利用分形维数实现法医人类身份识别:全景 X 光片的创新探索

【字体: 时间:2025年04月20日 来源:Egyptian Journal of Forensic Sciences 1.3

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  在法医人类识别中,获取准确的生前(AM)和死后(PM)数据困难重重,影响识别准确性。研究人员开展了 “利用分形维数(FD)进行法医人类识别” 的研究。结果显示,同一人不同时间全景 X 光片的 FD 值无显著差异,其可作为身份识别的补充手段,意义重大。

  在法医领域,人类身份识别至关重要。传统的人类识别方法,如分析指纹和基因成分等,在实际操作中面临诸多挑战。在涉及牙齿相关的身份识别时,依赖的生前牙科记录常常存在稀缺、错误或模糊不清的问题,而且生前牙科文档与尸体检查之间的时间间隔也会影响识别的准确性。同时,当可用于评估的牙齿较少时,传统的法医牙科学方法难以发挥作用。在这样的背景下,研究人员迫切需要寻找一种新的、可靠的方法来辅助人类身份识别。
巴西的研究人员针对这些问题展开了一项关于利用分形维数(FD)进行法医人类识别的研究。该研究成果发表在《Egyptian Journal of Forensic Sciences》上。研究发现,通过计算全景 X 光片中特定区域的分形维数,可以为法医人类身份识别提供有效的帮助。这一发现为法医人类识别领域提供了新的思路和方法,具有重要的意义。

研究人员在开展此项研究时,主要运用了以下几种关键技术方法:

  1. 样本选取:从已有的检查数据库中挑选数字全景 X 光片作为样本,这些 X 光片是之前因其他临床目的拍摄的,并非专门为此次研究获取。样本需满足一定条件,如患者年龄超过 18 岁,至少有两张不同时间拍摄的全景 X 光片等,同时排除了存在干扰骨小梁形状因素的图像12
  2. 图像分析:将所有扫描图像导入 Image J 程序,选取七个感兴趣区域(ROI),包括下颌头、下颌角、特定骨小梁区域等。利用该程序,按照特定的方法计算分形维数和平均灰度值(MGV),如计算分形维数时,需经过图像复制、模糊处理、相减、二值化等一系列步骤34
  3. 统计分析:使用 Shapiro - Wilk 正态性检验、配对 t 检验、Friedman 非参数检验和 Pearson 相关性分析等方法,对计算得到的数据进行统计分析,以此来判断不同时间拍摄的 X 光片在分形维数和平均灰度值上是否存在差异,以及两者之间是否存在相关性5

下面是对研究结果的详细介绍:

  1. 样本基本情况:研究共纳入 15 对全景 X 光片,涉及 30 张图像,每对图像属于同一人,且拍摄时间间隔分别为 1 年、3 年和 5 年。在这些样本中,部分个体存在牙齿缺失或接受正畸治疗等情况67
  2. 分形维数(FD)和平均灰度值(MGV)分析:对每个图像的七个 ROI 进行 FD 和 MGV 计算,共进行了 210 个 ROI 的计算和 105 次比较。结果显示,在不同时间间隔(1 年、3 年和 5 年)和七个 ROI 之间,FD 值没有统计学上的显著差异(p = 0.067);MGV 值除了在 3 年时间间隔的牙槽区域有差异外,其他区域也无显著差异(p = 0.251)89
  3. 区域差异分析:特定骨小梁区域在 FD 和 MGV 分析中表现出较低的变异性,即该区域在不同时间的测量值较为稳定。此外,通过分析发现,FD 值和 MGV 值之间的相关性仅在角度区域显著(r = 0.542,p = 0.037),其他区域未发现明显相关性1011

研究结论和讨论部分表明,由于同一人不同时间拍摄的全景 X 光片的 FD 值没有显著差异,这意味着分形维数分析能够揭示出有效的个体化特征,可用于正面的人类身份识别。分形维数计算作为一种有前景、低成本且易于操作的方法,可以纳入法医人类识别的技术列表中。

然而,该研究也存在一定的局限性。例如,样本选取过程中,许多放射科档案中的病例存在骨病变、乳牙或混合牙列伴牙槽突变化等情况,这给样本选择和 FD 分析带来了困难。而且,研究仅使用了全景 X 光片,虽然全景 X 光片在牙科临床中广泛应用且具有标准化优势,但在一些法医学机构中,全景设备的可用性存在限制,后续研究有必要扩展到根尖 X 光片。

总体而言,这项研究为法医人类识别领域开辟了新的方向,尽管目前存在一些不足,但为后续进一步研究提供了重要的参考和基础。它让人们看到了分形维数在法医人类识别中的潜力,有望在未来的实际应用中发挥更大的作用,提高法医人类识别的准确性和效率 。

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