基于CT的胸骨融合概率化评估：胸骨柄体与剑胸关节融合用于成人年龄推断的阈值分析及法医学证据价值量化

《Diagnostics》：Esophageal Injury During Transesophageal Echocardiography-Guided Left Atrial Appendage Occlusion: A Narrative Review

　　

背景/目的：胸骨融合曾作为成人年龄指标被研究，但研究结果不一致，部分原因在于将变异较大的融合过程置于确定性框架中解读。研究人员采用概率化、基于阈值的策略，重新评估计算机断层扫描（CT）上的胸骨柄体融合与剑胸关节融合。方法：回顾性分析512名30~65岁个体的胸部CT检查。胸骨柄体融合按三级序数分类，剑胸关节融合按二分法分类。在五个年龄组（30~40、40~50、50~55、55~60和60~65岁）以及50、55和60岁年龄阈值下，采用灵敏度、特异度和似然比（LRs）评估融合情况。结果：胸骨柄体融合在各年龄组间广泛重叠，与年龄的关联显著但较弱（Kruskal–Wallis p < 0.001；ε² = 0.060）。剑胸关节融合从37.6%（30~40岁）增至77.3%（55~60岁），并在75.7%（60~65岁）趋于平台（Mann–Whitney p < 0.001），使四分之一的60~65岁个体保持未融合。剑胸关节融合增加了≥50、≥55和≥60岁的比值比（ORs 3.15、3.14和2.57），但其证据价值有限（阳性LRs 1.38~1.55；阴性LRs 0.48~0.54）。在探索性模型中，加入胸骨柄体分期改善了对≥55岁阈值的判别能力（曲线下面积从0.628增至0.676；p = 0.002）。结论：基于CT的胸骨融合不适合用于确定性或独立的年龄推断。剑胸关节融合仅提供有限的补充信息，当CT已因临床或死后目的而可用时，可与其他指标结合使用；它不足以支持仅为年龄评估而进行CT采集。

**研究背景与问题**

法医学与法医人类学中的年龄推断是医学-法律决策的基石，直接影响刑事责任、民事身份、社会权利和人体识别。尽管儿童、青少年和年轻成人的年龄推断方法已取得实质性进展，但成熟成人的可靠年龄评估仍是该领域最持久且未解决的挑战之一。生长完成后，骨骼成熟与实足年龄日益脱钩，导致显著的个体间生物学变异，限制了经典年龄指标的精确性。成人年龄推断传统上依赖耻骨联合、耳状面、肋骨和颅缝等骨骼结构的形态学变化，但这些方法在中年和晚期成年中判别力显著下降，年龄范围重叠严重。胸骨由胸骨柄、胸骨体和剑突组成，因在死后检查和CT成像中常被保留，长期被视为法医实践中年龄相关信息的潜在来源。胸骨柄体关节和剑胸关节是次级软骨联合，成年期可能发生部分或完全融合。早期解剖学研究及后续尸体解剖和放射学研究显示胸骨融合时间变异极大，融合可在广泛且重叠的年龄范围内出现，许多个体即使高龄也可能未融合。因此，胸骨融合常被认为对成人年龄推断不可靠或法医价值有限。近年来，多层螺旋CT和三维CT研究通过允许对胸骨柄体和剑胸关节进行详细的活体评估，重新激发了对胸骨的关注。日本、埃及、印度、地中海等人群的研究一致证明融合状态与实足年龄之间存在统计学显著关联，同时报告年龄组间大量重叠，从而限制了确定性年龄推断。研究人员提出，这些看似矛盾的结论不仅源于真实的生物学变异，也源于对相似经验观察所采用解释框架的差异。当在确定性年龄推断范式内评估时，重叠分布被视为判别性能差的证据；反之，在概率框架内，相同分布仍可提供关于年龄可能性的补充信息，而不意味着精确的实足年龄预测。本研究采用薄层CT在大样本成人群体中重新审视胸骨柄体和剑胸关节融合，明确采用概率化和基于阈值的视角，旨在量化其在法医年龄评估中的贡献和局限性。

**关键技术方法**

研究为回顾性观察性研究，基于土耳其伊斯坦布尔Bak?rk?y Dr. Sadi Konuk培训与研究医院的胸部CT检查，采集于2013年6月至12月，主要用于创伤评估和急性医学评估等与胸骨无关的临床指征。纳入30~65岁个体，最终研究人群为512名（男性279名，女性233名）。排除标准包括急慢性胸骨骨折、先天性胸壁畸形、Marfan综合征、既往胸骨手术、严重运动或重建伪影、可能影响胸骨形态的系统性或肿瘤性疾病以及接受皮质类固醇、放疗或化疗者；部分剑胸关节融合病例也被排除以确保二分法分类的明确性。CT采用40排多层螺旋CT扫描仪（Siemens Medical Solutions），标准胸部CT方案，管电压120 kV，有效管电流120 mAs，层厚1.0 mm，重建间隔1.0 mm，在工作站生成矢状面和冠状面多平面重建（MPR），优先使用矢状面重建评估胸骨。胸骨柄体融合采用三级序数系统（1期：无融合；2期：部分融合；3期：完全融合），剑胸关节融合采用二分法（SK?：未融合；SK+：完全融合）。观察者可靠性在25例子样本中评估，采用Cohen's kappa（κ）和线性加权kappa（κw），95%置信区间（CIs）通过百分位bootstrap重采样（10,000次）获得。年龄分析采用五个有序年龄组（30~40、40~50、50~55、55~60、60~65岁），并使用Kruskal–Wallis检验、Mann–Whitney U检验、卡方检验、logistic回归、受试者工作特征曲线下面积（AUC）及bootstrap乐观校正（5,000次重采样）等统计方法，阈值分析计算灵敏度、特异度、预测值和似然比（LRs），并利用Bayes定理推导后验概率。

**研究结果**

**研究人群与年龄分布**：研究人群包括512名个体（男性279名，女性233名），年龄30~65岁，分为五个年龄组：30~40岁（n = 157）、40~50岁（n = 161）、50~55岁（n = 54）、55~60岁（n = 66）和60~65岁（n = 74）。样本最大比例集中在30~40岁和40~50岁组，老年组分布逐渐变窄，允许评估 gradual 年龄相关变化而非二元年龄分离。

**观察者可靠性**：在可靠性子样本（n = 25）中，胸骨柄体分期的观察者间一致性完全（25/25例评分相同；κw = 1.00，bootstrap CI因观察者从未分歧而退化于1.00），剑胸关节状态的观察者间一致性为实质性（23/25例；κ = 0.80，95% CI 0.48~1.00）。两个关节的观察者内一致性几乎完美（胸骨柄体分期：24/25例，κw = 0.95，95% CI 0.83~1.00；剑胸关节状态：24/25例，κ = 0.90，95% CI 0.66~1.00）。由于子样本量小，CIs较宽。

**胸骨柄体融合在各年龄组的模式**：胸骨柄体融合各期在所有年龄组中均可见，各期之间大量重叠。在最年轻年龄组（30~40岁），大多数个体无融合（1期；72.0%），但部分融合（13.4%）和完全融合（14.6%）已在相当少数中存在。随着年龄增长，完全胸骨柄体融合（3期）的患病率从30~40岁组的14.6%（95% CI 10.0~21.0）增至老年组的18.5~31.1%，在60~65岁组达到31.1%（95% CI 21.7~42.3），而无融合比例在同一范围内从72.0%降至32.4%。尽管存在总体趋势，所有三个融合期在每个年龄组中均存在。Kruskal–Wallis检验表明胸骨柄体融合期与实足年龄之间关联统计学显著但较弱（H = 30.51，p < 0.001；ε² = 0.060），与观察到的显著个体间变异一致。有序趋势分析（完全融合对有序年龄组评分的logistic回归）证实了统计学显著但温和的单调趋势（β = 0.190，p = 0.013），与广泛重叠一致，表明胸骨柄体融合虽形式上与年龄相关，但在个体水平年龄判别中实用价值有限。

**剑胸关节融合在各年龄组的模式**：相比之下，剑胸关节融合表现出清晰的渐进性年龄相关模式。在30~40岁组，62.4%的个体无剑胸关节融合，而37.6%已融合。随着年龄增长，剑胸关节融合患病率显著增加，40~50岁组达57.8%，50~55岁组达68.5%，55~60岁组峰值达77.3%（95% CI 65.8~85.7）。在最老年组（60~65岁），患病率趋于平台于75.7%（95% CI 64.8~84.0），表明持续少数个体（约四分之一）即使在60岁以后仍未融合。这种渐进性变化随后趋于平台，表明剑胸关节比胸骨柄体关节具有更有序但最终不完全的年龄相关行为。上三个年龄组的CIs广泛重叠，反映这些组中个体数量较少。Mann–Whitney U检验证实融合与未融合个体之间年龄差异高度显著（U = 20,098，p < 0.001；秩双列相关 = 0.371），融合状态对连续年龄的logistic回归显示显著正相关（OR = 1.07/年，95% CI 1.05~1.09，p < 0.001）。在等宽10年组的敏感性分析中观察到相同模式：剑胸关节融合患病率从37.6%（30~40岁）增至57.8%（40~50岁）和73.3%（95% CI 64.8~80.4；50~60岁），60~65岁为75.7%（χ² = 47.89，df = 3，p < 0.001），而完全胸骨柄体融合在60岁以下保持在14.6%~20.5%之间，60~65岁达31.1%（有序趋势β = 0.269，p = 0.011）。

**剑胸关节融合的阈值分析**：为将发现转化为法医适用格式，构建logistic回归模型评估剑胸关节融合状态与超过三个预定义成人年龄阈值（≥50、≥55和≥60岁）概率之间的关联。剑胸关节融合的存在与超过每个阈值的比值比显著增加相关：≥50岁OR = 3.15（95% CI 2.13~4.64，p < 0.001）；≥55岁OR = 3.14（95% CI 2.02~4.87，p < 0.001）；≥60岁OR = 2.57（95% CI 1.46~4.51，p = 0.001）。各阈值诊断性能显示：灵敏度在各阈值间相似（74.2%~76.4%），而特异度较低（45.2%~52.2%）。阳性预测值（PPV）从≥50岁的48.6%降至≥60岁的18.9%，阴性预测值（NPV）从76.9%升至91.7%，反映样本中较高阈值以上个体比例递减（分别为37.9%、27.3%和14.5%），而非标志物行为变化。阳性似然比（LR+）从≥60岁的1.38（95% CI 1.18~1.61）至≥50岁的1.55（95% CI 1.35~1.79），阴性似然比（LR?）从≥55岁的0.48（95% CI 0.35~0.66）至≥60岁的0.54（95% CI 0.36~0.81）。因此，观察到融合关节将处于或超过阈值的比值比乘以约1.4~1.6，而观察到未融合关节则约减半。例如，对于≥55岁阈值，50%的检验前概率在观察到融合关节后增至60.1%，在观察到未融合关节后降至32.4%。这些结果证实剑胸关节融合将属于老年成人年龄类别的概率小幅偏移，但仅温和，因为融合与未融合关节在每个年龄组中共存；融合状态单独不能将个体分类为高于或低于给定阈值，而应解释为年龄可能性的概率修饰因子而非确定性分类器。

**两个关节的年龄相关行为比较**：直接比较两个关节揭示不同的年龄相关行为。虽然胸骨柄体和剑胸关节融合频率均随年龄增加，但增加的幅度和清晰度差异显著。胸骨柄体融合仅显示温和且不规则的上升，各期之间持续重叠，而剑胸关节融合显示陡峭增加后在55岁后趋于平台。当两个关节组合在单个logistic回归模型中预测≥55岁阈值时，判别能力相对剑胸关节单独模型显著改善（似然比检验，χ² = 12.57，df = 2，p = 0.002；AUC从0.628 [95% CI 0.584~0.671]增至0.676 [95% CI 0.629~0.727]；AIC从576.0降至567.4）。经bootstrap乐观校正后，组合模型的AUC为0.669。尽管统计学显著，但改善较小；AUC低于0.70表明判别能力有限，且探索性模型未在独立样本中验证。

**性别差异的探索性分析**：对胸骨柄体和剑胸关节进行探索性性别分层分析。剑胸关节融合患病率在大多数年龄组中男女大致相似（例如，30~40岁：男性38.4% vs. 女性36.6%；55~60岁：81.1% vs. 72.4%），融合状态对年龄和性别的logistic回归显示性别无统计学显著独立效应（男性vs.女性OR = 1.32，95% CI 0.91~1.92，p = 0.14）。同样，卡方独立性检验发现性别与剑胸关节融合状态（χ² = 1.68，p = 0.20）或胸骨柄体融合期（χ² = 2.83，p = 0.24）总体无显著关联。根据预定义研究设计，且因研究主要目标是评估胸骨融合在成年期的总体概率行为，主要分析使用合并研究人群。

**关节行为的比较综合**：综合而言，这些结果证明两个胸骨关节具有不同的年龄相关行为。剑胸关节融合显示向老年成人年龄阈值的持续但温和的概率偏移（LR+ 1.38~1.55；LR? 0.48~0.54），55岁后趋于约75%~77%的平台，而胸骨柄体融合期尽管达到统计学显著性，但仍广泛重叠且仅弱信息性。两个关节的组合考虑在探索性模型中略微改善判别能力。这种对比强调将胸骨融合视为概率修饰因子而非确定性年龄估计器的重要性，并提示多区域评估可能优于单关节评估。

**讨论部分总结**

讨论部分首先重申成人骨骼年龄评估的核心挑战：生物学变异不是需要消除的噪声，而是生长后成熟的内在特征。两个胸骨关节在成人年龄范围内均显示广泛重叠，反映机械负荷、激素影响、代谢因素、遗传背景和个体生活史的复杂相互作用。尽管融合与年龄的关联统计学显著，但其幅度温和。剑胸关节融合状态的LRs（融合约1.4~1.6，未融合约0.5）和探索性组合模型的AUC（0.676）表明判别能力有限。在本样本量下，统计学显著性不应等同于实际法医适用性。本研究的主要贡献不在于识别新年龄指标，而在于在大CT样本中量化既定指标的实际判别性能，从而界定其局限性。文献中异质性发现最可能反映多种交互因素而非单一变异来源。个体间生物学变异、群体差异、研究设计、样本组成、成像方式和分期标准均可能导致观察到的不一致性。试图在确定性或准线性年龄推断框架内解释胸骨融合因此产生了异质性法医结论。这些差异不应被解释为仅由分析方法引起；相反，生物学变异决定观察到的重叠，而分析框架影响这种重叠在法医实践中如何被解释。当融合期被隐含视为时间里程碑时，重叠被视为方法学失败；反之，当不确定性被明确承认时，相同重叠仍可提供有限的年龄补充信息而不支持确定性年龄推断。与既往研究比较：胸骨柄体融合随年龄增长仅温和且不规则增加，所有三个融合期在每个年龄组中均存在，与先前报告成人早期、晚期或无融合的解剖学、放射学和CT研究一致。本样本中，完全融合已在14.6%的30~40岁个体中存在，但仅在31.1%的60~65岁个体中存在。不同方法获得可比发现。胸骨柄体骨性结合的可能解释在于异质性生物学机制：先前工作区分了基质原发性融合（可能独立于年龄发生）和硬化性继发性融合（更可能年龄相关）。当前成像方式包括薄层CT不能可靠区分这些过程。因此，胸骨柄体融合单独考虑时提供很少年龄信息。即使完全融合也不能解释为特定成人年龄范围的指示，融合缺失也不能可靠排除晚期成年。这些发现支持日益增长的共识：胸骨柄体融合不应作为法医实践中成人年龄推断的独立标准。相比之下，剑胸关节融合在有序成人年龄组中显示清晰且统计学显著的患病率增加，直至55~60岁组，随后趋于平台。这种行为与几项报告随年龄增长融合率更高的CT研究一致，提示剑胸关节比胸骨柄体关节具有更有序的年龄相关模式。关于时间，先前研究将剑胸关节融合开始置于第四个十年。本研究中30~40岁组37.6%的剑胸关节融合患病率与第四个十年开始一致，约四分之一60~65岁个体持续未融合与后者观察一致，但与南印度尸体解剖系列中男性和女性分别在48岁和46岁后未观察到未融合形成对比。这些差异可能反映人群、样本量和包括直接检查与成像以及部分融合处理的方法学因素。然而，这种表面规律性并不转化为年龄特异性。融合与未融合剑胸关节在所有年龄组中共存，包括年轻和老年成人。这一观察调和了文献中看似矛盾的结论：统计学显著相关被解释为法医效用证据或因重叠而被否定。本研究表明，根据应用的分析框架，两种解释都可能正确。本队列中55岁后观察到的剑胸关节融合患病率平台与近期埃及MDCT研究一致，该研究报告女性约67岁达到完全胸骨融合（97%），男性约晚十年达到此阶段，强调即使综合多元素胸骨评分系统也需要 substantially 更老的队列才能观察到接近完全融合。在报告判别性能的地方，胸骨融合或相关胸板指标单独或简单组合使用时同样有限。实用法医意义：从概率角度看，剑胸关节融合不定义年龄阈值，而是将似然分布温和地向老年偏移。融合存在增加超过较高成人年龄阈值的概率，而其缺失将概率移向年轻成年而不排除老年。这种偏移的大小较小。群体水平关联因此转化为个体概率估计仍宽泛，胸骨融合本身不能支持个体高于或低于给定年龄的结论。从实际法医角度，这些发现表明胸骨融合不应解释为提供实足年龄的确定性估计。相反，剑胸关节融合与其他验证骨骼指标和病例特异性发现一起评估时可能贡献支持性年龄相关信息。同样，融合缺失不应解释为排除老年。这种解释更好地反映成人骨骼成熟中观察到的生物学变异，并支持法医报告中不确定性的透明沟通。现实场景中胸骨融合可能提供补充信息包括：未识别死者尸检CT可用时；年龄有争议且胸部CT已因临床指征（如创伤后）进行的活体；以及多因素评估中来自其他指标的先前年龄分布用本文报告的LRs更新时。在每个场景中，胸骨融合应视为补充指标而非独立年龄推断方法，其权重应相对于更具信息性指标较小。由于胸膜腔指标可能反映共享生物学过程，其LRs不应简单相乘如同条件独立；联合建模如本文探索的组合模型更可取。胸骨融合文献中反复出现的局限性是人类学分期概念隐含转移到法医决策中而未充分考虑不确定性。经典骨骼方法开发用于描述群体水平趋势，而法医实践需要个体水平解释及不确定性透明沟通。从这个角度，相关法医问题不是"个体年龄是多少？"而是"这一观察如何修改竞争年龄假设的似然？"本研究中，剑胸关节融合温和改变属于老年成人年龄类别的概率，而胸骨柄体融合贡献很少年龄相关信息。这一区别对负责任的法医报告至关重要。尽管本分析未实施完全Bayesian年龄推断，LRs允许发现用于Bayesian框架内。重要的是，这种概率偏移的幅度取决于先前背景，应与其他骨骼指标、成像发现和病例特异性信息整合而非孤立解释。这些考虑也涉及辐射防护。本数据从临床指征CT检查回顾性获得，评估未涉及额外辐射暴露。仅为年龄评估前瞻性采集胸部CT是另一回事：无医学指征的放射学检查需要特定法律基础并必须满足正当化和最优化原则。鉴于本文观察到的温和判别性能，预期信息增益不足以证明仅为评估胸骨融合而采集胸部CT；该方法应限于已因临床或死后目的可用的CT数据。优势与局限性：主要优势在于CT基础上两个胸骨关节在统一分析框架内评估，明确拒绝确定性年龄主张。可靠性子样本中观察者一致性为实质性至几乎完美，提示观察到的变异主要反映生物学变异而非测量误差；然而，一致性关乎评分可重复性而非预测模型有效性，且在小样本中评估。有序年龄组和阈值分析避免人工二分法并更接近法医推理。局限性包括回顾性设计和单人群样本可能限制泛化性，性别特异性效应仅描述性探索。部分剑胸关节融合病例被排除以允许二分法分类，此类过渡病例可能聚集于中间年龄，其排除可能加剧融合与未融合组间对比（谱偏倚）；报告患病率和诊断措施因此适用于融合状态明确的个体，常规案件工作中性能可能更低。将完全软骨性剑突评为未融合反映骨连续性缺失但不区分延迟骨化与持续未融合。观察者可靠性仅在25例子样本中评估，限制一致性估计精确性。上5年组个体较少（54~74）于下10年组（157~161），患病率估计不太精确，反映在较宽CIs中；等宽组敏感性分析产生相同模式，阈值分析不依赖组结构。PPV和NPV依赖本样本年龄组成，不应直接转移到其他设置；LRs更可转移但仍可能随参考样本年龄分布变化。年龄范围扩展至65岁以检查未融合是否持续到第七十年。剑胸关节融合患病率从55岁起趋于约75%~77%平台，表明持续少数个体（约四分之一）即使60岁以后仍未融合。未来研究包括更广泛年龄范围需要确定该平台是否持续到更晚期成年及如何影响法医解释。另一个局限涉及部分胸骨柄体融合的定性分类。尽管选择三级分类以保持与先前研究可比性，部分融合涵盖广泛骨桥接谱，可能未被单一中间类别充分捕获。未来CT研究应探索定量方法，如测量融合关节面比例或骨桥接绝对范围相对于总关节界面。此类连续成像变量可能更好表征胸骨融合的渐进性质并改善成人骨骼老化的概率建模。此外，胸骨板其他组件如肋软骨骨化未评估，可能在组合模型中贡献额外信息。未来研究应优先整合、多模态方法，将胸骨融合与定量成像特征和正式概率推断结合。组合模型为事后指定且未在独立样本中验证。观察者间一致性和模型验证解决可靠性不同方面：观察者间一致性支持观察可重复性但不保护模型免受乐观偏倚，即在开发数据上评估时高估判别性能。Bootstrap校正AUC（0.669）仅略低于表观AUC（0.676），但模型应视为探索性直至外部验证。未来方向：尽管两个关节作为主要分析策略分别表征，事后组合logistic回归纳入剑胸关节融合状态和胸骨柄体融合期显著优于剑胸关节单独模型预测≥55岁阈值（似然比检验，p = 0.002；AUC从0.628改善至0.676）。这一发现提示联合、多区域评估可能温和改善胸骨融合判别价值，尽管所得AUC仍低于0.70。这与近期克罗地亚MSCT研究一致，该研究将胸骨柄-胸骨体融合和剑胸关节融合评分与肋软骨骨化分期组合到多变量预测模型中，具有正式验证的预测区间，报告比单标志物方法改善的年龄推断性能。更大前瞻性研究应正式验证此类组合多区域模型，理想情况下纳入额外骨骼指标如肋软骨骨化与胸骨融合一起。本发现强调需要重新校准对成人骨骼年龄评估的期望。未来进展更可能来自明确建模不确定性和整合多种证据来源的框架，而非从孤立形态标志物寻求增量收益。在此类框架内，胸骨融合——特别是剑胸关节——可作为年龄评估的次要贡献者，前提是其有限精确性被承认。

**研究结论翻译**

本研究证明，通过CT评估的胸骨融合不应作为法医实践中确定性成人年龄推断的独立方法。胸骨柄体融合表现出显著个体间变异，在成人年龄范围内持续重叠，单独考虑时提供很少年龄相关信息。相比之下，剑胸关节融合表现出清晰的年龄相关患病率增加；然而，融合与未融合个体之间的相当重叠阻碍了精确实足年龄推断，其似然比（融合约1.4~1.6，未融合约0.5）表明年龄概率仅温和偏移。因此，胸骨柄体融合和剑胸关节融合均不应解释为提供实足年龄的确定性估计。相反，剑胸关节融合在概率化解释并与综合法医评估中其他验证骨骼指标、成像发现和病例特异性证据整合时，可贡献有限补充信息，使用已因临床或死后目的可用的CT图像而非为此目的采集的图像。通过采用概率化和基于阈值的框架，本研究量化了胸骨融合有限的证据价值，同时避免无根据的确定性结论。这些发现强调不确定性透明沟通的重要性，并支持在成人法医年龄评估中使用多模态方法而非孤立骨骼标志物。未来研究应包括更广泛年龄范围、更多样化人群、基于CT的融合模式定量评估以及组合模型的外部验证，以进一步界定胸骨融合在概率法医年龄推断框架内的证据价值。