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头部CT个人识别研究进展

添加时间:2018-05-07 11:54 来源:未知 作者:依伟力,杨成文
  摘 要: 头部CT个人识别是对传统个人识别方法的补充及解决法医活体损伤鉴定中CT片的造假问题的有效方法。对国内外运用头部CT进行个体识别的研究情况进行系统性总结,指出其中存在的问题与不足,并对该技术在个体识别中的应用前景做以展望。其中特征比对法简单直接,但主要依靠专家的经验来判断,缺乏科学依据,易引起争议;科学数据法个体识别准确度高、实用性强,其中额窦、牙齿因具有较高特异性和稳定性常作为重点研究对象。随着新技术的发展与运用,针对头部CT的三维重建技术将会是未来研究的热点。
  
  关键词: 头部CT 特异性 个人识别
 
  1、 引言
 
  目前临床应用的医学影像学技术主要包括X-RAY、CT、MRI(磁共振成像)、ECT(发射体层成像)、USG(超声成像)等 [1] .医学影像技术作为疾病诊断的一个重要辅助手段,在疾病诊断中发挥的作用越来越重要,已经成为某些疾病诊断的唯一标准。同样,在法医活体损伤鉴定中,随着医学影像技术的普及,医学影像学结论也成为了某些损伤认定的唯一标准,可见医学影像学在法医活体损伤鉴定中所具有的重要作用。正是由于它的重要性,才导致某些被鉴定人为了追求个人利益而篡改医学影像资料片,甚至套用他人的影像资料片,这种行为不仅破坏司法公正,甚至会造成社会不良影响的后果。因此,医学影像资料片的真伪判定成为解决此类问题的关键。另外,对于某些重大灾难、烧死、肢解、腐败、碎尸、白骨化等尸体,指纹、DNA等传统方法不能认定尸源时,可以通过收集死者生前影像资料片,与死后所拍影像资料片对比进行个人识别,可以得到准确可靠的结果。
  
  Culbert和Law于1927年 [2] 首次尝试了通过对比未知个体生前与死后的X线片来进行个人识别,并取得成功。Reichs和Dorion [3] 首次尝试了运用CT技术进行个人识别,并提出了一套用于个人识别的Reichs-Dorion分类识别系统。程亦斌 [4]184-186 通过对比被鉴定人两次头部CT下所呈现的头型、额窦、枕骨外形等特征对一起头部CT造假案做出了鉴定,是关于国内运用头部CT进行个人识别较早的报道。现阶段对头部CT个人识别的研究主要集中于通过研究鼻窦、牙齿、颧弓等个体差异以达到个人识别的目的。随着CT技术的发展,一些学者开始尝试运用螺旋CT下的立体图像进行个人识别。
  
  2、 方法
 
  头部CT片的个人识别可通过特征比对法,即通过CT片所呈现的特征识别点来进行简单的比对,以达到个人识别的目的;也可通过科学的数据测量,进行统计学分析,从而进行个人识别。
  
  2.1 特征比对法
 
  程亦斌 [4-5] 首次尝试通过对比被鉴定人两次颅脑CT片下所呈现的以下特征:头型(额枕间距离,断层面形状)、额窦(发育情况,在几个层面上显示)、枕骨外形、枕外粗隆是否发达情况、枕内隆凸是否发达及形态、低密度灶是否存在、松果体的钙化情况、脉络丛的钙化情况、枕内隆凸内形态、颅骨厚度,对一起颅脑CT片的造假案做出了鉴定,并指出颅脑的最常用识别部位为额窦,其次是乳突、蝶骨、颅骨板障静脉沟及其他骨性结构特征。依伟力等 [6] 通过对23例法医活体损伤鉴定中CT造假问题的研究,提出了可通过对比被鉴定人的两次CT检查资料,从中找出图像中显示的损伤征象有无相关性来进行个人识别。这些认定方法虽然简单、直接,但主要依靠专家的经验来判断,缺乏科学的依据,经常成为法庭上争论的焦点。
  
  2.2 科学数据法
 
  2.2.1 额窦
 
  国内外学者相关研究已表明,额窦约在20岁时即发育成形,成形后若无退行性疾病、外伤等因素,其形态基本保持终生不变。额窦形态特点具有高度个体特异性,没有两个个体的额窦形态是完全一致的 [7-10] .
  
  1987年Yoshino [11] 等通过研究日本人颅骨的放射学影像资料,首次根据额窦的面积大小、双侧对称性、单侧优势、上边界轮廓、部分间隔、眶上憩室提出了一套额窦的分类编码系统,以进行个人识别。根据这个系统,额窦形态在理论上有超过20000种可能的组合代码编号,因此Yoshino等认为两个随机个体的额窦形态具有相同代码编号的可能性是很小的。Reichs和Dorion于1992年首次运用头部CT片对额窦形态进行编码。其额窦编码指标为:两侧最大直径、两侧不对称指数、优势侧、部分间隔、部分间隔数、完整憩室分布、完整憩室个数。基于这一系列指标,他们提出了一套头部CT片的额窦编码识别系统。Haglund和Higner [12] 于1993年在没有找到死者生前X线片情况下,通过对比死者生前CT侧位片与死后X线侧位片,并根据额窦形态特征的一致性而确认了死者身份。张红霞等 [13] 通过对额窦的距离数量值和形态学描述,提出了额窦个人识别的以下识别指标并分级:部分隔数及形态,中间隔位置及形态,上缘弓形弯曲数,最高峰位置,最低峰位置,左右侧额窦宽度,左右侧额窦高度,额窦总宽度。该研究发现,对于个人识别最有效的指标是额窦中间隔的位置及形态,特别是形态。Tatlisumak等 [14] 于2007年对100例样本进行颅脑CT横轴位和冠状位扫描,通过对F-额窦出现与否、S-额窦中隔、S-额窦轮廓三项基本特征的描述,以及对左右侧窦的宽、高、前后径和额窦总宽、左右窦最高点距离、每侧额窦最大宽等数值的测量分析,提出一套简单有效的额窦个人识别系统:FSS系统。该研究选用了额窦的几个具有代表性的指标,在此基础上对这些指标进行分类分析,提出了一个简单有效的新方法,使额窦CT的个人识别更加简单实用。Uthman等 [15] 运用螺旋CT技术对90例20~49岁之间的样本CT片进行研究,在运用Tatlisumak等提出的测量指标基础上,又联合测量了颅骨的三个指标:最大颅长、颅面部长、最大颅宽。通过对这些指标的测量和统计学分析,Uthman等发现增加颅骨的3个测量指标后,性别判断的准确率得到了提高,并指出将额窦的特征和测量指标转变成独特的识别码,是未来通过骨骼进行个人识别的研究方向。Deog-Im Kim [16] 等运用CT的三维重建技术对额窦进行三维重建并提出一套3D层面下的测量指标,指出3D图像不仅可以通过数字编码进行个人识别,还可以通过3D图像重叠部分的大小及形状进行个人识别。该研究还发现,男性额窦总体积大于女性,双侧不对称性指数上有性别差异,不同人群额窦的最大不同体现在双侧额窦缺如频率上,并提出评估额窦时要考虑人种因素,但对于颅骨碎片的测量分析缺乏有效的方法。
  
  2.2.2 牙齿
 
  重大的灾难性事件后,面部特征、指纹、手掌印等个人特征一般都会被破坏,而牙齿因密度大、硬度强,个人特征可很好地保存下来,所以在重大灾难后牙齿常常被用以个体识别。对牙齿进行个人识别,主要是根据牙齿的金属或复合填充物、牙冠、假牙,颌骨(上颚和下颚)的结构特征,牙根及最大窦的形态、稳定的变化(例如骨折、整形)等 [17] .经典的牙齿个人识别方法是利用牙齿的根尖片、牙合翼影像和全景摄影资料来进行个人识别。Thali等 [18] 首次尝试了用一种新的牙齿CT成像软件技术--Dentascan程序,以达到个人识别的目的。Dentascan程序一般应用于临床上对牙齿植入物、肿瘤、脓肿、炎性疾病、骨折、手术的评估 [19] ,其开发的无创全景牙齿影像能清晰显示牙齿的各方面特征,包括牙齿的牙釉质、牙本质和牙髓,牙槽骨的解剖结构(上颌和下颌的标志点,例如:下颌神经管或鼻腔及上颌窦底),病变特征(龋齿、第三磨牙位置等)。其进行个人识别最大的优势是其无创性和数字化,但在需要更多细节进行个人识别时,还是传统的方法更有效。Jackowski等 [20] 于2005年运用3D MIP(Maximum Intensity Projection)方法对一具烧死的尸体进行了个人识别。他利用修补牙齿所用的金属材质或复合材料等比正常牙齿对X射线吸收多的特点,通过精确定位被修复过的牙齿,再与死者生前的影像资料片相对比,达到了个人识别的目的。Kirchhoff等 [21] 通过传统的可视牙齿记录进行个人识别的方法与运用牙齿CT进行个人识别的对比,提出了通过牙齿CT进行个人识别存在高错误率的问题。CT技术可以迅速收集大量可用数据指标,在个人识别上有着巨大作用,但是由于设备及方法的原因,还是有很多问题存在,如大量伪影的干扰、过程耗时等。随着激光扫描技术的发展,越来越多的法医人类学专家开始专注于牙齿的3D激光扫描研究,并取得一定成果 [22] .
  
  2.2.3 综合分析
 
  头部CT的综合分析法,是通过对CT影像下所呈现的头部多个解剖层面的骨性标记点进行综合测量、分析,以此进行个人识别。谭秋丰 [23] 于2007年在头部CT片上筛选出以下测量指标:颧弓间距、乙状窦间距、蝶窦宽径、蝶窦长径、眼眶间距、筛板长度、前床突间距、前床突颅内宽径、额窦宽径,分别计算同一被检查者不同次头颅CT片指标差值和不同被检查者头颅CT片指标差值,再应用二分类logistic回归分析相同被检查者和不同被检查者指标差值,建立头颅CT片同一认定回归方程。经统计学分析发现,在个人识别部分,运用一元变量在SPSS软件中运用二分类logistics回归分析,额窦宽径进行同一认定正确率最高,可达93.5%.
  
  运用二元变量建立模型的统计分析方法正确率均达80%以上,其中联合运用颧弓间距、眼眶间距二元指标模型准确率达96.4%.运用三元指标logistics回归分析,模型准确率基本都在90%以上,额窦宽径、眼眶间距、前床突颅内宽径和颧弓间距、眼眶间距、前床突颅内宽径三元指标组合建立模型的准确率均达98.6%.运用四元指标组合进行二分类logistics回归分析,各组指标模型判定准确率均可达90%以上,其中颧弓间距、额窦宽径、眼眶间距、前床突颅内宽径指标组的模型判定准确率达100%,效果较好。刘旭丹等 [24] 于2008年选取了头部的如下骨性结构及测量指标:颅型(头颅长宽指数),颞骨岩部与枕内隆凸(左右对称性、夹角),额窦(对称性、不完整间隔分布、不完整间隔数目、完整窦腔分布、完整窦腔数目),蝶窦(中间隔形状、间隔完整性、不完整间隔附着位置、完整间隔附着位置)。对以上12项指标分类编码,经统计学分析建立了一套新的中国汉族成人颅骨CT片分类识别编码系统。经研究发现:针对男性个人识别能力最好的指标是额窦中不完整间隔分布,女性个人识别能力最好的是蝶窦腔内完整间隔附着位置。总体12项指标中,个人识别能力最好的是头颅长宽指数,12项指标累计个人识别能力基本可达100%.王建军 [25] 于2010年运用三维斜截面图像重建技术和断层解剖学知识相结合的方法研究MSCT数据集,再现任意CT截面的方位和层面,为不同时间、不同设备头颅CT图像的形态学比对提供一种有效的技术手段。其方法为:设立“原始组”和“事后组”,对“事后组”进行三维重建,接着在“原始组”断层影像上确立骨性标志点,并在“事后组”的三维图像上寻找相同的骨性标志点,通过骨性标志点来定位“原始组”断层影像在“事后组”三维图像上的位置,截取“事后组”上相应位置的二维图像即为与“原始组”影像层面相同层面的影像。此方法可有效解决不同设备、不同体位等因素对头部CT个人识别的影响。
  
  3、 展望
 
  (1)医学影像学技术的发展日新月异,在法医损伤鉴定中遇到的影像资料片造假问题也层出不穷。但国内头部CT片的个人识别方面,仍然缺乏统一的程序和标准。由于受样本量的限制,对头部CT片个人识别的研究相对比较局限。
  
  (2)头部CT个人识别的研究往往是针对头部CT的多个层面进行综合分析研究,而对于那些影像资料提供不全(故意不提供全部影像资料或影像资料片部分遗失)的案例,则不能达到很好的识别要求。因此,针对头部CT的某一层面展开研究,寻找识别点,以达到个人识别的目的是一个不错的探索方向,而这一方面的研究还鲜有报道。
  
  (3)随着三维重建技术的兴起,其在法医学上的应用也越来越受重视。三维重建技术因其不受体位、设备因素的影响,能更加直观地进行比对,便于数据的储存与提取,可以更全面细致地展现识别点等优势,将会是未来研究的热点。

  参考文献:
 
  [1]宋道江,李明。医学影像学技术在法医学中的应用[J].刑事技术,2009(6):47-49.
  [2]程亦斌。颅脑CT片同一认定初探[J].法医学杂志,1992(4):184-186.
  [3]程亦斌,涂彬。颅脑CT及X片的同一认定[J].法医学杂志,1994(3):114-116.
  [4]依伟力,刘大荒,李刚,等。23例法医活体损伤鉴定中CT造假图像的识别[J].刑事技术,2010(1):41-42.
  [5]张红霞,杨春波,郭莉,等。用于法医学同一认定的额窦CT编码[J].法医学杂志,2011(1):13-16.
  [6]谭秋丰,黄飞骏。头颅CT片同一认定研究[J].证据科学,2008(2):250-256.
  [7]刘旭丹,张继宗,田雪梅,等。中国汉族成人颅骨CT片同一认定方法的研究[J].中国法医学杂志,2008(5):312-314.
  [8]王建军。基于三维斜截面图像重建技术进行头颅CT同一性认定的研究[D].上海:复旦大学,2010:24-27.

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