劉猛，范飛，孫澈，裘詩(shī)文，劉媛媛，郭曉莉，鄧振華

（1.四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041；2.四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 成都 610041；3.四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院放射科，四川 成都 610041）

個(gè)體識(shí)別一直都是國(guó)內(nèi)外法醫(yī)工作者重要的任務(wù)之一[1]。目前，國(guó)際上常規(guī)使用的個(gè)體識(shí)別方法包括齒科比對(duì)、DNA比對(duì)和指紋比對(duì)。牙齒作為人體最為堅(jiān)硬的器官，相對(duì)于DNA、指紋具有更高的穩(wěn)定性，甚至有時(shí)成為特殊案件（如火災(zāi)、高度腐敗、尸體白骨化等）中僅存的生物檢材，而齒科比對(duì)技術(shù)可為此類案件的個(gè)體識(shí)別提供可行路徑。口腔全景曲面體層攝影片（簡(jiǎn)稱“口腔全景片”）能夠清晰反映口腔頜面部及牙齒特征[2]，且該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)臨床診療[3]，其特征反映全面、易獲取和保存的特點(diǎn)，使之成為法醫(yī)齒科學(xué)個(gè)體識(shí)別的有效技術(shù)手段。目前，包括美國(guó)、澳大利亞及國(guó)際刑警組織（International Criminal Police Organization，INTERPOL）在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家和組織已有成熟的法醫(yī)齒科學(xué)影像個(gè)體識(shí)別系統(tǒng)，而我國(guó)在該領(lǐng)域仍處于探索階段[4]。

本研究基于口腔全景片中牙齒及頜骨特征提出編碼方法，并對(duì)其編碼進(jìn)行驗(yàn)證，分析非同源影像片不同模塊的多樣性和同源影像片編碼的一致率以及編碼指標(biāo)匹配率，以評(píng)估不同模塊在個(gè)體識(shí)別中的應(yīng)用價(jià)值及同一認(rèn)定所需的指標(biāo)匹配率范圍。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性收集四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院1000例患者的口腔全景片，每例包括先后兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)拍攝的兩張口腔全景片，共計(jì)2000張?？谇蝗捌凑找?guī)范體位[5]進(jìn)行拍攝。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）已完成恒乳牙交替[6]；（2）圖像清晰，既往拍攝過(guò)兩張口腔全景片。收集過(guò)程中隱匿患者的個(gè)人信息，僅采集無(wú)信息的全口曲面斷層片，以“拍片日期-出生日期-性別”對(duì)影像資料進(jìn)行命名。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）影像片模糊不清晰；（2）乳牙列和混合牙列。

本研究所納入的樣本均為回顧性收集臨床診療過(guò)程中的口腔全景片，符合醫(yī)學(xué)倫理要求，并征得四川大學(xué)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審查同意。

1.2 儀器

PaX-400C型全景口腔和頭顱X射線成像系統(tǒng)（PaX-i，上海怡友醫(yī)療器械有限公司），管電壓65～73kV，管電流8～10mA。X550型口腔X射線機(jī)［Veraviewepocs，森田醫(yī)療器械（上海）有限公司］，管電壓65～70kV，管電流6～8mA。

1.3 方法

1.3.1 編碼指標(biāo)

本研究根據(jù)口腔全景片所反映出的牙齒及上下頜骨的生理特征、病理特征及臨床治療方式特征，參照INTERPOL齒科命名方法[7-8]命名記錄，共形成62項(xiàng)指標(biāo)。生理特征主要涉及牙齒及頜骨先天性特征及異常；病理特征包括口腔臨床常見(jiàn)疾病特征；臨床治療方式主要包括目前口腔臨床治療所采取的措施，篩選前提為均可以在口腔全景片中顯示。根據(jù)口腔全景片所反映的口腔頜面部解剖特點(diǎn)，將編碼指標(biāo)劃分為10個(gè)模塊，分別為牙齒整體變化、右上頜牙齒、左上頜牙齒、左下頜牙齒、右下頜牙齒、上頜特征、下頜特征-1、下頜特征-2、唇腭裂、頜骨整體特征，如表1所示。

表1 編碼模塊和所包含的指標(biāo)Tab.1 Coding modules and indexes

1.3.2 操作步驟

首先，根據(jù)編碼指標(biāo)設(shè)計(jì)編碼表格及劃分模塊，表格牙位序列采用國(guó)際牙科聯(lián)合會(huì)（Federation Dentaire International，F(xiàn)DI）系統(tǒng)牙位記錄法。

其次，進(jìn)行人工閱片，按照編碼指標(biāo)將每張口腔全景片的牙齒及頜骨特征記錄在表格內(nèi)，每張影像片形成一張獨(dú)立的編碼表，本研究共形成2000張編碼表。抽取每個(gè)個(gè)體拍片時(shí)間靠前的1000張編碼表歸為早期庫(kù)，而拍攝時(shí)間靠后的1000張歸為后期庫(kù)[9]。同一個(gè)體前后兩張影像片稱為同源影像片，同源影像片所形成的兩張編碼表稱為同源編碼表，分別分布在早期庫(kù)和后期庫(kù)中。

最后，通過(guò)計(jì)算得出兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中不同模塊的多樣性和同源編碼表相對(duì)應(yīng)模塊的一致率以及編碼指標(biāo)匹配率，并對(duì)研究樣本的一般性信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括年齡、性別、拍片時(shí)間間隔。多樣性的計(jì)算方法為早期庫(kù)或后期庫(kù)中某一模塊中編碼形式類別數(shù)占各庫(kù)樣本總量（1000例）的百分比。同源影像片編碼模塊一致率的計(jì)算方法為某一模塊中同一個(gè)體前后兩張影像片編碼一致的樣本量占總樣本量（1000例）的百分比，比值的高低反映其穩(wěn)定性，比值越高說(shuō)明模塊特征穩(wěn)定性越好。編碼指標(biāo)匹配率的計(jì)算方法為同源編碼表中所有指標(biāo)前后匹配的數(shù)量與指標(biāo)總數(shù)量（62項(xiàng)）的百分比。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理分析

利用Python語(yǔ)言編寫(xiě)格式匹配代碼，將人工編碼表格轉(zhuǎn)換成MySQL（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，瑞典MySQL AB公司）中的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，編寫(xiě)代碼讀取MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)樣本的性別信息、每張編碼表的年齡信息和年齡均值以及同源編碼表拍片時(shí)間間隔信息。其中年齡計(jì)算公式：實(shí)際年齡=（拍片日期-出生日期）/365.25（歲）；拍片時(shí)間間隔=（后期庫(kù)編碼表記錄的拍片時(shí)間-早期庫(kù)對(duì)應(yīng)的同源編碼表拍片時(shí)間）/365.25（年）。結(jié)果精確至小數(shù)點(diǎn)后2位。比較同源的兩張編碼表相對(duì)應(yīng)指標(biāo)的匹配率和相對(duì)應(yīng)模塊的一致率，以及早期庫(kù)和后期庫(kù)各自數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的編碼表格相對(duì)應(yīng)模塊的編碼不同表現(xiàn)形式，將結(jié)果以Excel表格的形式輸出。采用Microsoft Office Excel 2010軟件將輸出的Excel表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、排序和頻率統(tǒng)計(jì)，并將經(jīng)Excel軟件整理好的表格導(dǎo)入Origin Pro 8.0作圖軟件形成可視化圖表。

應(yīng)用Kappa檢驗(yàn)方法對(duì)同一觀察者和觀察者間的編碼一致性進(jìn)行分析，前期閱片由1名經(jīng)過(guò)口腔解剖學(xué)、影像學(xué)等系統(tǒng)培訓(xùn)的法醫(yī)學(xué)碩士研究生完成。間隔2個(gè)月后由同一觀察者對(duì)樣本中隨機(jī)抽取的30張口腔全景片再次編碼，進(jìn)行同一觀察者的一致性檢驗(yàn)。同時(shí)，由1位經(jīng)驗(yàn)豐富的法醫(yī)學(xué)博士按同一編碼方法對(duì)選取的30張口腔全景片進(jìn)行編碼，將編碼結(jié)果與前一觀察者的初次編碼結(jié)果比對(duì)，進(jìn)行觀察者間的一致性檢驗(yàn)。Kappa檢驗(yàn)采用SPSS 20.0軟件完成。

2 結(jié) 果

2.1 一般資料描述及一致性檢驗(yàn)結(jié)果

一般性資料分析結(jié)果顯示：1000例樣本中，女性659例，男性341例，年齡分布在15～90歲，其中以20～40歲年齡段人數(shù)居多（早期庫(kù)：44.7%；后期庫(kù)：51.7%）。第一次拍攝口腔全景片的平均年齡為（30.98±16.54）歲，第二次拍攝時(shí)的平均年齡為（32.56±16.25）歲，兩次拍攝的時(shí)間間隔為（1.58±1.27）年。

一致性檢驗(yàn)結(jié)果顯示：同一觀察者的編碼一致性為0.941，觀察者間的編碼一致性為0.875。這提示該編碼方法在同一觀察者和觀察者間的編碼一致性均較高。

2.2 非同源口腔全景片不同編碼模塊的多樣性分析

對(duì)所劃分的10個(gè)模塊進(jìn)行編碼后，分別統(tǒng)計(jì)分析早期庫(kù)及后期庫(kù)內(nèi)的編碼表，得到兩個(gè)樣本庫(kù)中每個(gè)模塊的多樣性，結(jié)果見(jiàn)表2。早期庫(kù)所有模塊中多樣性最高的是右下頜牙齒，為78.30%，最低的是唇腭裂（0.20%）。后期庫(kù)所有模塊中多樣性最高的是右下頜牙齒，為81.40%，最低的是唇腭裂（0.20%，僅3例）。由數(shù)據(jù)可見(jiàn)，反映牙齒特征的4個(gè)模塊的多樣性均高于65%，遠(yuǎn)高于同庫(kù)其他模塊的多樣性。

表2 1000例患者不同編碼模塊的表現(xiàn)形式及多樣性Tab.2 Represention and diversity of different coding modules in 1000 samples

2.3 同源口腔全景片不同編碼模塊的一致率

將同源的兩張口腔全景片按照所劃分的10個(gè)模塊進(jìn)行比對(duì)，得出不同模塊前后兩張影像片編碼一致的數(shù)量，結(jié)果見(jiàn)表3，反映上下頜特征模塊及唇腭裂模塊的編碼一致率較其他模塊高。

表3 同源口腔全景片不同模塊的編碼一致率Tab.3 The coding consistency of different modules of homologous oral panoramic images[n（%）]

2.4 編碼指標(biāo)匹配結(jié)果

通過(guò)對(duì)1 000例患者的2 000張口腔全景片逐個(gè)編碼并進(jìn)行比對(duì)分析后發(fā)現(xiàn)，同源的兩張口腔全景片的指標(biāo)匹配數(shù)量最低為29，匹配率為46.77%，人數(shù)為1人；最高為62，匹配率為100%，人數(shù)為119人。其中指標(biāo)匹配的數(shù)量在50個(gè)（匹配率為80.65%）及以上的人數(shù)為902人，占總?cè)藬?shù)的90.20%，具體結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 同源口腔全景片的指標(biāo)匹配情況Fig.1 The matching rate of the coding indexes of homologous oral panoramic images

3 討 論

國(guó)外文獻(xiàn)[3，8，10]報(bào)道，利用齒科放射學(xué)資料進(jìn)行個(gè)體識(shí)別是法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別的有效手段，其中口腔全景片是重要的影像資料之一。本研究基于已有研究，篩選合適的編碼指標(biāo)，探索性地提出新編碼方法，對(duì)1 000例患者的2 000張口腔全景片進(jìn)行編碼并驗(yàn)證分析。研究結(jié)果顯示，不同模塊的多樣性呈現(xiàn)較大差異，且早期庫(kù)和后期庫(kù)樣本的多樣性分布表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。兩樣本庫(kù)中，右上頜牙齒、左上頜牙齒、左下頜牙齒、右下頜牙齒這4個(gè)表現(xiàn)牙齒特征的模塊，其多樣性均遠(yuǎn)高于同庫(kù)其他模塊，且兩樣本庫(kù)中多樣性最高的均為右下頜牙齒，表明該模塊的個(gè)體識(shí)別能力最強(qiáng)[11-12]。

同時(shí)，上頜特征、下頜特征-1、下頜特征-2和唇腭裂這4個(gè)模塊在兩張同源口腔全景片中一致的人數(shù)較其他模塊多，表明這4個(gè)模塊的特征穩(wěn)定性較好，相較于其他模塊更不易發(fā)生變化，即一致人數(shù)越多越具有同一認(rèn)定的優(yōu)勢(shì)。但結(jié)合表2的結(jié)果可知，此4項(xiàng)的樣本多樣性較低，綜合考慮，故認(rèn)為此4項(xiàng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較低。其余6項(xiàng)的一致人數(shù)所占比例差異不明顯，綜合考慮模塊的多樣性，認(rèn)為右上頜牙齒、左上頜牙齒、左下頜牙齒和右下頜牙齒4個(gè)模塊在個(gè)體識(shí)別中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較大。此外，對(duì)同源口腔全景片的指標(biāo)匹配率計(jì)算分析可得，絕大部分個(gè)體（90.2%）其同源口腔全景片指標(biāo)匹配率在80%以上，反映本研究提出的編碼方法在齒科個(gè)體識(shí)別中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，該結(jié)果可為實(shí)際個(gè)體識(shí)別指標(biāo)匹配率的范圍界定提供參考。

本研究在納入樣本時(shí)，充分均衡了各個(gè)指標(biāo)的特征。結(jié)果中反映牙齒特征的模塊在同源影像片的一致率低于60%，結(jié)合實(shí)際樣本情況，分析原因?yàn)椋罕狙芯考{入的樣本均為醫(yī)院拍攝過(guò)兩次影像片的患者，此種類型的患者中較多經(jīng)歷了如正畸、正頜之類的手術(shù)治療，如正畸治療前和治療后均要拍攝口腔全景片，造成部分同源口腔全景片的匹配率較低。故考慮在進(jìn)一步的研究中優(yōu)化計(jì)算機(jī)比對(duì)程序，將可能造成的變化作為影響因素加入程序中。同時(shí)完善指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，將指標(biāo)賦予權(quán)重，穩(wěn)定、不易產(chǎn)生變化的指標(biāo)在同一認(rèn)定中占較大比例，反之可隨年齡增加產(chǎn)生變化的占較小比例，以期進(jìn)一步提高研究中的同源匹配率。

此外，本次抽樣的1000例患者中有3例唇腭裂，且同源口腔全景片中此模塊均匹配一致。究其原因，考慮唇腭裂往往為先天性且基于目前醫(yī)療手段較難通過(guò)手術(shù)完全修復(fù)，故該模塊表現(xiàn)出較強(qiáng)的特異性，但其發(fā)生率不高，在人群中缺乏足夠的多樣性，在后續(xù)研究中可對(duì)該指標(biāo)賦予較大權(quán)重用于個(gè)體識(shí)別。

由于我國(guó)齒科個(gè)體識(shí)別技術(shù)尚處于起步階段，故國(guó)內(nèi)類似研究較少。2008年，高東等[11-12]對(duì)770例牙齒異常者和170例牙齒正常者分別設(shè)計(jì)了編碼方法并進(jìn)行了多樣性分析；2012年，王堯等[13]對(duì)深圳地區(qū)200個(gè)對(duì)象的齒科多樣性進(jìn)行了研究；2015年，李冰等[14]對(duì)800例患者的口腔全景片進(jìn)行牙列編碼并分析了多樣性及不同牙列區(qū)域?qū)€(gè)體識(shí)別的價(jià)值。上述研究均形成各自的編碼方法，但研究的側(cè)重點(diǎn)不同，得出的結(jié)論亦略有差異。相較于以往研究，本研究納入1000例患者的2000張口腔全景片，研究樣本量更大，且沒(méi)有牙齒完整無(wú)缺失等條件的限制，更具有普適性。另外，選用同一個(gè)體不同時(shí)間的兩張口腔全景片進(jìn)行編碼并計(jì)算匹配率，使研究更貼近實(shí)際檢案狀況，可操作性更強(qiáng)。此外，本研究還將模塊特征的穩(wěn)定性納入考慮范圍，綜合考慮了不同編碼模塊的多樣性和穩(wěn)定性。然而，由于非同源口腔全景片同一模塊的比對(duì)計(jì)算量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，故本研究的主要關(guān)注點(diǎn)在于探究可用于同一認(rèn)定的指標(biāo)與特征，在進(jìn)一步的研究中，將優(yōu)化計(jì)算機(jī)比對(duì)程序，并繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，探索同源影像片的比對(duì)和識(shí)別，以期初步建立適合我國(guó)人群的齒科編碼指標(biāo)和方法。

綜上，本研究基于口腔全景片所反映的口腔頜面部特征建立了編碼方法，對(duì)1000例患者的2000張影像片進(jìn)行驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)反映牙齒特征的4個(gè)模塊在個(gè)體識(shí)別中應(yīng)用價(jià)值較高，其中右下頜牙齒最高。絕大部分同源口腔全景片的指標(biāo)匹配率在80%以上，本研究的編碼方法在法醫(yī)學(xué)個(gè)體識(shí)別中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。