CT三維成像技術研究中國東北地區成人顱骨的性別判定

王美棋，趙心悅，白　芃，趙建勇，程凱亮，宋軍學，李幼瓊

(1.吉林大學基礎醫學院解剖教研室，吉林 長春130021；2.山西醫科大學汾陽學院解剖教研室；3.河北省滄州中西醫結合醫院；4.吉林大學中日聯誼醫院 放射線科；5.吉林大學第一醫院 超聲科)

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CT三維成像技術研究中國東北地區成人顱骨的性別判定

王美棋1，趙心悅1，白芃2，趙建勇3，程凱亮4*，宋軍學5，李幼瓊1

(1.吉林大學基礎醫學院解剖教研室，吉林 長春130021；2.山西醫科大學汾陽學院解剖教研室；3.河北省滄州中西醫結合醫院；4.吉林大學中日聯誼醫院 放射線科；5.吉林大學第一醫院 超聲科)

人類學和法醫學研究中都常以骨骼作為獲取信息的來源對象，其中性別的鑒定是個體識別的首要步驟，骨骼的性別鑒定以形態學鑒定為好[1]，而顱骨和骨盆的形態學性別鑒定是較為可靠的[2]。國內外眾多學者對顱骨的形態規律進行過研究和測量，但基于頭部CT圖像的測量數據記錄是缺少的。國際人類學界也表示，人類骨骼形態學指標的測量數據及其推斷公式需10-15年更新，進而達到刑事偵查的要求[3]。另外，地域差異、社會形態等的不同都將是對骨骼形態學產生差異的重要原因[4,5]。本研究針對東北地區國人顱骨的CT三維重建模型進行測量，其中部分指標顯示男女性別的顯著性差異。積累本研究地域的顱骨解剖形態學數據資料，并總結各指標測量數據的統計學規律，對法醫學、考古學、刑事偵查、影像科學和臨床3D打印等性別鑒定和臨床應用具有指導意義。

1資料與方法

1.1樣本隨機選取于2009至2013年在吉林大學中日聯誼醫院行頭頸部掃描的CT圖像120例，其中男女各60例，年齡20-70歲，要求顱面骨連續完整、具有“正?！憋B腦幾何尺寸的圖像。

1.2儀器設備采用美國GE公司64排螺旋CT(light speed VCT)，掃描參數為電壓120 kV，電流300 mA，斷層厚度0.625 mm； 使用診斷圖像處理軟件(advantage workstation 4.3，美國通用公司)；利用SPSS19.0進行統計分析。

1.3實驗方法使用AW VolumeShare 4軟件(advantage workstations)對CT 圖像進行三維重建，根據解剖標志調節圖像的冠狀面和水平面矯正顱骨，確定頭部的正中矢狀面。調整窗寬、窗位值為2000和600，使骨骼呈現最為清晰的圖像。在頭部的正中矢狀面上，確定以下主要測點：A鼻骨下緣；B額骨下緣；C冠狀縫與人字縫的交點；D人字縫在正中矢狀面的分叉點；E枕外隆突；F枕骨大孔后緣；G枕骨大孔前緣，且各個測點均位于骨板外緣?；谝陨?個測點，對正中矢狀面共計8項指標的測定(弦長)：AB、BC、CD、DE、EF、DF、DG、FG。同時，對BC、CD、DF線段做其中垂線(弦高)，中垂線和對應的顱骨外板弧線交點分別形成三條線段，定義為a、b、c。綜上，共測量11項距離指標，測量單位為毫米(mm)，測量精確達到0.01。所有測量工作均由一名有工作經驗的測量人員完成，每組數據測量兩次，然后取平均值，以避免人為影響而保證數據的穩定性。測量指標的示意圖如圖1所示。

圖1　顱骨測量示意圖

1.4統計學分析建立SPSS數據集，經正態性檢驗，11項指標均符合正態分布。采用男女獨立樣本t檢驗方法，檢測男女各指標間是否有性別差異，以篩選出有統計學意義的指標。再進行典型判別，使用步進式方法和Fisher分析法對以上有統計學意義的指標進一步評估。

2結果

頭頸部11項指標的描述性分析結果如表1所示。通過對其分析，所有指標的均值均為男性大于女性，男性的最大值中10項指標大于相對應的女性最大值，最小值中7項指標男性大于女性，在標準差一項中有10個指標男性比女性大，范圍一項有9項男性比女性大，說明男性頭顱測量結果的偏離(波動)程度更大。

對這11項指標的測量結果進行獨立樣本t檢驗。通過方差方程的Levene檢驗判斷方差齊性與否，繼而使用對應的均值方程的t檢驗結果，判斷指標是否有顯著差異。使用結果如表2所示。當方差方程的Levene檢驗假設方程相等的P值>0.05(即Sig.值>0.05)，則方差齊性，否則即方差不齊，觀察對應行的均值方程的t檢驗中P值(即雙側Sig.值)。如果雙側Sig.值>0.05，說明P值大于顯著性水平，不應該拒絕原假設，該指標無顯著性別差異。反之，雙側Sig.值<0.05，說明P值小于顯著性水平，該指標有顯著性別差異。由此，我們得到AB、BC、CD、DG、FG、b這六項指標結果有顯著性別差異，具有統計學意義。

對以上6項有性別差異的指標采用步進式方法，進一步篩選出4個對性別有顯著貢獻的指標：AB、BC、DG、b。經Fisher分析法可構建性別判別方程：F1為男性組，F2為女性組。

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

將測量結果帶入兩函數方程計算，若F1>F2，則判別為男性；若F1

表1男女性頭顱部11項指標的描述性分析結果(mm)

男均值標準差極大值極小值范圍女均值標準差極大值極小值范圍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討論

成年骨骼形態較穩定不易改變，甚至在白骨化后仍然保持原狀，是法醫學很重要的識別依據。顱骨作為性別差異最明顯的器官之一，其形態學規律的總結對法醫學或刑事案件等的甄別有重要作用。Muszyńska 等[6]在一具無名尸的身份識別過程中，使用CT 對死者頭部進行掃描并進行重建，發現頭部重建圖像與失蹤人員照片面部存在高度一致的面部特征，將兩種圖像進行疊加，可見其二者具有高度一致性，從而基本確認死者的身份。人類學認為，由于多年形成的社會形態的不同，骨骼形態存在地域差異。孫鳳云[7]1982年曾對長春顱骨做過形態學測量分析，宋宏偉[8]1991年對東北地區成人顱骨進行測過量研究，分析性別差異。然而時至今日，已超過15年的規律期限[3]，所以本次對中國東北地區顱骨的CT測量研究是有進步性意義的。

本研究在測量方法上基于以往有改進之處。丁世海[9]曾對山東地區70具顱骨進行過直接測量，判別式法研究其性別差異，并得出準確率在85%以上的判別式13個。與本研究不同的是，丁世海選取直接測量顱高顱寬等的方法，即在顱骨整體觀中測量，而本研究則以顱縫為分界點分段測量，不僅對顱骨的大小、圓扁方面等整體形態進行分析，而且可以更精確地分段描述顱骨的形態，對分離顱骨易可行之，因此具有一定的創新性突破和實際意義。李加善的對男女顱骨的觀察測定，采用手動直接測量數據的方法，長度單位精確值為1 mm，而本研究采用CT測量軟件可以精確到0.01 mm，從而獲得了更精良細致的性別差異統計學結果。以往的很多研究都是針對尸體顱骨的形態特征進行直接測量，但大多數為適用于考古學的直接測量，很顯然這種在標本上測量的侵入性方法存在許多的局限性，如尸骨風化嚴重、殘缺、形變等，都直接影響測量的準確性。使用螺旋CT掃描三維成像進行數據的測量也是有科學優勢的。Verhoff 等[10]挑選6位科學工作者，分別對4 顆去軟組織實體顱骨以及其重建后的三維圖像，按照確定的測量點進行測量，統計分析后結果表明，實體顱骨與三維重建顱骨的相關測量數據即使是不同人測量都沒有顯著差異，該研究可說明顱骨CT 重建真實度較高。

表2　獨立樣本t檢驗結果

本研究在測量方法上改進的同時也存在沒能克服的缺陷性和局限性。測量的樣本數量沒有在20歲到70歲之間各個年齡段均衡分布，這可能成為未能在各年齡段顯示統計學顯著差異的原因。除此之外，在骨骼的性別鑒定中，骨盆是性別差異最顯著的部位，而顱骨次之[1]，所以在骨盆尚完整的情況下，使用顱骨判別準確率是較低的。另外，當CT三維重建影像在正中矢狀面時，由于矢狀縫走形曲折、并不規則，所以可能會在正中矢狀面上呈現出多個裂隙，易誤導測量點的確定。為了減小該誤導造成的偏差，本研究測量時C點均選取矢狀縫上最前端的裂隙，即盡可能最靠近與冠狀縫的交點，同理，D點的確定則選取矢狀縫上最后端的裂隙。

基于對頭部CT平掃的三維成像圖像進行矢狀面上的研究，以顱縫、枕外隆突、枕骨大孔邊緣等作為分界點進行長度測量，用統計學軟件SPSS分析120例顱骨的11項測量數據，男性多項指標均大于女性，可作為拿到CT圖像或骨體進行粗略判斷的依據。其中6項的性別差異具有一定統計學意義，繼而利用其中的4項具有顯著性別差異的指標，使用步進式分析法、Fisher分析法擬合了判別方程，并經留一交叉驗證得到其準確率為80.8%。本研究補充了東北地區顱骨的形態學數據信息，為法醫學、人類學等在偵查、識別的性別鑒定中提供理論依據和實際操作手段。

參考文獻：

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[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.

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[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]孫鳳云,李澤山.腦顱弧弦的測量[J].解剖學通報,1982,5 (增刊1 上冊).

[8]宋宏偉.東北地區成人顱骨的性別鑒定[J].人類學報，1991，6(4)：23.

[9]丁世海.山東地區成人顱骨的性別鑒定[J].人類學報，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)

*通訊作者

基金項目：衛生與計劃生育委員會科教司科研資助課題(200903039)

文章編號：1007-4287(2016)04-0671-04