影像学三维重建技术在寰椎立体模型建立及性别鉴定中的应用

周建英，田 勇，韩 青，贺 庆，程凯亮，李幼琼

（1.吉林大学白求恩医学院人体解剖学教研室，吉林 长春 130021；2.吉林大学第一医院二部麻醉科，吉林 长春 130021；3.吉林大学中日联谊医院放射线科，吉林 长春 130033）

影像学三维重建技术在寰椎立体模型建立及性别鉴定中的应用

周建英1，2，田 勇1，韩 青3，贺 庆1，程凯亮3，李幼琼1

（1.吉林大学白求恩医学院人体解剖学教研室，吉林 长春 130021；2.吉林大学第一医院二部麻醉科，吉林 长春 130021；3.吉林大学中日联谊医院放射线科，吉林 长春 130033）

目的：利用寰椎形态学指标建立吉林地区男女性别的鉴定方法并评价其鉴定效果。方法：分别应用男女头颈部CT影像资料重建寰椎立体模型，对寰椎8个面的27项指标进行测量，筛选出14个有性别差异的指标。结果：27个线性指标中14项指标的性别差异具有统计学意义（P＜0.05），其27项指标的性别鉴定准确率为52.0%～89.3%，其中寰椎全宽准确率达86.7%。对其中9项性别鉴定具有统计学意义的指标使用逐步判别分析法，得到1个性别鉴定准确率达到95.8%的方程：Y＝1.308W－0.409CDF－0.469LTPSD－0.849LUACD＋0.478RUACD＋0.332RDACD＋0.363ATH－0.334PTH－0.236PAL。结论：寰椎形态可作为吉林地区男女性别鉴定的重要依据之一。

三维重建；寰椎；性别判定

在法医的日常工作中经常遇到肢解、腐败以及白骨化的尸体，在地震、海啸等自然灾难中罹难人员的尸体多被严重破坏，这给尸块性别鉴定带来相当大的困难［1－2］。目前，国内外学者利用方程对寰椎形态学指标进行性别鉴定的研究尚未见报道。本研究考虑到寰椎形态的特殊性和不易被破坏等特点，利用吉林地区男女性寰椎数字化影像资料，使用三维重建技术重建寰椎并进行测量，通过统计分析吉林地区男女性寰椎形态学参数得出有价值的寰椎性别鉴定方程，以期为法医学等相关学科的实际应用提供理论和数据支持。

1 资料与方法

1.1 样 本 选取2010—2011年在吉林大学中日联谊医院行头颈部扫描的CT图像，年龄为18～79岁，平均年龄（45.77±13.12）岁，要求寰椎形态正常，无肉眼可见的病理改变和畸形，其中男性50例，女性60例。

1.2 仪器设备 16排螺旋CT扫描仪（美国GE公司Light Speed.16，断层厚度0.625mm）；三维重建软件（美国GE公司adw4.3工作站）；efilm测量软件；Auto CAD绘图软件；SPSS 19.0统计软件。

1.3 实验方法 对寰椎CT图像样本逐个进行三维重建，将寰椎周围的软组织直接用框架工具删除，用智能擦除工具将与寰椎无关的关节和骨组织擦除，修整出整个寰椎的轮廓。对椎体的上、下、前、后、左、右6个面和椎体正中水平位切割后的下切割面、椎体正中矢状位切割后的右切割面，共计8个面的27项指标，即矢状径（SD）、全宽（W）、椎孔矢状径（SDF）、椎孔冠状径（CDF）、椎孔面积、前结节厚（ATW）、前结节高（PTH）、前弓长 （AAL）、后结节厚 （PTW）、后结节高（ATH）、后 弓 长 （PAL）、左 横 突 孔 矢 状 径（LTPSD）、左横突孔冠状径（ASD）、左上关节面矢状径（PCD）、左上关节面冠状径（LUACD）、左上关节面面积（LUASD）、左下关节面冠状径（TPSD）、左下关节面矢状径（TPCD）、左下关节面面积（LDASD）、右横突孔矢状径（LTPSD）、右横突孔冠状径（RTPSD）、右上关节面矢状径（RUASD）、右上关节面冠状径（RUACD）、右上关节面面积（RSASD）、右下关节面冠状径（RDACD）、右下关节面矢状径（RUPSD）、右下关节面面积（RLASD）进行测量。测量示意图见图1。

图1 寰椎测量示意图Fig.1 Schematic diagrams of atlas measurement

1.4 统计学分析 采用两独立样本均数比较的t检验对所有指标进行分析，得到差异有统计学意义的指标。使用单变量Fisher判别分析法和逐步Fisher判别分析法对差异有统计学意义的指标进一步评价并建立回归方程，通过留一交叉校验法计算鉴定准确率。

2 结 果

通过efilm测量软件和Auto CAD绘图软件测量寰椎形态学的27项指标，其中9项具有统计学意义，其均值分别为：全宽（W）男性80.00mm，女性 73.22mm；椎 孔 冠 状 径 （CDF）男 性26.75mm，女性 25.63mm；左横突孔矢状径（LTPSD）男性6.73mm，女性6.67mm；左上关节面冠状径（LUACD）男性8.70mm，女性8.25mm；右上关节面冠状径（RUACD）男性8.70 mm，女性8.25mm；右下关节面冠状径（RDACD）男性 14.68mm，女 性 15.13mm；前结 节 高（ATH）男性12.68mm，女性11.01mm；后结节高（PTH）男性11.05mm女性10.80mm；后弓长（PAL）男性41.11mm，女性42.90mm。见表1。

对其中14项线性指标进行单变量鉴定分析，得到单指标函数鉴定式：Y＝ Unstandardized coefficient×单指标数据＋Constant，Centroid（mean）＝（Unstandardized coefficient×男 性 均 值＋Constant＋Unstandardized coefficient×女性均值＋Constant）／2，通过计算各测量指标的鉴定分数Y来分析鉴定性别的准确率，如寰椎全宽鉴定准确率达86.7%，矢状径准确率达72.5%。见表2。27项测量指标鉴定准确率为52.0%～89.3%。3±0.90 17.12±1.54 14.48±1.48 14.60±1.38 Female 60 15.95±1.33＊＊15.20±0.97 12.87±1.49＊＊6.43±0.85＊＊15.95±1.33＊＊15.13±0.97＊＊13.17±1.28

表1 寰椎14项性别差异具有统计学意义指标的测量值Tab.1 Measurement data of 14indexes with significant sex differences of atlas （±s，l／mm）

表1 寰椎14项性别差异具有统计学意义指标的测量值Tab.1 Measurement data of 14indexes with significant sex differences of atlas （±s，l／mm）

Male 50 17.12±1.54 16.17±1.50 14.70±1.45 6.9

Group n 75±2.30 8.50±1.52 12.68±1.47 86.33±18.60 Female 60 43.93±3.06＊＊ 73.22±3.49＊＊ 26.80±2.14＊＊ 25.63±2.17＊＊ 7.40±1.47＊＊ 11.01±1.43＊＊91.8±15.53＊Group n LUASD LDACD LDASD RTPSD RUASD RDACD RDASD SD W SDF CDF ATW ATH CC Male 50 47.58±3.13 80.00±2.71 28.08±2.32 26.

＊＊

＊P＜0.05，＊＊P＜0.01compared with male group.

表2 单变量鉴定分析结果Tab.2 Discrimination function and results using one measurement

通过留一交叉校验法计算判别准确率，每次鉴定剔除1个样本，用剩余的样本数据计算得出1个判别式，再使用得出的判别式来判别被剔除样本的男女性别，检验与实际男女性别是否相符，这样将所有样本剔除和判别1次，从而计算出所有样本的判别符合率。Demarking point＝［Centroid（mean）－Constant］／Unstandardized coefficient。对所得各项指标进行统计分析后剔除18项指标，保留9项对于判别分析性别有意义的指标，得到1个包含如下9个指标的鉴定方程：全宽（W）、椎孔矢状径（CDF）、左横突孔矢状径（LTPSD）、左上关节面冠状径（LUACD）、右上关节面冠状径（RUACD）、右下关节面冠状径（RDACD）、前后结节高（PTH和ATH）和后弓长（PAL）。方程式如下：Y＝1.308W－0.409CDF－0.469LTPSD－0.849LUACD＋0.478RUACD＋0.332RDACD＋0.363ATH－0.334PTH－0.236PAL。经统计得出男性预测值为：－0.590，女性预测值为0.590。以上方程所得出的两端值（分别代表男性和女性），Y值越接近哪一个性别的预测值，就越有可能代表哪个性别，此方程判别式准确率达到95.8%。见表2。

3 讨 论

骨骼的性别鉴定是法医日常工作重要的组成部分之一。在青春期前，男女性骨骼的形态学特征差异无统计学意义，进入青春期后，由于性激素等诸多因素的影响，男女性骨骼逐渐出现明显的性别差异。国内学者任光金［3］于1984年研究出土的人体骨骼样本，使用游标卡尺测量了85例寰椎的形态学参数，并进行了与性别相关的判别研究，其中4项指标差异有统计学意义。

以往寰椎形态学研究的样本采集主要来源于干燥骨、X线平片或CR片等，由于干燥骨易受周围环境因素的影响，其形态变化较大，而且难以获得达到具有统计学意义的样本数量；而X线平片或CR片提供的数据易受到拍片体位、仪器精敏度等因素的影响，具有一定的误差［4－6］，更由于其是二维图像，获取的形态学参数数量有限。基于上述考量，本研究采用影像学三维重建方法，得出高清晰度、立体和可任意旋转的寰椎图像，利用CT软件对重建寰椎的27项形态学指标进行测量，有些指标是双侧的，主要考虑人体并非是一个绝对的对称体，从实际应用角度来看应尽量扩大筛选范围，以取得更多的性别差异指标［7］。

本研究样本主要取自吉林地区，在寰椎测量的27项指标，其中14项指标的性别差异具有统计学意义，说明男女在寰椎形态学上有差异。采用SPSS 19.0软件对有性别差异的单一指标进行鉴定分析，27项测量指标鉴定准确率为52.0%～89.3%，其中鉴定准确率最高的指标为寰椎全宽（W），准确率达86.7%。使用逐步判别分析法，得到了1个包含9个指标的判别方程，其准确率可达到95.8%，且多个测量指标的性别判别准确率明显高于单个测量指标，但单一测量指标亦可用于寰椎残缺情况下的性别鉴定［8－12］。

综上所述，本研究建立了一个以寰椎形态学为基础的性别判定方法，为法医等学科进行人类性别鉴定提供了参考数据。

［1］Franeis C.Dimensions of the cervical vertebrae ［J］.Anta Rec，1955，122（4）：603－609.

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Application of three－dimensional reconstruction technology in establishment of atlas space model and sex determination

ZHOU Jian－ying1，2，TIAN Yong1，HAN Qing3，HE Qing1，CHENG Kai－liang3，LI You－qiong1
（1.Departement of Anatomy，Norman Bethune College of Medicine，Jilin University，Changchun 130021，China；2.Department of Anesthesiology，First Hospital，Jilin University，Changchun 130021，China；3.Department of Radiology，China－Japan Union Hospital，Jilin University，Changchun 130033，China）

Objective To establish the method of using the atlas morphological indexes for sex determination in Jilin province and to evaluate its effect.Methods The clinic neck CT images were used to reconstruct the 3Dimage of atlas.A total of 27linear measurements on 8aspects of the atlas were measured and the ratios were calculated.The 14items were selected.Results Of the total 27linear measurements，14were sexually dimorphic（P＜0.05），and the accuracies of sex determination of 27indexes were 52.0%－89.3%.The highest accuracy was width of vertebral body（86.7%）.A function with variables predicting sex with 95.8%accuracy was derived by using stepwise method of discriminant function analysis：Y＝1.308W－0.409CDF－0.469LTPSD－0.849LUACD＋0.478RUACD＋0.332RDACD＋0.363ATH－0.334PTH－0.236PAL.Conclusion The method of using atlas traits for sex determination in Jilin province is practicable.

three dimensional reconstruction；atlas；sex determination

R322.3；Q984

A

1671－587Ⅹ（2013）03－0605－04

10.7694／jldxyxb20130338

2012－10－22

卫生部科教司科研基金资助课题 （200903－039）

周建英 （1979－），女，吉林省农安县人，主治医师，医学硕士，主要从事临床麻醉方面的研究。

田 勇 （Tel：0431－85619466，E－mail：tiany＠jlu.edu.cn）