锁骨胸骨端薄层CT扫描并图像重组的骨骺发育分级方法

王亚辉，魏华，2，应充亮，万雷，朱广友

（1.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063；2.华东政法大学，上海 200042）

锁骨胸骨端薄层CT扫描并图像重组的骨骺发育分级方法

王亚辉1，魏华1，2，应充亮1，万雷1，朱广友1

（1.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063；2.华东政法大学，上海 200042）

目的运用薄层CT扫描并多平面重组（multiplanar reconstruction，MPR）及容积再现（volume reconstruction，VR）技术探讨青少年锁骨胸骨端骨骺发育CT分级方法。方法通过薄层CT冠状面、横断面扫描以及MPR、VR技术观察我国华东、华南地区460名15～25周岁男、女性青少年双侧锁骨胸骨端发育影像特征，测量并计算双侧锁骨胸骨端骨骺最长径、干骺端最长径、骨骺最长径与干骺端最长径比值、骨骺面积、干骺端面积以及骨骺面积与干骺端面积比值，建立锁骨胸骨端骨骺发育CT分级方法。结果在Schmeling分级的基础上，融合锁骨胸骨端CT图像重组信息，将锁骨胸骨端骨骺发育过程分为1～5级，其中2级和3级分别包括a、b、c 3个亚级。结论应用于本分级的样本量大、年龄范围宽、可操作性强，利用CT图像重组技术，分析与青少年锁骨胸骨端骨骺发育密切相关的数据，增加了本分级方法的可行性。

法医人类学；体层摄影术，螺旋计算机；多平面重组；容积再现；骨骺；锁骨胸骨端

锁骨胸骨端是人体各关节中继发骨化中心出现及骨骺闭合最晚的部位，采用传统X线成像技术不易清晰观察该部位骨骺发育状况，尤其影响对锁骨胸骨端继发骨化中心出现与否的判断。运用薄层CT扫描并二维、三维图像重组技术可使骨骺形状、大小及位置清晰显示，可有效避免阅片过程中出现的假阴性及假阳性结果[1-2]。目前，国内外学者已致力于通过CT扫描技术研究锁骨胸骨端骨骺发育[3-7]。近年来，锁骨胸骨端骨龄研究中，以Schmeling等[4-6]的研究最为深入，他们对锁骨胸骨端进行薄层CT扫描，有效避免了因层厚过厚所导致的部分容积效应，提高了阅片的可操作性。

2010年，Kellinghaus等[8]在Schmeling锁骨胸骨端骨骺CT发育分级的基础上，通过多平面重组（multiplanar reconstruction，MPR）技术对锁骨胸骨端骨骺发育CT分级进行了改良，其分级所依据的指标主要是骨骺长度、干骺端长度以及二者长度比值。本研究在CT薄层扫描基础上进行容积再现（volume reconstruction，VR）后发现，在重组图像上所测量的骨骺最长径、干骺端最长径和横断面CT薄层成像上的骨骺长度、干骺端长度存在差异，且二者的差异会随个体年龄的增加而变化，形成这种差异的原因主要是由于单一成像无法反映骨骺发育全貌。因此，单纯以薄层扫描所获得的信息并不能完全反映锁骨胸骨端骨骺发育整个过程。本研究运用2.0mm层厚进行扫描，并对扫描图像以0.6 mm层厚进行MPR及VR，在前人研究基础上，将锁骨胸骨端骨骺面积、干骺端面积以及二者面积比值作为锁骨胸骨端骨骺发育的新增观察指标进行分析，以期提高18周岁以上青少年骨龄鉴定方法的实用性及结果的准确性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

从华东、华南地区800例大样本中采取分层整群抽样法抽取15～25周岁青少年样本共460例，其中男性212例、女性248例，见表1。

表1 两性青少年不同年龄段人群分布表（例）

纳入标准：体检确认身体健康，营养状况良好；采用马尔丁金属测量计、经校准的杠杆秤分别测身高（cm）、体质量（kg），选择在“国人正常身高、体质量范围调查表”[9]规定范围内的人群作为研究对象。

排除标准：参加特殊文艺、体育训练；有服用影响骨骼发育药物史；有影响骨骼发育疾病史或外伤史。

本研究所有受试者均签署知情同意书，符合有关医学伦理条款。

1.2 方法

1.2.1 CT扫描方法

采用40排SOMATOM Definition AS多层螺旋CT机（德国西门子医疗集团）。薄层扫描条件：层厚2.0 mm，层距0.5 mm，管电压120 kV，管电流80 mA。共扫描薄层CT扫描图像132312张。测量身高（cm）、体质量（kg）后，采取头进仰卧位平躺于CT床架上，进行CT扫描。

1.2.2 观察方法

将薄层CT图像按照年龄升序排列，使用MIWORK S5.0.0.6 PACS骨龄阅片软件［菲特（上海）信息技术有限公司］，分析锁骨胸骨端CT薄层图像（包括横断面和冠状面）中骨骺发育形态，再将图像后处理，层厚0.6mm，选取薄扫骨窗序列图像，将其图像导入Syngo工作平台，进行MPR及VR，剪切锁骨胸骨端及其继发骨化中心或骨骺，共计获得MPR及VR图像896张。再进行冠状面及矢状面观察。

1.2.3 观察指标

观察双侧锁骨胸骨端继发性骨化中心是否出现以及初期出现的位置与形态，并分别在MPR及VR图像中测量双侧锁骨胸骨端骨骺最长径（cm）、干骺端最长径（cm）、骨骺面积（cm2）、干骺端面积（cm2），并计算骨骺最长径与干骺端最长径比值、骨骺面积与干骺端面积比值，其中数值以双侧中较大数值为准。

1.2.4 分级原理

以骨骺骺软骨发育组织学分层理论[2]为支撑，在Schmeling等[4-6]研究的5级分级法基础上，补充MPR 及VR技术所获取骨骺面积、干骺端面积、骨骺面积与干骺端面积比值以及骨骺闭合范围等观察指标，从而细化锁骨胸骨端骨骺发育第2级和第3级。

1.2.5 统计方法

运用SPSS 16.0统计软件进行分析，分别计算出锁骨胸骨端骨骺发育在不同级别所对应年龄的最小值、最大值以及±s。

2 结果

2.1 锁骨胸骨端骨骺发育CT分级

根据薄层CT扫描并MPR、VR技术观察锁骨胸骨端骨骺发育过程，将其分为1～5级，其中2、3两个等级又分为2a、2b、2c和3a、3b、3c亚级（表2）。

鉴于篇幅有限，在此仅以锁骨胸骨端骨骺发育第3b级为例进行图示，见图1～2。

2.2 锁骨胸骨端骨骺发育CT分级对应年龄区间

通过统计分析计算出锁骨胸骨端骨骺发育各CT分级对应年龄区间，见表3。

表2 锁骨胸骨端薄层CT扫描及MPR、VR图像的骨骺发育CT分级

图1 锁骨胸骨端MPR图像（3b级）

图2 锁骨胸骨端VR图像（3b级）

表3 锁骨胸骨端骨骺发育CT分级年龄区间（岁）

3 讨论

随着CT技术的普及，近十年来，国内外学者已致力于运用CT扫描成像技术研究锁骨胸骨端骨龄。1998年，Kreitner等[10]首次利用CT平扫技术将锁骨胸骨端骨骺发育分为四个等级，而该分级表述的骨骺特征较少，分级内容较为简单。2010年，Kellinghaus 等[8]采用锁骨胸骨端薄层图像（层厚0.6～1.5 mm），对10～35岁的数百例锁骨胸骨端骨骺发育过程进行了细致研究，并以Schmeling等[11]锁骨胸骨端骨骺发育X线分级为基础，将锁骨胸骨端骨骺发育分为5个等级（1级：继发骨化中心尚未出现；2级：继发骨化中心已出现，骨骺尚未闭合；3级：骨骺尚未闭合；4级：骨骺已闭合，骺线残留；5级：骨骺已闭合，骺线消失）；且层厚为0.6～1.5mm的重组图像可最大程度避免薄层CT扫描的部分容积效应对锁骨胸骨端骨骺发育分级判读结果的影响。同年，Kellinghaus等[12]对锁骨胸骨端骨骺发育第2、3级进行了细化，提出锁骨胸骨端骨骺发育至第2级时，根据骨骺长度与干骺端长度比值，可分为2a、2b、2c 3个亚级；骨骺发育至3级时，根据骨骺闭合长度与干骺端长度比值，可分为3a、3b、3c 3个亚级。以往对锁骨胸骨端骨骺发育的CT分级均是基于薄层CT平扫技术进行的，而CT平扫图像所反映的骨骺发育仅为单一层面信息，难以表现锁骨胸骨端骨骺发育的全貌。因此，笔者认为，除了运用薄层CT平扫技术外，还可对扫描图像联合进行MPR及VR图像后处理，能够更完整地反映锁骨胸骨端骨骺发育特征，并对现有的锁骨胸骨端骨骺发育分级方法进行改良。

本研究在我国华东、华南地区遴选了15～25周岁青少年锁骨胸骨端骨骺作为观察指标，同时运用薄层CT扫描并MPR及VR技术将锁骨胸骨端骨骺发育分为5个等级，其中又将第2、3级划分为2a、2b、2c 及3a、3b、3c 3个亚级，虽然分级形式上与Schmeling 等[11-12]的五分法类似，然而具体的分级内容与以往的薄层CT扫描研究相比，有以下几个特点：（1）增加骨骺分级亚级的划分依据。Kellinghaus制定的锁骨胸骨端骨骺发育第2、3级中，仅根据薄层CT扫描图像中骨骺长度与干骺端长度的比值作为分级依据。然而，在骨骺发育初期，由于骨骺体积较小、形态不一，通过薄层CT扫描所显示的骨骺长度并不能完全、真实反映骨骺的实际长度，因此，通过测量骨骺长度与干骺端长度比值也不能真实反映骨骺发育程度。本研究通过图像重组技术将二者比值调整为骨骺最长径与干骺端最长径比值，使测量值更加真实、准确地反映骨骺发育状况。（2）运用MPR及VR技术。以往的分级重点研究骨骺长度与干骺端长度以及骨骺闭合范围与干骺端长度的关系，缺乏对骨骺立体结构的研究。由于锁骨胸骨端骨骺发育特征不仅体现在骨骺长度的变化，同时骨骺面积增加同样反映了骨骺发育程度。因此，本研究在观察薄层CT扫描图像中骨骺最长径变化的同时，还从立体的多方位、多角度观察骨骺发育状况，测量骨骺面积与干骺端面积比值，进一步探讨骨骺面积与干骺端面积比值、骨骺最长径与干骺端最长径比值以及骨骺闭合长度与干骺端最长径比值之间的相关性，并对不同亚级骨骺发育状况进行了量化，主要体现在锁骨胸骨端骨骺发育第2、3级的亚级中，通过运用MPR及VR技术，更便于深入掌握锁骨胸骨端骨骺发育的基本规律。（3）研究锁骨胸骨端骨骺的基本形态及部位等发育特征。通过VR图像重组，多方位观察锁骨胸骨端骨骺发育状况，更有利于指导阅片工作。

此外，通过统计分析，分别计算出锁骨胸骨端骨骺发育在不同级别所对应年龄的最小值、最大值以及x ±s等描述性研究数据集，与本项目组前期利用X线摄片研究锁骨胸骨端骨龄研究相比[13]，本研究发现男性锁骨胸骨端骨骺发育提前1～2岁，女性提前0.5～1岁。笔者认为，锁骨胸骨端骨骺发育“提前”的主要原因与所采用的研究技术及方法的差异性有一定相关性。运用薄层CT扫描并图像重组技术有效避免了解剖结构相互重叠的现象，更加直观、清晰地显示出X线片所无法显示的骨骺形态。例如，同一个体在X线片上显示“骨骺尚未出现”，但在CT图像上显示为“骨骺已出现”，因此，可以解释为何出现锁骨胸骨端骨骺发育“提前”的现象。同时，研究表明，运用薄层CT扫描并图像重组技术能够更加真实、准确地反映出锁骨胸骨端骨骺发育与年龄的相关性。由于CT扫描对人体辐射较大，不利于开展更多关节部位的骨龄研究，其可作为躯体各大关节X线骨龄研究的组合技术。由此，不论从青少年骨骺发育的客观规律分析，或从我国《刑法》所规定的法定责任年龄结点来看，运用薄层CT扫描并MPR及VR技术研究锁骨胸骨端骨骺发育对于我国18周岁以上青少年的年龄判定都具有较高的研究价值。

（本课题得到司法部司法鉴定科学技术研究所资助。）

[1]王亚辉，魏华，应充亮，等.薄层CT扫描技术在锁骨胸骨端骨龄评估中的应用进展[J].法医学杂志，2013，29（2）：130-133.

[2]朱广友，范利华，张国桢，等.青少年骨发育X线分级方法[J].法医学杂志，2008，24（1）：18-24.

[3]李果珍，张德苓，高润泉，等.中国人的骨发育研究：上肢骨发育的初步研究[J].中华放射学杂志，1979，13（1）：19-23.

[4]Schmeling A，Grundmann C，Fuhrmann A，et al.Criteria for age estimation in living individuals[J].Int J Legal Med，2008，122（6）：457-460.

[5]Schulz R，Mühler M，Mutze S，et al.Studies on the time frame for ossification of the medial epiphysis of the clavicle as revealed by CT scans[J].Int J Legal Med，2005，119（3）：142-145.

[6]Schulze D，Rother U，Fuhrmann A，et al.Correlation of age and ossification of the medial clavicular epiphysis using computed tomography[J].Forensic Sci Int，2006，158（2-3）：184-189.

[7]Schulz R，Mühler M，Reisinger W，et al.Radiographic staging of ossification of the medial clavicular epiphysis[J].Int J Legal Med，2008，122（1）：55-58.

[8]Kellinghaus M，Schulz R，Vieth V，et al.Forensic age estimation in living subjects based on the ossification status of the medial clavicular epiphysis as revealed by thin-slice multidetector computed tomography[J].Int J Legal Med，2010，124（2）：149-154.

[9]中国学生体质与健康研究组.95中国学生体质与健康调研报告[M].长春：吉林科学技术出版社，1996：47-71.

[10]Kreitner KF，Schweden F，Schild HH，et al.Computerized tomography of the epiphyseal union of the medial clavicle：an auxiliary method of age determination during adolescence and the 3d decade of life?[J]. Rofo，1997，166（6）：481-486.

[11]Schmeling A，Schulz R，Reisinger W，et al.Studies on the time frame for ossification of the medial clavicular epiphyseal cartilage in conventional radiography[J].Int J Legal Med，2004，118（1）：5-8.

[12]Kellinghaus M，Schulz R，Vieth V，et al.Enhanced possibilities to make statements on the ossification status of the medial clavicular epiphysis using an amplified staging scheme in evaluating thin-slice CT scans[J].Int J Legal Med，2010，124（4）：321-325.

[13]Wang YH，Ying CL，Wan L，et al.Long-term trend of bone development in the contemporary teenagers of Chinese Han nationality[J].Fa Yi Xue Za Zhi，2012，28（4）：269-274.

The Staging Method of Sternal End of Clavicle Epiphyseal Growth by Thin Layer CT Scan and Imaging Reconstruction

WANG Ya-hui1,WEI Hua1,2,YING Chong-liang1,WAN Lei1,ZHU Guang-you1
（1.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,P.R.China,Shanghai 200063,China;2.East China University of Political Science and Law,Shanghai 200042,China）

ObjectiveTo establish a CT staging method of sternal end of clavicle epiphyseal growth for teenagers by thin layer CT scan,multiplanar reconstruction（MPR）and volume reconstruction（VR）technologies.MethodsThe CT imaging characteristics,which collected from 460 teenagers（aged from 15 to 25）in East and South China,were studied through both sternal ends of clavicles’imagings by thin layer coronal CT scan and axial CT scan,MPR and VR technologies.The parameters of sternal end of clavicle including the longest diameter of epiphysis,the longest diameter of metaphysis,their length ratio, area of epiphysis,area of metaphysis,and their area ratio were measured and calculated in order to establish new classification.ResultsBased on the staging method of Schmeling,integrating the CT imaging reconstruction information of sternal end of clavicle,the new classification of sternal end of clavicle epiphyseal growth were divided into 1 to 5 stages,and stage 2 and stage 3,respectively,contained a,b and c sub-classification.ConclusionThis new classification has merits of large sample size,wide age range and easy operability.By using CT imaging reconstruction techniques and analyzing the data which closely related to sternal end of clavicle epiphyseal growth of teenagers,the feasibility of the staging method could be increased.

forensic anthropology;tomography,spiral computed;multiplanar reconstruction;volume reconstruction;epiphyses;sternal end of clavicle

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2013.03.003

1004-5619（2013）03-0168-04

2013-05-02）

（本文编辑：陈捷敏）

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAK16B01）；国家自然科学基金资助项目（81102305）

王亚辉（1982—），男，陕西榆林人，硕士，助理研究员，主要从事法医临床学科研、鉴定；E-mail：wangyh@ssfjd.cn

朱广友，男，研究员，硕士研究生导师，主要从事法医临床学研究；E-mail：zhugy@ssfjd.cn