情況慎重判斷。

需要說明的是，本研究主要關(guān)注的是單次鈍性外力作用所致的加、減速性顱腦損傷，未包括旋轉(zhuǎn)運動引起的以及具有多次致傷過程的復(fù)雜損傷案例，對復(fù)雜案例特征性指標(biāo)的分析還有待深入探究。此外，本研究受樣本量的限制，在分類研究中一些指標(biāo)的案例數(shù)稍顯不足，能否根據(jù)本研究的結(jié)果進行顱腦損傷機制的準(zhǔn)確判斷，尚需在實踐中結(jié)合其他生物力學(xué)研究結(jié)果加以印證。

3.3 小結(jié)

本研究通過對已知加、減速性致傷方式的顱腦損傷CT 資料的收集，基于χ2檢驗與二分類logistic 回歸分析，系統(tǒng)研究了兩種致傷方式下位于顱腦受力點同側(cè)和對側(cè)的各種損傷類型的位置分布特征，并結(jié)合GCS，探討各指標(biāo)在加、減速性顱腦損傷成傷機制分析判斷中的價值，為法醫(yī)學(xué)成傷機制的推斷研究提供了一定的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

致謝：

感謝司法鑒定科學(xué)研究院汪茂文老師、李卓老師對本研究CT 影像學(xué)方面的知識指導(dǎo)，感謝韓明輝碩士對本研究統(tǒng)計學(xué)分析和結(jié)果解釋的指導(dǎo)。