研究发现,不同古人类的乳突小房变异程度很大。一些可能与现代人接近,例如海德堡人虽然颞骨比现代人粗壮,但其内部的空腔却与现代人相近[7],印度尼西亚直立人和尼安德特人也拥有与现代人相类似的乳突小房模式[8,9]。还有一些则拥有与之不同的模式:爪哇直立人的乳突小房体积仅有4.9cm3,气化程度不是很高,大而且集中的窦腔仅分布于乳突的上半部[10];周口店人则普遍气化程度较高,但是个体与个体之间气化范围又有所不同,变异很大[8,9];而尼安德特人群体内具有相似的颞骨内空腔模式,并且这些内部空腔可能并不受颞骨外部形态的影响[11]。一些研究者还做了大猩猩、黑猩猩和狒狒等与人类亲缘关系较近的动物的乳突小房形态的比较,发现无论从乳突外部形态或是颞骨内部空腔的结构,这些物种之间都有着巨大的差异。他们推测,这种差异可能反映了局部的生长动态,肌肉附着,脑形成,或是颅底曲屈[12]。
综合已有的关于大猿、古人类及现代人材料的乳突小房的研究来看,乳突小房与颞骨的外部形态特征一样,不同物种、不同古人类、甚至现代人之间都可能存在不同的气化形式。限于研究方法及研究深度,迄今为止,对于这种差异的变异程度,还不是很清楚。为此,我们选取了58例现代云南人头骨进行CT扫描及3D虚拟形态复原,获取乳突小房的类型、体积、分布范围在性别之间及左右两侧之间的差异,以及乳突小房这样的内部特征与乳突整体的外部特征关系的数据,为探讨不同人群乳突小房的异同及演化上的差异提供参考资料。
2 材料与方法2.1 研究材料
本文的研究材料为距今约300年左右的考古遗址墓葬出土的云南现代人头骨58例,男女各半。标本出土时,全身骨骼大多存在,保存状况较好,其性别是根据骨盆和头骨进行综合鉴定的,准确率较高[13]。在58例头骨标本中,颞骨乳突部完整的共计112侧,男女各56侧。左侧完整的55例,右侧完整的57例。标本保存在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称古脊椎所)。
2.2 头骨CT扫描及乳突小房重建
使用保存在古脊椎所的高分辨率工业CT机(450kV-工业CT)对58例云南人头骨进行扫描。扫描参数为:电压450kV,空间分辨率160μm。CT扫描的原始数据使用高能所研发中心开发的重建软件转换为二维影像,在Dell图形工作站上使用可视化三维图像处理软件Mimics16.1对二维断层扫描影像进行分割,提取三维影像。
2.3 乳突小房的形态分类标准
按照乳突小房气化的情况不同,根据《耳鼻喉头颈外科学》[1]一书,分为4种类型:1) 气化型:气化良好,气化面积占据乳突绝大部分;2) 板障型:乳突内仅存在类板障样小而多的窦腔;3) 硬化型:乳突内部坚实,窦腔几不可见;4) 混合型:明显混合了以上两种或3种情况的不可归入其中之一的类型。
2.4 乳突小房的测量方法
使用Rapidform软件在电脑上对3D虚拟复原的乳突小房的长度、高度、表面积和体积进行测量和计算,获取这批现代人的乳突小房相关数据。由于此前对于乳突小房的定量描述较少,我们按照测量过程中的实际情况,参考以往研究中关于头骨其他部位测量的方法[13],在测量中我们具体采用如下方法:
(1) 长度测量。首先做出头骨的眼耳平面,并以此为水平标准面,将所有头骨调至水平,而后以左右耳门上点的连线作为冠状轴,将头骨调至正中。我们测量乳突小房模型在矢向上(即平行于眼耳平面、垂直于冠状轴)的最大长度作为乳突小房的长,这一长度的测量点可能因为乳突小房气化良好而超出乳突部的范围。
(2) 高度测量。以乳突小房在垂向上(即垂直于眼耳平面及冠状轴)的最大高度作为乳突小房的高,这一距离的测量点一般落在乳突部中,但由于乳突内部气化情况复杂,这一段距离的延长线往往并不经过乳突点。
(3) 表面积、体积测量方法。本研究中表面积及体积的测量均由Mimics软件导入到Rapidform软件中,由计算机依据重建的三维模型进行自动测量。模型由像素点构成,依照设定的分辨率形成像素距离与实际距离的换算关系:表面积的测量即为模型表面像素点的总和,体积的测量即为全部模型像素点的总和,根据分辨率即可将像素距离转化为实际距离,像素面积、体积转化为实际面积、体积。这种方法的优点在于将所有小的窦腔整合起来,对乳突小房整体空腔进行建模,当模型一致时,在测量中就不会因叠加方向的不同产生差异,同时计算机测量也可避免操作者习惯的不同带来的误差。
2.5 参比的选择
为了探讨乳突小房与乳突外部形态是否具有相关性,我们测量了耳门上点到星点的长度作为乳突的长,以眼耳平面到乳突点的距离作为乳突的高[14],同时测量耳上颅高(颅顶正中线上的一点至眼耳平面的垂直距离)[13]作为参比,以排除头骨整体大小的影响。需要注意的是,由于乳突的长度连线与乳突小房的长度连线在一般情况不完全平行,在研究中二者不可直接对比。
2.6 数据处理方法
将测量数据与类型数据一同录入Excel中,利用Excel对数据按照全体样本、性别区分、左右两侧区分、类型区分进行整理统计,在此基础上导入SPSS 20.0中进行差异分析t检验,分析乳突小房类型、体积、分布范围在性别及两侧间是否有统计学上的差异,以p值小于0.05判定为差异显著;此外,使用SPSS对乳突小房的各项数据与乳突的各项数据做相关性分析(以p值小于0.05判定为相关性显著),以探究乳突小房与乳突外部是否有关联,又是如何相关的。
3 研究结果3.1 乳突小房的形态特征比较
按照乳突小房的形态分类标准,在本次复原的58例共112侧乳突小房中,共观测到气化型80侧,占71,其中男性39例,女性41例;板障型13侧,占12,其中男性6例,女性7例;混合型19侧,占17,其中男性11例,女性8例;未见到硬化型(见图1)。

图1 3D虚拟复原头骨(a1,b1,c1) 及乳突小房形态特征(a2,b2,c2)(不同比例尺)(a)板障型(diploetic type);(b)混合型(mixed type);(c)气化型(pneumatic type) Fig. 1 3D virtual reconstruction of the skull(a1, b1 and c1) and morphologic features of mastoid air cells(a2, b2 and c2) with different scale

我们将每个乳突小房按照性别及左右侧进行分组后进行乳突小房的形态特征统计(如表1所示),在此基础上就乳突小房类型在男女性别及左右侧的差异进行t检验,得到p值分别为0.97和1.0,均不显著。

表1 乳突小房的形态特征比较Table 1 Morphologic features comparison of mastoid air cells

在这共计58例的样本中,双侧均完整的样本有53例,其中双侧类型相同的有43例,占81.进一步对双侧完整的样本进行形态特征在左右侧上的比较,发现差异仍然不明显(p值为1.00)。
3.2 乳突小房的长度和高度比较
在本文研究的112侧乳突中,测得的乳突小房的平均长度为3.69cm(变异范围1.97~6.36cm,SD=0.99cm,变异系数为0.27),高为1.98cm(变异范围0.24~3.28cm,SD=0.60cm,变异系数为0.30)。将这112侧乳突小房的分布数据按照性别和左右两侧分别统计得到表2,在此基础上我们对乳突小房的长度及高度数据进行性别及两侧的t检验,得到乳突小房的长度性别差异t检验p值为0.248,高度性别差异t检验p值为0.315;长度两侧差异t检验p值为0.873,高度两侧差异t检验p值为0.927,差异均不显著。

表2 乳突小房的长度、高度比较[均值±标准差(最小值~最大值)]Table 2 Length and height comparison of mastoid air cells[mean±standard deviation(min~max)]

考虑到乳突小房类型可能存在的影响,我们对所有气化型样本(即此前研究中所述的气化良好样本)做了乳突小房长度及高度的性别和左右两侧统计,发现对于气化型样本,乳突小房长度和高度性别差异t检验p值分别为0.344和0.151,两侧差异t检验p值分别为0.328和0.843,虽然乳突小房高度t检验的p值较小,但是仍然大于0.05,即差异同样不显著。
在我们研究的样本中,乳突小房最大长可达6.3cm,范围超出乳突本身,向前超过外耳道延伸至颧突根,向后延伸至乙状窦沟后方;而在垂向上,气化最良好的乳突小房分布可达乳突尖端。这样的样本乳突小房高度与乳突近似,尖端骨壁极薄,非常容易损坏。
3.3 乳突小房的面积、体积比较及相关性分析
关于乳突小房的面积及体积,我们用软件测量后同样按照性别及左右两侧进行分类统计,这批材料乳突小房的平均体积为6.45cm3(变异范围0.81~16.13cm3,标准差=3.44cm3),表面积为41.36cm2(变异范围8.56~90.12cm2,标准差=16.62cm2)。表3对比了乳突小房的表面积和体积在性别和侧别间的差异。