《Journal of Oral Biosciences》：Sex determination and age estimation method using the trabecular structure of the third cervical vertebral body by head and neck CT in Japanese adults
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基于第三颈椎椎体微结构的性别与年龄估计模型研究，采用CT扫描分析132名日本成年人的椎体骨小梁结构参数，建立骨体积分数、骨表面积与体积比等指标性别判定模型准确率达80%，并构建分性别的年龄估计方程，女性平均绝对误差11.67岁优于男性14.15岁。
落合昭宏|岩脇淳|太田雄誠|石井武|小澤康太|乙本有子|北条慎二|坂英樹
日本埼玉县明海大学牙科学院诊断与治疗科学系法医牙科学部门
摘要
研究目的
本研究旨在通过分析头部和颈部计算机断层扫描（CT）图像中第三颈椎的骨微结构，开发用于性别鉴定和年龄估算的方程式。
方法
使用132名日本成年人（66名男性和66名女性）的CT扫描数据，分析了第三颈椎椎体（C3）中心区域的骨小梁结构。主要测量了三个参数：椎体总体积（TV；mm3）、骨小梁体积（BV；mm3）和骨小梁表面积（BS；mm2）。骨体积分数（BV/TV；%）被用作骨密度指标。还测量了其他参数，包括骨表面积与体积比（BS/TV；mm2/mm3）、骨表面积与骨体积比（BS/BV；mm2/mm3）、骨小梁厚度（Tb.Th；μm）和骨小梁数量（Tb.N；1/mm）。评估了性别差异，并建立了用于性别鉴定的逻辑回归模型。同时为整个样本及不同性别分别制定了年龄估算方程式。
结果
男性的TV、BV和BS均大于女性。性别鉴定模型的准确率为80.0%。BV/TV随年龄增长而降低，尤其是在女性中；而TV在男性中呈上升趋势。女性的年龄估算更为准确（平均绝对误差[MAE]为11.67岁），而男性为14.15岁。性别差异反映了骨骼的变化，这可能解释了女性模型表现更好的原因。
结论
C3的骨小梁结构在性别和年龄预测方面具有法医学价值。所开发的模型可以通过提供生物学上有意义的估算值来帮助个体识别。
引言
当发现无法识别的骨骼遗骸时，性别鉴定和年龄估算对于身份确认至关重要[1,2]。首先确定性别，因为性别可以提供关于年龄和身高等特征的信息[3,4]。颅骨和骨盆是最可靠的性别鉴定部位，但由于其脆弱性，在大规模灾难或火灾等情况下容易受到损害[3],[4],[5]。如果这些骨骼无法获取，则必须使用其他骨骼部位进行年龄估算[6]。年龄估算可以缩小身份匹配范围，且必须尽可能精确[1]。在未成年个体中，骨骼和牙齿的生长模式提供了可靠的指标[7,8]。在成年人中，虽然可以使用骨骼的退行性变化进行年龄估算，但个体差异会降低估算的准确性[9]。单参数技术的应用范围通常有限，因此多因素方法更为合适[9]。在硬组织中，椎骨具有强健的皮质骨、较小的表面积和致密的骨小梁结构，从而具备更高的机械强度。椎体的圆柱形形态也增强了骨骼的结构性完整性，使其更不易受损。因此，椎骨是保存最好的骨骼之一[5,10]。其中，颈椎具有与其他椎骨不同的形态特征，易于识别[11]。以往的颈椎性别鉴定方法主要依据颈椎的整体大小，研究发现颈椎的各个部分在男性中通常比女性大，这归因于性别的骨骼差异[2,10,12]。Gamma等人测量了第二颈椎的齿状突长度，并制定了性别鉴定公式，鉴定准确率接近90%[13]。此外，落合等人利用头部和颈部CT图像测量了第三颈椎椎体的体积，并据此制定了性别鉴定公式[14]。已有研究利用正畸治疗或其他生长期间的头颅X光片对婴儿至年轻人的颈椎进行了年龄估算，发现颈椎在生长最终形态上存在个体差异[8]。基于椎骨老化变化的年龄估算方法利用尸检遗骸中的骨赘形成程度来制定性别鉴定公式，认为骨赘形成指数适用于老年人的年龄估算，因为骨赘形成与年龄增长有关[9]。尽管目前已对颈椎的内部结构和骨密度进行了测量，并报告了与年龄相关的骨密度和强度损失，但这些研究主要关注骨质疏松导致的椎体骨折风险以及椎体承受种植手术的机械强度，尚未应用于年龄估算或性别鉴定[15],[16],[17],[18]。因此，我们提出可以利用头部和颈部多探测器计算机断层扫描（MDCT）量化性别差异和老化变化，并将其作为指标用于性别鉴定和年龄估算。在牙科临床实践中，上颈椎通常包含在头部和颈部MDCT检查的范围内[19]。由于第三颈椎（C3）在成像范围内且椎体体积足够，本研究测量了其骨小梁结构和骨密度，以探讨其与性别差异和年龄的相关性，建立相应的性别鉴定和年龄估算公式，并验证其适用性。
材料
本研究使用了2021年4月至2024年4月期间在明海大学牙科医院为诊断和治疗目的拍摄的132名日本成年人（66名男性和66名女性）的头部和颈部CT图像数据，CT参数如下：管电压120 kV、管电流120 mA、层厚0.5 mm、层间距0.5 mm、重建间隔0.5 mm。研究对象的年龄分布见表1。66名男性的平均年龄为49.2岁，标准差为
结果
对每个指标进行了Shapiro-Wilk检验，确认数据呈正态分布；九个指标的ICC[1,3]值均大于0.9，表明数据可靠性较高。表3显示了各指标的均值、标准差以及男性和女性之间的显著差异。其中，TV的均值男性比女性高21%（P < 0.001）。在TV、BV和BS这三个指标中，均存在男性和女性之间的显著差异。
讨论
在性别鉴定中，使用了TV和BS作为指标。TV代表整个研究区域，由于测量范围限于颈椎中心的4 mm高度，因此所有情况下颈椎的纵向长度是恒定的。因此，第三颈椎的横截面积在男性中大于女性。落合等人的研究利用头部和颈部CT图像测量了整个C3椎体的体积
结论
通过头部和颈部CT分析了第三颈椎椎体的内部结构，基于性别和年龄的相关性建立了性别鉴定和年龄估算公式。男性的椎体横截面积显著大于女性。与年龄相关的骨小梁变化在女性中更为明显，负相关性更强。性别鉴定模型的准确率为80.0%，而年龄估算
作者贡献声明
落合昭宏：概念构思、数据整理、数据分析、方法论研究、监督、数据可视化、初稿撰写、审稿与编辑。岩脇淳：概念构思、数据整理、数据分析、方法论研究、数据可视化、审稿与编辑。太田雄誠：概念构思、数据整理、数据分析、方法论研究、数据可视化、审稿与编辑。石井武：数据分析。
伦理批准
本研究得到了明海大学牙科学院伦理委员会的批准（批准编号：A2105）。
致谢
本研究得到了JSPS KAKENHI（项目编号：JP25K20486）的资助。
