基于CT测量典型椎体形态的华中地区成年人性别判别

刘岱昂，杨立，邓振华，高东，李馨，张营，王蓝，常云峰，5

（1.中南大学基础医学院，湖南 长沙 410013；2.湖南师范大学司法鉴定中心，湖南 长沙 410013；3.四川大学华西基础医学与法医学院，四川 成都，610041；4.司法鉴定科学研究院 上海市法医学重点实验室 司法部司法鉴定重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063；5.湖南省湘雅司法鉴定中心，湖南 长沙 410013）

人体骨骼解剖形态存在性别的差异，通过直接观察人体骨骼解剖形态特征虽然可以准确判断性别，但需要观察者具有丰富的经验。为了提高性别判别的准确性，排除观察者经验限制，根据人体测量学的方法，通过对人体骨骼进行测量，用判别分析的方法，可以提高利用人体骨骼进行性别判别的准确性、科学性。

用传统方法进行性别判别的研究，存在样本收集困难的瓶颈。随着影像学技术的发展，越来越多的学者应用放射学方法测量活体骨骼进行性别判别的研究，研究方法更便捷，而且无创、样本收集较容易，可以进行大样本研究，故使用影像学技术进行个体识别判别具有重要意义。常用于个体识别的放射影像学技术包括X线片、计算机体层成像（computerized tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI），其中CT、MRI对人体解剖结构重叠部分的分辨能力优于X线片。

随着CT技术的发展和广泛应用，通过三维重组立体模型进行研究成为法医人类学的研究趋势，已有研究对颅骨、额窦、骨盆、胸骨、牙齿等进行三维建模进行相关分析[1-6]，CT技术的应用不仅使骨骼形态测量变得简便，而且增加了骨骼测量指标，可以获得更多的测量指标应用于性别判别。在对四肢长骨、腕骨[7]、颅骨[8-10]等进行性别判别的分析研究中发现，骨性标志多的骨骼，可以获得较多的形态指标进行性别判别分析。研究结果[11-17]还显示，使用多个指标较单指标的性别判别准确率高，且指标越多判别率也越高。

已有研究结果[18]表明，脊椎骨形态具有明显的性别差异，可以用于性别判定。由于脊椎形态不规则，骨性标志较多，可供测量的指标较多，结合CT的三维重建，更好地发挥出脊椎骨在性别判别中的优势。本研究旨在探索脊椎骨不同的形态指标与性别判别的相关性，建立相应的判别方程。

1 对象与方法

1.1 对象

随机收集2015—2017年在中南大学湘雅三医院体检中心进行胸、腰部CT扫描的华中地区274例（河南46例，湖北46例，湖南182例）成年人影像资料，分为实验组与验证组。实验组205例，其中男性122例，女性83例；验证组69例，其中男性40例，女性29例。本回顾性研究收集的对象为进行胸、腰部CT检查的体检者。本研究符合医学伦理相关规定。

纳入标准：（1）汉族；（2）体检资料显示籍贯在华中地区（包括河南、湖北、湖南）；（3）CT影像清晰；（4）年龄为18～70岁。

排除标准：（1）第2胸椎与第3腰椎存在发育畸形或疾病、有骨折史者；（2）曾服用影响骨代谢和生长发育药物者。

1.2 仪器

采用Briliance-64螺旋CT（荷兰PHILIPS公司）扫描，管电压120kV，管电流50～260mA，层厚1.0mm。

1.3 方法

1.3.1 样本数据收集

（1）数据测量：经过培训的2名测量人员使用放射工作站［放射科图像存档与传输系统（picture archiving and communication systems，PACS），深圳市蓝韵实业有限公司］软件中的长度工具、角度工具及面积工具对目测选取的标志点进行连线，得到目标长度、角度及面积。

（2）目标骨骼：第2胸椎和第3腰椎。

（3）测量指标（图1）：椎体横向最大长度（CT片平面中椎体左右两端边界相隔最远的两点连线）、椎体纵向最大长度（CT片平面中椎体上下两端边界相隔最远的两点连线）、椎孔横向最大长度（CT片平面中椎孔左右两端边界相隔最远的两点连线）、椎孔纵向最大长度（CT片平面中椎孔上下两端边界相隔最远的两点连线）、左右横突与棘突间夹角（棘突为顶点，与左右横突在CT片中的最低点连线成角）、椎孔面积（CT平面中所显示的椎孔低密度影的面积）、椎体横断面总面积（CT平面中所显示椎骨高密度影及椎孔低密度影的总面积）。

图1 测量指标Fig.1 Measurement indexes

（4）样本分组：收集实验组样本，计算男女性人数比例，并保证验证组男女性人数比例与实验组相近。

1.3.2 处理后指标及定义

第2胸椎最大长度比（x1）：第2胸椎横向最大长度/纵向最大长度。

第3腰椎最大长度比（x2）：第3腰椎横向最大长度/纵向最大长度。

第2胸椎椎孔最大长度比（x3）：第2胸椎椎孔横向最大长度/纵向最大长度。

第3腰椎椎孔最大长度比（x4）：第3腰椎椎孔横向最大长度/纵向最大长度。

第2胸椎突起角度（x5）：第2胸椎左右横突与棘突间夹角（棘突为顶点）。

第3腰椎突起角度（x6）：第3腰椎左右横突与棘突间夹角（棘突为顶点）。

第2胸椎椎孔面积占比（x7）：第2胸椎椎孔面积/（椎体横断面总面积-椎孔面积）。

第3腰椎椎孔面积占比（x8）：第3腰椎椎孔面积/（椎体横断面总面积-椎孔面积）。

1.3.3 统计学分析

2名观察者分别对274例样本进行指标测量，每位观察者对所有数据在2周后进行第2次测量。选取其中100例样本进行Pearson相关性检验评估观察者间一致性，组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）检验评估观察者内一致性。

使用SPSS 25.0软件（美国IBM公司）进行统计学分析。首先，进行正态分布检验，检验是否符合正态分布；其次，对符合正态分布的指标进行独立样本t检验。筛选出在独立样本t检验中95%置信区间内，且与性别具有相关性（即P＜0.05）的指标。使用符合正态分布且与性别（y）具有相关性的指标分别建立一元判别方程，并尝试将与性别相关的指标进行随机组合建立多元判别方程。利用验证组数据验证判别方程的准确率。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 观察者内及观察者间测量差异检验

随机选取100例样本，将同一观察者对同一指标前后2次测量的数据进行ICC分析，结果显示，观察者内ICC为0.986。2名观察者测量数据间的相关系数为0.985。

2.2 各指标在两性间的比较

男女性各指标数据均符合正态分布。t检验结果（表1）显示，x1、x2、x3、x4在两性之间差异无统计学意义（P＞0.05），x5、x6、x7、x8在两性之间差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 不同性别间各指标对比Tab.1 Comparison of indicators between different genders（±s）

表1 不同性别间各指标对比Tab.1 Comparison of indicators between different genders（±s）

注：1）与同指标男性相比，P＜0.05。x1代表第2胸椎最大长度比；x2代表第3腰椎最大长度比；x3代表第2胸椎椎孔最大长度比；x4代表第3腰椎椎孔最大长度比；x5代表第2胸椎左、右横突与棘突间夹角；x6代表第3腰椎左、右横突与棘突间夹角（棘突为顶点）；x7代表第2胸椎椎孔面积占比；x8代表第3腰椎椎孔面积占比。

女性（n=83）1.08±0.09 1.36±0.14 4.31±0.51 0.85±0.10 1）118.11±9.72 100.31±14.491）0.13±0.021）1.08±0.091）指标x1 x2 x3 x4 x5/（°）x6/（°）x7 x8男性（n=122）1.08±0.08 1.32±0.14 4.44±0.55 0.84±0.92 114.77±7.34 106.06±14.76 0.11±0.02 1.09±0.08

2.3 建立判别方程

建立一元性别判别方程及多指标联合的多元性别判别方程15个（表2）。其中含有1个指标的判别方程4个、含有2个指标的判别方程6个、含有3个指标的判别方程4个、含有4个指标的判别方程1个。

进行性别判别时，将指标数据代入两个判别方程。设男性为y1，女性为y2，若∣y1∣＞∣y2∣，判别为男性；若∣y1∣＜∣y2∣，判别为女性。

表2 判别方程及判别准确率Tab.2 Discriminant equation and discriminant accuracy

续表2Continued Tab.2

2.4 判别方程的验证

使用验证组数据验证各判别方程判别准确率（表2），一元判别方程的判别准确率为52%～75%，多元判别方程准确率为52%～83%。应用第2胸椎左右横突与棘突间夹角（x5）、第3腰椎左右横突与棘突间夹角（x6）、第3腰椎椎孔占比（x8）3个指标联合建立的判别方程，对于男性判别准确率最高（80%）；应用第3腰椎左右横突与棘突间夹角（x6）、第2胸椎椎孔面积占比（x7）、第3腰椎椎孔面积占比（x8）3个指标联合建立的判别方程，对于女性判别准确率最高（83%）。

3 讨论

性别判别是法医人类学的一项重要研究内容。利用人体骨骼形态学上的性别差异，通过人体测量学，对骨骼的性别进行判别分析，在刑事案件个人识别中起到重要作用。椎体因其特殊的解剖特点，在碎尸案件中容易被完整地保存，应用椎体进行性别判别具有较大的实用价值。而且椎体形态不规则，骨性标志较多，可以测量较多形态指标用于性别判别。

GAYA-SANCHO等[19]对170例西班牙人骶骨的形状相关数据进行单指标及多指标回归分析，结果显示，单指标回归方程预测准确率为65.18%～74.85%，多指标回归方程预测准确率为77.26%～81.41%。ZHAN等[20]基于CT对中国人骶椎及尾骨进行测量，得到一元判别函数的性别判别准确率为58.3%～76.9%，多元逐步判别方程性别判别准确率为84.9%。本研究对椎体及形态指标选择与上述研究亦不同，但所建立的判别方程的性别判别准确率与上述研究结果基本一致。

本研究旨在建立华中地区成年人性别判别的数据，探索脊椎骨与性别相关性较好的形态测量指标用于性别判别。本研究结果显示，第2胸椎、第3腰椎最大长度比，椎孔最大长度比不足以反映相应椎体形态的性别差异，不适用于性别判别。而第2胸椎、第3腰椎突起角度和椎孔面积占比可以反映相应椎体形态的性别差异，并用以性别判别。以单个指标建立的一元判别方程的判别准确率为52%～75%，多个指标建立的多元判别方程准确率为52%～83%。应用本研究中与性别相关的2个椎体进行性别判别，男性性别判别准确率高于女性。

碎尸案或无名尸骨案中，遇到的尸骨可能是完整的，也可能是残缺的。所以有必要建立不同骨骼以及各种形态指标的数据库，以满足实践的需要。椎体一般在碎尸案中能够完整保存，是进行个人识别的重要依据。进一步探索性别差异性更明显的椎体形态指标以提高性别判别准确率，有利于实践中提高性别判别的准确率。