基于CT三维重建技术推断西部地区汉族成人颅骨性别

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2022.220101

法医学杂志 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (1): 27-33.DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2022.220101

基于CT三维重建技术推断西部地区汉族成人颅骨性别

杨孝通¹^,²(), 孙丞辉³, 马永刚⁴, 曹永杰²^,⁵, 熊剪²^,⁶, 张吉²(), 黄平²()

^1.山西医科大学法医学院，山西太原 030001
^2.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
^3.上海市公安局奉贤分局刑事科学技术研究所，上海 201499
^4.西安交通大学附属三二〇一医院影像科，陕西汉中 723000
^5.南京医科大学法医学院，江苏南京 211166
^6.贵州医科大学法医学院，贵州贵阳 550000

收稿日期:2022-01-05 发布日期:2023-02-25 出版日期:2023-02-28
通讯作者: 张吉,黄平
作者简介:张吉，男，博士，助理研究员，主检法医师，主要从事法医病理学研究；E-mail：zhangj@ssfjd.cn
黄平，男，博士，研究员，主任法医师，主要从事法医病理学研究；E-mail：huangp@ssfjd.cn
杨孝通（1997—），男，硕士研究生，主要从事法医病理学研究；E-mail：895081557@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81671869);中央级公益性科研院所资助项目(GY2020G-2);上海市法医学重点实验室资助项目(21DZ2270800);司法部司法鉴定重点实验室资助项目;上海市司法鉴定专业技术服务平台资助项目

Sex Estimation of Han Adults in Western China Based on Three-Dimensional Cranial CT Reconstruction

Xiao-tong YANG¹^,²(), Cheng-hui SUN³, Yong-gang MA⁴, Yong-jie CAO²^,⁵, Jian XIONG²^,⁶, Ji ZHANG²(), Ping HUANG²()

^1.Department of Forensic Medicine，Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China
^2.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine，Key Laboratory of Forensic Science，Ministry of Justice，Shanghai Forensic Service Platform，Academy of Forensic Science，Shanghai 200063，China
^3.Criminal Science and Technology Research Institute，Fengxian Branch of Shanghai Municipal Public Security Bureau, Shanghai 201499, China
^4.Department of Medical Imaging，3201 Hospital Affiliated，Xi’an Jiaotong University，Hanzhong 723000，Shaanxi Province，China
^5.Department of Forensic Medicine，Nanjing Medical University，Nanjing 211166，China
^6.Department of Forensic Medicine，Guizhou Medical University，Guiyang 550000，China

Received:2022-01-05 Online:2023-02-25 Published:2023-02-28
Contact: Ji ZHANG,Ping HUANG

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摘要/Abstract

摘要：

目的利用颅骨CT三维重组技术检验Walker模型推断我国西部地区汉族成人性别的可靠性和准确性，并研究适用于西部地区汉族人群的颅骨性别推断模型。方法收集陕西省汉中医院2017—2021年的576例颅骨CT三维重组图像，分为实验组486例、验证组90例。观察者1采用Walker模型对实验组样本评分进行性别推断，并修正为适用于西部地区汉族样本的logistic函数，3名观察者对验证组90例样本评分，代入修正后的logistic函数完成回代检验。结果应用Walker模型推断西部地区汉族成人性别准确率为63.2%~77.2%，修正的性别推断模型的准确率为82.9%。3名观察者回代检验性别推断准确率为75.6%~91.1%，观察者之间Kappa一致性检验结果为0.689（P<0.05），观察者内部Kappa一致性检验结果为0.874（P<0.05）。结论不同地区人群骨骼特征存在差异，修正后的logistic函数在西部地区汉族成人获得了更高的准确率。

关键词: 法医人类学, 颅骨, 性别推断, CT三维重组, 汉族

Abstract:

Objective To examine the reliability and accuracy of Walker’s model for estimating the sex of Han adults in western China by using cranium three-dimensional （3D） CT reconstruction, and to study the suitable cranial sex estimation model for Han people in western China. Methods A total of 576 cranial CT 3D reconstructed images from Hanzhong Hospital in Shaanxi Province from 2017 to 2021 were collected. These images were divided into the experimental group with 486 samples and the validation group with 90 samples. Walker’s model was used by observer 1 to estimate the sex of experimental group samples. The logistic function applicable to Han people in western China was corrected by observer 1. The 90 samples in the validation group were scored and substituted into the modified logistic function to complete the back substitution test by observer 1, 2 and 3. Results The accuracy of sex estimation of Han adults in western China was 63.2%-77.2% by applying Walker’s model. The accuracy of modified logistic function was 82.9%. The accuracy of sex estimation through back substitution test by 3 observers was 75.6%-91.1%, with a Kappa value of 0.689 （P<0.05） for inter-observer consistency and 0.874 （P<0.05） for intra-observer consistency. Conclusion There are great differences in bone characteristics among people from different regions. The modified logistic function can achieve higher accuracy in Han adults in western China.

Key words: forensic anthropology, cranium, sex estimation, CT three-dimensinal restruction, Han population

中图分类号:

DF795.6

杨孝通, 孙丞辉, 马永刚, 曹永杰, 熊剪, 张吉, 黄平. 基于CT三维重建技术推断西部地区汉族成人颅骨性别[J]. 法医学杂志, 2023, 39(1): 27-33.

Xiao-tong YANG, Cheng-hui SUN, Yong-gang MA, Yong-jie CAO, Jian XIONG, Ji ZHANG, Ping HUANG. Sex Estimation of Han Adults in Western China Based on Three-Dimensional Cranial CT Reconstruction[J]. Journal of Forensic Medicine, 2023, 39(1): 27-33.

图/表 6

参考文献 16

1	赵旭东，张惠芹，周宇驰. 中国汉族成人颅骨CR片性别判定的研究[J].中国人民公安大学学报（自然科学版），2009，15（1）：39-47.
	ZHAO X D， ZHANG H Q， ZHOU Y C. Study on the determination of gender using skull’s CR films of Chinese Han adults[J]. Zhongguo Renmin Gongan Daxue Xuebao （Nature sciences），2009，15（1）：39-47.
2	ROBINSON M S， BIDMOS M A. The skull and humerus in the determination of sex： Reliability of discriminant function equations[J]. Forensic Sci Int，2009，186（1/2/3）：86.e1-86.e5. doi：10.1016/j.forsciint. 2009.01.003 .
3	WALKER P L. Sexing skulls using discriminant function analysis of visually assessed traits[J]. Am J Phys Anthropol，2008，136（1）：39-50. doi：10.1002/ajpa.20776 .
4	KRÜGER G C， L’ABBÉ E N， STULL K E， et al. Sexual dimorphism in cranial morphology among mo-dern South Africans[J]. Int J Legal Med，2015，129（4）：869-875. doi：10.1007/s00414-014-1111-0 .
5	LEWIS C J， GARVIN H M. Reliability of the Walker cranial nonmetric method and implications for sex estimation[J]. J Forensic Sci，2016，61（3）：743-751. doi：10.1111/1556-4029.13013 .
6	邓振华，范飞. 虚拟人类学的回顾与展望[J].法医学杂志，2020，36（5）：595-604. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2020.05.001 .
	DENG Z H， FAN F. Review and prospects of virtual anthropology[J]. Fayixue Zazhi，2020，36（5）：595-604.
7	LÓPEZ-ALCARAZ M， GARAMENDI GONZÁLEZ P M， ALEMÁN AGUILERA I， et al. Image analysis of pubic bone for sex determination in a computed tomography sample[J]. Int J Legal Med，2013，127（6）：1145-1155. doi：10.1007/s00414-013-0900-1 .
8	GRABHERR S， COOPER C， ULRICH-BOCHSLER S， et al. Estimation of sex and age of “virtual skele-tons” -- A feasibility study[J]. Eur Radiol，2009，19（2）：419-429. doi：10.1007/s00330-008-1155-y .
9	BERTSATOS A， CHOVALOPOULOU M E， BRŮŽEK J， et al. Advanced procedures for skull sex estimation using sexually dimorphic morphometric features[J]. Int J Legal Med，2020，134（5）：1927-1937. doi：10.1007/s00414-020-02334-9 .
10	DERELI A K， ZEYBEK V， SAGTAS E， et al. Sex determination with morphological characteristics of the skull by using 3D modeling techniques in computerized tomography[J]. Forensic Sci Med Pathol，2018，14（4）：450-459. doi：10.1007/s12024-018-0029-0 .
11	杨稳，刘晓宁，朱菲，等. 中国维吾尔族人颅骨性别识别方法[J].法医学杂志，2019，35（2）：200-204. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2019.02.013 .
	YANG W， LIU X N， ZHU F， et al. Sex recognition of skulls in Chinese Uygur[J]. Fayixue Zazhi，2019，35（2）：200-204.
12	谭秋丰，高淑红，黄飞骏. 头颅CT片性别的识别[J].法医学杂志，2007，23（5）：332-334. doi：10.3969/j.issn.1004-5619.2007.05.004 .
	TAN Q F， GAO S H， HUANG F J. Sex determination by studying head CT film[J]. Fayixue Zazhi，2007，23（5）：332-334.
13	GARVIN H M， SHOLTS S B， MOSCA L A. Sexual dimorphism in human cranial trait scores： Effects of population， age， and body size[J]. Am J Phys Anthropol，2014，154（2）：259-269. doi：10.1002/ajpa.22502 .
14	RAMSTHALER F， KETTNER M， GEHL A， et al. Digital forensic osteology： Morphological sexing of skeletal remains using volume-rendered cranial CT scans[J]. Forensic Sci Int，2010，195（1/2/3）：148-152. doi：10.1016/j.forsciint.2009.12.010 .
15	KLALES A R， OUSLEY S D， VOLLNER J M. A revised method of sexing the human innominate using Phenice’s nonmetric traits and statistical methods[J]. Am J Phys Anthropol，2012，149（1）：104-114. doi：10.1002/ajpa.22102 .
16	BEWES J， LOW A， MORPHETT A， et al. Artificial intelligence for sex determination of skeletal remains： Application of a deep learning artificial neural network to human skulls[J]. J Forensic Leg Med，2019，62：40-43. doi：10.1016/j.jflm.2019.01.004 .

年龄/岁	实验组		验证组		合计
年龄/岁	男性	女性	男性	女性	合计
合计	241（41.8）	245（42.5）	45（7.8）	45（7.8）	576（100.0）
20~<31	13（5.4）	7（2.9）	2（4.4）	1（2.2）	23（4.0）
31~<41	26（10.8）	13（5.3）	5（11.1）	3（6.7）	47（8.2）
41~<51	76（31.5）	75（30.6）	10（22.2）	10（22.2）	171（29.7）
51~<61	47（19.5）	41（16.7）	10（22.2）	10（22.2）	108（18.8）
61~<71	47（19.5）	62（25.3）	10（22.2）	12（26.7）	131（22.7）
71~<81	31（12.9）	39（15.9）	5（11.1）	6（13.3）	81（14.1）
81~<91	1（0.4）	7（2.9）	3（6.7）	3（6.7）	14（2.4）
91~<100	0（0）	1（0.4）	0（0）	0（0）	1（0.2）

年龄/岁	实验组		验证组		合计
年龄/岁	男性	女性	男性	女性	合计
合计	241（41.8）	245（42.5）	45（7.8）	45（7.8）	576（100.0）
20~<31	13（5.4）	7（2.9）	2（4.4）	1（2.2）	23（4.0）
31~<41	26（10.8）	13（5.3）	5（11.1）	3（6.7）	47（8.2）
41~<51	76（31.5）	75（30.6）	10（22.2）	10（22.2）	171（29.7）
51~<61	47（19.5）	41（16.7）	10（22.2）	10（22.2）	108（18.8）
61~<71	47（19.5）	62（25.3）	10（22.2）	12（26.7）	131（22.7）
71~<81	31（12.9）	39（15.9）	5（11.1）	6（13.3）	81（14.1）
81~<91	1（0.4）	7（2.9）	3（6.7）	3（6.7）	14（2.4）
91~<100	0（0）	1（0.4）	0（0）	0（0）	1（0.2）

logistic函数^[3]	准确率[n（%）]			性别偏差/%
logistic函数^[3]	女性	男性	合计	性别偏差/%
y=9.128-1.375x₁-1.185x₂-1.151x₃	190（77.6）	178（73.8）	368（75.7）	3.8
y=7.434-1.568x₁-1.459x₂	176（71.8）	199（82.6）	375（77.2）	-10.8
y=7.372-1.525x₁-1.485x₃	155（63.3）	203（84.2）	358（73.6）	-20.9
y=7.382-1.629x₂-1.415x₃	194（79.2）	129（53.5）	323（66.5）	25.7
y=6.018-1.850x₃-1.007x₄	204（83.3）	103（42.7）	307（63.2）	40.6
y=5.329-1.559x₂-0.7x₅	185（75.5）	160（66.4）	345（71.0）	9.1

logistic函数^[3]	准确率[n（%）]			性别偏差/%
logistic函数^[3]	女性	男性	合计	性别偏差/%
y=9.128-1.375x₁-1.185x₂-1.151x₃	190（77.6）	178（73.8）	368（75.7）	3.8
y=7.434-1.568x₁-1.459x₂	176（71.8）	199（82.6）	375（77.2）	-10.8
y=7.372-1.525x₁-1.485x₃	155（63.3）	203（84.2）	358（73.6）	-20.9
y=7.382-1.629x₂-1.415x₃	194（79.2）	129（53.5）	323（66.5）	25.7
y=6.018-1.850x₃-1.007x₄	204（83.3）	103（42.7）	307（63.2）	40.6
y=5.329-1.559x₂-0.7x₅	185（75.5）	160（66.4）	345（71.0）	9.1

修正的logistic函数	准确率/[n（%）]			性别偏差/%
修正的logistic函数	女性	男性	合计	性别偏差/%
y_修=8.071-1.314x₁-0.731x₂-0.263x₃-0.308x₄-0.635x₅	208（84.9）	193（80.1）	401（82.5）	4.8
y_修=7.650-1.330x₁-0.746x₂-0.356x₄-0.657x₅	210（85.7）	193（80.1）	403（82.9）	5.6
y_修=7.102-1.483x₁-0.775x₂-0.673x₅	198（80.8）	199（82.6）	397（81.7）	-1.8
y_修=5.662-1.462x₁-0.769x₂	214（87.3）	170（70.5）	384（79.0）	16.8
y_修=4.012-1.762x₁	155（64.3）	219（89.4）	374（77.0）	-25.1

基于CT三维重建技术推断西部地区汉族成人颅骨性别

Sex Estimation of Han Adults in Western China Based on Three-Dimensional Cranial CT Reconstruction

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logistic函数	观察者	准确率/[n（%）]			性别偏差/%
logistic函数	观察者	女性	男性	合计	性别偏差/%
y=9.128-1.375x₁-1.185x₂-1.151x₃	1	38（84.4）	30（66.7）	68（75.6）	17.7
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y=7.434-1.568x₁-1.459x₂	1	43（95.6）	23（51.1）	66（73.3）	40.5
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	3	33（73.3）	32（71.1）	65（72.2）	2.2
y=6.018-1.850 x₃-1.007x₄	1	40（88.9）	23（51.1）	63（70.0）	37.8
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y=5.329-1.559x₂-0.7x₅	1	38（84.4）	24（53.3）	62（68.9）	31.1
	2	39（86.7）	26（57.8）	65（72.2）	28.9
	3	32（71.1）	28（62.2）	60（66.7）	8.9

[1]	郭科建, 黄磊, 李士林, 殷才湧, 汤真. 山东汉族人群37个Y-STR基因座多态性与突变调查[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 501-506.
[2]	马永刚, 曹永杰, 赵益花, 周新军, 黄斌, 张高潮, 黄平, 王亚辉, 马开军, 陈峰, 张东川, 张吉. 基于深度学习实现成人坐骨耻骨支内侧缘的性别推断[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 129-136.
[3]	郝虹霞, 王亚辉, 周智露, 刘太昂, 陈瑾, 何宇亨, 万雷, 夏文涛. 膝关节MRI活体年龄推断研究进展[J]. 法医学杂志, 2023, 39(1): 66-71.
[4]	罗结珊, 黄颖, 邝文健, 许传超. 粤西茂名地区汉族人群20个STR基因座遗传多态性[J]. 法医学杂志, 2022, 38(5): 657-661.
[5]	马精晶, 尚敏, 秦大伟, 任文昭, 时佳音, 赵晓云, 姚泽伟, 李凡. 青少年牙槽骨吸收高度与性别、年龄的关系[J]. 法医学杂志, 2022, 38(5): 589-594.
[6]	张枭, 王斌, 张公赢, 田君哲, 贺子唯, 何曦, 赵一琦, 姚智卿, 田露, 李士林. 浦东地区汉族人群23个常染色体STR基因座的遗传多态性[J]. 法医学杂志, 2022, 38(4): 545-550.
[7]	黄怡文, 张洁, 徐军, 王玉前. 山东日照地区汉族人群37个Y-STR基因座的遗传多态性[J]. 法医学杂志, 2022, 38(4): 538-544.
[8]	张东川, 费耿, 陈婷婷, 许路易, 余德伦, 张天叶. 3种尸骨年龄推断方法的比较[J]. 法医学杂志, 2022, 38(3): 319-323.
[9]	蒋海, 谢琼, 李维亭, 刘尊忠. 碎尸案的多维度分析1例[J]. 法医学杂志, 2021, 37(6): 896-898.
[10]	何传锦, 张荣芳, 邹磊, 郑冰洁, 宋丹璐, 黄景峰, 兰江维. 蚌埠地区汉族41个Y-STR基因座遗传多态性及法医学应用[J]. 法医学杂志, 2021, 37(5): 699-703.
[11]	贾思璇, 韩梦琪, 王辰旭, 等. Nolla法推断中国北方汉族儿童年龄的准确性[J]. 法医学杂志, 2021, 37(2): 181-186.
[12]	李媛, 赵欢, 梁伟波, 等. 计算机辅助法医影像学骨骼个体识别的研究进展[J]. 法医学杂志, 2021, 37(2): 239-247.
[13]	李曼, 李明杰, 黄江, 等. 大鼠颅骨材料力学和骨质参数的增龄性变化[J]. 法医学杂志, 2021, 37(1): 1-6.
[14]	范飞, 戴鑫华, 占梦军, 等. 基于数据挖掘实现成人喉软骨和舌骨CT图像重组的年龄推断[J]. 法医学杂志, 2021, 37(1): 15-20.
[15]	吴畏, 李媛, 范飞, 等. 利用额窦影像进行个体识别的研究进展[J]. 法医学杂志, 2021, 37(1): 81-86.