基于CBCT影像对南印度居民人群进行牙髓腔体积的人体测量学生物特征分析并与Kvaal法比较

《Journal of Oral Biology and Craniofacial Research》：Anthropometric bio-profiling of pulp chamber volume in comparison with Kvaal's method using CBCT images in residential south Indian population

　　

年龄和性别估计是法医鉴定的重要组成部分，而牙齿结构因其对死后变化的抵抗性，提供了可靠的指标。本研究旨在比较两种基于锥形束计算机断层扫描（CBCT）的方法，用于南印度人群的法医评估。主要目的是使用改良Kvaal法估计年龄，次要目的是使用ITK-SNAP软件评估牙髓腔体积以进行性别估计。研究样本包括对2020年6月至2024年6月期间收集的225份CBCT图像及患者数据进行回顾性分析，以评估实际年龄和性别。上颌和下颌尖牙因其公认的解剖学特征而被专门选取。使用ITK-SNAP 4.0.2版本获取了基于改良Kvaal法的牙髓腔体积和线性测量值。对这两种形态测量学评估方法进行了比较，并使用必要的统计分析评估了它们之间的准确性。样本数据呈正态分布，牙髓腔体积和Kvaal法均与年龄显著相关（p < 0.05）。皮尔逊相关分析和多元线性回归分析显示，牙髓腔体积是年龄的可靠预测指标，而逻辑回归和受试者工作特征（ROC）曲线显示Kvaal法在确定性别方面更准确。结论是，牙髓腔体积评估和改良Kvaal技术是可靠的年龄估计方法。然而，牙髓体积分析在年龄估计方面表现出相对较高的效率，而Kvaal法则在性别判定方面显示出更好的适用性。

**论文解读：基于CBCT的牙髓腔体积与改良Kvaal法在法医年龄与性别估计中的比较研究**

**研究背景与意义**
在法医学领域，年龄和性别估计对于识别自然灾害或犯罪案件中的未知个体至关重要。牙齿因其对机械、化学和物理降解的显著抵抗性，成为法医科学家和人类学家估计年龄的宝贵工具。随着年龄增长，继发性牙本质持续沉积，导致牙髓腔尺寸逐渐减小。传统上，使用全景片和根尖片等二维放射技术测量牙髓腔尺寸并与个体年龄相关联，但这些方法受限于其二维本质，无法完全捕捉和分析牙髓腔复杂的三维形态。近年来，锥形束计算机断层扫描（CBCT）的应用为牙齿的形态测量提供了更可靠的途径，尤其是结合Kvaal法和牙髓腔体积法。然而，直接比较这两种不同牙科年龄估计策略有效性的研究尚不充分。本研究旨在比较基于CBCT的牙髓腔体积法与改良Kvaal法在南印度人群法医年龄和性别估计中的表现，以评估其准确性、可靠性及互补性，为法医实践提供更精准的工具。本研究发表在《Journal of Oral Biology and Craniofacial Research》上。

**关键技术方法**
本研究为一项回顾性队列研究，获得了机构审查委员会（IRB）的批准。研究纳入了2020年6月至2024年6月四年间符合纳入标准的225份CBCT图像，样本来自南印度居民，包括103名男性和122名女性，年龄范围为12至76岁。样本量通过G*Power软件计算确定。所有CBCT图像均使用Genoray PAPAYA 3D CBCT设备采集，并以医学数字成像和通信（DICOM）格式导出。图像导入ITK-SNAP软件进行三维分析。主要测量包括：1）**牙髓腔体积**：以釉牙骨质界（CEJ）为固定解剖参考点，在ITK-SNAP中使用掩蔽技术对牙髓腔进行分割和三维重建，软件自动计算以立方毫米为单位的体积。2）**改良Kvaal法**：将原始的二维放射测量方法调整为基于CBCT的三维评估，在矢状面（冠根向长度）、冠状面（近远中宽度）和轴面（颊舌向深度）三个正交平面上测量牙髓空间尺寸，并推导几何体积预测因子。所有测量由一名口腔颌面放射科医生进行，并评估了观察者内和观察者间的可靠性。统计分析使用SPSS软件进行，包括皮尔逊相关分析、线性回归、多元回归和受试者工作特征（ROC）曲线分析。

**研究结果**
**1. 样本特征与初步分析**
最终分析纳入了225份CBCT扫描。研究人群平均年龄为47.68 ± 17.21岁。对尖牙近远中宽度和长度的初步描述性评估显示，男性宽度值略大，女性长度值略大。

**2. 年龄估计的相关性与回归分析**
* **皮尔逊相关分析**：使用牙髓体积法，实际年龄与牙齿（13, 23, 33, 43）的牙髓体积参数呈显著负相关（p < 0.01）。综合“所有尖牙”模型显示出强负相关（r = -0.682, p = 0.00），表明随着年龄增长，牙髓体积因牙本质沉积而逐渐减小。改良Kvaal法也显示年龄与部分尖牙参数（13, 33, 43）显著相关（p < 0.01），“所有尖牙”模型呈显著正相关（r = 0.453, p = 0.032）。
* **线性回归分析**：对于牙髓体积法，决定系数（R²）值范围为0.185至0.465，综合尖牙模型的解释能力最高。估计标准误（SEE）值范围为12.702至15.572年。改良Kvaal法的R²值较低（0.015至0.108），SEE值较高（16.336至17.725年），表明在当前样本中其预测实际年龄的性能较低。

**3. 性别判定的分析**
* **按性别分组的亚组分析**：改良Kvaal法在按性别分层后显示出更高的R²值和更低的SEE值，表明在性别特异性分析中模型性能有所改善。
* **ROC曲线分析**：总牙髓体积显示出中等判别能力，曲线下面积（AUC）为0.643。改良Kvaal法则表现出优异的判别性能，AUC为0.919。

**4. 测量可靠性**
观察者内和观察者间一致性分析采用Cohen's kappa统计，kappa值为0.90，表明测量协议具有极好的一致性和可靠性。

**讨论与结论**
**讨论部分总结**：法医年龄估计是法医学的基石。牙髓腔因继发性牙本质附着而收缩是可靠的年龄形态学指标。由于遗传、饮食和环境影响的差异，法医年龄估计模型需要进行特定人群的校准。南印度独特的人口统计学特征使得开展本地化研究非常必要。ITK-SNAP软件提供的半自动活动轮廓分割方法显著提高了测量牙髓体积等的准确性和效率。Kvaal法虽然简单经济，但其对二维放射数据的依赖限制了精度。本研究将Kvaal概念扩展到基于CBCT的正交测量以推导体积预测因子，改善了空间表征。选择上颌和下颌尖牙是因为其结构坚固、在牙弓中保留时间长，且牙髓腔形态简单，便于使用CBCT进行准确分割和测量。统计分析结果与先前研究一致，支持牙髓体积随年龄增长而减少的结论。改良Kvaal法在性别分类方面表现出优越的判别能力，而基于牙髓体积的方法在性别预测方面表现中等。观察者内和观察者间的高可靠性证实了CBCT方法的稳健性。本研究的优点包括方法学稳健性、三维评估的准确性、高重复性以及同时评估两种法医方法的新颖性。局限性包括回顾性单中心设计可能限制结果的普遍性、样本仅限于尖牙、使用单一CBCT软件平台进行分析以及未应用机器学习模型等。

**研究结论翻译**：本研究的结果表明，这两种方法可能发挥互补作用，牙髓体积分析在年龄估计方面表现出更大的适用性，而Kvaal法则在性别预测方面显示出相对更好的性能。