男性军人胸腹部重点防护器官体积与人体测量学指标的相关性研究

李若凡，马 天，黄献聪，祝庆平，王庆春，吕文平

1 解放军医学院，北京 100853；2 解放军总医院第一医学中心 肝胆胰外科医学部，北京 100853；3 军事科学院 系统工程研究院 军需工程技术研究所，北京 100010；4 解放军66481部队，北京 100072；5 中产协特种纺织品分会综合保障组，北京 100020

7%～17%的战争伤亡来源于胸腹部创伤[1-4]。由于体积、位置、解剖结构的特点，心脏、肝、脾受伤后极易因大量失血威胁伤员生命安全[5-8]。胰腺损伤因其存在演变为急性胰腺炎的独特风险，同样呈现死亡率较高的特点[9-10]。第二次世界大战后，防弹衣的广泛装备解决了上述重要器官的防护问题，极大降低了胸腹部战创伤的发生率和死亡率[11-13]。因此，通过对心脏、肝、脾、胰腺的有效防护可以降低胸腹部战创伤的发生率和死亡率已成为共识[14]。这些器官成为战场胸腹部重点防护的器官。外军研究发现心脏、肝、脾大小与身高、胸围等常用人体测量学参数之间呈现正相关关系，但相关性较差，胰腺大小与身高甚至表现为负相关关系[15]，而我军防弹衣以身高、胸围等常用人体测量学参数进行设计。防弹衣与心脏、肝、脾、胰腺等胸腹部重点器官实际大小是否匹配，尚未见报道。因此，通过研究战场胸腹部重点器官与人体测量学参数的相关性可以进一步了解我军防弹衣与胸腹部重点器官的匹配性。本研究应用计算机三维重建技术准确计算心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围等常用人体测量学参数的相关性，为脏器防护装备研发提供参考。

对象与方法

1研究对象 2019年4月-2020年9月招募的基层某部男性军人103例。纳入标准：1)年龄18～40岁；2)按照现行军事体能考核标准，基础体能成绩达“合格”及以上；3)近两年无退出现役计划；4)既往无心脏、肝、脾、胰腺的严重疾病。排除标准：1)近期有生育计划；2)半年内行CT检查2次及以上。本研究经解放军总医院第一医学中心伦理学委员会批准，所有研究对象均签署知情同意书(伦理号：S2020-435-01)。

2研究方法 研究对象着制式体能训练服及袜子，由研究者统一测量身高、体质量、胸围、腰围。研究对象于解放军总医院第一医学中心完成胸、腹部CT检查(德国西门子公司)；使用Vita-Works软件(上海绘视医疗科技有限公司)将获得的胸、腹部CT图像(DICOM标准)进行三维重建。软件自动计算出心脏、肝、脾、胰腺体积。

3统计学处理 采用SPSS25.0软件进行数据分析处理。符合正态分布的计量资料以表示，不符合正态分布的计量资料以Md(P5，P95)表示；采用Spearman法分析心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围之间的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1一般资料 被纳入本研究的103例男性军人，试验过程无脱落，全部进入结果分析。中位年龄24(22～26)岁；身高(1.76±0.06) m，体质量(69.1±8.5) kg，胸围(90.1±5.8)cm，腰围(79.2±7.6)cm。

2CT图像采集、距离测量以及三维重建体积参数 完成103例男性军人胸、腹部CT检查及计算机三维重建，并自动计算出心脏、肝、脾、胰腺体积。中位心脏体积648.51(491.14～846.64)cm3；中位肝体积1 243.49(1 017.63～1 690.13)cm3；中位脾体积199.17(112.33～350.80)cm3；中位胰腺体积80.39(46.29～116.29)cm3。

3胸腹脏器体积与身高、体质量、胸围、腰围的相关性 103例男性军人身高、体质量、胸围、腰围与心脏体积(图1)、肝体积(图2)、脾体积(图3)、胰腺体积(图4)的散点图显示：心脏体积与身高呈低度相关(r=0.324，P=0.001)，与体质量呈中度相关(r=0.526，P＜0.001)，与胸围呈低度相关(r=0.365，P＜0.001)，与腰围呈低度相关(r=0.393，P＜0.001)。肝体积与身高呈低度相关(r=0.374，P＜0.001)，与体质量呈中度相关(r=0.661，P＜0.001)，与胸围呈低度相关(r=0.389，P＜0.001)，与腰围呈低度相关(r=0.458，P＜0.001)。脾体积与身高呈低度相关(r=0.355，P＜0.001)，与体质量呈低度相关(r=0.441，P＜0.001)，与胸围相关程度极弱(r=0.297，P=0.002)，与腰围呈低度相关(r=0.300，P=0.002)。胰腺体积与身高无相关性(r=0.028，P=0.782)，与体质量相关程度极弱(r=0.229，P=0.020)，与胸围无相关性(r=0.110，P=0.267)，与腰围无相关性(r=0.100，P=0.313)。见表1。

表1 心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围的相关性分析Tab. 1 Correlation between volume of heart, liver, spleen,pancreas and height, weight, chest circumference, waist circumference

图1 103例男性军人身高、体质量、胸围、腰围与心脏体积的散点图Fig.1 Scatter plots showing correlations of height, weight, chest circumference, waist circumference and heart volume in male military personnel

图2 103例男性军人身高、体质量、胸围、腰围与肝体积的散点图Fig.2 Scatter plots showing correlations of height, weight, chest circumference, waist circumference with liver volume in male military personnel

图3 103例男性军人身高、体质量、胸围、腰围与脾体积的散点图Fig.3 Scatter plots showing correlations of height, weight, chest circumference, waist circumference with spleen volume in male military personnel

图4 103例男性军人身高、体质量、胸围、腰围与胰腺体积的散点图Fig.4 Scatter plots showing correlations of height, weight, chest circumference, waist circumference with pancreas volume in male military personnel

讨 论

本研究分析了心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围的相关性，发现只有心脏体积、肝体积与体质量呈中度相关(r=0.526，r=0.661，0.5≤|r|＜0.8表示两变量中度相关)，其余相关性分析均表现为低度相关甚至不相关。心脏体积与身高、胸围、腰围之间，肝体积与身高、胸围、腰围之间，脾体积与身高、体质量、腰围之间虽然有正相关关系，但仅为低度相关(0.3≤|r|＜0.5表示两变量为低度相关)。胰腺体积与身高、胸围、腰围无相关性(P＞0.05)，而其与体质量的相关程度极弱(r=0.229，|r|＜0.3表示两变量相关程度极弱)。因此，本研究发现，心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围相关关系不够密切，上述变量之间可能不存在高度相关关系，即身高、体质量、胸围、腰围等人体测量学参数的变化程度可能与心脏、肝、脾、胰腺体积变化程度不一致，不同个体可能无法通过上述人体测量学参数差异反映器官体积。

本研究应用的计算机三维重建技术为测量实质器官体积提供了更加精确的测量工具[16]。利用CT二维图像进行器官体积的研究往往需要研究者的自行测量和计算，这与图像质量、研究者测量熟练程度密切相关，容易出现误差，导致测量不准确[17]，计算机三维重建技术解决了上述问题并提高了工作效率。肝胆外科已经广泛使用计算机三维重建技术计算肝体积[18-19]，且已有研究表明，使用三维重建软件虚拟测量切除的肝体积与术后实际切除的肝体积有高度相关性(r=0.999，P＜0.05)[20]。这证实了三维重建技术计算器官体积的准确性。计算机三维重建技术使精确、无创、快速测量器官体积成为可能，在精确度和效率上超越了基于CT二维图像的器官体积计算方法。因此，本研究认为计算机三维重建技术可以为精确测量军人心脏、肝、脾、胰腺体积提供可靠方法。

心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围的相关性研究对防弹衣的设计至关重要。传统防弹衣采用躯干全覆盖式防护导致防弹衣重量明显增加，对防护效果产生诸多负面影响[21-24]。因此，为解决防弹衣减重和提升防护效果的需求，针对上述器官大小和真实解剖位置的精准防护已成为防弹衣的主要改进方向。Breeze等[15]通过对英军120例男性高加索白种人的CT检查研究认为躯干高度(指颈静脉切迹至髂前上棘水平面的垂直距离)与心脏、肝、脾等器官的大小和解剖位置呈明显的正相关，而与身高关系不大，因此以身高作为防弹衣设计参数并不合理。我们的研究发现除心脏、肝体积与体质量呈中度相关外，其余变量之间均为低度相关甚至不相关，这与Breeze等[15]的研究结果类似。由于我军防弹衣多以身高、胸围等作为设计参数，可能存在设计的防弹衣与心脏、肝、脾、胰腺等器官大小不匹配的问题。

综上所述，通过本研究发现，我国男性军人心脏、肝、脾、胰腺体积与身高、体质量、胸围、腰围可能不存在高度正相关，这可能解释了防弹衣与器官实际大小、位置不匹配以及防弹衣防护效果不满意的现状。但本研究样本量较小，尚需大样本、前瞻性的研究验证上述结论。应进一步寻找与我国军人心脏、肝、脾、胰腺实际大小和位置相关性更强的参数作为防弹衣设计依据，解决防弹衣与心脏、肝、脾、胰腺实际大小、位置不匹配的问题。同时，本研究应用的计算机三维重建技术能够迅速、准确测量器官体积，可作为防弹衣设计精细化研究的可靠测量工具。