CT测量骨骼在法医人类学研究中的应用进展

苗春雨，徐磊，王宁，张敏，李玉珊，吕金星

（北京市公安局东城分局，北京 100061）

CT测量骨骼在法医人类学研究中的应用进展

苗春雨，徐磊，王宁，张敏，李玉珊，吕金星

（北京市公安局东城分局，北京 100061）

通过测量人体骨骼进行个体识别是法医人类学领域的一项重要研究。计算机断层扫描（computed tomography，CT）技术能提供高分辨率骨骼图像，后处理工作站中的软件可以对骨骼图像进行重组，测量软件可在骨骼断层图像和重组图像上对径线、角度、面积、体积等不同体制人类学骨骼测量指标进行测量，测量较少受到人为因素干扰。本文分别从性别判定、身高推断、面部软组织厚度测量及年龄推断四个方面，对国内外CT测量骨骼在法医人类学骨骼个体识别的研究中应用的文献进行了综述，并讨论和比较了CT主要技术及CT在法医人类学相关研究中的应用。

法医人类学；体层摄影术，螺旋计算机；综述；骨骼

医学放射学技术的引入更新了法医人类学的研究方法[1]。CT不仅可以三维重组，还可以对骨骼的数字图像进行径线、面积、体积和角度等测量[2]，为法医人类学提供了新的研究思路和方法。本文综述了CT测量骨骼在法医人类学研究中应用的进展。

1 CT测量骨骼在法医人类学研究中的应用现状

1.1 性别判定

男性上颌窦测量值大于女性，左侧上颌窦高的性别差异最显著[3]，测量上颌窦时存在的问题是最大长、宽和高的测量面不容易确定[3，4]。选择7项指标测量颅骨显示，颅骨最大长和两颧骨间宽的性别差异最大，由最大颅骨长、两颧骨间宽、形态学面部高度3项指标组成的方程判定女性的准确率最高达90.9%[5]，高于联合额窦和颅骨的性别判别方程[6]。两下颌支在颏部形成的角无显著性别差异，下颌骨最大长性别差异最大，男性下颌骨测量值大于女性，但女性下颌角大于男性[7-9]。Torimitsu等[10]计算胸骨柄和胸骨体的总长，性别判别准确率达90.5%，胸骨柄宽性别差异大于胸骨柄长，未建立性别判定方程。Eshak等[11]建立了包含5个手骨指标的性别判别方程，第5远端指骨长度的性别判别率达83.3%，第2掌骨体积的性别判别率达92.9%。第12胸椎的性别差异高于第1腰椎，联合第12胸椎与第1腰椎的性别判定准确率为95%[12]，高于单独使用第12胸椎[13]。股骨内外上髁间宽、内侧髁前后径、外侧髁前后径等3项指标男性平均值大于女性[14]。骶骨CT测量值与传统方法测量结果间无显著差异，骶骨基底部前后径和周长性别差异最大[15]。3项骨盆测量指标男性大于女性，8项骨盆测量指标女性大于男性，左右髂前上棘间宽无显著性别差异，耻骨下角的性别差异最大，耻骨下角与坐骨大切迹组成的逐步回归方程性别判别率最大为98.6%[16]。男性股骨表面积最大，女性髋骨表面积最大，多块骨骼表面积联合判别性别准确度最高达99.4%[17]。使用CT测量骨骼判定性别的研究较多，几乎涵盖人体大部分骨骼，测量颅骨和骨盆判定性别结果较为准确。CT不仅可以测量骨骼的径线和角度，还可以测量骨骼的面积和体积，这是传统测量方法难以实现的，而且多骨骼表面积和体积测量联合判定性别显示出了更高的准确率。

1.2 身高推断

颅骨的测量指标与身高显著相关，男性颅骨与身高的相关性高于女性[18]。股骨与身高的相关性高于颅骨，联合身高推断方程的最小误差为±4 cm[19]。使用第1颈椎和第2颈椎建立身高推断方程，男性方程与身高的相关系数高于女性方程，但男性方程的标准误差高于女性方程[20]。肩胛骨纵向最大径与身高的相关性高于横向最大径，使用纵向最大径建立的身高推断方程，男性方程的相关系数高于女性，75%的样本身高推断误差范围在±4cm[21]。男性胸骨髓腔尺寸与身高的相关性高于女性，分性别建立的身高推断方程的标准误差最低为4.82cm[22]。胸骨柄体长之和建立的身高推断方程，女性方程的相关系数大于男性方程，女性方程的标准误差小于男性方程，胸骨推算身高的回归方程存在地域、民族、时代等差异性，由于成人胸骨柄与胸骨体、胸骨体与剑突存在部分或完全融合，对此类样本进行测量时应更为准确、仔细，必要时可进行多次重复测量[23]。德国男性腰椎样本的第2腰椎椎体中央高与身高的相关性高，建立的两个身高推断方程的最小误差为5.9cm[24]。椎骨结构复杂，使用CT测量优于传统测量方法[20-24]。Karakas等[25]测量骶骨正中矢状面高度值（sacrum height，SH），统计显示骶骨大体标本与CT测量数据间无显著差异，男性SH与身高相关性高于女性。综上所述，男性骨骼测量值与身高的相关性高于女性，使用CT测量骨骼进行身高推断的研究应分性别进行。与人体长轴方向保持一致的骨骼及其测量指标（如肩胛骨纵向最大径）与身高的相关性更大，更适用于建立身高推断方程。CT测量骨骼所得数据能否直接带入法医人类学教材中研究干骨所建立的身高推断方程直接应用仍然有待研究。

1.3 面部软组织厚度测量

CT扫描30例样本，在二维断层图像上测量17个标志点的面部软组织厚度，中线上测量点的面部软组织厚度性别差异较大，男性的测量值较大[26]。Parks等[27]测量25个标志点的面部软组织厚度，结果显示，面部软组织厚度均值显著大于先前研究所得数据，应研究适用于当代人的标准值。CT软件的切割功能更方便于测量不同部位的面部软组织厚度[28]。Short等[29]测量活体23个标志点的面部软组织厚度，比较了已有的部分面部软组织厚度测量数据，23项经线指标中18项无显著差异，8项角度指标中有7项无显著差异。台湾人样本的32个标志点中，有16个标志点的面部软组织厚度值性别差异显著，男性平均值较女性大，颧弓中间点左右两侧软组织厚度值差异显著，在横断面上测量左右对称的标志点，在矢状面上测量中线上的标志点[30]。土耳其人样本的18个标志点的面部软组织厚度值均存在性别差异，颧骨软组织厚度女性大于男性[31]。综上所述，椎束CT测量面部软组织厚度更加准确，应用较多。面部软组织厚度存在性别差异，应区分性别进行测量，建立标准值。面部软组织厚度值具有种族差异，而且随体质量指数的增加而增加[26-32]。

1.4年龄推断

CT测量推断年龄主要以研究牙齿居多。牙本质随年龄增长而形成的过程会导致牙髓腔体积减小，牙髓腔体积与牙齿体积的比值也随年龄增长而变化。使用上颌和下颌的第1磨牙髓腔体积所建立年龄推断方程计算全部样本的年龄，推断年龄与实际年龄之间的平均绝对误差为8.122年、标准误差为5.603年，第1磨牙推断年龄受性别和牙齿位置的影响，椎束CT测量牙齿髓腔体积的精确度低于显微CT[33]。使用显微CT研究牙齿，区分性别、年龄和牙齿类型评价牙髓腔体积减小与年龄的相关性，女性牙髓腔体积随年龄减小较男性显著，且与年龄相关性高，下颌中切牙牙髓腔体积减小与年龄相关性较下颌第2磨牙高[34]。单根牙中的中切牙牙髓腔与牙齿体积比值推断年龄结果最好[35]。印度人下颌尖牙的牙髓腔和牙齿体积比值建立的年龄推断方程，误差为8.54年[36]。CT图像中牙齿硬组织和牙髓腔区分明显，牙髓腔体积与牙齿体积比值与年龄显著相关，是一个有效的年龄推断指标[37]。牙髓腔体积、牙髓腔体积与牙齿体积之间的比值是两项年龄推断的可靠指标，但是这两项指标存在种族差异性。目前，尚缺乏不同类型和部位的牙齿推断年龄的准确性比较研究，以及不同年龄段牙髓腔体积随年龄变化情况的研究。测量埃及人肩胛骨的容积再现技术（volume rendering technique，VRT）重组图像，结果显示肩胛骨测量指标与年龄显著相关，分年龄段建立了推断方程[38]。除牙齿外，其他骨骼测量推断年龄的研究较少，骨骼测量指标随年龄的变化应在未成年阶段最明显，因此可以广泛开展未成年阶段骨骼测量推断年龄的研究。

2 CT主要技术的比较及在法医人类学相关研究中的应用

2.1 CT仪器类型

多排探测器螺旋CT一次扫描采集图像层数达64层以上时，断层图像更薄，重组出的图像所含信息更加完整。显微CT、椎束CT及C型臂CT较多应用于牙齿测量、面部软组织厚度测量，以及体积较小、形态较不规则的骨骼测量，多用于人体局部扫描，重组图像不容易丢失细微的骨性结构。普通多排探测器螺旋CT则在测量体积较大骨骼时应用较多，既可整体扫描人体，也可以扫描局部人体，在长骨等体积较大骨骼的身高推断和性别判定研究中应用较多。

2.2 重组方法

目前，法医人类学研究主要应用最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、VRT和多层面重组（multiplanar reformation，MPR）等重组技术。MIP图像中如骨骼等高密度的物体在周围组织密度上显示得很突出[2]，则骨骼结构更清晰。MIP和MPR可以获得冠状面、矢状面、横断面和任意角度斜面的二维重组图像，操作者通过移动3个平面的位置确定测量面[2]。VRT可以重组出类似于大体标本的骨骼模型，图像可随意旋转，即能观察骨骼表面的解剖结构，也能测量骨骼，扫描层厚越薄、重建间隔越小，越不会丢失一些细小的骨性标志。这三种技术可交互使用测量骨骼，比较测量值，提高准确度。

2.3 对重组图像和测量结果有影响的参数设置

骨骼重组最重要的参数为扫描层厚、重建层厚和重建间隔。现代CT扫描仪的扫描层厚能达到1 mm以下，重建层厚能达到0.5mm以下，重建间隔能达到0.5mm或1.0mm，扫描层厚2.0mm、重建层厚0.5mm和重建间隔0.5 mm即可满足骨骼测量的要求，扫描层厚、重建层厚和重建间隔越薄，采集到的人体组织薄层信息越全面，重组出的骨骼结构越完整清晰，越不容易丢失细微骨性结构。

3 小结与展望

CT广泛应用于临床，可用于法医人类学研究的样本量充足。CT测量骨骼可将数据存盘，既可以远程传送给多名专家同时鉴定，也可以永久保存随时复查[39]。CT扫描不受角度、距离和放大率等因素影响，三维重组图像中骨骼表面结构清晰，骨松质与骨皮质分界明显，测量受人为因素影响小。使用CT对火灾[40]的受害者进行性别、种族、身高和年龄等个体识别的案例，证实了CT能够应用于受害者个体识别。本文从性别判定、身高推断、面部软组织厚度测量和年龄推断等四个方面综述了国内外使用CT测量骨骼的研究情况。目前，国内使用CT测量骨骼的研究文献很少，而我国法医人类学教材中建立了很多测量骨骼进行个体识别的方法，可以使用这些方法开展CT测量骨骼进行个体识别的研究。

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Progress in Application of Measuring Skeleton by CT in Forensic Anthropology Research

MIAO Chun-yu,XU Lei,WANG Ning,ZHANG Min,LI Yu-shan,LÜ Jin-xing
（Dongcheng Branch of Beijing Public Security Bureau,Beijing 100061,China）

Individual identification by measuring the human skeleton is an important research in the field of forensic anthropology.Computed tomography（CT）technology can provide high-resolution image of skeleton.Skeleton image can be reformed by software in the post-processing workstation.Different skeleton measurement indexes of anthropology,such as diameter,angle,area and volume,can be measured on section and reformative images.Measurement process is barely affected by human factors.This paper reviews the literatures at home and abroad about the application of measuring skeleton by CT in forensic anthropology research for individual identification in four aspects,including sex determination,height infer,facial soft tissue thickness measurement and age estimation.The major technology and the application of CT in forensic anthropology research are compared and discussed,respectively.

forensic anthropology;tomography,X-ray computed;review;skeleton

DF795.6

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.01.014

1004-5619（2017）01-0058-04

2015-02-09）

（本文编辑：高东）

苗春雨（1987—），男，法医师，主要从事法医病理学及法医人类学研究；E-mail：mcy19871024@163.com