一种基于上颌窦推断性别的方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明属于生物与新医药领域，涉及一种基于上颌窦推断性别的方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

个体身份识别在法医学实践中占据非常重要的地位，如对刑事案件中的无名尸体或海啸、空难尸体残骸进行个体身份识别。由于性别鉴定可以极大的简化个体识别的程序，因此在法医学中意义重大。性别鉴定的方法众多，包括髋骨、颅骨、下颌骨等骨骼和牙齿的测量分析。由于骨骼是人体最持久的组织之一，现骨骼残留物通常用于性别估计。例如，性别可以通过评估长骨、盆骨和头骨的特征来判定。在骨骼受到严重破坏的极端情况下，上颌窦仍可以保持其解剖完整性，因此可以作为性别推断的补充方法，有助于个体身份识别。在尸体解剖调查中使用多探测器计算机断层扫描(MDCT，multi-detector computedtomography)已成为一种趋势，因为它有助于发现严重损毁的尸体的特征。还有其他类似于MDCT的成像方法，如锥束计算机断层扫描(CBCT，cone bean computed tomography)，其重点是头颈部成像，通常价格便宜且设备尺寸更紧凑。此外，在医学领域，CBCT的检查已经针对大量的情况进行了说明，确保了在需要通过比较死前和死后记录来识别个体的情况下，图像的可用性。由于性别推断是描绘生物轮廓的重要步骤之一，因此使用解剖结构的工具的开发，即使在极端事件发生后也能保持其完整性，对于法医个体身份鉴识非常有用。在尸检时，对骨骼及其剩余组织的评估将为性别鉴定提供有用的信息。在其他骨骼及剩余组织丧失的情况下，颅面形态计量分析变得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术在其他骨骼及剩余组织丧失的情况下，影响法医对尸体性别作出准确有效判断的问题，提供一种基于上颌窦推断性别的方法、系统、设备及存储介质。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于上颌窦推断性别的方法，包括以下步骤：

采集CBCT样本数据，获取目标样本上颌窦的影像数据；

对目标样本上颌窦的影像数据进行分割，测量得到上颌窦体积数据；

通过测量得到的上颌窦体积数据与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异并且与性别具有相关性的相关性参数；

由相关性参数建立性别鉴定模型。

本发明的进一步改进在于：

所述采集CBCT样本数据，获取目标样本上颌窦的影像数据，具体包括以下步骤：

由锥形束X射线计算机断层扫描系统采集CBCT样本数据；

通过CBCT样本数据获取目标样本的DICOM格式的上颌窦三维形态图像；

记录目标样本的准确实际性别。

所述对目标样本上颌窦的影像数据进行分割，具体包括以下步骤：

对目标样本上颌窦的影像数据通过矢状方向进行分割，得到上颌窦的外形；

根据上颌窦的外形利用3D Slicer合成完整的上颌窦形态；

计算并存储上颌窦的体积。

所述对目标样本上颌窦的影像数据进行分割时，每0.3～0.4mm分割一次。

所述CBCT样本数据为16-56岁年龄段的样本数据。

所述相关性参数包括左侧上颌窦体积VL和右侧上颌窦体积VR。

所述由相关性参数建立性别鉴定模型，具体包括以下步骤：

将目标样本的整体数据集按照8:2的比例分为训练集和测试集；

将训练集中的左侧上颌窦体积VL和右侧上颌窦体积VR输入IBM SPSS Statistics24软件中，进行逻辑回归分析，分别得到各自方程中的系数A、C以及截距B、D，对应的性别鉴定模型表示为：

Y＝A·VL+B

Y＝C·VR+D

其中，Y为输出性别。

一种基于上颌窦推断性别的系统，包括以下模块：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集CBCT样本数据，获取目标样本上颌窦的影像数据；

数据测量模块，所述数据测量模块用于对目标样本上颌窦的影像数据进行分割，测量得到上颌窦体积数据；

参数计算模块，所述参数计算模块用于通过测量得到的上颌窦体积数据与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异并且与性别具有相关性的相关性参数；

模型建立模块，所述模型建立模块用于根据相关性参数建立性别鉴定模型。

一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前项任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前项任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种基于上颌窦推断性别的方法，通过获取目标样本的上颌窦影像数据，测量其体积后，与真实性别进行差异性和相关性检验，通过建立性别鉴定模型来推断目标样本的性别，由于上颌窦可以在其他骨骼受到广泛影响的极端情况下仍然可以保持其解剖完成性，因此可以作为性别鉴定的补充方法，有利于法医针对个体作出准确有效的身份识别。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的基于上颌窦推断性别的方法流程图；

图2为本发明的基于上颌窦推断性别的系统模块图；

图3为3D Slicer软件中上颌窦体积的测量示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，为本发明中基于上颌窦推断性别的方法流程图，具体包括以下步骤：

S1，采集CBCT样本数据，获取目标样本上颌窦的影像数据。

S1.1，由锥形束X射线计算机断层扫描系统采集CBCT样本数据；

S1.2，通过CBCT样本数据获取目标样本的DICOM格式的上颌窦三维形态图像；

S1.3，记录目标样本的准确实际性别。

S2，对目标样本上颌窦的影像数据进行分割，测量得到上颌窦体积数据。

S2.1，对目标样本上颌窦的影像数据通过矢状方向进行分割，得到上颌窦的外形，进行分割时，每0.3～0.4mm分割一次；

S2.2，根据上颌窦的外形利用3D Slicer合成完整的上颌窦形态；

S2.3，计算并存储上颌窦的体积。

S3，通过测量得到的上颌窦体积数据与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异并且与性别具有相关性的相关性参数。

S4，由相关性参数建立性别鉴定模型。

S4.1，将目标样本的整体数据集按照8:2的比例分为训练集和测试集；

S4.2，将训练集中的左侧上颌窦体积VL和右侧上颌窦体积VR输入IBM SPSSStatistics 24软件中，进行逻辑回归分析，分别得到各自方程中的系数A、C以及截距B、D，对应的性别鉴定模型表示为：

Y＝A·VL+B

Y＝C·VR+D

其中，Y为输出性别。

参见图2，为本发明中一种基于上颌窦推断性别的系统模块图，具体包括以下模块：

数据采集模块，所述数据采集模块用于采集CBCT样本数据，获取目标样本上颌窦的影像数据；

数据测量模块，所述数据测量模块用于对目标样本上颌窦的影像数据进行分割，测量得到上颌窦体积数据；

参数计算模块，所述参数计算模块用于通过测量得到的上颌窦体积数据与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异并且与性别具有相关性的相关性参数；

模型建立模块，所述模型建立模块用于根据相关性参数建立性别鉴定模型。

实施例

本发明中实施例采集了某西北地区349份16岁至56岁人口的CBCT数据，按照年龄分为3段，每段内男女比例相等，样本的筛选标准为：上颌窦状况基本良好、窦腔清晰、与周围组织界限清晰、窦壁完整、无严重上颌窦炎并且无牙齿结构进入上颌窦腔。

步骤一，获取目标样本的CBCT影像数据。

采用锥形束X射线计算机断层扫描系统拍摄CBCT，获得DICOM格式的上颌窦三维形态图像，并记录目标对象的准确实际性别。

步骤二，上颌窦体积数据的测量。

将CBCT影像数据文件导入3D Slicer软件中进行测量，对目标上颌窦影像通过矢状方向进行分割，每0.3～0.4mm分割一次，分离出大致的牙齿外形后，利用软件合成完整牙齿形态，软件自动进行体积的计算，同时进行记录。测量窦腔包括左侧上颌窦(L)和右侧上颌窦(R)。

预实验随机抽取20个样本(男：女＝1：1)，分别由两名口腔医生按上述方法进行测量记录，其中一名牙科医生2周后重复测量两次样本，得到的数据经过一致性检验(p<0.05，ICC检验>0.95)后，进行正式测量。

步骤三，对于性别鉴定模型中的相关性参数进行选择。

在正式测量结束后，所有的实验测量结果均与真实性别进行差异性和相关性检验，得出有性别差异且与性别具有相关性的数据左侧上颌窦体积VL和右侧上颌窦体积VR，并将该类数据作为性别鉴定方程的参数。其中，纳入方程建立的数据包括：左侧上颌窦体积VL和右侧上颌窦体积VR。

步骤四，性别鉴定模型的建立。

为建立性别鉴定方程，首先，在实验数据层面，将整体数据集按照8:2的比例分为训练集和测试集，具体分组见表1。将男性定义为“1”，女性定义为“0”，将训练集中的左侧上颌窦体积VL和右侧上颌窦体积VR输入IBM SPSS Statistics 24软件中，进行逻辑回归分析，分别得到各自方程中的系数A和C及截距B和D，对应的性别鉴定模型如下：

Y＝A·VL+B

Y＝C·VR+D

其中，Y为输出性别。

表1性别鉴定模型训练集和测试集分组数据

步骤五，对性别鉴定结果进行评估。

为了评估方程鉴别性别的性能，对训练好的模型在测试集上进行了测试，将得到的模型带入测试集中进行方程得到性别预测值，预测值大于等于0.5则为男性，预测值小于0.5则为女性，与真实性别进行比对后统计正确样本数，从而可得到该方程性别鉴定的准确率。在不同体积参数上的预测结果如表2所示。由表2可见，左侧上颌窦的鉴别准确率略高于右侧上颌窦。

表2性别鉴定模型鉴定准确性数据比较

本发明通过获取目标样本的上颌窦影像数据，测量其体积后，与真实性别进行差异性和相关性检验，通过建立性别鉴定模型来推断目标样本的性别，由于上颌窦可以在其他骨骼受到广泛影响的极端情况下仍然可以保持其解剖完成性，因此可以作为性别鉴定的补充方法，有利于法医针对于个体性别作出准确有效的判断识别。

本发明一实施例提供一种终端设备。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。

所述装置/终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述装置/终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。

所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述装置/终端设备的各种功能。

所述装置/终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。