CT三维成像技术研究中国东北地区成人颅骨的性别判定

王美棋，赵心悦，白　芃，赵建勇，程凯亮，宋军学，李幼琼

(1.吉林大学基础医学院解剖教研室，吉林 长春130021；2.山西医科大学汾阳学院解剖教研室；3.河北省沧州中西医结合医院；4.吉林大学中日联谊医院 放射线科；5.吉林大学第一医院 超声科)



CT三维成像技术研究中国东北地区成人颅骨的性别判定

王美棋1，赵心悦1，白芃2，赵建勇3，程凯亮4*，宋军学5，李幼琼1

(1.吉林大学基础医学院解剖教研室，吉林 长春130021；2.山西医科大学汾阳学院解剖教研室；3.河北省沧州中西医结合医院；4.吉林大学中日联谊医院 放射线科；5.吉林大学第一医院 超声科)

人类学和法医学研究中都常以骨骼作为获取信息的来源对象，其中性别的鉴定是个体识别的首要步骤，骨骼的性别鉴定以形态学鉴定为好[1]，而颅骨和骨盆的形态学性别鉴定是较为可靠的[2]。国内外众多学者对颅骨的形态规律进行过研究和测量，但基于头部CT图像的测量数据记录是缺少的。国际人类学界也表示，人类骨骼形态学指标的测量数据及其推断公式需10-15年更新，进而达到刑事侦查的要求[3]。另外，地域差异、社会形态等的不同都将是对骨骼形态学产生差异的重要原因[4,5]。本研究针对东北地区国人颅骨的CT三维重建模型进行测量，其中部分指标显示男女性别的显著性差异。积累本研究地域的颅骨解剖形态学数据资料，并总结各指标测量数据的统计学规律，对法医学、考古学、刑事侦查、影像科学和临床3D打印等性别鉴定和临床应用具有指导意义。

1资料与方法

1.1样本随机选取于2009至2013年在吉林大学中日联谊医院行头颈部扫描的CT图像120例，其中男女各60例，年龄20-70岁，要求颅面骨连续完整、具有“正常”颅脑几何尺寸的图像。

1.2仪器设备采用美国GE公司64排螺旋CT(light speed VCT)，扫描参数为电压120 kV，电流300 mA，断层厚度0.625 mm； 使用诊断图像处理软件(advantage workstation 4.3，美国通用公司)；利用SPSS19.0进行统计分析。

1.3实验方法使用AW VolumeShare 4软件(advantage workstations)对CT 图像进行三维重建，根据解剖标志调节图像的冠状面和水平面矫正颅骨，确定头部的正中矢状面。调整窗宽、窗位值为2000和600，使骨骼呈现最为清晰的图像。在头部的正中矢状面上，确定以下主要测点：A鼻骨下缘；B额骨下缘；C冠状缝与人字缝的交点；D人字缝在正中矢状面的分叉点；E枕外隆突；F枕骨大孔后缘；G枕骨大孔前缘，且各个测点均位于骨板外缘。基于以上7个测点，对正中矢状面共计8项指标的测定(弦长)：AB、BC、CD、DE、EF、DF、DG、FG。同时，对BC、CD、DF线段做其中垂线(弦高)，中垂线和对应的颅骨外板弧线交点分别形成三条线段，定义为a、b、c。综上，共测量11项距离指标，测量单位为毫米(mm)，测量精确达到0.01。所有测量工作均由一名有工作经验的测量人员完成，每组数据测量两次，然后取平均值，以避免人为影响而保证数据的稳定性。测量指标的示意图如图1所示。

图1　颅骨测量示意图

1.4统计学分析建立SPSS数据集，经正态性检验，11项指标均符合正态分布。采用男女独立样本t检验方法，检测男女各指标间是否有性别差异，以筛选出有统计学意义的指标。再进行典型判别，使用步进式方法和Fisher分析法对以上有统计学意义的指标进一步评估。

2结果

头颈部11项指标的描述性分析结果如表1所示。通过对其分析，所有指标的均值均为男性大于女性，男性的最大值中10项指标大于相对应的女性最大值，最小值中7项指标男性大于女性，在标准差一项中有10个指标男性比女性大，范围一项有9项男性比女性大，说明男性头颅测量结果的偏离(波动)程度更大。

对这11项指标的测量结果进行独立样本t检验。通过方差方程的Levene检验判断方差齐性与否，继而使用对应的均值方程的t检验结果，判断指标是否有显著差异。使用结果如表2所示。当方差方程的Levene检验假设方程相等的P值>0.05(即Sig.值>0.05)，则方差齐性，否则即方差不齐，观察对应行的均值方程的t检验中P值(即双侧Sig.值)。如果双侧Sig.值>0.05，说明P值大于显著性水平，不应该拒绝原假设，该指标无显著性别差异。反之，双侧Sig.值<0.05，说明P值小于显著性水平，该指标有显著性别差异。由此，我们得到AB、BC、CD、DG、FG、b这六项指标结果有显著性别差异，具有统计学意义。

对以上6项有性别差异的指标采用步进式方法，进一步筛选出4个对性别有显著贡献的指标：AB、BC、DG、b。经Fisher分析法可构建性别判别方程：F1为男性组，F2为女性组。

F1=-580.686+3.885×AB+4.666×BC+3.670×DG+3.743×b

F2=-528.744+3.579×AB+4.463×BC+3.537×DG+3.488×b

将测量结果带入两函数方程计算，若F1>F2，则判别为男性；若F1

表1男女性头颅部11项指标的描述性分析结果(mm)

男均值标准差极大值极小值范围女均值标准差极大值极小值范围AB26.42.631.621.610.024.42.531.420.510.9BC113.95.1124.0103.420.6109.13.9117.6101.715.9CD110.96.8136.596.040.5106.67.3126.286.439.8DE60.08.988.040.347.758.18.473.336.436.9EF50.86.966.135.930.249.05.061.141.419.7DF96.96.5113.473.939.595.75.2107.481.226.2DG116.96.0133.1104.528.6113.04.8123.0102.520.5FG36.33.247.025.321.734.22.738.622.915.7a25.23.232.318.214.124.92.534.719.015.7b26.03.734.515.019.523.63.431.513.717.8c23.34.133.815.018.822.63.329.915.214.7

3讨论

成年骨骼形态较稳定不易改变，甚至在白骨化后仍然保持原状，是法医学很重要的识别依据。颅骨作为性别差异最明显的器官之一，其形态学规律的总结对法医学或刑事案件等的甄别有重要作用。Muszyńska 等[6]在一具无名尸的身份识别过程中，使用CT 对死者头部进行扫描并进行重建，发现头部重建图像与失踪人员照片面部存在高度一致的面部特征，将两种图像进行叠加，可见其二者具有高度一致性，从而基本确认死者的身份。人类学认为，由于多年形成的社会形态的不同，骨骼形态存在地域差异。孙凤云[7]1982年曾对长春颅骨做过形态学测量分析，宋宏伟[8]1991年对东北地区成人颅骨进行测过量研究，分析性别差异。然而时至今日，已超过15年的规律期限[3]，所以本次对中国东北地区颅骨的CT测量研究是有进步性意义的。

本研究在测量方法上基于以往有改进之处。丁世海[9]曾对山东地区70具颅骨进行过直接测量，判别式法研究其性别差异，并得出准确率在85%以上的判别式13个。与本研究不同的是，丁世海选取直接测量颅高颅宽等的方法，即在颅骨整体观中测量，而本研究则以颅缝为分界点分段测量，不仅对颅骨的大小、圆扁方面等整体形态进行分析，而且可以更精确地分段描述颅骨的形态，对分离颅骨易可行之，因此具有一定的创新性突破和实际意义。李加善的对男女颅骨的观察测定，采用手动直接测量数据的方法，长度单位精确值为1 mm，而本研究采用CT测量软件可以精确到0.01 mm，从而获得了更精良细致的性别差异统计学结果。以往的很多研究都是针对尸体颅骨的形态特征进行直接测量，但大多数为适用于考古学的直接测量，很显然这种在标本上测量的侵入性方法存在许多的局限性，如尸骨风化严重、残缺、形变等，都直接影响测量的准确性。使用螺旋CT扫描三维成像进行数据的测量也是有科学优势的。Verhoff 等[10]挑选6位科学工作者，分别对4 颗去软组织实体颅骨以及其重建后的三维图像，按照确定的测量点进行测量，统计分析后结果表明，实体颅骨与三维重建颅骨的相关测量数据即使是不同人测量都没有显著差异，该研究可说明颅骨CT 重建真实度较高。

表2　独立样本t检验结果

本研究在测量方法上改进的同时也存在没能克服的缺陷性和局限性。测量的样本数量没有在20岁到70岁之间各个年龄段均衡分布，这可能成为未能在各年龄段显示统计学显著差异的原因。除此之外，在骨骼的性别鉴定中，骨盆是性别差异最显著的部位，而颅骨次之[1]，所以在骨盆尚完整的情况下，使用颅骨判别准确率是较低的。另外，当CT三维重建影像在正中矢状面时，由于矢状缝走形曲折、并不规则，所以可能会在正中矢状面上呈现出多个裂隙，易误导测量点的确定。为了减小该误导造成的偏差，本研究测量时C点均选取矢状缝上最前端的裂隙，即尽可能最靠近与冠状缝的交点，同理，D点的确定则选取矢状缝上最后端的裂隙。

基于对头部CT平扫的三维成像图像进行矢状面上的研究，以颅缝、枕外隆突、枕骨大孔边缘等作为分界点进行长度测量，用统计学软件SPSS分析120例颅骨的11项测量数据，男性多项指标均大于女性，可作为拿到CT图像或骨体进行粗略判断的依据。其中6项的性别差异具有一定统计学意义，继而利用其中的4项具有显著性别差异的指标，使用步进式分析法、Fisher分析法拟合了判别方程，并经留一交叉验证得到其准确率为80.8%。本研究补充了东北地区颅骨的形态学数据信息，为法医学、人类学等在侦查、识别的性别鉴定中提供理论依据和实际操作手段。

参考文献：

[1]吴文庆，金莹．法医学中的性别鉴定[J]．法医学杂志，2001，17(3)：189.

[2]Bruzek J.A method for visual determination of sex.using the human hip bone[J].Am J Phys Anthropol,2002,117:157.

[3]常云峰．应用放射学方法测量活体胸腰椎推算身高[D].成都：四川大学，2003.

[4]Verhoff MA,Ramsthaler F,Krahahn J,et al.Digital forensic osteology - Possibilities in cooperation with the Virtopsy (R) project[J].Forensic Sci Int,2008,174(2-3):152.

[5]Yu SB,Lee UY，Kwak DS,et al．Determination of sex for the 12th thoracic vertebra by morphometry of three-dimensional reconstructed vertebral models [J].J Forensic Sci,2008,53(3):620.

[6]Muszyńska D L，Kociemba W，Zaba C， et al． The conclusive role of postmortem computed tomography (CT) of the skull and computer-assisted superimposition inidentification of an unknown body [J]． Int J Legal Med， 2013， 127:653.

[7]孙凤云,李泽山.脑颅弧弦的测量[J].解剖学通报,1982,5 (增刊1 上册).

[8]宋宏伟.东北地区成人颅骨的性别鉴定[J].人类学报，1991，6(4)：23.

[9]丁世海.山东地区成人颅骨的性别鉴定[J].人类学报，1989(1)；90.

[10]Verhoff M A，Ramsthaler F，Krahahn J,et al． Digital forensic osteology—Possibilities in cooperation with the Virtopsy project[J]． Forensic Sci Int， 2010， 195:e13.

(收稿日期：2015-03-05)

*通讯作者

基金项目：卫生与计划生育委员会科教司科研资助课题(200903039)

文章编号：1007-4287(2016)04-0671-04