应用CT三维容积重建技术测量骨盆推断中国汉族人群的性别*

李春琳，占梦军，张 奎，李真林，刘文勇，邓振华△

1.四川大学 华西基础医学与法医学院(成都 610041)；2.四川大学华西医院 放射科(成都 610041)；3.四川华大科技司法鉴定所(成都 610036)

个人识别是法医学中最具挑战性的研究课题之一，而性别推断是准确建立个体生物学轮廓的基础，个体的身高和年龄均基于已知的性别进行推断[1-2]。法医人类学家通常使用两种方法推断未知个体骨骼残骸的性别，包括测量方法和非测量方法(肉眼观察骨骼形态差异)。传统的法医学性别推断是将尸骨处理后直接肉眼观察骨骼的形态差异或者直接测量，前处理程序复杂，所建模型也因样本量限制，其准确性欠佳。医学影像技术是一种可视化成像技术，可通过特殊手段显示出人体骨骼表面与内部结构[3]。特别是三维重建技术，因其具有直观性和易测量性，大大提高了法医学性别推断模型的准确性。近年来，国外已有利用影像学方法测量骨盆进行性别判定的相关研究[4-7]，国内此方面的研究还鲜有报道。国外此类研究均是在特定人群中进行，由于遗传和环境因素对骨骼发育的强烈影响，使得来自某一特定人群的判别方程不能直接适用于起源不同的人群[8]。本研究应用CT三维容积重建(three-dimensional volume reconstruction，3D VR)技术测量骨盆，探索并筛选出存在性别差异的指标，建立具有较高性别判定率的判别方程，为我国汉族人群在法医学性别推断上提供有效的方法。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究直接从四川大学华西医院放射科PACS系统中选取2017年2月至2018 年2月在四川大学华西医院就诊的汉族人群骨盆薄层CT图像，利用syngo CT 2011A 图像后处理系统对骨盆薄层CT图像进行3D VR，排除患有影响骨骼生长发育的疾病、骨盆畸形、骨折或手术史的个体，最终选取300例CT 3D VR图像清晰的个体。其中男147例，年龄19～78 (5.15±10.96)岁；女153例，年龄14～73(50.44±12.41)岁。

1.2 仪器

采用德国西门子公司SOMATOM Definition AS 128层螺旋CT设备以及与该设备配套的syngo CT 2011A图像后处理系统。扫描参数：管电压120 kV，管电流110 mAs，矩阵128.0 mm×0.6 mm，层厚1 mm。扫描范围为整个骨盆。扫描后将资料传至PACS 系统。重建方式采用3D VR，重建层厚为1 mm。

1.3 测量指标

本研究所有测量指标参照经典法医人类学骨骼测量的方法进行确定，分别选取骨盆的耻骨下角(X1)、左侧坐骨大切迹角(X2)、耻骨联合高(X3)、骨盆高(X4)、骨盆入口横径(X5)、骨盆出口横径(X6)、中骨盆宽度(X7)、骨盆髂前上棘宽(X8)8项作为测量指标。骨盆各测量指标具体定义(表1和图1)。

表1 骨盆各测量指标及定义

图1 骨盆CT 3D VR图像展示各位置的测量指标注： A：骨盆正前面观； B：骨盆左后侧观； C：骨盆正上方观； D：骨盆正下方观

1.4 测量方法

使用Syngo CT 2011A 图像后处理软件，从工作站调取受试者原始骨盆薄层CT数据进行3D VR。在重建图像上，通过图像后处理软件中不同方位的视图功能，分别将骨盆调整于正前面观(图1A)，左后侧观(图1B)，正上方观(图1C)，正下方观(图1D)。按照上述骨盆各项测量指标的定义，准确找到各测量指标在骨盆上的标志点，通过Syngo CT 2011A 图像后处理软件自带的直线与角度测量工具分别对各指标进行测量。所有测量工作均由一名研究人员测量完成，每个指标测量3次后取平均值，尽量减小随机误差。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 不同性别各测量指标比较

男女两组不同性别间骨盆各测量指标的比较结果显示，女性X1、X2、X5、X6和X7的均值>男性，男性X3、X4、X8的均值>女性。除了X8(P>0.05)外，其余各项测量指标性别间差异具有统计学意义(P<0.05)(表2)。

表2 不同性别间骨盆各测量指标比较

2.2 判别方程及判别率

将除X8外所有具有性别差异的测量指标用于Fisher判别分析，各测量指标构建的函数判别式及判别率见表3和表4，把骨盆的各指标测量数据代入两个公式，男性为Y0，女性为Y1，若|Y0|>|Y1|则判定为男性，若|Y0|<|Y1|则判定为女性。在单指标判别方程中，以耻骨下角(X1)建立的判别方程准确率最高，经留一交叉验证法得到该方程的判别准确率为100%。在全指标判别方程以及逐步判别方程中，方程的准确判别率同样达100%(表3～4)。

表3 单指标判别方程及判别率

表4 多指标判别方程及判别率

3 讨论

利用骨盆进行性别推断的常用方法包括肉眼观察骨盆形态法和基于测量指标的判别函数法。前者主要是通过观察不同性别间骨盆的形态学差异进行判断，后者则根据骨盆的单项或多项测量指标建立判别函数进行判断。通过肉眼观察骨盆形态差异判定性别简便、迅速，但准确度较低、主观性较大、操作性不强。通过测量骨盆建立判别函数法无需具备法医人类学的专业知识，容易操作且判别结果不受个体的主观性影响，相对较客观准确。

近年来，随着现代医学影像学技术在法医学领域的应用，国内外学者逐渐认识到影像学技术对于性别推断研究的重要价值[4-10]。该技术获取的骨骼影像能够达到解剖立体全貌，且重建后的影像可在图像后处理工作站中实现任意角度旋转，进而能充分暴露骨骼测量的标志点，因此采用该技术能够准确、直观地测量相关的各项骨骼指标[11]。与直接对骨骼进行测量的传统法医人类学方法相比，利用CT 3D VR技术对骨骼进行测量，避免了对骨骼表面软组织进行去除的繁琐前处理工作，还不会对骨骼组织造成损害。此外，在大型灾难性事件中，面对大量残缺的尸块，此方法能够极大缩短遇害者性别判断的时间，为尽早明确遇害者的身份奠定了基础。

2011年，Decker等[12]定量测量骨盆CT及三维重建后的35个标志点及20个长度、角度指标，并建立性别判定Logistic回归模型，交叉验证准确率达100%。2014年，Franklin等[13]定量测量骨盆三维重建后的12个长度指标及2个角度指标，并建立性别判别方程，其中骨盆出口横径及耻骨下角性别差异最明显，判定率达100%。2015年，Torimitsu等[14]利用多层螺旋CT对当代日本尸体骨盆进行CT三维重建，通过测量9个长度指标及2个角度指标建立了多个判别方程，其中单变量判别函数的性别判断的准确率为62.0%～98.1%，多指标判别函数显示性别预测准确率为63.9%～98.1%，其研究同样发现耻骨下角的性别推断准确性最高，判别率为98.1%，与本研究中得出的结果类似。国内方面，吴新智等[15]曾于1982年对乌鲁木齐市附近出土的汉族成年人的髋骨进行过形态学测量分析，田雪梅等[16]于1998年对公安部第二研究所法医病理损伤处在全国10个省区收集的已知性别的190副干燥髋骨进行测量，并分析其性别差异。近年来，国内骨盆测量推断性别的相关研究鲜有报道。由于骨骼生长发育会随着地理环境以及社会环境的变化发生不断变化，用于推断性别、年龄、身高的骨骼形态指标也会发生相应改变，因此学界建议每隔10～15 年更新相关推断公式[9]。所以本次应用CT 3D VR技术测量骨盆对中国汉族人群的性别进行推断的研究既有重要意义，也非常有必要。

本研究应用CT 3D VR技术测量了骨盆的8个指标，并进行性别差异性分析，分别建立了单指标性别判别方程和多指标性别判别方程，并取得了与以往国外同类研究类似甚至更好的判别效果。研究表明，联合测量并应用本研究中建立的全指标判别方程或逐步判别方程能够100%对性别进行准确判断。此外，在法医学实践中，经常会遇到不完整的尸块或骨骼，尤其是在大型的灾难事件中，对于残缺尸块或骨骼的性别推断就更加困难。本研究提出的多个单指标性别判别方程可用于不完整的骨盆性别推断，为此类案件的性别推断提供了新途径。

在性别推断的准确性方面，本研究建立的性别推断方程较国外以往同类研究结果稍好，其原因可能与种族以及生活环境导致的差异有关，也可能与本研究所用设备及测量误差控制方法有关。与Torimitsu等[14]的研究相比，本研究一方面通过利用图像后处理软件中的视图观察功能，由软件自动调整骨盆在不同方位的测量视图，而非人工手动旋转图像，避免了人工手动旋转图像导致测量平面的差异。另一方面，本研究所有测量工作均由一名研究人员通过多次测量取平均值作为最后的测量数据，可减小随机误差的影响。

综上所述，应用CT 3D VR技术测量骨盆推断中国汉族人群性别具有较高的可行性和准确性，为我国在法医学性别推断方面提供了新思路并积累了一定的基础数据。