一种新的性别判定方法：通过CT扫描对马来西亚上颌骨进行几何形态测量

《Forensic Imaging》：A novel sex determination method: Geometric morphometrics of maxillary bone via CT scans in Malaysia

性别二态性研究：基于马来西亚人群CT扫描的颚骨几何形态学分析

　　

穆罕默德·费兹·穆罕默德·福阿德（Muhammad Faiz Mohd Fauad）、阿斯帕利拉·阿里亚斯（Aspalilah Alias）、科·吴恩·乔伊（Ker Woon Choy）、赫尔米·穆罕默德·哈迪·普里塔姆（Helmi Mohd Hadi Pritam）、埃里克·钟（Eric Chung）、吴伟林（Ng Wei Lin）、阿罗菲·库尔尼阿万（Arofi Kurniawan）、哈立德·阿伊德·阿尔卡塔尼（Khalid Ayidh Alqahtani）、努尔·阿兹瓦·苏哈达·桑舒丁（Nur Azwa Syuhada Samshuddin）

马来西亚伊斯兰科学大学医学与健康科学学院医学科学系1

摘要

性别鉴定是法医人类学中的一个关键方面，它有助于减少人类识别中的潜在匹配错误。上颌骨是一种具有韧性的骨骼，对面部结构的形成起着重要作用，但在法医领域却研究不足。几何形态测量学（Geometric Morphometrics，GM）是一种先进的3D形状分析方法，在评估骨骼形态方面具有很大潜力。本研究旨在通过对马来西亚样本的计算机断层扫描（CT）图像应用GM方法，来探讨上颌骨的性别差异。这是一项横断面研究，共纳入了413个样本，其中男性和女性的比例分别为50.8%和49.2%。在CT扫描得到的上颌骨图像上标记了45个3D标志点。Procrustes方差分析（Procrustes ANOVA）显示，男性和女性的骨骼质心大小和形状存在显著差异。共有128个主成分（Principal Components，PC）解释了这些形状变化。判别函数分析（Discriminant Function Analysis，DFA）的准确率超过了80%。形态变化技术显示，男性和女性的上颌骨形状存在明显差异。总之，男性和女性的上颌骨存在显著的性别差异，且分类准确率很高。通过将这种方法应用于上颌骨，可以辅助更精确的人类识别。

引言

性别鉴定是法医人类学和人类识别中的一个基本方面[1,2]。确定性别可以将法医调查中的潜在匹配范围缩小一半[2, [3], [4]]。骨盆和颅骨通常被认为是最具性别差异的骨骼，因此在传统上经常被用于性别鉴定[5, [6], [7]]。然而，并非所有法医案件中都能获得这些骨骼，或者这些骨骼能够保持完整[8,9]。

几十年来，人们一直在利用颅面骨骼进行性别估计[10, [11], [12]]。然而，法医人类学家在建立精确且适用于特定人群的方法方面面临挑战[13,14]。传统方法主要依赖于对骨骼的线性和角度测量[2,15,16]。尽管这些方法有一定价值，但它们往往无法全面反映骨骼的三维（3D）形态[17,18]。这一局限性促使人们转向了几何形态测量学（GM）方法[19, [20], [21], [22]]。该方法通过基于标志点的技术，能够更全面、更稳健地评估骨骼的形状变化[22,23]。此外，GM方法能够消除非形状因素（如大小）的影响，从而实现更精确的评估[21,24]。尽管GM在法医人类学中具有优势，但专门针对包括上颌骨在内的孤立面部骨骼的研究仍然有限。

成像技术的进步显著提高了骨骼分析的准确性[25]。3D成像技术（如计算机断层扫描（CT）能够更清晰地显示骨骼结构[26,27]。与二维（2D）X光相比，CT扫描提供了骨骼结构的三维表示[28]。因此，可以更准确地标记和评估形态变化[27], [28], [29]]。此外，CT扫描是非侵入性的、可重复的，并广泛应用于法医评估[28,30,31]。CT扫描为法医人类学中的上颌骨分析提供了平台，弥补了直接骨骼测量的局限性[13,28,29,32]。

由于遗传、环境和进化等多种因素的影响，颅面骨骼（包括上颌骨）存在人群特异性变异[33], [34], [35]]。然而，迄今为止，尚无专门针对马来西亚人群上颌骨性别差异的综合性研究。以往的研究大多关注较广泛的颅面结构，而非仅限于上颌骨[33], [34], [35], [36]]。

因此，本研究旨在利用CT扫描的GM分析方法，探讨马来西亚人群中上颌骨的性别差异。希望通过量化男性和女性之间的形状差异，建立适用于马来西亚人群的形态测量数据集。这些发现将有助于改进基于上颌骨的性别估计模型，特别是在只有部分颅面遗骸可用的情况下。

研究设计

研究设计

这是一项在马来亚大学医学中心（PPUM）生物医学成像系进行的横断面研究。研究对象包括男性和女性，两者比例相当。共选取了413份头颈部CT扫描图像，其中男性210例（50.8%），女性203例（49.2%），年龄范围在20至60岁之间。样本选取基于记录在案的人口统计信息，采用系统随机抽样方法。

人口统计数据

研究对象中，男性占50.8%，女性占49.2%。男性的平均年龄为36.7岁，女性为34.9岁（表3）。

观察者内和观察者间误差测试

观察者内和观察者间的Procrustes坐标测量结果均无显著差异，表明标志点标记技术具有一致性（表4、表5）。

广义Procrustes分析（GPA）

蓝点代表平均标志点位置，黑点表示个体标志点位置。

讨论

上颌骨是颅骨中的重要面部骨骼之一[52,53]。作为面部的中央骨骼，它参与了鼻腔、眼眶底部和上牙弓等重要面部结构的形成[54]。这些结构的变化不仅与性别差异有关，还影响人类的整体面部形态[33,53,55,56]。上颌骨还参与多种生理过程，如咀嚼等。

结论

本研究发现，马来西亚成年人群的上颌骨存在显著的性别差异。男性上颌骨的体积较大，形状也有所不同。该研究提供了一种可靠的基于3D CT扫描的几何形态测量学（GM）方法，用于性别估计。这种新颖且可重复的方法能够高效地估计骨骼遗骸的性别。此外，建立的数据库可以用于进一步的研究。

资金来源

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

伦理审批

本研究已获得马来亚大学医学研究中心（PPUM）医学研究伦理委员会的伦理批准（批准编号：201944-7288）。

同意书

不适用。

作者贡献

穆罕默德·费兹·穆罕默德·福阿德（MFMF）、阿斯帕利拉·阿里亚斯（Aspalilah Alias）和科·吴恩·乔伊（Ker Woon Choy）共同构思和设计了研究，负责数据收集与组织。穆罕默德·费兹·穆罕默德·福阿德（MFMF）、阿斯帕利拉·阿里亚斯（Aspalilah Alias）、赫尔米·穆罕默德·哈迪·普里塔姆（Helmi Mohd Hadi Pritam）、埃里克·钟（Eric Chung）、吴伟林（Ng Wei Lin）、阿罗菲·库尔尼阿万（Arofi Kurniawan）和纳尔·阿兹瓦·苏哈达·桑舒丁（Nur Azwa Syuhada Samshuddin）共同分析并解释了数据。所有作者均对最终稿件进行了严格审阅，并对内容及相似度指数负责。

CRediT作者贡献声明

穆罕默德·费兹·穆罕默德·福阿德（Muhammad Faiz Mohd Fauad）：负责写作、审稿与编辑、原始稿撰写、可视化、验证、项目管理、方法学设计、数据整理及概念构思。阿斯帕利拉·阿里亚斯（Aspalilah Alias）：负责写作、审稿与编辑、验证、监督、方法学设计、数据整理及概念构思。科·吴恩·乔伊（Ker Woon Choy）：负责写作、审稿与编辑、验证、监督、方法学设计、数据整理及概念构思。