魏華，特來提·賽依提，萬雷，應充亮，王亞輝

（1.華東政法大學研究生教育院，上海 200042；2.司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫(yī)重點實驗室，上海 200063；3.新疆警察學院偵察系，新疆烏魯木齊 830011）

基于CT掃描并圖像重組青少年鎖骨胸骨端骨齡數(shù)學模型

魏華1，2，特來提·賽依提3，萬雷2，應充亮2，王亞輝2

（1.華東政法大學研究生教育院，上海 200042；2.司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫(yī)重點實驗室，上海 200063；3.新疆警察學院偵察系，新疆烏魯木齊 830011）

目的利用我國青少年鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育變化規(guī)律，探討CT容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）數(shù)據(jù)與生物學年齡的相關性，并建立推斷骨齡的數(shù)學模型。方法通過對我國華東、華南地區(qū)684名15～25周歲青少年雙側鎖骨胸骨端進行CT薄層掃描并VR三維圖像重組，測量并計算雙側鎖骨胸骨端骨骺最長徑、干骺端最長徑及其長度比、骨骺面積、干骺端面積及其面積比等數(shù)據(jù)，并建立骨齡推斷的數(shù)學模型。再將50例訓練樣本代入數(shù)學模型，檢驗模型的準確性。結果左、右兩側骨骺與干骺端長度比、面積比在同一年齡組男女性間差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。建立的數(shù)學模型表明鎖骨胸骨端骨骼的發(fā)育規(guī)律與生物學年齡具有高度的相關性，所有模型的準確率都高于70.5%（±1.0歲）和82.5%（±1.5歲）。結論建立的骨齡數(shù)學模型的可操作性強、準確性較高。這不僅可與圖譜法相互印證和支持，提高骨齡推斷的準確性；同時，該方法對未來研究其他單一部位骨齡推斷具有重要的意義。

法醫(yī)人類學；年齡測定，骨骼；鎖骨胸骨端；容積再現(xiàn)；數(shù)學模型

以Schmeling等[1]研究結果為基礎，本課題組在前期的研究中[2-4]，以2.0mm的層厚進行掃描，0.6mm重建薄層圖像并進行CT容積再現(xiàn)（volume rendering，VR），獲得鎖骨胸骨端VR三維圖像重組，并將在VR三維圖像中測得的骨骺最長徑、干骺端最長徑及其比值作為分級的依據(jù)，創(chuàng)立了新的分級方法。該方法彌補了Schmeling等[1]建立的二維圖像分級的不足，通過實驗數(shù)據(jù)證明了該分級的科學性和實用性，并制定了鎖骨胸骨端的圖譜法。同時，該研究的骨齡推斷觀測數(shù)據(jù)都為連續(xù)性數(shù)據(jù)，且通過前期的數(shù)據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)鎖骨胸骨端發(fā)育程度同骨骺最長徑、骨骺面積存在正相關性，有必要進行統(tǒng)計學分析并建立相關數(shù)學模型，以進一步挖掘青少年鎖骨胸骨端骨齡數(shù)據(jù)信息，并與圖譜法相互補充，提高骨齡推斷的準確性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

從我國華東、華南地區(qū)1 000例大樣本中，采取分層整群抽樣法分別抽取15～25周歲男性青少年樣本343例、女性341例，合計684例，見表1。

表1 青少年不同年齡組人群分布表（例）

納入標準：體檢確認身體健康，營養(yǎng)狀況良好。采用馬爾丁金屬測量計、經(jīng)校準的杠桿秤分別測量身高、體質量，選擇在“國人正常身高、體質量范圍調查表”[5]規(guī)定范圍內(nèi)的作為研究對象。

排除標準：參加特殊文藝、體育訓練對象；服用影響骨骼發(fā)育藥物史的病人；有影響骨骼發(fā)育疾病史病人或外傷史個體[5]。

本研究符合有關醫(yī)學倫理法律條款規(guī)定。

1.2 方法

1.2.1 CT掃描

采用40排SOMATOM Definition AS多層螺旋CT機（德國西門子醫(yī)療集團）。薄層掃描參數(shù)：層厚2.0 mm，層距2.0 mm，管電壓120 kV，管電流80 mA。測量身高（cm）、體質量（kg）后，采取仰臥位平躺于CT床架上，進行CT掃描。

1.2.2 觀察方法

將CT圖像按照年齡升序排列，借助于MIWORK S5.0.0.6 PACS骨齡閱片軟件［菲特（上海）信息技術有限公司］，分析鎖骨胸骨端CT薄層圖像（包括橫斷面和冠狀面）中骨骺發(fā)育形態(tài)，再行圖像后處理。CT圖像層厚0.6mm，選取圖像0.6mm薄層骨窗像導入Syngo工作平臺（德國西門子醫(yī)療集團），進行VR三維圖像重組，選取鎖骨胸骨端及其繼發(fā)骨化中心或骨骺[6-7]。

1.2.3 觀測指標

觀察雙側鎖骨胸骨端繼發(fā)骨化中心是否出現(xiàn)及初期出現(xiàn)的位置與形態(tài)。在VR重組圖像中測量雙側鎖骨胸骨端骨骺最長徑（cm）、干骺端最長徑（cm）、骨骺面積（cm2）、干骺端面積（cm2），并計算骨骺最長徑與干骺端最長徑比值、骨骺面積與干骺端面積比值。設骨齡為y，左側鎖骨胸骨端骨骺最長徑與左側干骺端最長徑的比值、左側鎖骨胸骨端骨骺面積與左側干骺端面積的比值分別為x1、x2，右側對應值分別為x3、x4。

1.2.4 統(tǒng)計學分析

運用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。分別通過t檢驗和Mann-Whitney U檢驗x1、x2、x3、x4在性別、年齡中的差異性。同時，應用最小二乘法，分別分析y與x1、x2、x3、x4的相關性，并建立鎖骨胸骨端骨齡推斷的數(shù)學模型，并將50例訓練樣本代入數(shù)學模型驗證其準確性。

2 結果

2.1 觀測指標的性別差異性比較

分別假設x1、x2、x3、x4的分布在性別、年齡上相同，采用獨立樣本Mann-Whitney U檢驗分析，所得到的P值均小于0.05，說明在同一年齡組，x1、x2、x3、x4在兩性間差異具有統(tǒng)計學意義。同時，分析發(fā)現(xiàn)面積變量與生物學年齡存在更高的相關性，故對變量x2、x4的x ±s進行進一步的研究。男、女性x2、x4在各年齡階段平均值比較見表2。

2.2 應用最小二乘法建立的數(shù)學模型

通過最小二乘法分別分析男、女性的年齡與各自變量相關性，建立4個數(shù)學模型。并將50例訓練樣本代入數(shù)學模型，所有模型的準確率都高于70.5% （±1.0歲）和82.5%（±1.5歲），見表3。

表2 男、女性x2、x4在各年齡段平均值的比較結果（±s）

表2 男、女性x2、x4在各年齡段平均值的比較結果（±s）

年齡/歲男性（n=343）女性（n=341）x2x4x2x4 15.00～15.990.061±0.0530.086±0.0640.113±0.0910.111±0.087 16.00～16.990.173±0.0640.165±0.0740.202±0.0750.163±0.079 17.00～17.990.154±0.0790.164±0.0830.315±0.0840.303±0.082 18.00～18.990.322±0.0640.324±0.0720.471±0.0590.484±0.063 19.00～19.990.581±0.0760.553±0.0840.643±0.0680.647±0.075 20.00～20.990.664±0.0810.662±0.0940.693±0.0690.695±0.121 21.00～21.990.713±0.0960.673±0.0970.684±0.0920.806±0.101 22.00～22.990.803±0.0950.803±0.1020.812±0.0910.815±0.112 23.00～23.990.914±0.0980.903±0.1320.874±0.0950.874±0.094 24.00～24.990.935±0.1120.934±0.0980.883±0.1370.915±0.111 25.00～25.990.985±0.1130.973±0.0860.951±0.1130.946±0.145

表3 青少年鎖骨胸骨端數(shù)學模型

3 討論

數(shù)學模型法，又稱多元回歸法，是將骨齡觀測指標數(shù)據(jù)量化后，應用統(tǒng)計學軟件中多元回歸方程，探索年齡和相關觀測指標最佳判別模式，建立數(shù)學模型的方法[2-4]。隨著青少年活體骨齡推斷技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種研究方法，在這些研究方法中，數(shù)學模型法和圖譜法是被實驗數(shù)據(jù)證明的較為準確的推斷方法，且因其可操作性強，受到眾多學者關注。2000年，田雪梅等[8]率先使用該方法對360名11～20周歲的男女性的X線片上27個觀測指標建立了數(shù)學模型。2005年，王亞輝等[2]根據(jù)青少年全身骨骼發(fā)育的24個指標及身高、體重與年齡之間的相關性進行統(tǒng)計學分析，運用多元逐步回歸法、聚類分析法及Fisher’s兩類判別分析等多種統(tǒng)計方法，建立了推斷青少年活體年齡的一系列數(shù)學模型。

鎖骨胸骨端位于人體肌肉和組織較厚的部位，采用傳統(tǒng)的X線成像較難獲取清晰的圖像，故本研究采用CT成像技術進行鎖骨胸骨端研究。本研究采用薄層CT平掃，以0.6mm層厚進行圖像重建，可最大程度地減小部分容積效應的影響，并在Syngo工作平臺進行VR圖像重組，獲取高清圖像。這些高清圖像有利于較為準確地測量鎖骨胸骨端的骨骺最長徑、干骺端最長徑、骨骺面積、干骺端面積等信息，本研究發(fā)現(xiàn)，骨齡和x2、x4相關性、骨齡和x1、x2、x3、x4相關性中，男性的調整后決定系數(shù)都要高于女性，且通過50例訓練樣本的回代檢驗，證實了男性在數(shù)學模型的擬合度要優(yōu)于女性。針對自變量的不同，包含自變量x2、x4數(shù)學模型與包含x1、x2、x3、x4數(shù)學模型，進行50例訓練樣本回代檢驗后，發(fā)現(xiàn)前者的準確性高于后者，說明骨骺面積與干骺端面積比值數(shù)據(jù)優(yōu)于骨骺最長徑與干骺端最長徑的比值。鎖骨胸骨端在推斷活體骨齡的準確性全部高于70.5%（±1.0歲）和82.5%（±1.5歲）以上，且調整后的決定系數(shù)都大于0.6821，再次驗證了鎖骨胸骨端對推斷大齡組青少年骨齡具有重要的參考意義。同時，通過對男女性x2、x4在各年齡階段平均值的比較，可以發(fā)現(xiàn)女性的發(fā)育要提前于男性，且以15至21周歲尤為顯著；21周歲之后，這種顯著性差異減小，男女性無明顯差異。

同時，參照國內(nèi)外學者的統(tǒng)計分析方法，并建立了鎖骨胸骨端的骨齡推斷數(shù)學模型。與以往的研究[1]相比，主要有以下不同：（1）率先采用CT成像采集骨齡觀測指標數(shù)據(jù)，較以往骨齡推斷數(shù)學模型研究法中多數(shù)使用數(shù)字計算機X線DR技術成像采集骨齡觀測指標，在成像上更加清晰。（2）骨齡觀測指標為順序變量。過去的觀測指標多為分類變量，是對某些指標進行分類分級后再進行相關性研究；而本研究通過VR重組圖像后，直接通過Syngo工作平臺的工具測量長度和面積，測量和計算的數(shù)值為連續(xù)變量。（3）進一步剔除了人為影響因素。過去數(shù)學模型研究法，在進行建模之前，往往要對觀測指標進行人為的分類分級，這就增加了人為的判斷因素，常導致一些人為的誤差。而本研究采用測繪工具進行測量，排除了人為的干擾因素。

本研究對我國華東、華南地區(qū)684例青少年男女性鎖骨胸骨端樣本進行研究，建立數(shù)學模型的可操作性強，準確性較高。該數(shù)學模型法，不僅可以與鎖骨胸骨端圖譜法相互支持和印證，從而提高骨齡推斷的準確性；同時，該研究方法對未來開展探索其他單一部位骨齡推斷研究工作還具有重要的意義。

[1]Schmeling A，Grundmann C，F(xiàn)uhrmann A，et al. Criteria for age estimation in living individuals[J]. Int J Legal Med，2008，122（6）：457-460.

[2]王亞輝，朱廣友，王鵬，等.中國漢族女性青少年法醫(yī)學活體骨齡推斷數(shù)學模型的建立[J].法醫(yī)學雜志，2008，24（2）：110-113.

[3]王亞輝，魏華，應充亮，等.薄層CT掃描技術在鎖骨胸骨端骨齡評估中的應用進展[J].法醫(yī)學雜志，2013，29（2）：130-133.

[4]王亞輝，魏華，應充亮，等.鎖骨胸骨端薄層CT掃描并圖像重組的骨骺發(fā)育分級方法[J].法醫(yī)學雜志，2013，29（3）：168-171，179.

[5]朱廣友，范利華，張國楨，等.青少年骨發(fā)育X線分級方法[J].法醫(yī)學雜志，2008，24（1）：18-24.

[6]Schulz R，Mühler M，Reisinger W，et al. Radiographic staging of ossification of the medial clavicular epiphysis[J]. Int J Legal Med，2008，122（1）：55-58.

[7]Kellinghaus M，Schulz R，Vieth V，et al. Enhanced possibilities to make statements on the ossification status of the medial clavicular epiphysis using an amplified staging scheme in evaluating thin-slice CT scans[J]. Int J Legal Med，2010，124（4）：321-325.

[8]田雪梅，張繼宗，閔建雄，等.男性青少年X線片的骨骺特征及年齡推斷[J].中國法醫(yī)學雜志，2001，16（2）：91-94.

（本文編輯：陳捷敏）

Mathematical Models of the Teenager’s Skeletal Age Evaluation Based on CT Scan and Imaging Reconstruction of Medial Clavicular Epiphysis

WEI Hua1,2,T?l?T·SIYIT3,WAN Lei2,YING Chong-liang2,WANG Ya-hui2
（1.Graduate School of East China University of Political Science and Law,Shanghai 200042,China;2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,P.R.China,Shanghai 200063,China;3.Faculty of Reconnaissance,Xinjiang Police College,Urumqi 830011,China）

ObjectiveTo explore the correlation between CT volume rendering（VR）statistics and living age and to build the mathematical models for skeletal age evaluation based on the growth rules of medial clavicular epiphysis of teenagers in China.MethodsThe thin layer CT scan and VR 3D imaging reconstruction of both sides of sternal ends of clavicles were examined for 684 teenagers aged from 15 to 25 in East and South China.The parameters of sternal end of clavicle including the longest diameter of epiphysis,the longest diameter of metaphysis,their length radio,area of epiphysis,area of metaphysic,their area ratio,and other data were measured and calculated in order to establish mathematical models of skeletal age evaluation.Fifty trained subjects were tested to verify the accuracy of the mathematical models.ResultsIn the same age group,the length ratio and the area ratio had significant difference in genders（Plt;0.05）.The established mathematical models showed that the growth rules of medial clavicular epiphysis were highly correlated with the living ages.The accuracies of these models were higher than 70.5%（±1.0 year）and 82.5%（±1.5 year）.ConclusionThe mathematical models have easy operability and high accuracy.It can be used to confirm and sustain the conclusion of atlas method. Meanwhile,it is of great significance to study the other single skeletal age evaluation in the future.

forensic anthropology;age determination by skeleton;sternal end of clavicle;volume rendering;mathematical model

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2013.05.006

1004-5619（2013）05-0340-04

國家自然科學基金資助項目（81102305）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAK16B01）；上海市科委2009年度技術標準體系研究與開發(fā)類重點項目（09231203500）；上海市法醫(yī)學重點實驗室資助項目（13DZ2271500）

魏華（1988—），男，福建寧德人，碩士研究生，主要從事法醫(yī)臨床學研究；E-mail：mustweihua@hotmail.com

王亞輝，男，碩士，助理研究員，主檢法醫(yī)師，主要從事法醫(yī)臨床學研究；E-mail：wangyh@ssfjd.cn

2013-08-23）