基于概率与阈值框架的胸骨柄-胸骨体及剑突-胸骨体融合CT评估：成人年龄推断的价值再审视

《Diagnostics》：Fusion of the Manubriosternal and Xiphisternal Junctions on Computed Tomography: A Probabilistic and Threshold-Based Approach to Age Assessment

　　

摘要专业翻译 背景/目的： 胸骨融合已被作为成人年龄指标进行研究，但研究结果仍不一致，部分原因在于多变的融合过程被置于确定性框架内进行解读。本研究采用概率性、基于阈值的方法，重新评估了计算机断层扫描（CT）上的胸骨柄-胸骨体连接及剑突-胸骨体连接融合。方法： 研究人员对512名年龄在30–65岁个体的胸部CT检查进行了回顾性分析。胸骨柄-胸骨体融合采用三阶段有序量表进行分类，剑突-胸骨体融合采用二分法分类。研究在五个年龄段（30–40、40–50、50–55、55–60及60–65岁）中考察融合情况，并使用敏感性、特异性及似然比（LRs）对50、55及60岁的年龄阈值进行分析。结果： 胸骨柄-胸骨体融合在各年龄段间存在广泛重叠，与年龄呈显著但较弱的相关性（Kruskal–Wallis检验p < 0.001；ε2 = 0.060）。剑突-胸骨体融合率从30–40岁组的37.6%上升至55–60岁组的77.3%，并在60–65岁组趋于平台期（75.7%；Mann–Whitney检验p < 0.001），即60–65岁个体中仍有四分之一未发生融合。剑突-胸骨体融合增加了年龄≥50、≥55及≥60岁的概率（比值比分别为3.15、3.14及2.57），但其证据价值有限（阳性似然比1.38–1.55；阴性似然比0.48–0.54）。在探索性模型中，加入胸骨柄-胸骨体融合分期可改善≥55岁阈值的判别能力（曲线下面积从0.628提升至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。剑突-胸骨体融合仅提供有限的补充信息，可在CT已因临床或尸检目的而可用时与其他指标联合使用；该指标不足以单独作为获取CT进行年龄推断的理由。

论文解读

一、研究背景与问题

在法医学和法医人类学领域，年龄推断是法医学决策的核心环节，直接影响刑事责任认定、民事地位、社会权利及身份识别等法律问题。尽管针对儿童、青少年和年轻成人的年龄推断方法已取得显著进展，成熟成人的可靠年龄评估仍是该领域最持久且尚未解决的挑战之一。生长发育完成后，骨骼成熟与实足年龄之间的关联逐渐减弱，个体间生物学变异的显著增大限制了经典年龄指标的精度。

成人年龄推断传统上依赖耻骨联合、耳状面、肋骨及颅缝等骨骼结构的形态学变化。尽管这些方法能提供较宽的年龄区间，但在中老年阶段其判别能力显著下降，各年龄区间之间重叠严重。此外，颅缝和耳状面因误差率较高被认为不适用于法医案例。为弥补这些局限，次级骨化中心和软骨联合被探索作为成年后期骨骼成熟的潜在指标。

胸骨由胸骨柄、胸骨体和剑突组成，因其在尸检和CT影像中常被完整保留，长期以来被视为潜在年龄信息来源。胸骨柄-胸骨体连接和剑突-胸骨体连接是次级软骨关节，在成年期可能发生部分或完全融合。早期解剖学研究和后续尸检及放射学研究均显示胸骨融合时间存在显著变异性，融合可在宽泛且重叠的年龄范围内发生，许多个体即使在高龄仍不出现融合。因此，胸骨融合常被视为不可靠或法医价值有限的年龄指标。

近年来，多层螺旋CT和三维CT技术使体内详细评估胸骨连接成为可能。多项针对不同人群的研究一致显示融合状态与实足年龄之间存在统计学显著关联，但同时报告了年龄组间的显著重叠，从而限制了确定性年龄推断。这些不一致的研究结果可能反映多种交互因素，包括个体间生物学变异、人群间骨骼成熟差异、研究人群差异以及影像技术和分期系统的多样性。

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的不同解释框架。在确定性年龄推断范式下，重叠分布被视为判别性能差；而在概率框架下，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。基于此，本研究采用薄层CT在大样本成人人群中重新考察胸骨融合，明确采用概率性和阈值化视角。

二、研究设计与方法

本研究为回顾性观察研究，基于土耳其伊斯坦布尔Bak?rk?y Dr. Sadi Konuk培训与研究医院2013年6月至12月期间因临床指征（主要为创伤评估和急性内科评估）接受胸部CT检查的成人患者。纳入标准为影像时年龄30至65岁且CT图像质量足以评估两个胸骨连接。排除标准包括急性或愈合性胸骨骨折、先天性胸壁畸形、马凡综合征、既往胸骨手术、严重运动或重建伪影，以及可能影响胸骨形态或接受皮质类固醇、放疗或化疗的系统性或肿瘤性疾病。部分剑突-胸骨体融合（骨化已开始但未完全贯通）的病例也被排除，以保证二分法分类的明确性。最终研究人群为512名个体（279名男性和233名女性）。

CT采集使用40排多层螺旋CT扫描仪（西门子），扫描参数为管电压120 kV、有效管电流120 mAs、层厚1.0 mm、重建间隔1.0 mm。原始数据在工作站生成矢状面和冠状面多平面重建（MPR），矢状面重建优先用于胸骨评估。胸骨柄-胸骨体融合采用三阶段有序系统分类：1期（未融合）为关节间隙清晰无骨桥；2期（部分融合）为不完全骨桥伴残余关节间隙；3期（完全融合）为整个连接处连续骨性愈合。剑突-胸骨体融合采用二分法分类：未融合（SK?）为胸骨体与剑突间无骨性连续；融合（SK+）为完全骨性融合。完全软骨性剑突（CT上不可见骨化组织）计为未融合。

观察者可靠性在25例亚样本中评估，包括全部三个胸骨柄-胸骨体分期和两种剑突-胸骨体类别。观察者间一致性由两名观察者独立评估，观察者内一致性由第一观察者间隔两周后重复评估。剑突-胸骨体状态的一致性用Cohen's kappa（κ）量化，胸骨柄-胸骨体分期的有序一致性用线性加权kappa（κ_w）量化，95%置信区间（CIs）通过百分位bootstrap重抽样（10,000次）获得。

年龄分层采用五个有序成人年龄段：30–40、40–50、50–55、55–60及60–65岁，年龄段界限为下限包含、上限排除。50岁以下采用十年段，50岁以上采用较窄的五年段，原因包括：50岁是人类学年龄报告“老年成人”类别的传统下界；既往研究报道胸骨融合最高频率及持续不愈合出现在第六和第七个十年；上限阈值与阈值分析中的年龄阈值一致。

统计方法上，胸骨柄-胸骨体融合分期与年龄分布差异用Kruskal–Wallis检验评估，效应量用epsilon-squared（ε²）量化；剑突-胸骨体融合状态的年龄分布比较用Mann–Whitney U检验，效应量用秩双列相关表示。融合分布在有序年龄段间用卡方独立性检验比较，各年龄段融合率报告Wilson score 95% CIs。阈值分析中，构建二元logistic回归模型评估剑突-胸骨体融合状态与年龄≥50、≥55及≥60岁概率的关联，计算比值比（ORs），并以融合状态作为二元检验评估敏感性、特异性、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）及阳性/阴性似然比（LR+/LR?），LRs作为融合状态证据价值的主要度量。组合模型（同时纳入剑突-胸骨体融合状态和胸骨柄-胸骨体融合分期）针对≥55岁阈值与仅剑突模型比较，使用似然比检验、Akaike信息准则（AIC）和受试者工作特征曲线下面积（AUC），AUC通过bootstrap重抽样（5,000次）进行乐观性校正。

三、研究结果

3.1 研究人群与年龄分布： 512名个体（279名男性，233名女性），年龄30–65岁。按年龄段分层：30–40岁（n = 157）、40–50岁（n = 161）、50–55岁（n = 54）、55–60岁（n = 66）、60–65岁（n = 74）。样本主要集中在30–40岁和40–50岁年龄段。

3.2 观察者可靠性： 25例亚样本中，胸骨柄-胸骨体分期的观察者间一致性为25/25例完全一致（κ_w = 1.00），剑突-胸骨体状态为23/25例一致（κ = 0.80，95% CI 0.48–1.00）。观察者内一致性：胸骨柄-胸骨体分期24/25例（κ_w = 0.95，95% CI 0.83–1.00），剑突-胸骨体状态24/25例（κ = 0.90，95% CI 0.66–1.00）。

3.3 胸骨柄-胸骨体融合模式： 所有年龄段均观察到全部三个融合分期。30–40岁组中72.0%为1期（未融合），但已有13.4%为2期（部分融合）、14.6%为3期（完全融合）。随年龄增长，完全融合率从30–40岁组的14.6%（95% CI 10.0–21.0）升至60–65岁组的31.1%（95% CI 21.7–42.3），未融合比例从72.0%降至32.4%。Kruskal–Wallis检验显示融合分期与实足年龄存在统计学显著但较弱的相关性（H = 30.51，p < 0.001；ε² = 0.060）。有序趋势分析（完全融合对有序年龄段得分的logistic回归）确认了显著但适度的单调趋势（β = 0.190，p = 0.013）。

3.4 剑突-胸骨体融合模式： 剑突-胸骨体融合呈现清晰且渐进的年龄相关模式。30–40岁组融合率为37.6%，40–50岁组升至57.8%，50–55岁组为68.5%，55–60岁组达峰值77.3%（95% CI 65.8–85.7），60–65岁组平台期于75.7%（95% CI 64.8–84.0），即约四分之一的60–65岁个体仍保持未融合。Mann–Whitney U检验确认融合与未融合个体间年龄差异高度显著（U = 20,098，p < 0.001；秩双列相关 = 0.371）。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）。等宽10年段的敏感性分析呈现相同模式。

3.5 剑突-胸骨体融合的阈值分析： 剑突-胸骨体融合显著增加了超过各年龄阈值的概率：≥50岁OR = 3.15（95% CI 2.13–4.64）；≥55岁OR = 3.14（95% CI 2.02–4.87）；≥60岁OR = 2.57（95% CI 1.46–4.51）。各阈值敏感性相近（74.2–76.4%），特异性较低（45.2–52.2%）。PPV从≥50岁的48.6%降至≥60岁的18.9%，NPV从76.9%升至91.7%。LR+范围为1.38（≥60岁）至1.55（≥50岁），LR?范围为0.48（≥55岁）至0.54（≥60岁）。以≥55岁阈值为例，50%的检验前概率在观察到融合后升至60.1%，在观察到未融合后降至32.4%。

3.6 两个连接的年龄相关行为比较： 胸骨柄-胸骨体融合仅呈适度且不规则的增加，各分期持续重叠；剑突-胸骨体融合呈陡峭上升后于55岁后进入平台期。组合模型（同时纳入两个连接）预测≥55岁阈值的判别能力较仅剑突模型显著改善（似然比检验χ² = 12.57，df = 2，p = 0.002；AUC从0.628 [95% CI 0.584–0.671]升至0.676 [95% CI 0.629–0.727]；AIC从576.0降至567.4）。bootstrap乐观性校正后组合模型AUC为0.669。

3.7 性别差异探索性分析： 剑突-胸骨体融合率在男性和女性间各年龄段大致相似，融合状态对年龄和性别的logistic回归未显示性别的独立显著效应（男性vs女性OR = 1.32，95% CI 0.91–1.92，p = 0.14）。卡方检验未发现性别与剑突-胸骨体融合状态（χ² = 1.68，p = 0.20）或胸骨柄-胸骨体融合分期（χ² = 2.83，p = 0.24）之间的显著关联。

3.8 连接行为综合比较： 两个胸骨连接呈现不同的年龄相关行为。剑突-胸骨体融合显示一致但适度的向老年年龄阈值概率转移（LR+ 1.38–1.55；LR? 0.48–0.54），55岁后平台期于约75–77%；胸骨柄-胸骨体融合分期保持广泛重叠且信息量有限。组合考虑两个连接在探索性模型中适度改善判别能力。

四、讨论与结论

讨论部分要点： 本研究结果重申了成人骨骼年龄评估的核心挑战：生物学变异并非可消除的噪声，而是生长后成熟的固有特征。两个胸骨连接在成人年龄范围内均呈现广泛重叠，反映机械负荷、激素影响、代谢因素、遗传背景及个体生活史的复杂交互。尽管融合与年龄的关联在统计学上显著，但其幅度有限：剑突-胸骨体融合的LRs（融合约1.4–1.6，未融合约0.5）和组合模型的AUC（0.676）表明判别能力有限。在如此规模的样本中，统计学显著性不应等同于实际法医适用性。

与既往研究比较，胸骨柄-胸骨体融合的适度且不规则增加与多项解剖学、放射学及CT研究一致，支持其不应作为成人年龄推断独立标准的共识。剑突-胸骨体融合的清晰年龄相关增加与多项CT研究一致，但融合与未融合连接在所有年龄段共存，包括年轻和年长成人。既往文献中统计学显著相关被解释为法医效用或因其重叠而被否定的矛盾结论，本研究证明两种解释在各自分析框架下均可成立。

实际法医应用中，剑突-胸骨体融合不定义年龄阈值，而是适度将似然分布向老年成年转移。融合存在使超过较高成人年龄阈值的概率增加，融合缺失使概率向年轻成年转移但不排除高龄。从概率角度看，相关法医问题不是“个体的年龄是多少”，而是“该观察如何修改竞争性年龄假设的可能性”。胸骨融合应被视为补充性指标而非独立年龄推断方法，其权重应小于信息量更大的指标。由于胸廓指标可能反映共享的生物学过程，其LRs不应简单相乘；联合建模更为可取。

关于辐射防护，本研究数据来自临床指征的回顾性CT检查，评估不涉及额外辐射暴露。仅为年龄评估而前瞻性获取胸部CT需要特定法律依据并满足正当性和最优化原则。鉴于本研究中观察到的有限判别性能，预期信息增益不足以证明仅为评估胸骨融合而获取胸部CT的合理性；该方法应限于已因临床或尸检目的而可用的CT数据。

研究结论翻译： 本研究表明，经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-胸骨体融合表现出显著的个体间变异，各成人年龄范围持续重叠，单独考虑时提供的年龄相关信息有限。相比之下，剑突-胸骨体融合呈现清晰的年龄相关增加；然而，融合与未融合个体间的显著重叠排除了精确实足年龄估计，其似然比（融合约1.4–1.6，未融合约0.5）表明年龄概率仅发生适度转移。因此，胸骨柄-胸骨体及剑突-胸骨体融合均不应被解释为提供实足年龄的确定性估计。剑突-胸骨体融合可在概率性解释并与其他经验证的骨骼指标、影像发现及案例特定证据整合时，在综合法医评估中提供适度的补充信息，且应使用已因临床或尸检目的而可用的CT图像，而非为此目的专门获取的图像。通过采用概率性和基于阈值的框架，本研究量化了胸骨融合有限的证据价值，同时避免了无根据的确定性结论。这些发现强调了透明沟通不确定性的重要性，并支持在成人法医年龄推断中采用多模态方法而非孤立骨骼标志物。未来研究应纳入更宽的年龄范围、更多样化的人群、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性法医年龄推断框架中的证据价值。