一种基于牙齿的性别推断方法、系统、装置及存储介质

1.本发明属于医学鉴定领域，涉及一种基于牙齿的性别推断方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.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、海啸和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。其中牙齿一方面作为人体最坚硬的组织，在恶劣环境下仍可保存较为完整的形态与结构；另一方面，决定牙齿大小的基因大多存在于性染色体，使得牙齿形态具有明显的性别二态性，因此通过测量牙齿解剖结构进行性别鉴定相对具有较高的准确性，在颅骨和骨盆缺失的情况下，可以作为法医学性别鉴定的重要补充。目前，基于牙齿的性别鉴定方法一般分为牙齿照片测量和x线片测量等二维测量方法和牙齿ct测量和模型测量等三维测量方法。其中，采用牙齿二维图像进行性别鉴定的准确性普遍较低，由于二维图像容易受到拍摄角度、图像分辨率及色彩等因素的影响。有学者基于牙齿照片通过牙齿形态测量以进行性别鉴定研究，但受牙周组织、照片光线、色彩平衡等因素的影响，分析结果并不理想有学者通过不同类型的牙齿x线图像进行性别鉴定研究，然而x线片容易受到拍摄技术和拍摄角度的影响，极易产生测量误差，因而准确性较低。因此，基于二维测量方法进行性别鉴定的准确性仍有待商榷。
3.近年来，基于三维图像的牙齿性别鉴定因其数据获取更为准确、便捷、直观，在法医学领域受到学者的广泛关注。三维测量方法分为人工和数字化测量两类，其中人工测量方法主要包括离体牙测量、活体牙测量、牙齿模型测量。测量指标主要包括牙齿近远中径、颊舌径、牙冠部或牙颈部对角线径等。在牙齿性别鉴定研究方面应用广泛，具有简便、直接的优点。但是在测量样本时，常常由于口内操作角度、牙列拥挤等问题而产生测量误差，影响准确性。另外，由于该方法没有留存石膏模型或者数字模型，后期无法进行复核测量。而模型测量则是通过在制取的牙列石膏模型上进行牙齿解剖结构测量探究性别二态性，相对于直接测量缺乏简便性和快捷性，但允许对牙齿解剖结构进行精细测量，并且该方法有模型记录，在无法将组织样本带离的情况下可方便复测。随着科学技术的进步，数字化技术因其测量的准确性和客观性而广泛应用于牙齿性别鉴定领域。数字化三维测量方法既可以解决传统直接测量方法存在的准确性较低、无法留存记录的问题，又可以避免模型测量时的繁琐过程，并且可以获得庞大的数据信息，因此更适用于牙齿性别鉴定。在性别鉴定中，cbct可以提供更多的牙齿信息，如牙根部体积、牙冠部体积、牙髓腔体积等三维指标，其性别鉴定的准确性较二维测量方法更高。
4.对于性别鉴定牙位的选择，尖牙与其他牙相比在颌骨内的存留时间更长、磨耗更小，并且具有良好的性别二态性，因此尖牙被认为是牙齿性别鉴定的最佳牙位，常独立作为性别鉴定的样本。第一恒磨牙是人类生长发育中萌出的第一个恒牙，其牙根较长且数量多，
在颌骨内可以早期、长期、稳固的存在，与此同时，有学者指出通过第一磨牙进行性别鉴定的准确性较高，可作为目标牙齿进行研究。对于测量指标，通常牙齿性别鉴定的测量指标有：牙齿近远中径、颊舌径、对角线径、根长、牙根体积、全牙体积等。
5.目前，性别推断多是通过对牙齿单个指标的测量直接进行统计学分析以评价牙齿与性别之间的相关性，但也有一些学者选择多个牙位组合或采用不同指标的比值进行性别推断。
6.现有技术的缺陷不足：
7.1.由于种族差异，不同人群其牙齿发育及形态与性别的相关性存在差异，因此不同人群需要特定的方程进行性别鉴定。
8.2.尽管采用二维图像中的牙齿信息可进行性别鉴定，但既往研究表明其准确性欠佳，并且该方法在法医学实践中存在操作较复杂、信息较少且测量结果易受拍摄技术及角度影响等问题，应用相对较少。
9.3.基于高性别二态性的单个牙齿或结合不同类型牙齿的测量，其牙齿性别鉴定的准确性较高，因此在相关研究中应用广泛。尽管此类方法的研究较多，但存在操作复杂、模型储存不便、无法获得牙槽骨内信息等问题。
10.4.既往研究多是基于模型、照片等手工测量，存在主观性强、可重复性低、准确性差的缺点。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于牙齿的性别推断方法、系统、装置及存储介质。
12.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
13.一种基于牙齿的性别推断方法，包括以下步骤：
14.获取目标样本牙齿的cbct影像；
15.根据cbct影像测量牙齿的三维信息；
16.将牙齿的三维信息与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异且与性别具有相关性的相关性参数；
17.根据相关性参数建立性别鉴定模型，依据已知的目标对象数据集结合性别鉴定模型推断目标样本的性别。
18.本发明进一步的改进在于：
19.所述获取目标样本牙齿的cbct影像，包括：
20.采用锥形束x射线计算机断层扫描系统拍摄目标样本的cbct影像，获得dicom格式的牙齿三维形态图像，并记录目标样本的准确实际性别。
21.所述目标样本为11至60岁待采集者，每10岁作为一个分段，共5段，每个分段内人数相等，男女比例相等。
22.所述根据cbct影像测量牙齿的三维信息，包括：
23.对目标样本的牙齿cbct影像通过矢状方向进行分割，分割出牙齿外形后，合成完整牙齿形态，计算牙齿体积，同时进行记录；所述分割为每0.4mm分割一次。
24.所述根据cbct影像测量牙齿的三维信息是利用3d slicer软件进行测量的；所述
测量牙齿的三维信息包括任意侧上、下颌尖牙及第一磨牙在内四个牙位的牙齿体积。
25.所述相关性参数包括独立数据和组合数据；
26.所述独立数据分别包括上颌尖牙数据集u3、下颌尖牙数据集l3、上颌第一磨牙数据集u6以及下颌第一磨牙数据集l6；
27.所述组合数据为上颌尖牙数据集u3 下颌尖牙数据集l3 上颌第一磨牙数据集u6 下颌第一磨牙数据集l6的集合。
28.所述基于相关性参数建立性别鉴定模型，包括：
29.将相关性参数的整体数据集按照9:1的比例分为训练集、测试集；将训练集中的上颌尖牙数据集u3、下颌尖牙数据集l3、上颌第一磨牙数据集u6以及下颌第一磨牙数据集l6输入spss 18.0软件中，进行线性回归分析，得到方程中的系数a、b、c、d及截距e，当所述目标对象的上颌尖牙数据集u3、下颌尖牙数据集l3、上颌第一磨牙数据集u6和下颌第一磨牙数据集l6均可知时，对应的性别鉴定模型如下：
30.y＝a
×
u3 b
×
l3 c
×
u6 d
×
l6 e
31.其中，y为输出性别。
32.本发明该公开了一种基于牙齿的性别推断系统，包括：
33.影像采集模块，用于获取目标样本牙齿的cbct影像；
34.三维信息测量模块，用于根据cbct影像测量牙齿的三维信息；
35.相关性参数计算模块，用于将牙齿的三维信息与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异且与性别具有相关性的相关性参数；
36.模型建立模块，用于根据相关性参数建立性别鉴定模型。
37.一种基于牙齿的性别推断装置，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上述方法的步骤。
38.一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上述方法的步骤。
39.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
40.本发明采用基于cbct的数据测量，可以得到更多的牙齿三维信息。采用牙齿体积作为鉴定的对象，分割出整个牙齿的三维形态信息，且在一定程度上减少了邻牙等信息的影响，提高了鉴定的准确率。
附图说明
41.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。
42.图1为本发明基于牙齿的性别推断方法的流程图。
43.图2为本发明基于牙齿的性别推断系统的示意图。
44.图3为3d slicer软件中牙齿体积的测量示意图。
具体实施方式
45.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。
46.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。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。
51.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
52.参见图1，本发明实施例公开了一种基于牙齿的性别推断方法，包括以下步骤：
53.步骤s1，获取目标样本牙齿的cbct影像；采用锥形束x射线计算机断层扫描系统拍摄目标样本的cbct影像，获得dicom格式的牙齿三维形态图像，并记录目标样本的准确实际性别。所述目标样本为11至60岁待采集者，每10岁作为一个分段，共5段，每个分段内人数相等，男女比例相等。
54.步骤s2，根据cbct影像测量牙齿的三维信息；对目标样本的牙齿cbct影像通过矢状方向进行分割，分割出牙齿外形后，合成完整牙齿形态，计算牙齿体积，同时进行记录；所述分割为每0.4mm分割一次。测量牙齿的三维信息是利用3d slicer软件进行测量的；所述测量牙齿的三维信息包括任意侧上、下颌尖牙及第一磨牙在内四个牙位的牙齿体积。
55.步骤s3，采用ibm spss 18.0(statistics,armonk,ny)软件进行数据分析与方程拟合；将牙齿的三维信息与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异且与性别具有相关性的相关性参数；所述相关性参数包括独立数据和组合数据；
56.所述独立数据分别包括上颌尖牙数据集u3、下颌尖牙数据集l3、上颌第一磨牙数据集u6以及下颌第一磨牙数据集l6；
57.所述组合数据为上颌尖牙数据集u3 下颌尖牙数据集l3 上颌第一磨牙数据集u6 下颌第一磨牙数据集l6的集合。
58.步骤s4，根据相关性参数建立性别鉴定模型。
59.将相关性参数的整体数据集按照9:1的比例分为训练集、测试集；将训练集中的上颌尖牙数据集u3、下颌尖牙数据集l3、上颌第一磨牙数据集u6以及下颌第一磨牙数据集l6输入spss 18.0软件中，进行线性回归分析，得到方程中的系数a、b、c、d及截距e，当所述目标对象的上颌尖牙数据集u3、下颌尖牙数据集l3、上颌第一磨牙数据集u6和下颌第一磨牙数据集l6均可知时，对应的性别鉴定模型如下：
60.y＝a
×
u3 b
×
l3 c
×
u6 d
×
l6 e
61.其中，y为输出性别。
62.将目标人群的牙齿体积信息代入性别鉴定方程，取整数绝对值，即得到性别预测值。
63.实施例
64.如图2所示，实施例采集了352张11至60岁中国西北地区人的cbct，所有数据为11～60岁的样本，每个10岁作为一个分段，共5段，每段内人数基本相等，男女比例相等。具体步骤如下：
65.步骤一、获得目标样本的cbct影像
66.采用锥形束x射线计算机断层扫描系统拍摄cbct，获得dicom格式的牙齿三维形态图像，并记录目标对象的准确实际性别。样本筛选标准：牙冠、牙根无异常形态的牙齿；牙冠形状完整，所研究的牙齿无龋齿；齿数齐全，无乳牙残留；牙弓内牙齿拥挤不影响测量；无严重颌面外科外伤、畸形或全身性疾病史。
67.步骤二、数据的测量
68.将cbct文件导入3d slicer软件(版本4.11.20210226，美国)进行体积测量(见图3)。对目标牙齿影像通过矢状方向进行手动分割(每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。测量牙位包括任意侧上、下颌尖牙及第一磨牙在内四个牙位的牙齿体积，其中，u3代表上颌尖牙；l3代表下颌尖牙；u6代表上颌第一磨牙；l6代表下颌第一磨牙。
69.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，其中一名口腔医生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。
70.步骤三、性别方程参数的选择
71.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，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：独立数据u3、l3、u6、l6；组合数据u3 l3 u6 l6。
72.步骤四、性别鉴定方程的建立
73.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9:1的比例分为训练集、测试集，具体分组见表1。将男性定义为“1”，女性定义为“2”，将训练集数据输入spss 18.0软件中，进行线性回归分析，得到方程中的系数a、b、c、d及截距e，从而得到鉴定方程(输入体积值，输出性别预测值)。
74.表1性别鉴定方程训练集和测试集分组情况
[0075] 训练集人数测试集人数合计男16017177女15817175合计31834352
[0076]
步骤五、结果评估
[0077]
为了评估方程鉴别性别的性能，对训练好的方程在测试集上进行了测试，将得到的方程带入测试集中进行方程得到性别预测值，与性别真实值相减后取整数绝对值，等于“0”则判断正确，不等于“0”则判断错误，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。由表可见，所属目标对象对应的最优牙位为u3；所述目标对象对应的最优牙位组合为u3 l3 u6 l6。
[0078]
表2性别鉴定方程鉴定准确性
[0079][0080]
如图2所示，本发明实施例还公开了一种基于牙齿的性别推断系统，包括：
[0081]
影像采集模块，用于获取目标样本牙齿的cbct影像；
[0082]
三维信息测量模块，用于根据cbct影像测量牙齿的三维信息；
[0083]
相关性参数计算模块，用于将牙齿的三维信息与真实性别进行差异性和相关性检验，得到有性别差异且与性别具有相关性的相关性参数；
[0084]
模型建立模块，用于根据相关性参数建立性别鉴定模型。
[0085]
本发明一实施例提供的基于牙齿的性别推断装置的示意图。该实施例的基于牙齿的性别推断装置包括：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。
[0086]
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。
[0087]
所述基于牙齿的性别推断装置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。所述基于牙齿的性别推断装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
[0088]
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。
[0089]
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
基于牙齿的性别推断装置的各种功能。
[0090]
所述基于牙齿的性别推断装置集成的模块/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。
[0091]
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。