王亞輝，魏華，2，應(yīng)充亮，萬(wàn)雷，朱廣友

（1.司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063；2.華東政法大學(xué)，上海 200042）

鎖骨胸骨端薄層CT掃描并圖像重組的骨骺發(fā)育分級(jí)方法

王亞輝1，魏華1，2，應(yīng)充亮1，萬(wàn)雷1，朱廣友1

（1.司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200063；2.華東政法大學(xué)，上海 200042）

目的運(yùn)用薄層CT掃描并多平面重組（multiplanar reconstruction，MPR）及容積再現(xiàn)（volume reconstruction，VR）技術(shù)探討青少年鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育CT分級(jí)方法。方法通過(guò)薄層CT冠狀面、橫斷面掃描以及MPR、VR技術(shù)觀察我國(guó)華東、華南地區(qū)460名15～25周歲男、女性青少年雙側(cè)鎖骨胸骨端發(fā)育影像特征，測(cè)量并計(jì)算雙側(cè)鎖骨胸骨端骨骺最長(zhǎng)徑、干骺端最長(zhǎng)徑、骨骺最長(zhǎng)徑與干骺端最長(zhǎng)徑比值、骨骺面積、干骺端面積以及骨骺面積與干骺端面積比值，建立鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育CT分級(jí)方法。結(jié)果在Schmeling分級(jí)的基礎(chǔ)上，融合鎖骨胸骨端CT圖像重組信息，將鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育過(guò)程分為1～5級(jí)，其中2級(jí)和3級(jí)分別包括a、b、c 3個(gè)亞級(jí)。結(jié)論應(yīng)用于本分級(jí)的樣本量大、年齡范圍寬、可操作性強(qiáng)，利用CT圖像重組技術(shù)，分析與青少年鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，增加了本分級(jí)方法的可行性。

法醫(yī)人類學(xué)；體層攝影術(shù)，螺旋計(jì)算機(jī)；多平面重組；容積再現(xiàn)；骨骺；鎖骨胸骨端

鎖骨胸骨端是人體各關(guān)節(jié)中繼發(fā)骨化中心出現(xiàn)及骨骺閉合最晚的部位，采用傳統(tǒng)X線成像技術(shù)不易清晰觀察該部位骨骺發(fā)育狀況，尤其影響對(duì)鎖骨胸骨端繼發(fā)骨化中心出現(xiàn)與否的判斷。運(yùn)用薄層CT掃描并二維、三維圖像重組技術(shù)可使骨骺形狀、大小及位置清晰顯示，可有效避免閱片過(guò)程中出現(xiàn)的假陰性及假陽(yáng)性結(jié)果[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已致力于通過(guò)CT掃描技術(shù)研究鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育[3-7]。近年來(lái)，鎖骨胸骨端骨齡研究中，以Schmeling等[4-6]的研究最為深入，他們對(duì)鎖骨胸骨端進(jìn)行薄層CT掃描，有效避免了因?qū)雍襁^(guò)厚所導(dǎo)致的部分容積效應(yīng)，提高了閱片的可操作性。

2010年，Kellinghaus等[8]在Schmeling鎖骨胸骨端骨骺CT發(fā)育分級(jí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)多平面重組（multiplanar reconstruction，MPR）技術(shù)對(duì)鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育CT分級(jí)進(jìn)行了改良，其分級(jí)所依據(jù)的指標(biāo)主要是骨骺長(zhǎng)度、干骺端長(zhǎng)度以及二者長(zhǎng)度比值。本研究在CT薄層掃描基礎(chǔ)上進(jìn)行容積再現(xiàn)（volume reconstruction，VR）后發(fā)現(xiàn)，在重組圖像上所測(cè)量的骨骺最長(zhǎng)徑、干骺端最長(zhǎng)徑和橫斷面CT薄層成像上的骨骺長(zhǎng)度、干骺端長(zhǎng)度存在差異，且二者的差異會(huì)隨個(gè)體年齡的增加而變化，形成這種差異的原因主要是由于單一成像無(wú)法反映骨骺發(fā)育全貌。因此，單純以薄層掃描所獲得的信息并不能完全反映鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育整個(gè)過(guò)程。本研究運(yùn)用2.0mm層厚進(jìn)行掃描，并對(duì)掃描圖像以0.6 mm層厚進(jìn)行MPR及VR，在前人研究基礎(chǔ)上，將鎖骨胸骨端骨骺面積、干骺端面積以及二者面積比值作為鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育的新增觀察指標(biāo)進(jìn)行分析，以期提高18周歲以上青少年骨齡鑒定方法的實(shí)用性及結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

從華東、華南地區(qū)800例大樣本中采取分層整群抽樣法抽取15～25周歲青少年樣本共460例，其中男性212例、女性248例，見(jiàn)表1。

表1 兩性青少年不同年齡段人群分布表（例）

納入標(biāo)準(zhǔn)：體檢確認(rèn)身體健康，營(yíng)養(yǎng)狀況良好；采用馬爾丁金屬測(cè)量計(jì)、經(jīng)校準(zhǔn)的杠桿秤分別測(cè)身高（cm）、體質(zhì)量（kg），選擇在“國(guó)人正常身高、體質(zhì)量范圍調(diào)查表”[9]規(guī)定范圍內(nèi)的人群作為研究對(duì)象。

排除標(biāo)準(zhǔn)：參加特殊文藝、體育訓(xùn)練；有服用影響骨骼發(fā)育藥物史；有影響骨骼發(fā)育疾病史或外傷史。

本研究所有受試者均簽署知情同意書，符合有關(guān)醫(yī)學(xué)倫理?xiàng)l款。

1.2 方法

1.2.1 CT掃描方法

采用40排SOMATOM Definition AS多層螺旋CT機(jī)（德國(guó)西門子醫(yī)療集團(tuán)）。薄層掃描條件：層厚2.0 mm，層距0.5 mm，管電壓120 kV，管電流80 mA。共掃描薄層CT掃描圖像132312張。測(cè)量身高（cm）、體質(zhì)量（kg）后，采取頭進(jìn)仰臥位平躺于CT床架上，進(jìn)行CT掃描。

1.2.2 觀察方法

將薄層CT圖像按照年齡升序排列，使用MIWORK S5.0.0.6 PACS骨齡閱片軟件［菲特（上海）信息技術(shù)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)，再將圖像后處理，層厚0.6mm，選取薄掃骨窗序列圖像，將其圖像導(dǎo)入Syngo工作平臺(tái)，進(jìn)行MPR及VR，剪切鎖骨胸骨端及其繼發(fā)骨化中心或骨骺，共計(jì)獲得MPR及VR圖像896張。再進(jìn)行冠狀面及矢狀面觀察。

1.2.3 觀察指標(biāo)

觀察雙側(cè)鎖骨胸骨端繼發(fā)性骨化中心是否出現(xiàn)以及初期出現(xiàn)的位置與形態(tài)，并分別在MPR及VR圖像中測(cè)量雙側(cè)鎖骨胸骨端骨骺最長(zhǎng)徑（cm）、干骺端最長(zhǎng)徑（cm）、骨骺面積（cm2）、干骺端面積（cm2），并計(jì)算骨骺最長(zhǎng)徑與干骺端最長(zhǎng)徑比值、骨骺面積與干骺端面積比值，其中數(shù)值以雙側(cè)中較大數(shù)值為準(zhǔn)。

1.2.4 分級(jí)原理

以骨骺骺軟骨發(fā)育組織學(xué)分層理論[2]為支撐，在Schmeling等[4-6]研究的5級(jí)分級(jí)法基礎(chǔ)上，補(bǔ)充MPR 及VR技術(shù)所獲取骨骺面積、干骺端面積、骨骺面積與干骺端面積比值以及骨骺閉合范圍等觀察指標(biāo)，從而細(xì)化鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育第2級(jí)和第3級(jí)。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，分別計(jì)算出鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育在不同級(jí)別所對(duì)應(yīng)年齡的最小值、最大值以及±s。

2 結(jié)果

2.1 鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育CT分級(jí)

根據(jù)薄層CT掃描并MPR、VR技術(shù)觀察鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育過(guò)程，將其分為1～5級(jí)，其中2、3兩個(gè)等級(jí)又分為2a、2b、2c和3a、3b、3c亞級(jí)（表2）。

鑒于篇幅有限，在此僅以鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育第3b級(jí)為例進(jìn)行圖示，見(jiàn)圖1～2。

2.2 鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育CT分級(jí)對(duì)應(yīng)年齡區(qū)間

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算出鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育各CT分級(jí)對(duì)應(yīng)年齡區(qū)間，見(jiàn)表3。

表2 鎖骨胸骨端薄層CT掃描及MPR、VR圖像的骨骺發(fā)育CT分級(jí)

圖1 鎖骨胸骨端MPR圖像（3b級(jí)）

圖2 鎖骨胸骨端VR圖像（3b級(jí)）

表3 鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育CT分級(jí)年齡區(qū)間（歲）

3 討論

隨著CT技術(shù)的普及，近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已致力于運(yùn)用CT掃描成像技術(shù)研究鎖骨胸骨端骨齡。1998年，Kreitner等[10]首次利用CT平掃技術(shù)將鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育分為四個(gè)等級(jí)，而該分級(jí)表述的骨骺特征較少，分級(jí)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單。2010年，Kellinghaus 等[8]采用鎖骨胸骨端薄層圖像（層厚0.6～1.5 mm），對(duì)10～35歲的數(shù)百例鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致研究，并以Schmeling等[11]鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育X線分級(jí)為基礎(chǔ)，將鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育分為5個(gè)等級(jí)（1級(jí)：繼發(fā)骨化中心尚未出現(xiàn)；2級(jí)：繼發(fā)骨化中心已出現(xiàn)，骨骺尚未閉合；3級(jí)：骨骺尚未閉合；4級(jí)：骨骺已閉合，骺線殘留；5級(jí)：骨骺已閉合，骺線消失）；且層厚為0.6～1.5mm的重組圖像可最大程度避免薄層CT掃描的部分容積效應(yīng)對(duì)鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育分級(jí)判讀結(jié)果的影響。同年，Kellinghaus等[12]對(duì)鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育第2、3級(jí)進(jìn)行了細(xì)化，提出鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育至第2級(jí)時(shí)，根據(jù)骨骺長(zhǎng)度與干骺端長(zhǎng)度比值，可分為2a、2b、2c 3個(gè)亞級(jí)；骨骺發(fā)育至3級(jí)時(shí)，根據(jù)骨骺閉合長(zhǎng)度與干骺端長(zhǎng)度比值，可分為3a、3b、3c 3個(gè)亞級(jí)。以往對(duì)鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育的CT分級(jí)均是基于薄層CT平掃技術(shù)進(jìn)行的，而CT平掃圖像所反映的骨骺發(fā)育僅為單一層面信息，難以表現(xiàn)鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育的全貌。因此，筆者認(rèn)為，除了運(yùn)用薄層CT平掃技術(shù)外，還可對(duì)掃描圖像聯(lián)合進(jìn)行MPR及VR圖像后處理，能夠更完整地反映鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育特征，并對(duì)現(xiàn)有的鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育分級(jí)方法進(jìn)行改良。

本研究在我國(guó)華東、華南地區(qū)遴選了15～25周歲青少年鎖骨胸骨端骨骺作為觀察指標(biāo)，同時(shí)運(yùn)用薄層CT掃描并MPR及VR技術(shù)將鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育分為5個(gè)等級(jí)，其中又將第2、3級(jí)劃分為2a、2b、2c 及3a、3b、3c 3個(gè)亞級(jí)，雖然分級(jí)形式上與Schmeling 等[11-12]的五分法類似，然而具體的分級(jí)內(nèi)容與以往的薄層CT掃描研究相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）增加骨骺分級(jí)亞級(jí)的劃分依據(jù)。Kellinghaus制定的鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育第2、3級(jí)中，僅根據(jù)薄層CT掃描圖像中骨骺長(zhǎng)度與干骺端長(zhǎng)度的比值作為分級(jí)依據(jù)。然而，在骨骺發(fā)育初期，由于骨骺體積較小、形態(tài)不一，通過(guò)薄層CT掃描所顯示的骨骺長(zhǎng)度并不能完全、真實(shí)反映骨骺的實(shí)際長(zhǎng)度，因此，通過(guò)測(cè)量骨骺長(zhǎng)度與干骺端長(zhǎng)度比值也不能真實(shí)反映骨骺發(fā)育程度。本研究通過(guò)圖像重組技術(shù)將二者比值調(diào)整為骨骺最長(zhǎng)徑與干骺端最長(zhǎng)徑比值，使測(cè)量值更加真實(shí)、準(zhǔn)確地反映骨骺發(fā)育狀況。（2）運(yùn)用MPR及VR技術(shù)。以往的分級(jí)重點(diǎn)研究骨骺長(zhǎng)度與干骺端長(zhǎng)度以及骨骺閉合范圍與干骺端長(zhǎng)度的關(guān)系，缺乏對(duì)骨骺立體結(jié)構(gòu)的研究。由于鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育特征不僅體現(xiàn)在骨骺長(zhǎng)度的變化，同時(shí)骨骺面積增加同樣反映了骨骺發(fā)育程度。因此，本研究在觀察薄層CT掃描圖像中骨骺最長(zhǎng)徑變化的同時(shí)，還從立體的多方位、多角度觀察骨骺發(fā)育狀況，測(cè)量骨骺面積與干骺端面積比值，進(jìn)一步探討骨骺面積與干骺端面積比值、骨骺最長(zhǎng)徑與干骺端最長(zhǎng)徑比值以及骨骺閉合長(zhǎng)度與干骺端最長(zhǎng)徑比值之間的相關(guān)性，并對(duì)不同亞級(jí)骨骺發(fā)育狀況進(jìn)行了量化，主要體現(xiàn)在鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育第2、3級(jí)的亞級(jí)中，通過(guò)運(yùn)用MPR及VR技術(shù)，更便于深入掌握鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育的基本規(guī)律。（3）研究鎖骨胸骨端骨骺的基本形態(tài)及部位等發(fā)育特征。通過(guò)VR圖像重組，多方位觀察鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育狀況，更有利于指導(dǎo)閱片工作。

此外，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，分別計(jì)算出鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育在不同級(jí)別所對(duì)應(yīng)年齡的最小值、最大值以及x ±s等描述性研究數(shù)據(jù)集，與本項(xiàng)目組前期利用X線攝片研究鎖骨胸骨端骨齡研究相比[13]，本研究發(fā)現(xiàn)男性鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育提前1～2歲，女性提前0.5～1歲。筆者認(rèn)為，鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育“提前”的主要原因與所采用的研究技術(shù)及方法的差異性有一定相關(guān)性。運(yùn)用薄層CT掃描并圖像重組技術(shù)有效避免了解剖結(jié)構(gòu)相互重疊的現(xiàn)象，更加直觀、清晰地顯示出X線片所無(wú)法顯示的骨骺形態(tài)。例如，同一個(gè)體在X線片上顯示“骨骺尚未出現(xiàn)”，但在CT圖像上顯示為“骨骺已出現(xiàn)”，因此，可以解釋為何出現(xiàn)鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育“提前”的現(xiàn)象。同時(shí)，研究表明，運(yùn)用薄層CT掃描并圖像重組技術(shù)能夠更加真實(shí)、準(zhǔn)確地反映出鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育與年齡的相關(guān)性。由于CT掃描對(duì)人體輻射較大，不利于開(kāi)展更多關(guān)節(jié)部位的骨齡研究，其可作為軀體各大關(guān)節(jié)X線骨齡研究的組合技術(shù)。由此，不論從青少年骨骺發(fā)育的客觀規(guī)律分析，或從我國(guó)《刑法》所規(guī)定的法定責(zé)任年齡結(jié)點(diǎn)來(lái)看，運(yùn)用薄層CT掃描并MPR及VR技術(shù)研究鎖骨胸骨端骨骺發(fā)育對(duì)于我國(guó)18周歲以上青少年的年齡判定都具有較高的研究?jī)r(jià)值。

（本課題得到司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所資助。）

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The Staging Method of Sternal End of Clavicle Epiphyseal Growth by Thin Layer CT Scan and Imaging Reconstruction

WANG Ya-hui1,WEI Hua1,2,YING Chong-liang1,WAN Lei1,ZHU Guang-you1
（1.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,P.R.China,Shanghai 200063,China;2.East China University of Political Science and Law,Shanghai 200042,China）

ObjectiveTo establish a CT staging method of sternal end of clavicle epiphyseal growth for teenagers by thin layer CT scan,multiplanar reconstruction（MPR）and volume reconstruction（VR）technologies.MethodsThe CT imaging characteristics,which collected from 460 teenagers（aged from 15 to 25）in East and South China,were studied through both sternal ends of clavicles’imagings by thin layer coronal CT scan and axial CT scan,MPR and VR technologies.The parameters of sternal end of clavicle including the longest diameter of epiphysis,the longest diameter of metaphysis,their length ratio, area of epiphysis,area of metaphysis,and their area ratio were measured and calculated in order to establish new classification.ResultsBased on the staging method of Schmeling,integrating the CT imaging reconstruction information of sternal end of clavicle,the new classification of sternal end of clavicle epiphyseal growth were divided into 1 to 5 stages,and stage 2 and stage 3,respectively,contained a,b and c sub-classification.ConclusionThis new classification has merits of large sample size,wide age range and easy operability.By using CT imaging reconstruction techniques and analyzing the data which closely related to sternal end of clavicle epiphyseal growth of teenagers,the feasibility of the staging method could be increased.

forensic anthropology;tomography,spiral computed;multiplanar reconstruction;volume reconstruction;epiphyses;sternal end of clavicle

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2013.03.003

1004-5619（2013）03-0168-04

2013-05-02）

（本文編輯：陳捷敏）

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK16B01）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81102305）

王亞輝（1982—），男，陜西榆林人，碩士，助理研究員，主要從事法醫(yī)臨床學(xué)科研、鑒定；E-mail：wangyh@ssfjd.cn

朱廣友，男，研究員，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事法醫(yī)臨床學(xué)研究；E-mail：zhugy@ssfjd.cn