基于牙本质-牙髓复合体增龄性变化推断年龄的研究进展

储 光 ，张智勇 ，周 洪 ，阎春霞 ，陈 腾 ，郭昱成

（1.陕西省颅颌面精准医学研究重点实验室，陕西 西安 710004；2.西安交通大学口腔医院正畸科，陕西西安 710004；3.西安交通大学医学部法医学院，陕西 西安 710061）

年龄推断是法医学实践的重要内容之一。通过骨龄判断儿童和青少年的生理年龄在国内外应用较为普遍。而牙齿作为人体最坚硬的器官，由于保存时间较长，通过牙齿进行年龄推断逐渐得到关注。有些法医牙科学家通过测量离体牙牙本质中天冬氨酸的外消旋性或者通过观察牙齿根部牙骨质环来推断年龄，但这需要拔除牙齿且破坏牙体组织，在活体年龄推断中的应用受到限制[1-3]。也有学者通过牙齿的生长发育特征，如牙齿矿化和萌出推断年龄，但牙齿的发育在18岁以后基本完成，故其应用于成年人年龄推断也受到限制[4-7]。

牙齿结构由外到内分别为牙釉质、牙本质和牙髓，牙根最外层结构为牙骨质。其中牙髓组织含有大量的成纤维细胞和成牙本质细胞，通过成牙本质细胞突、细胞间质等与外部的牙本质有着密切的生物学联系，而被称为牙本质-牙髓复合体。与牙釉质不同，随着生理年龄增长，牙本质因为对外界咀嚼压力和温度刺激的生物学反应一生中可以不断形成，髓腔体积逐渐减小，法医牙科学家据此提出可以通过牙本质-牙髓复合体增龄性变化推断年龄。1925年，BODECKER[8]首次阐述了继发性牙本质和生理年龄的相关性；1961年，PHILIPPAS[9]首次利用放射学技术研究了继发性牙本质和生理年龄的相关性；1995年，KVAAL等[10]首次利用根尖片观察牙髓腔形态来推断年龄，PAEWINSKY等[11]又通过曲面断层片观察牙髓腔形态以推断年龄；之后，CAMERIERE等[12]提出以髓腔与牙齿面积比推断生理年龄，且其相关性已被不同人群的研究所证实[13-18]。随着影像学、放射学、计算机科学的发展，利用牙本质-牙髓复合体增龄性变化推断年龄的技术和方法也在不断发展和丰富。本文综述相关研究进展，以期为相关领域的研究提供依据。

1 基于牙髓、牙体长度、宽度测量进行年龄推断

1995年，KVAAL等[10]最早提出了基于X线片中的牙髓、牙体长度、宽度比值推断年龄，以挪威100名患者的根尖片为研究对象。测量方法：从釉牙骨质界平面A、釉牙骨质界至根尖的中点平面C以及A、C中点平面B三个平面分别测量牙髓与牙根长度比、牙髓与牙体长度比、牙体与牙根长度比和牙髓与牙体宽度比，并通过这些比值计算出与年龄的函数关系。结果表明，除了牙体与牙根长度比之外，其余比值均与年龄相关，并且其中牙髓与牙根长度比和牙髓与牙体长度比与年龄的相关性较高。基于上述与年龄相关的比值建立的多个年龄推断公式表明，单独以下颌尖牙为测量对象建立的公式相关性最差（R2=0.56），当结合上颌中切牙、侧切牙、第二前磨牙和下颌的侧切牙、尖牙、第一前磨牙六颗不同类型牙齿综合分析时，建立的年龄推断公式相关性最高（R2=0.76）。

2004 年，PAEWINSKY 等[11]首次将 KVAAL 等[10]提出的方法应用于曲面断层摄影（orthopantomography，OPG），他们收集了明斯特大学医院口腔科168名个体的OPG。结果发现，牙髓与牙体宽度比显示出了最高的相关性（r2=0.913）。 2013 年，KARKHANIS 等[19]观察了279名澳大利亚人群的OPG，结果显示通过单根牙推断年龄的误差相对较小，其中上颌中切牙误差最小（9.367岁），其次是上颌侧切牙（9.525岁），下颌尖牙误差最大（10.903岁），综合分析这六颗不同类型的牙齿测量结果，得出了更小的误差结果（7.963岁）。

然而，也有学者研究发现使用该方法进行年龄推断误差较大。2011年，KANCHAN-TALREJA等[20]以100个印度个体的牙齿根尖片进行研究时，发现无论采取平行投照还是成角投照方式，所推断的年龄与实际年龄误差都很大。当应用KVAAL的公式[10]时，平行投照的误差为18～20岁，成角投照的误差为19～21岁，即使在建立了针对印度人种的年龄预测公式后，仍然有11～14岁的年龄误差。2011年，ERBUDAK等[21]将此方法用于土耳其人，得出与年龄的相关系数只有0.035～0.345，且误差达 12～28 岁。 2008 年，LANDA等[22]在西班牙人群中的研究也指出该方法误差较大。

因此，基于牙髓、牙体长度、宽度测量能否准确进行年龄推断，误差是否在允许范围之内，需要在以后的研究中进一步证实。

2 基于牙冠指数法进行年龄推断

1997年，DRUSINI[23]首次提出利用牙冠指数（tooth coronal index，TCI）作为年龄推断的依据，通过433名意大利北部地区个体的OPG获取下颌前磨牙及第一、二磨牙的影像，计算牙冠高度（height of the crown，CH）、牙冠髓腔的高度（height of the coronal pulp cavity，CPCH）、牙冠指数（tooth coronal index，TCI）。

最后分别得出男、女性及不考虑性别的前磨牙、磨牙TCI与年龄的函数关系式，其相关系数为-0.92～-0.87，误差为5.88～6.66岁，而且在男性样本中与年龄的相关性更高。同时，将此方法用于保存100年以上的男性磨牙样本，也得到了较准确的结果。

但此种推断年龄的方法在法医学中的应用并不广泛。2013年，KARKHANIS等[24]重新验证此方法并将其用于澳大利亚人群，虽然结合多颗牙齿的测量结果进行推断，得到的结果仍然误差较大。

总体而言，KVAAL法和牙冠指数法是在根尖片或曲断片上所做的一维分析，由于所采取的投照技术的不同以及图像本身分辨率的差异，导致不同观察者之间对于参考点的选择很难达到完全一致，增加了测量误差[14]。而且对于不同牙位，继发性牙本质在髓腔不同位置沉积速率不同，仅用一个方向维度上的距离测量并不能完全准确代表继发性牙本质的生成量。

3 基于牙髓、牙体面积测量进行年龄推断

鉴于线段测量不能准确反映牙本质-牙髓复合体的增龄性变化。2004年，CAMERIERE等[12]提出了一种新的利用继发性牙本质推断年龄的方法，即冠髓面积比（pulp-tooth area ratio，PTR）。该方法利用软件测量出髓腔面积与牙齿面积的比值，从而得出函数关系式来推断死亡年龄。他首先将此方法应用于尖牙，原因是尖牙在口内存留时间最长，且无需承受较大的咬合力和磨耗，髓腔体积大便于测量。计算结果显示，平均误差在3.7岁以内。因为下颌前磨牙多为单根，其髓腔同尖牙一样易于测量，且不像前牙易受到温度和酸的直接刺激，于是他又将此方法应用于下颌前磨牙[13]。结果显示，单颗下颌前磨牙与生理年龄的相关系数为0.69～0.75，误差为7.35～7.99岁。而如果将四颗下颌前磨牙同时计算，相关系数则高达0.86，误差降低至5.31岁。同时，此方法应用于上下颌切牙得到的误差较大，而且性别会影响年龄推断的准确性[14]。

继CAMERIERE之后，不同学者开始将其应用于年龄推断。2011年，DE LUCA等[15]使用该方法推断墨西哥人的年龄，结果误差仅为1.9岁，远低于其他形态学方法5岁以上的误差。ZAHER等[16]通过研究埃及人群上颌切牙PTR，发现生理年龄与PTR之间有明显的统计学关系，误差为1.2～5.1岁。

然而，也有学者研究发现该方法推断年龄误差较大。2009年，BABSHET等[17]在对印度人群中的研究中指出，若将欧洲人的年龄推断公式应用于印度人，所得到的平均绝对误差达11.01岁，而在欧洲人群中误差只有4.38岁。即使在得出了针对印度人群年龄推断公式后，误差仍在10岁以上。而其2011年在印度人群中的研究结果[18]显示，以单颗牙为研究样本，侧切牙的PTR显示出最强的相关性（r=-0.395），尖牙显示出最弱的相关性（r=-0.206），而将侧切牙、尖牙、第一前磨牙的PTR综合考虑，相关性得到了提高（r=-0.438）。但其年龄推断的误差也高达12.1～13.1岁，远高于欧洲相关研究中2.5～5.0岁的误差。

CAMERIERE等[12]提出的测量方法将一维平面测量扩展到二维平面上，而且面积测量选取了较多的参考点来描绘轮廓，相对于一维测量更加准确。但是，髓腔是一个立体的圆柱状腔隙，其边缘在X线平面上的投影密度不均[16]，观察者之间也很难达到描绘的一致性。其投影还受到牙齿本身扭转、错位的影响，并不是髓腔、牙齿本身形态的正确反映。而且，软组织的重叠影像也给牙齿、髓腔形态的描绘加大了难度[17]，这也是该方法在活体年龄推断准确性远低于标本研究的一个重要原因。

4 基于牙髓、牙体容积测量进行年龄推断

随着影像学的发展，计算机断层扫描（computed tomography，CT）、微计算机断层扫描（micro-computed tomography，micro-CT）和锥形束 CT（cone beam CT，CBCT）等技术开始应用于牙齿的年龄推断。

以CT技术为基础实现了继发性牙本质的三维测量，在空间分辨率、准确性上都有了很大的提高，也产生了更多样化的测量方法和标准来推断年龄。

4.1 CT技术用于年龄推断

2011年，TARDIVO等[25]首次利用CT技术扫描了58位个体的133颗尖牙，利用牙髓与牙体容积比推断年龄，结果显示出一定的相关性（R2=0.38）。同时，他将髓腔容积用于性别推断，准确性也很高。然而因CT机拍摄牙齿成本高，辐射量大，相关研究较少。多层螺旋 CT（multi-slice spiral CT，MSCT）在临床多用于心肺等器官的检查，在法医学中的应用也较少。SAKUMA等[26]在2013年利用MSCT以136颗下颌第一前磨牙为样本，测量髓腔与牙齿容积比和生理年龄的关系，其相关系数达到了0.76。

4.2 micro-CT技术应用于年龄推断

micro-CT采用的是与普通临床CT不同的微焦点X线球管，以对组织进行高分辨率的扫描并成像分析，分辨率高达几微米，扫描厚度可达到10μm，多用于离体牙齿的扫描[27]。

2004年，VANDEVOORT等[28]通过使用micro-CT扫描43颗离体牙齿，发现牙髓与牙体容积比与年龄的相关性较低（r=0.31），可能与样本量少有关。SOMEDA等[29]在东京齿科大学利用micro-CT分析155颗下颌中切牙后发现，利用牙髓与去除釉质的牙体容积比值作为参数，与年龄的相关性更高（男性R2=0.66，女性R2=0.78）。 2009 年，ABOSHI等[30]使用 micro-CT 分别扫描50颗下颌第一、二前磨牙，将牙冠和牙根划分为四个区域分别进行牙髓与牙体容积比的分析，结果显示，从牙冠颈部至牙根颈1/3的区域，牙髓与牙体容积比与生理年龄显示出最高的相关性（下颌第一前磨牙R2=0.625，下颌第二前磨牙R2=0.698）。而在根尖1/3区域，牙髓与牙体容积比与年龄相关性较差。值得注意的是，虽然使用micro-CT得出的牙髓与牙体容积比与年龄的相关性较高，但因其只能对离体牙进行测量，限制了其应用推广。

4.3 CBCT技术的应用

CBCT采用锥形射线束投照，连续获得几百张二维平面投影图像后将所接受的数据在计算机中重组，而得到三维图像。与传统CT相比具有放射剂量较低、扫描时间短、图像更加准确等优点，因而具有很大优势[31-32]。2006年，YANG 等[33]首次利用拍摄CBCT影像的28颗单根牙为样本，研究了牙髓与牙体容积比和生理年龄之间的关系，结果显示相关性较低（R2=0.29），这可能由于样本量较小。2011年，JAGANNATHAN等[34]利用CBCT技术计算出140位个体的尖牙冠髓体积比，建立了适用于印度人群的年龄推断公式，平均绝对误差为8.54岁。2014年，PINCHI等[35]扫描分析了148颗上颌中切牙的CBCT，计算出髓腔体积与牙齿体积比，并建立了年龄推断数学模型，结果显示，在30～59岁的人群中年龄推断误差最小（平均残余误差0.71～5.86岁）。 2016年，GE 等[36]利用 CBCT 技术分析了13颗牙齿（上颌中切牙、侧切牙、尖牙、第二前磨牙、第一磨牙、第二磨牙，下颌中切牙、侧切牙、尖牙、第一前磨牙、第二前磨牙、第一磨牙、第二磨牙）的髓腔容积与生理年龄的关系，结果显示，上颌第二磨牙牙髓、牙体容积比与年龄的相关性最好，上颌尖牙与年龄相关性最差。该研究还以第一磨牙为对象建立了牙髓与牙体容积比推断年龄的数学模型，误差为8.122岁[37]。 2017年，BIUKI等[38]以 122名个体的前牙CBCT影像为研究对象，结果显示，上颌中切牙和尖牙牙髓与牙体容积比与年龄的相关性最强，而结合多颗牙齿可以提高年龄推断的准确性。

以CBCT技术来说，部分学者通过重建牙齿三维模型测量牙髓与牙体容积比推断年龄，也有学者将CBCT得到的牙齿影像使用KVAAL法[39]或CAMERIERE法[40-42]来推断年龄，同样得出了较为准确的结果。但是如何保证重建的牙髓腔体积接近真实牙髓腔体积，在技术上仍需突破。另外，对牙齿进行三维重建也增加了测量分析的资金成本和时间成本。

5 小结与展望

随着生理年龄的增长，继发性牙本质不断形成，牙髓腔体积不断减小，利用影像学手段观察牙本质-牙髓复合体变化推断年龄开始得到应用。尤其是近十几年来，随着影像学、放射学、计算机科学的发展，测量技术已经从最初依靠X线根尖片、OPG的测量发展为依托micro-CT和CBCT等技术，其测量维度也从最初的一维线性测量发展为牙髓与牙体面积比的二维测量，以及三维的牙髓与牙体容积比的分析。

与通过骨骼发育和牙齿的形成、萌出推断年龄相比，基于牙本质-牙髓复合体变化推断年龄是少数可以用来推断成年人生理年龄的方法之一。而与利用牙质中氨基酸的外消旋性和DNA甲基化等分子生物学方法相比，该方法具有简单、可操作性强、无破坏性等优点。但是其在某些方面依然存有局限性：（1）被选择作为年龄推断的牙齿不能存在缺失、畸形、严重龋坏或磨耗等情况，而且阻生、扭转、充填、经根管治疗过、存在修复体的牙都不能作为研究对象。（2）测量条件的限制，比如测量仪器、投照方式、测绘软件、灰度值的不同甚至是显示器的特性都会带来测量结果的不一致。（3）人种的差异会导致牙齿、髓腔形态的差异，基因、环境、饮食习惯的不同直接影响继发性牙本质的生成速率。因此，针对不同种族和人群，建立具有种群代表性的年龄推断研究至关重要。同时很多研究发现，使用牙本质-牙髓复合体变化推断年龄的误差都在5岁以上，有些研究的误差甚至为10岁以上，这极大地限制了其在法医学中的应用。未来应考虑联合其他的分子生物学方法，如DNA甲基化、端粒DNA长度和牙质中氨基酸的外消旋性等提高年龄推断的准确性[43-45]。

通过牙本质-牙髓复合体增龄性变化推断年龄的研究体系尚未建立完全。研究方法的多样性和结论的矛盾性反映出该研究仍需不断完善。期望随着测量标准的统一，测量方法的改进，特定人种年龄推断公式的建立，法医临床学家能够探索出适用于我国成年人年龄推断的方法。