眼眶的三维CT形态指标在法医学年龄推断中的应用价值

李莹莹1 李鹏2 汪露1 万光耀 崔虹飞2 杜运智2 李辉2 段峰 郝大鹏

(1 青岛大学基础医学院，山东 青岛 266071； 2 青岛市公安局崂山分局； 3 青岛大学附属医院放射科)

年龄推断是法医学个体识别中非常重要的内容[1]。颅骨因其具备诸多特殊结构，对个体识别至关重要[2-7]，颅骨中的解剖结构如眼眶、额窦、蝶鞍等可以作为法医学个体识别的辅助工具[7-9]。人类学研究表明，骨性眼眶在种族及性别判别方面发挥了重要作用[4]，甚至少数研究表明眼眶发育情况能为个体年龄推断提供参考。CHEN等[10]指出男性大约于17.5岁、女性12.5岁平均眼眶容积达到正常成人眶容积的95%；NAGASAO等[11]研究发现眼眶底部形态在不同年龄组间呈现不同的规律。本研究参考NAGASAO等[11]的测量指标，利用多层螺旋CT检查结合后处理技术观测眼眶的三维形态，在获得测量值的基础上建立推断个体是否年满12、14、16及18岁的回归方程，探究能否根据眼眶形态指标推断年龄，为法医学年龄推断提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料来源

对2010—2020年青岛大学附属医院影像科的PACS系统中的华北地区322例行头颅CT平扫(轴位)者的影像资料进行回顾性分析。男221例，其中8～11岁者74例，12～13岁者37例，14～15岁者32例，16～17岁者28例，18～20岁者50例；女101例，其中8～11岁者28例，12～13岁者14例，14～15岁者19例，16～17岁者11例，18～20岁者29例。纳入及排除标准参照相关文献[12-13]。

1.2 检查方法和测量方法

均采用美国GE Revolution 256排螺旋CT对颅面部进行扫描，受试者取仰卧位，扫描方式为：以听眶线为横断面基线并与台面垂直，额定电压为120 kV，额定电流250 mAs，准直0.625 mm×64，螺距0.984，旋转时间0.5 s。对CT的原始图像行骨算法重建，重建层厚0.625 mm，间隔0.625 mm。然后对重建图像通过后处理工作站(GE Advanced workstation 4.7)进行多平面重组(MPR),获得冠状面及矢状面图像。

由一名影像科医师和一名法医师在不了解受检者信息的情况下共同阅片，对双侧眼眶进行测量，具体包括如下5项指标：眶底水平深度(X1)、眶底垂直深度(X2)及眶底角1～3(X3～X5)。矢状面上选择视神经最大截面，在此平面上对眶骨进行观测，确定眶缘最低点及眶底最高点，眶缘最低点为眼眶下缘最下方的点，眶底最高点为眼眶底部最高的一点(图1A)，眶缘最低点与上颌窦后壁之间的距离即为眶底水平深度(X1)，眶底最高点和眶缘最低点所在水平线之间的垂直距离为眶底垂直深度(X2)(图1B)；在轴位上选择视神经最大截面作为定位层面(图2C)，定义前、中、后三个冠状平面A、M、P(图2D～F),在上述3个冠状平面上分别测量眶下壁所在的平面与水平面所成夹角的大小，即眶底角1～3(X3～X5)(图2G～I)。

1.3 统计学方法

采用组内相关系数(ICC)评估观察者间测量结果的一致性，ICC值越接近于1，说明观察者间一致性越高。采用Kolmogorov-Smirnov法对眼眶的5项指标进行正态性检验，判断其正态性；采用Pearson相关系数法评价双侧相应指标的相关性；各项指标进行共线性检验；各年龄组组间比较采用单因素方差分析；使用样本数据建立推断两性个体是否满12、14、16及18岁的Logistic回归方程；采用ROC曲线来分析眼眶5项指标预测年龄的效能，AUC的范围0.5～1.0，值越大预测效果越好。取约登指数最大值点作为年龄段判别界值。采用SPSS 22.0统计软件对研究数据进行统计分析，检验水准为α=0.05。

A:眶底最高点和眶缘最低点,B:眶底水平深度和垂直深度图1 眶底水平深度和垂直深度测量示意图Fig.1 Schematic diagram of horizontal and vertical orbital floor depth measurement

2 结 果

双侧眼眶各指标测量值一致性较高，观察者间ICC为0.786～0.930。眼眶的5项指标均服从正态分布。左右眼眶间5项指标呈正相关(r=0.432～0.887，P<0.05)。

男性人群不同年龄组间5项指标比较，差异有显著性(F=3.90～19.26，P<0.05)。女性人群不同年龄组间眶底水平深度、眶底垂直深度、眶底角3三项指标比较，差异有显著性(F=4.66～14.42，P<0.05)；而眶底角1、眶底角2比较，差异无显著性(P>0.05)。见表1。

共线性诊断结果显示，5项指标的方差膨胀因子均在1附近，因此指标间不存在共线性，将左右眼眶对应指标进行算数平均，将5项指标均值作为自变量纳入模型。图3、4显示年龄推断ROC曲线，两性12、14、16及18岁的年龄推断方程及AUC值如表2所示。

3 讨 论

活体年龄推断是法医学实践的主要任务之一，目前主要是利用X线片和CT三维成像观察四肢六大关节、锁骨胸骨端、髂嵴、坐骨结节等骨骼的发育情况[14-21]。关于眼眶的法医学研究多集中在性别判定方面[4,22-23]，少有将眼眶发育情况用于活体年龄推断的研究。眼眶作为颅面部的特殊结构，位于颅骨矢状面的两侧，颅骨与面部骨骼之间。在个体5～7岁左右就已完成85%～90%以上的发育，之后发育减缓，12岁后颅面部及眼眶的发育状况已十分接近成人[12-13]，然而随着增龄眶骨会发生骨质吸收和移行改变，眼眶在发育完成后仍然能够持续缓慢地增大[24]。

C:轴位定位图像，D～F:前、中、后冠状面，G～I:对应冠状面的眶底角1～3图2 眶底角测量示意图Fig.2 Schematic diagram of orbital floor angle measurement

表1 各个年龄段的眼眶5项指标比较Tab.1 Comparison of five orbital indices among different age groups

图3 男性12、14、16及18岁年龄推断的ROC曲线Fig.3 The ROC curves for estimation of the male aged 12, 14, 16, and 18 years

图4 女性12、14、16及18岁年龄推断的ROC曲线Fig.4 The ROC curves for estimation of the female aged 12, 14, 16, and 18 years

表2 年龄推断方程及其预测效能Tab.2 Equations for age estimation and their efficiency

国内外对眼眶发育情况与年龄的关系进行研究发现，不同年龄段人群的的眼眶维度值不同[25],然而多数研究仅分析眼眶发育与年龄增长的关系，并未建立详细的数学方程。PESSA等[26]通过两项研究表明，骨性眼眶形态随着年龄的增长而改变，尤其是眼眶的垂直倾斜高度及眼眶下缘的改变，前者会随着年龄的增长而增加，后者则明显向外侧后退；KAHN等[27]通过CT扫描面部骨骼，进一步证明骨性眼眶的线性维度、大小和体积都随着年龄的增长而变化。YANG等[13]在研究儿童的眼眶容积发育规律时得出眼眶容积与年龄关系的线性回归方程，但仅对0～6岁样本进行观测，也没有对方程效能进行验证。本研究针对我院影像科PACS系统中的华北地区322例样本，选取5项指标进行观测，建立年龄推断方程并对其效能进行验证。测量结果与NAGASAO等[11]对眶底形态的研究结果相近，在男性及女性中均观察到眶底水平深度、垂直深度两2项线性指标与年龄增长呈正相关，提示眶底水平深度和垂直深度均随着年龄增长逐渐加深；前、中冠状面上的眶底角均与年龄增长呈负相关，而眶底角3则随着年龄增长逐渐变大，分析原因可能是其最接近眶底面，而眶底最低点随年龄增长逐渐向后下方移动[27]。研究显示，眶底角的改变是上颌骨向上改建因素和整个上颌骨向下移位两个因素综合作用的结果[24]。同时，本研究结果显示，在男性人群不同年龄组间5项指标比较，差异有显著性。女性人群不同年龄组间眶底水平深度、眶底垂直深度、眶底角3三项指标比较，差异有显著性；而眶底角1、眶底角2比较，差异无显著性。这可能与两性眼眶发育趋势不同有关，即男性在大约17.5岁、女性在大约12.5岁时平均眼眶容积达正常成年人眼眶容积的95%[10]。

随着年龄的增加，方程推断效能逐渐降低，在大多数年龄推断的研究中都能观察到此趋势[28-30]。本研究通过AUC值的大小评估各模型推断年龄的效能，AUC值越接近1.0，说明模型推断年龄的效能越好。结果显示，男性12、14、16、18岁年龄ROC曲线下面积分别为0.89、0.84、0.78、0.74；女性12、14、16、18岁年龄ROC曲线下面积分别为0.85、0.83、0.66、0.65。在男性和女性中，随年龄增加，ROC曲线下面积均逐渐减小，意味着方程判断效能降低。男性各个年龄节点的AUC值均高于女性，同一年龄男性推断准确率高于女性，这可能与指标测量值在性别间表现出差异相似,与颅骨(眼眶)发育的性别差异有关。建议在实践中进行年龄推断时，结合其他相关年龄研究，进一步提高推断准确率。

本研究结果显示，基于颅脑三维CT检查影像及后处理技术测量眼眶指标，进行青少年年龄推断具有较高的准确性，可根据眼眶发育程度推断华北地区汉族青少年人群年龄。既往对眼眶的法医学研究大多利用颅骨标本或X线平片进行测量，但眶区面积较小且解剖学标志较多[31-32]，手动测量易产生误差，眼眶区域骨骼与周围组织结构重叠也会影响观察。本研究采用0.625 mm薄层CT扫描，具有较高分辨率，可获得更清晰的图像，应用MPR后处理技术对眼眶CT轴位图像进行处理，能全面展示眼眶骨性结构，得到所需方位图像[33]，获得较准确的测量值，最大可能减少了测量误差，以此提高应用眼眶发育情况推断年龄的准确性。

研究存在一定的局限性：①本研究的测量是基于CT影像技术进行的，未来可以考虑使用图像采集时间更短、辐射剂量更低的锥束计算机断层扫描进行研究[34]。②所建方程以华北汉族人口眼眶数据为基础，受地区因素限制，未在其他地区进行验证，后续可扩大地域范围，纳入更多样本进行观测。

综上所述，本研究应用CT成像及后处理技术，对眼眶5项指标进行测量并建立年龄推断方程，可以作为年龄估计的补充方案，为法医学年龄推断提供一定参考依据。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。

ConflictsofInterest： All authors disclose no relevant conflicts of interest.

伦理批准和知情同意：本研究涉及的所有试验均已通过青岛大学附属医院医学伦理委员会的审核批准(文件号QYFYWZLL26888)。受试对象或其亲属已经签署知情同意书。

EthicsApprovalandPatientConsent： All experimental protocols in this study were reviewed and approved by The Medical Ethics Committee of The Affiliated Hospital of Qingdao University (Approval Letter No. QYFYWZLL26888).Consent letters have been signed by the research participants or their relatives.

作者贡献：李莹莹、段峰、郝大鹏参与了研究设计；李莹莹、汪露、万光耀、李鹏、崔虹飞、杜运智、 李辉参与了论文的写作和修改。所有作者均阅读并同意发表该论文。

Contributions： The study was designed byLIYingying,DUANFeng, andHAODapeng. The manuscript was drafted and revised byLIYingying,WANGLu,WANGuangyao,LIPeng,CUIHongfei,DUYunzhi, andLIHui. All the authors have read the last version of the paper and consented submission.