應(yīng)用CT三維容積重建技術(shù)測(cè)量骨盆推斷中國(guó)漢族人群的性別*

李春琳，占?jí)糗?，?奎，李真林，劉文勇，鄧振華△

1.四川大學(xué) 華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院(成都 610041)；2.四川大學(xué)華西醫(yī)院 放射科(成都 610041)；3.四川華大科技司法鑒定所(成都 610036)

個(gè)人識(shí)別是法醫(yī)學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的研究課題之一，而性別推斷是準(zhǔn)確建立個(gè)體生物學(xué)輪廓的基礎(chǔ)，個(gè)體的身高和年齡均基于已知的性別進(jìn)行推斷[1-2]。法醫(yī)人類學(xué)家通常使用兩種方法推斷未知個(gè)體骨骼殘骸的性別，包括測(cè)量方法和非測(cè)量方法(肉眼觀察骨骼形態(tài)差異)。傳統(tǒng)的法醫(yī)學(xué)性別推斷是將尸骨處理后直接肉眼觀察骨骼的形態(tài)差異或者直接測(cè)量，前處理程序復(fù)雜，所建模型也因樣本量限制，其準(zhǔn)確性欠佳。醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是一種可視化成像技術(shù)，可通過(guò)特殊手段顯示出人體骨骼表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)[3]。特別是三維重建技術(shù)，因其具有直觀性和易測(cè)量性，大大提高了法醫(yī)學(xué)性別推斷模型的準(zhǔn)確性。近年來(lái)，國(guó)外已有利用影像學(xué)方法測(cè)量骨盆進(jìn)行性別判定的相關(guān)研究[4-7]，國(guó)內(nèi)此方面的研究還鮮有報(bào)道。國(guó)外此類研究均是在特定人群中進(jìn)行，由于遺傳和環(huán)境因素對(duì)骨骼發(fā)育的強(qiáng)烈影響，使得來(lái)自某一特定人群的判別方程不能直接適用于起源不同的人群[8]。本研究應(yīng)用CT三維容積重建(three-dimensional volume reconstruction，3D VR)技術(shù)測(cè)量骨盆，探索并篩選出存在性別差異的指標(biāo)，建立具有較高性別判定率的判別方程，為我國(guó)漢族人群在法醫(yī)學(xué)性別推斷上提供有效的方法。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究直接從四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科PACS系統(tǒng)中選取2017年2月至2018 年2月在四川大學(xué)華西醫(yī)院就診的漢族人群骨盆薄層CT圖像，利用syngo CT 2011A 圖像后處理系統(tǒng)對(duì)骨盆薄層CT圖像進(jìn)行3D VR，排除患有影響骨骼生長(zhǎng)發(fā)育的疾病、骨盆畸形、骨折或手術(shù)史的個(gè)體，最終選取300例CT 3D VR圖像清晰的個(gè)體。其中男147例，年齡19～78 (5.15±10.96)歲；女153例，年齡14～73(50.44±12.41)歲。

1.2 儀器

采用德國(guó)西門子公司SOMATOM Definition AS 128層螺旋CT設(shè)備以及與該設(shè)備配套的syngo CT 2011A圖像后處理系統(tǒng)。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流110 mAs，矩陣128.0 mm×0.6 mm，層厚1 mm。掃描范圍為整個(gè)骨盆。掃描后將資料傳至PACS 系統(tǒng)。重建方式采用3D VR，重建層厚為1 mm。

1.3 測(cè)量指標(biāo)

本研究所有測(cè)量指標(biāo)參照經(jīng)典法醫(yī)人類學(xué)骨骼測(cè)量的方法進(jìn)行確定，分別選取骨盆的恥骨下角(X1)、左側(cè)坐骨大切跡角(X2)、恥骨聯(lián)合高(X3)、骨盆高(X4)、骨盆入口橫徑(X5)、骨盆出口橫徑(X6)、中骨盆寬度(X7)、骨盆髂前上棘寬(X8)8項(xiàng)作為測(cè)量指標(biāo)。骨盆各測(cè)量指標(biāo)具體定義(表1和圖1)。

表1 骨盆各測(cè)量指標(biāo)及定義

圖1 骨盆CT 3D VR圖像展示各位置的測(cè)量指標(biāo)注： A：骨盆正前面觀； B：骨盆左后側(cè)觀； C：骨盆正上方觀； D：骨盆正下方觀

1.4 測(cè)量方法

使用Syngo CT 2011A 圖像后處理軟件，從工作站調(diào)取受試者原始骨盆薄層CT數(shù)據(jù)進(jìn)行3D VR。在重建圖像上，通過(guò)圖像后處理軟件中不同方位的視圖功能，分別將骨盆調(diào)整于正前面觀(圖1A)，左后側(cè)觀(圖1B)，正上方觀(圖1C)，正下方觀(圖1D)。按照上述骨盆各項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)的定義，準(zhǔn)確找到各測(cè)量指標(biāo)在骨盆上的標(biāo)志點(diǎn)，通過(guò)Syngo CT 2011A 圖像后處理軟件自帶的直線與角度測(cè)量工具分別對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。所有測(cè)量工作均由一名研究人員測(cè)量完成，每個(gè)指標(biāo)測(cè)量3次后取平均值，盡量減小隨機(jī)誤差。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 不同性別各測(cè)量指標(biāo)比較

男女兩組不同性別間骨盆各測(cè)量指標(biāo)的比較結(jié)果顯示，女性X1、X2、X5、X6和X7的均值>男性，男性X3、X4、X8的均值>女性。除了X8(P>0.05)外，其余各項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)性別間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表2)。

表2 不同性別間骨盆各測(cè)量指標(biāo)比較

2.2 判別方程及判別率

將除X8外所有具有性別差異的測(cè)量指標(biāo)用于Fisher判別分析，各測(cè)量指標(biāo)構(gòu)建的函數(shù)判別式及判別率見(jiàn)表3和表4，把骨盆的各指標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)代入兩個(gè)公式，男性為Y0，女性為Y1，若|Y0|>|Y1|則判定為男性，若|Y0|<|Y1|則判定為女性。在單指標(biāo)判別方程中，以恥骨下角(X1)建立的判別方程準(zhǔn)確率最高，經(jīng)留一交叉驗(yàn)證法得到該方程的判別準(zhǔn)確率為100%。在全指標(biāo)判別方程以及逐步判別方程中，方程的準(zhǔn)確判別率同樣達(dá)100%(表3～4)。

表3 單指標(biāo)判別方程及判別率

表4 多指標(biāo)判別方程及判別率

3 討論

利用骨盆進(jìn)行性別推斷的常用方法包括肉眼觀察骨盆形態(tài)法和基于測(cè)量指標(biāo)的判別函數(shù)法。前者主要是通過(guò)觀察不同性別間骨盆的形態(tài)學(xué)差異進(jìn)行判斷，后者則根據(jù)骨盆的單項(xiàng)或多項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)建立判別函數(shù)進(jìn)行判斷。通過(guò)肉眼觀察骨盆形態(tài)差異判定性別簡(jiǎn)便、迅速，但準(zhǔn)確度較低、主觀性較大、操作性不強(qiáng)。通過(guò)測(cè)量骨盆建立判別函數(shù)法無(wú)需具備法醫(yī)人類學(xué)的專業(yè)知識(shí)，容易操作且判別結(jié)果不受個(gè)體的主觀性影響，相對(duì)較客觀準(zhǔn)確。

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到影像學(xué)技術(shù)對(duì)于性別推斷研究的重要價(jià)值[4-10]。該技術(shù)獲取的骨骼影像能夠達(dá)到解剖立體全貌，且重建后的影像可在圖像后處理工作站中實(shí)現(xiàn)任意角度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而能充分暴露骨骼測(cè)量的標(biāo)志點(diǎn)，因此采用該技術(shù)能夠準(zhǔn)確、直觀地測(cè)量相關(guān)的各項(xiàng)骨骼指標(biāo)[11]。與直接對(duì)骨骼進(jìn)行測(cè)量的傳統(tǒng)法醫(yī)人類學(xué)方法相比，利用CT 3D VR技術(shù)對(duì)骨骼進(jìn)行測(cè)量，避免了對(duì)骨骼表面軟組織進(jìn)行去除的繁瑣前處理工作，還不會(huì)對(duì)骨骼組織造成損害。此外，在大型災(zāi)難性事件中，面對(duì)大量殘缺的尸塊，此方法能夠極大縮短遇害者性別判斷的時(shí)間，為盡早明確遇害者的身份奠定了基礎(chǔ)。

2011年，Decker等[12]定量測(cè)量骨盆CT及三維重建后的35個(gè)標(biāo)志點(diǎn)及20個(gè)長(zhǎng)度、角度指標(biāo)，并建立性別判定Logistic回歸模型，交叉驗(yàn)證準(zhǔn)確率達(dá)100%。2014年，F(xiàn)ranklin等[13]定量測(cè)量骨盆三維重建后的12個(gè)長(zhǎng)度指標(biāo)及2個(gè)角度指標(biāo)，并建立性別判別方程，其中骨盆出口橫徑及恥骨下角性別差異最明顯，判定率達(dá)100%。2015年，Torimitsu等[14]利用多層螺旋CT對(duì)當(dāng)代日本尸體骨盆進(jìn)行CT三維重建，通過(guò)測(cè)量9個(gè)長(zhǎng)度指標(biāo)及2個(gè)角度指標(biāo)建立了多個(gè)判別方程，其中單變量判別函數(shù)的性別判斷的準(zhǔn)確率為62.0%～98.1%，多指標(biāo)判別函數(shù)顯示性別預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為63.9%～98.1%，其研究同樣發(fā)現(xiàn)恥骨下角的性別推斷準(zhǔn)確性最高，判別率為98.1%，與本研究中得出的結(jié)果類似。國(guó)內(nèi)方面，吳新智等[15]曾于1982年對(duì)烏魯木齊市附近出土的漢族成年人的髖骨進(jìn)行過(guò)形態(tài)學(xué)測(cè)量分析，田雪梅等[16]于1998年對(duì)公安部第二研究所法醫(yī)病理?yè)p傷處在全國(guó)10個(gè)省區(qū)收集的已知性別的190副干燥髖骨進(jìn)行測(cè)量，并分析其性別差異。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)骨盆測(cè)量推斷性別的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。由于骨骼生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)隨著地理環(huán)境以及社會(huì)環(huán)境的變化發(fā)生不斷變化，用于推斷性別、年齡、身高的骨骼形態(tài)指標(biāo)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，因此學(xué)界建議每隔10～15 年更新相關(guān)推斷公式[9]。所以本次應(yīng)用CT 3D VR技術(shù)測(cè)量骨盆對(duì)中國(guó)漢族人群的性別進(jìn)行推斷的研究既有重要意義，也非常有必要。

本研究應(yīng)用CT 3D VR技術(shù)測(cè)量了骨盆的8個(gè)指標(biāo)，并進(jìn)行性別差異性分析，分別建立了單指標(biāo)性別判別方程和多指標(biāo)性別判別方程，并取得了與以往國(guó)外同類研究類似甚至更好的判別效果。研究表明，聯(lián)合測(cè)量并應(yīng)用本研究中建立的全指標(biāo)判別方程或逐步判別方程能夠100%對(duì)性別進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。此外，在法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到不完整的尸塊或骨骼，尤其是在大型的災(zāi)難事件中，對(duì)于殘缺尸塊或骨骼的性別推斷就更加困難。本研究提出的多個(gè)單指標(biāo)性別判別方程可用于不完整的骨盆性別推斷，為此類案件的性別推斷提供了新途徑。

在性別推斷的準(zhǔn)確性方面，本研究建立的性別推斷方程較國(guó)外以往同類研究結(jié)果稍好，其原因可能與種族以及生活環(huán)境導(dǎo)致的差異有關(guān)，也可能與本研究所用設(shè)備及測(cè)量誤差控制方法有關(guān)。與Torimitsu等[14]的研究相比，本研究一方面通過(guò)利用圖像后處理軟件中的視圖觀察功能，由軟件自動(dòng)調(diào)整骨盆在不同方位的測(cè)量視圖，而非人工手動(dòng)旋轉(zhuǎn)圖像，避免了人工手動(dòng)旋轉(zhuǎn)圖像導(dǎo)致測(cè)量平面的差異。另一方面，本研究所有測(cè)量工作均由一名研究人員通過(guò)多次測(cè)量取平均值作為最后的測(cè)量數(shù)據(jù)，可減小隨機(jī)誤差的影響。

綜上所述，應(yīng)用CT 3D VR技術(shù)測(cè)量骨盆推斷中國(guó)漢族人群性別具有較高的可行性和準(zhǔn)確性，為我國(guó)在法醫(yī)學(xué)性別推斷方面提供了新思路并積累了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。