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体视学技术在医学影像学中的应用及其法 医学价值 【摘要】基于 Cavalieri 原理的体视学技术经常运用在组 织学和病理学的研究中，但是现在，这种技术已经被运用 于医学 影像学(如 CT、MRI、ECT、超声等)的测量。体视学的 方法提供了一个非侵入性的、精确的、无偏的、简单的和 快速的测量方法。 所以该方法在医学影像学的形态计量学的测量中有临 床使用价值。而影像资料的定量测量结果则有助于法医学 实践。 【关键词】体视学；医学影像学；法医学 【中图分类号】D9194 【文献标识码】B 【文章编号】10079297(XX)03022404 The appHcafion of stereological techniques in medical imaging and its value in forensic medicine N Qiu-feng,GA 0 Su hong,HUANG Fei unSchool ofPreclinical and Forensic Medicine，Sichuan University，Cheng du 610041 【Abstract】Stereological techniques，based on the Cavalieri principle，have frequently been applied in histological and patholog ical studies，More recently，the techniques have been adapted for medical imaging measurements(such as CT，MRI，Ultrasound and ECT etc，)，Stereological methods provide an accurate，unbiased，simple，noninvasive and fast method，The stereological method ap plied in medical imaging has very high clinical value、The quantitative result of measurements in medical imaging is beneficial to the practice of forensic medicine 【Keywords】Stererology，Medical imaging，Forensic medicine 一 、体视学的概念及运用条件 (一)体视学简介 体视学是通过观察切面上二维的图像进而获得 有关三维立体结构定量资料的方法学。11 体视学技术 主要是基于卡瓦列里(Cavalieri)原理和德莱塞(De 1esse)原理发展起来的，它有多种测量的方法，但在 医 学上最常用的就是点计数的方法。所谓的点计数法就 是把事先制作的关联测格叠加于图像上，然后记录其 与图像之间的关系。在关联测格中，若 d 为一方格的 边长时，被观察物图像内的测点数为 P，则测面观察物 面积：A=d p，多个切面的观察物的体积：V=mEA(m 为切面层厚)。这样通过计数关联测格在图像内的测点 数，就可以获得图像的切面面积及体积等信息。 (二)体视学技术在医学影像学运用的条件 基于 Cavalieri 原理的体视学技术经常运用在组 织学和病理学的研究中。在运用体视学点计数的方法 时，要求所测的结构要被以固定的间隔来抽样。且样 本开始的位置应该是随机的。MRI、CT、ECT 及超声等 可以在同一间隔下获得连续的截面图像，且开始的位 置可以是随机的，它们可以满足体视学方法的条件。 所以这种技术可以运用于三维 MRI、CT、ECT 及超声 等医学影像学中的感兴趣区域的测量。 (三)体视学在医学影像学中的价值 体视学其基本数学原理是无偏的、精确的。它是 非侵入性的，可以在获得的医学影像学的图像上测 量，即使用手工的方法便可快速获得可靠的结果。其 运用简单、方便，并且具有可重复测量的特性。体视 学 技术在医学影像学中的运用，可以对影像资料由一般 的形态学描述发展到更加准确的定量形态学描述。 二、在医学影像学中的应用 (一)在 MRI 中的应用 1在大脑 MRI 测量中的运用 研究表明体视学的方法在大脑的 MRI 结构体积 的测量中具有精确和可重复的特性。Marta 等通过对 6 具尸体的大脑运用体视学点计数的方法测量 MRI 图 像上和组织切片图像上大脑灰质的体积，经比较发现 二者问没有显著性差异。41 Yvette、Colin 等在 MRI 图 像上分别通过用边界法和体视学法来测量尸体大脑 作者简介谭秋丰(1976 一)，男，XX 云阳人，在读法 医学硕士，主要从事法医放射学研究。 Tel：+862885501553；E mail：tanqiufenggmailcom 通讯作者黄飞骏，男，副教授，主要从事法医病理 研究。 法律与医学杂志 XX 年第 l3 卷(第 3 期) 额叶、顶叶体积，结果显示体视学方法的测量结果同 实际的体积相比，在一个临床可接受的范围之内，其 精确性等于或好于边界法，且在测量速度和有效性上 更好。2,51 目前在大脑的 MRI 图像中，体视学的点计数方法 已经用于许多不同结构的测量，如垂体、海马、大脑 额 叶皮质、侧脑室、尾状核和壳核等。f2 ，6在 MRI 的图像 上测量大脑的不同部位的体积，可以区分大脑很细小 的差异，从而去诊断需要高精确性和可重复性的精神 病和神经功能紊乱、大脑顶叶中央硬化、海马回萎缩 以及癫痫等疾病。2,7,81 2在肝脏 MRI 测量中的研究 准确了解肝脏及其病变的体积在临床上是很有 价值的。Michael Mazonakis 等分别运用体视学和边界 法在 MRI 图像上估计肝肿瘤的体积，发现这两种测量 肝肿瘤体积的方法都可以提供可靠和可重复的信息。 9Bunyamin Sahin 等通过对 5 具尸体的肝脏进行 MRI 检查，并结合体视学原理来估计肝脏的体积，结果表 明所估计的体积和肝脏的真正体积高度相关。因此作 者认为：在 MRI 上结合体视学方法是非侵入性、直接 和准确的，它可以在获得的 MRI 图像上去估计，因此 它是安全的、快速的，廉价的，可以在 13 常的 MRI 的 扫 描图像中应用。ioi 3在产科 MRI 检查中的运用 运用 MRI 结合体视学提供了一个有用的工具去 研究胎儿在子宫中的生长。通过 MRI 和体视学对胎儿 和胎儿的器官的体积的估计，对判断胎儿是否正常、 协调生长提供帮助11I。 (二)在 CT 中的运用。 在 CT 图像上，体视学技术也是一种较理想的测 量方法。Michael Mazonakis 等用体视学点计数的方 法在 CT 图像上测量膀胱和直肠的体积，通过精确分 析，发现在运用 100150 个测点、系统抽取 57 幅 通 过膀胱和直肠的 CT 图像，所获得的结果是可靠的。 121 Ersan Odaci 等运用点计数的方法测算 lO 个腰椎 CT 图像的体积，结果表明运用此方法计算的椎体体积与 实际体积没有显著性差异，且不受观测者和扫描方位 及扫描层厚的影响。131 在 CT 边界法、多田公式与体视学法进行 CT 颅内 血肿体积测量比较时，发现体视学法测量结果准确， 且不考虑血肿形态是否规则，减少了对 CT 机器的依 赖，减少了多田公式测量不规则血肿的误差，它是临 床 上较理想的非创伤性的测量颅内血肿的方法。同时 体视学法定量也是对侧脑室容量测定的简便易行和 225 有效的方法。_15J 而运用体视学方法在 CT 图像上测定 鼻咽旁间隙的面积，则有助于早期诊断咽旁肿瘤。 (三)在超声诊断中的应用 在超声图像上，胎儿的各种参数应该用三维的体 积参数描述。itll B Sahin 运用体视学的方法来估计 羊水 量，结果表明在超声图像上运用体视学的方法能获得 比羊水指数有效的、更精确的结果。181 (四)在核医学中的应用 体视学技术在功能的研究中，特别是在那些用非 侵人性和低分辨率的图像的技术中，如 SPECT 中很有 价值。191 通过体视学法和超声法测定的左室心肌质 量， 表明体视学法明显优于超声法。2Ol 在甲状腺断层显 像 图像上，运用体视学方法测定甲状腺重量，其结果准 确、可靠 口 (五)在放射治疗后效果评价中的应用 O Y Gong 等对 4 位分化高的胶质瘤患者的 MRI 上运用体视学的方法结合点计数的方法来研究他们 在放射治疗后的肿瘤的体积的变化，比较用体视学的 方法和传统测量方法的得到的结果，二者具有显著性 差异，作者认为体视学法要好过传统的假设肿瘤为圆 形测量的方法，运用体视学方法可以客观评价放射治 疗效果。 1 (六)运用体视学技术的条件及其影响因素 在运用基于 Cavalieri 原理的体视学结合点计数 的方法，要求所测的结构要被固定的间隔来抽样，且 样本开始的位置要随机，而取样的方格随机地放置在 断面上。3,231 同时体视学方法的有效性和精确性受 到 以下的因素的影响： 1测格的大小。小测格可以增加体积测量的敏感 性，但是增加了计算的时间。 2更多的截面可以增加准确性，但是同样也增加 了计算的时间。 3改变图像的对比度也影响体积的估计所以要 保持观察窗的设置的恒定。 4对测量区域边界的不确定会导致体积计算的可 靠性降低，特别是在对如垂体等这样的小物体的测量 上，影像学自身的不足不能通过体视学来克服。 5断面的层厚太厚，可因部分容积效应的影响而 导致测量的误差增大。 虽然这些影响因素在其他测量方法上也存在，但 是这种方法要更多地依赖测量者的判断力。体视学的 方法提供了一个简单、快速、不需要计算机软件的方 法，所以体视学结合点计数的方法在医学影像学的形 态计量学的测量上有临床使用价值。2,31 226 - 三、在法医学中的价值 f 一)颅内血肿体积测量 在法医临床实践中可以经常遇到颅脑损伤的案 件且发生头颅血肿的几率较高。虽然目前的我国人 体轻重伤鉴定标准没有规定出血量的标准，但是许多 法医学家都趋向于要量化出血量来判断损伤程度，而 出血量主要是通过影像学资料来测量的。当前对颅内 出血量测量的方法主要有边界法、多田公式法、几何 公式法和体视学法。边界法测量结果准确，但是需要 在机器上测量不适于事后在胶片上测量，而法医学 的鉴定往往是在事后来测量的，因此该法不适用于法 医临床学鉴定。而多田公式是把血肿考虑为规则的立 体几何图形，而在临床中血肿往往是不规则形状的， 故此法测量的结果不准确也不适用于法医临床学。 几何公式法是把血肿看成是多个规则的几何图形来 分别计算的此法测量结果比较准确但是计算复杂、 繁琐也不适用于法医临床学。体视学法是一种无偏 的测量方法它无需考虑被测结构的形状也不需要 复杂的设备可以在胶片上快速测量并获得准确的结 果可以在法医临床实践中推广应用。 (二)血胸、气胸测量 在我国人体轻重伤鉴定标准中对血胸、气胸、血 气胸并没有具体的量化标准因此血、气胸的真实损 伤程度就很难客观地反映出来。在影像图像上，以前 一般是在 X 线平片上对胸部出血量、气体量进行粗略 的主观估计，只能分成轻、中、重 3 种程度，很不准 确； 或是在 CT 图像上用 CT 平面法来计量，这需要当时在 机器上测量：这两种方法都不适于法医临床鉴定。而 运用体视学的方法可以快速准确地在事后任何时候 测量出血量和气体量从而客观地评价胸部的损伤程 度。 (三)腹腔积血、积液测量 外伤性腹腔积血、积液在法医临床学中很常见。 虽然我国人体重伤鉴定标准第 72 条规定：腹部损 伤致使腹腔积血须手术治疗的，可评定为重伤。但实 际上根据出血量的多少来评价损伤程度将更为客观。 现在运用体视学技术可以在医学影像资料上来测量 腹腔积血与积液的多少从而为腹部外伤的评价提供 重要证据。 (四)肝脾肾血肿测量 目前临床上对腹腔实体脏器的损伤、出血病例大 多进行 CT 或其他医学影像学检查从而为事后法医 学鉴定留下了重要的客观证据。虽然目前的研究尚没 有阐明实体脏器损伤、出血量与损伤程度的关系。但 法律与医学杂志 XX 年第 l3 卷(第 3 期) 是现在体视学技术提供了一种在影像资料上测量出 血量的方法因此可利用其对腹腔实体脏器损伤出血 量与损伤程度的关系进行研究，以期建立由损伤出血 量反映损伤程度的标准以便更加客观地评价腹部实 体脏器损伤程度。 (五)椎体体积测量 随着 CT 仪器的普及以及它在椎体检查中所具有 的特殊价值， 目前进行椎体 CT 检查十分普遍，椎体 CT 片在法医学鉴定中也越来越重要。但同时运用椎体 CT 片进行诈病的也越来越多所以进行椎体 CT 片同 一认定就更显重要。可以运用体视学技术对椎体进行 体积测量，进而可以进行同一认定。运用体视学技术 测量失踪者的 CT 片椎体体积，与现场获得的白骨化 的椎体骨进行比对可以对法医学个人识别提供重要 证据。但目前在法医人类学对此方面的研究不多，还 需要进行系统研究以提出科学的方法。 (六)额窦、筛窦及蝶窦测量 运用鼻旁窦进行同一认定已经有了很多研究但 是它们多是采用一维的测量指标来描述而体视学法 可以对影像资料进行三维空间的描述，故可以进行更 加准确的同一认定。运用体视学法在影像资料上测 量，可以获得额窦的体积、面积等指标，从而进行同 一 认定。若要对具有多个窦房且极不规则的筛窦进行体 积测量，体视学技术是最合适的方法因此运用体视 学技术测量筛窦进行同一认定极具价值。同样也可以 用体视学技术对蝶窦进行测量也有利于进行法医学 的同一认定。 四、小结 体视学法是一种无偏的数学方法，它可以准确计 算特定物体、区域的体积、长度、表面积等。但是在 目 前，体视学技术在医学影像学中的运用还不广泛，而 医 学影像学的定量诊断的准确性、科学性还不高。医学 影像学必须同体视学结合以便使我们获得可靠的定 量的信息从而有利于对诊断和治疗效果进行客观评 价。在法医学鉴定中依据医学影像资料运用体视学 技术对损伤、出血进行定量研究可以建立更加客观的 标准从而客观、准确地评价损伤程度，而运用体视 学 技术在影像资料上对特定的器官及结构的测量，则有 助于进行法医学的同一认定。 参考文献 【1申洪，沈盅英实用生物体视学技术【M第 1 版广州：中山大学出版 社199112 闼 Sheline YI，Black KJ，Lin DY，et alStereological MRI volumetry of the frontal lobeJPsychiatry Research：Neuroimaging Section，1997，67： 203214 法律与医学杂志 XX 年第 l3 卷(第 3 期) 【3Keshavan MS，Anderson S，Beckwith C，et a1A comparison of stereolo gY and segTnentation techniques for volumetric measurements of lateral ventricles in magnetic resonance imaging JPsychiatry Research： Neuroimaging ，199561：536o 4 Garcia-Finana M，Crnz-Orive LM，Mackay CE，et a1Comparison of MR imaging against physical sectioning to estimate the volume of human cerebral compartmentsJNeuroilmage，XX，18：505-516 【5Doherty CP，Fitzsimons M，Holohan T，et a1Accuracy and validity of stereology as a quan titative method for assessment of human temporal lobe volumes acquired by magnetic resonance imaging 啪Magnetic Resonance Imaging，XX18：1017-1025 【6 Matthew A，Howard，Roberts N，et a1Volume estimation of prefrontal cortical sub?elds using MRI and stereology Brain Research Proto cols，XX，10：125138 f7 Simon S，Keller，Clare E，et aLMackay Voxel-based Morphometric Corn parison of Hippocampal and Extra hippocampal Abnormalities in Patients with Left and R J sht Hippocampal AtrophyJNeurolmage， XX，16：2331 【8Mackay CE，Webb JA， Eldridge PR，et a1Quantitative magnetic re8o nance imaging in consecutive patients evaluated for surgical treatment of temporal lobe epilepsy 们Magnetic Resonance lmaging，XX，18： ll87 一 l 199 【9 MazonakisM，DamilakisJ，MantatzisM，etaLStereology versusplanime try to estimate the volume of malignant liver lesions on MR imaging 【JMagnetic Resonance Imaging，XX。22 ：1011-1016 【10 Sahin B，Emirzeoglu M，Uzun A，et a1Unbiased estimation of the liver volume by the Cavalieri principle using magnetic resonan ce images JEuropean Journal of Radiology，XX47：164170 【11 Gong QY，Roberts N，Garden AS，et a1Fetal and fetal brain volume estima tion in the third trimester of human pregn ancy using gradient echo MR imaging 【J】Magnetic Resonance Imaging，1998，16(3)： 235 240 法医学理论与实践 227 l2 Mazonakis M，Damilakis J， Varveris HBladder and rectum volume estima tions using CT and stereology JComputerized Medical Imaging an d Graphics，1998，22 ：195-201 fl31 Odaci E，Sahin B，Sonmez OFRapid estimation of the vertebral body volume： a combination of the Cavalieri principle an d computed to mography imagesJEurJ Radiology，XX48：316-326 l4张逵，陈联盟CT 定量、多田公式、体视学法测 定颅内血肿体积的 对比研究J中华外科杂志，1998，36(9)：573 l5向敬池，扬虹，陈联盟尸体侧脑室容量的 CT、 体视学法与铸型测 定的对照研究J中国体视学与图像分析， 1998，3(3)：1641