Resti scheletrici di scansione per la densità minerale ossea in contesti forensi

Riepilogo

Densità minerale ossea (BMD) è un fattore importante nell'assunzione nutrizionale di comprensione. Per resti scheletrici umani, è una metrica utile per valutare la qualità della vita sia i giovani e gli adulti, specialmente nei casi mortali di inedia e di abbandono. Questo documento fornisce linee guida per la scansione di resti scheletrici umani per scopi forensi.

Abstract

Lo scopo di questa carta è quello di introdurre un metodo promettente, romanzo per aiutare nella valutazione della qualità dell'osso nel scientificamente rilevanti resti scheletrici. BMD è una componente importante dello stato nutrizionale di osso e di resti scheletrici di giovani e adulti, e può fornire informazioni sulla qualità dell'osso. Per gli adulti rimane, può fornire informazioni su condizioni patologiche o quando potrebbe essersi verificato l'insufficienza dell'osso. Nei giovani, fornisce una metrica utile per chiarire i casi di fame fatale o di abbandono, che sono generalmente difficili da identificare. Questo documento fornisce un protocollo per l'orientamento anatomico e l'analisi dei resti scheletrici per la scansione via dual-energy x-ray absorptiometry (DXA). Tre studi di casi sono presentati per illustrare quando scansioni DXA possono essere informative al medico di medicina forense. Il primo studio di caso presenta un individuo con le fratture longitudinali osservate nel peso ossa e DXA viene utilizzato per valutare l'insufficienza dell'osso. BMD è risultata normale, suggerendo un'altra eziologia per il modello di frattura presente. Il secondo caso di studio impiegato DXA per indagare su presunta malnutrizione cronica. I risultati BMD sono coerenti con i risultati dalla lunghezza delle ossa lunghe e suggeriscono che il giovanile aveva sofferto di malnutrizione cronica. Lo studio di caso finale viene fornito un esempio sospetto fame fatale in un infante di quattordici mesi, che supporta i risultati di analisi di fame fatale. Scansioni DXA ha mostrato la densità minerale dell'osso basso per l'età cronologica ed è suffragata da valutazioni tradizionali della salute infantile. Tuttavia, quando si tratta di resti scheletrici tafonomica alterazioni dovrebbero essere considerate prima di applicare questo metodo.

Introduzione

L'obiettivo dell'analisi antropologiche forense si basa sulla comprensione del praticante dell'osso come un complesso tessuto con più unità e variazione. Osso è un tessuto composito, gerarchico con componenti organici e inorganici, organizzati in una matrice di collagene e gassate apatite^1,2,3,4. Il componente inorganico o minerale dell'osso è organizzati in una struttura nanocristallino per fornire rigidità e framework per la parte organica^1,2,5. L'aspetto minerale comprende circa il 65% dell'osso di peso e la sua ' massa è influenzato da due fattori genetici ed ambientali^1,2,4,6. Perché minerale ossea occupa uno spazio tridimensionale, può essere misurata come densità minerale ossea (BMD), o una funzione della massa e il volume occupato⁷. La densità di massa del minerale dell'osso varia con l'età dalla nascita in età adulta^8,9,10,11,12 ed è stata usata estesamente nelle regolazioni cliniche come un indicatore di osteoporosi e di frattura rischio^{4,13,14,15,16,17,18}. Raggi x di doppio-energia absorptiometry (DXA) è stato uno strumento molto diffuso per la valutazione di salute dell'osso sin dalla sua introduzione nel 1987, in particolare le scansioni eseguite della colonna vertebrale lombare e dell'anca regioni^11,13,19 . Convalida delle scansioni DXA è stato indicato come il gold standard quando studia i cambiamenti nel BMD^{13,19,20,21,22,23}. Successivamente, l'organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha creato standard normativi tra cui t- e z-Punteggio definizioni per adulta lombare della colonna vertebrale (L1-L4) e fianchi come queste sono le regioni facilmente catturate volumetricamente^{11 ,13,19,24}.

La crescente dipendenza antropologia forense in attività operative medicolegali ha incoraggiato la ricerca di nuove tecniche per valutare meglio i resti scheletrici in una varietà di circostanze. Tra queste tecniche potenziale è l'applicazione di scansioni DXA per valutare BMD come indicatore della qualità dell'osso nei casi che coinvolgono fatal fame e l'abbandono in juveniles^25,26, identificazione delle malattie metaboliche dell'osso, e stimare la capacità di sopravvivenza degli elementi scheletrici in ricerca tafonomica^7,27.

Nel rapporto di maltrattamento dei bambino 2015 US Department di Health and Human Services, 75,3% dei casi di abuso di bambino segnalati erano qualche forma di abbandono con ~ 1.670 decessi risultanti dalla fame fatale e negligenza in 49 stati²⁸. Le vittime più giovanile di abbandono non riescono a mostrare segni di abuso fisico esterno, ma guasto--prospera è visto in tutti i casi^29,30. Guasto--prospera è definita come l'assunzione di nutrizione insufficiente per sostenere la crescita e lo sviluppo. Questi possono avere diversi fattori, uno dei quali è negligenza derivanti dalla privazione nutrizionale^25,31 (Vedi Ross e Abele³² per una recensione più completa). L'inedia deliberata che provoca la morte di un bambino o un neonato è molto più raro e considerato come la forma più estrema di maltrattamento^25,33,34. Queste carenze nutrizionali hanno un effetto significativo sulla crescita ossea, crescita particolarmente longitudinale nei bambini come immediata conseguenza di malnutrizione³⁵. Mineralizzazione e crescita scheletrica dipendono principalmente vitamina D e calcio, e il loro completamento è stato collegato a una maggiore BMD^25,35,36.

È estremamente difficile identificare o perseguire questi casi segue anche un analisi completa^31,37,38 e particolare attenzione ai metodi impiegati deve essere utilizzato. Così, in caso di sospetto fatal fame o malnutrizione, è necessario un approccio multidisciplinare in particolare in caso resti in stati avanzati di decomposizione²⁶. Quando sono coinvolte resti scheletrici, densitometria ossea è uno strumento utile in combinazione con altri indicatori scheletrici quali sviluppo dentale, misurazione della pars basilaris del cranio e delle ossa lunghe lunghezze²⁶. Senza usando gli indicatori scheletrici sopra indicati per i bambini e i giovani, non sarebbe possibile discernere se BMD basso è il risultato di un disordine metabolico inerente, malnutrizione o processi tafonomici. Un'altra preoccupazione è la stima della dimensione corporea (peso e statura) nei resti scheletrici infantili o giovanili. Normativi più insiemi di dati richiedono informazioni su altezza e peso per scopi di confronto come crescita ossea nei bambini è di dimensioni e l'età dipendente¹². Quando i resti in fase di valutazione sono non identificati, dovrebbero essere impiegati metodi di stima. Per gli infanti sotto uno, DXA normativo dati sono solo pari età. In minori di 1 anni, Ruff³⁹ o Cowgill⁴⁰ sono raccomandati per stimare la dimensione corporea nei resti scheletrici come sono basati sul campione, Denver crescita Studio incluso età 1-17^39,40. Quando età e dimensione corporea sono stimati, variare gli intervalli di confidenza e confronto tra la media per il Center for Disease Control (CDC) prodotto crescita curve⁴¹ dovrebbe essere incluso nel report, nonché l'intervallo di confidenza per la dimensione corporea stimata. È importante notare che nella maggior parte dei casi, informazioni riguardanti ascendenza e sesso non possono essere determinati da resti scheletrici giovanili prima della pubertà, che è particolarmente importante per gli adolescenti, ascendenza e sesso sono conosciuti per avere un impatto significativo BMD in adulti. In queste circostanze, il metodo DXA potrebbe non essere applicabile. In casi identificati, informazione biologica per quanto riguarda l'ascendenza, il sesso e dimensioni del corpo, dovrebbero essere ottenute prima dell'analisi.

Densitometria ossea in pediatria è aumentata con lo sviluppo di dati normativi^42,43 con DXA essendo la tecnica più ampiamente disponibile⁴⁴. Bambini malnutriti mostrano livelli significativamente più bassi nel BMD rispetto ai bambini sani con mineralizzazione correlati con la severità di malnutrizione⁴⁵. DXA scansioni della colonna vertebrale lombare e fianchi sono le zone più adatte per valutare per i giovani secondo l'American College of Radiology⁴⁶. Riproducibilità è stato indicato per la colonna vertebrale, anca intera e tutto il corpo in bambini durante tutto il periodo di crescita⁴⁷. Tuttavia, la colonna lombare è comodo come è composto principalmente da osso trabecolare, che è più sensibile ai cambiamenti metabolici durante la crescita ed è stato trovato per essere più preciso di intera anca valutazioni^{25,47, 48}. DXA utilizzando scansioni è comune nella valutazione pediatrica. Tuttavia, poiché DXA è bidimensionale, non acquisisce volume effettivo e produce una BMD basata sull'osso zona¹³. Nei bambini, si tratta di una distinzione importante come corpo e osso dimensioni variano all'interno e tra i gruppi di età in bambini di¹². Dati più normativi disponibili sono per il confronto con le misure di DXA, ma si deve esercitare cautela per scegliere una popolazione di riferimento appropriato (Vedi Binkovitz e Henwood¹³ per un elenco dei database normativi DXA comunemente utilizzati).

Dopo la scansione, una z-punteggio viene calcolato usando un campione di riferimento specifico di pari età e popolazione. Z-punteggi sono più appropriati per i giovani dal t-punteggi confrontare la BMD misurato a un giovane adulto campione¹². Un z-punteggio compreso tra 1:58 indica BMD normale per l'età cronologica, mentre qualsiasi punteggio inferiore -2 indica bassa BMD per età cronologica⁴⁹. Il 1:58 gamma per il t- e z-Punteggio rappresenta fino a due deviazioni standard dalla media. Chiaramente, se un punteggio di BMD misurato all'interno di due deviazioni standard sopra o sotto la media della popolazione di riferimento, sono considerati clinicamente normale.

L'affidamento su variazione morfologica per l'antropologo forense viene da molte fonti. Uno dei quali è la variazione di scheletrica che deriva dai processi di malattia, tra cui metabolismo osseo disordini⁵⁰. La capacità di identificare specifici disturbi in resti scheletrici ha un duplice vantaggio: 1) l'aggiunta di informazioni per il biologico profilo che lo rende più robusto e 2) identificare se fratture patologica sono o il risultato del trauma inflitto. Ci sono una varietà di metabolismo osseo disordini^51,52,53, ma le più rilevanti per le misure BMD di contemporanei resti è l'osteoporosi. L'osteoporosi si sviluppa quando il tasso di perdita dell'osso trabecolare è maggiore del tasso di perdita di osso corticale con una perdita netta di osso densità^53,54,55. Perdita di osso trabecolare è correlata ad un aumentato rischio di frattura, specialmente nelle ossa che hanno maggiore osso trabecular contenuti (ad es., coxa os)^4,55.

Numerosi studi su osteoporosi e densità minerale ossea nei resti scheletrici sono stati condotti su assemblaggi archeologici utilizzando sia DXA^56,57,58,59 e altri metodi^{60 , 61 , 62}. Tuttavia, nel valutare l'osteoporosi nello scheletro adulto da contesti archeologici, praticanti ignorare che la diagnosi di osteoporosi clinicamente richiede la media di un campione di riferimento più giovane contemporaneo con gli individui fase di valutazione^55,63,64. Questo non è un problema in contesti di antropologia forense, poiché gli individui sono età - e sesso-abbinato a popolazioni moderne con campioni di riferimento sviluppati per l'anca e la colonna lombare, anche se cambiamenti nel BMD attraverso diagenesi dovrebbero essere considerati per resti di forensi. Tuttavia, tafonomia è il probabile fattore che interessa la capacità di ottenere misure BMD legittime da campioni archeologici. Questa è una considerazione in contesti forensi pure, dove i resti recupero da condizioni di sepoltura con gli intervalli post mortem potenziali di là di pochi mesi. Mentre ancora di interesse forense, dubbio sufficiente potrebbe essere generato per qualsiasi BMD punteggi ottenuti dai resti trovati in queste circostanze.

L'osteoporosi è clinicamente valutato usando t-punteggi delle misure BMD che derivano da misure BMD degli individui nella spina dorsale lombare o dell'anca relativo ad un giovane adulto di riferimento utilizzando DXA^{65,66,67 ,68}. Questo campione di riferimento può essere impiegata per identificare la presenza di osteoporosi nello scheletro. In contesti forensi, questo è utile per due motivi: 1) differenziando tra fratture legate al trauma inflitto abuso negli anziani e quelli da fragilità aumentata dell'osso in individui osteoporotiche⁶⁹e 2) come un possibile personal funzionalità di identificazione⁵⁰.

Densità ossea è stato a lungo considerata un indicatore che riflette l'attività e la nutrizione di un animale^70,71. Più recentemente è stato notato che la densità ossea, come una proprietà intrinseca dell'osso, influisce sulla sua capacità di sopravvivenza durante processi tafonomici⁷.  Una conseguenza di decomposizione è la capacità di sopravvivenza differenziale degli elementi scheletrici (cioè, unità discrete, anatomicamente completa dello scheletro) e la densità ossea può essere utilizzata come un predittore di sopravvivenza, o osso forza^{7, 70 , 71 , 72 , 73 , 74 , 75}. questo è importante in contesti forensi, nonché archeologico e paleontologici ambienti in quanto esso influisce sulla capacità dei praticanti di adeguatamente utilizzano metodi per stimare un profilo biologico (o età, sesso, statura e ascendenza) se solo determinati elementi scheletrici sono rappresentati.

Densità di massa (densità ossea con spazio dei pori incluso nella misurazione) è la misura appropriata in questo caso, considerando che è proprio la struttura porosa dell'osso che influenza la sua suscettibilità a processi tafonomici⁷. Molti metodi di valutazione della densità ossea sono stati impiegati tra cui raggio singolo fotone densitometria^27,75, tomografia computata^76,77,78, photodensitometry^{72 ,79}e DXA^80,81,82. Scansioni DXA possono essere preferibile ad altri metodi come è relativamente poco costoso, scansioni di tutto il corpo possono essere eseguite e singoli elementi scheletrici possono essere valutati separatamente o insieme durante l'analisi. Con BMD scansioni prima e dopo gli studi tafonomici ricerca fornisce utili informazioni sulla capacità di sopravvivenza dell'osso dovuti a diversi fattori e ambienti tafonomica⁸².

Questa carta descrive un protocollo per ottenere scansioni DXA di resti scheletrici. Il metodo utilizza il posizionamento comune, clinica degli individui durante l'esecuzione di lombare della colonna vertebrale e dell'anca scansioni. Questo consente di confrontare i resti scheletrici con gli opportuni standard normativi. Il protocollo descritto è applicabile ai resti sia giovani che adulti con limitazioni descritte più avanti.

Protocollo

Il protocollo qui aderisce alle linee guida di etica di North Carolina State University per la ricerca umana.

1. macchina preparazione

Nota: Il seguente protocollo può essere ampiamente applicato a qualsiasi corpo intero, clinica DXA e BMD scanner.

1. Eseguire la calibrazione una volta al giorno prima della scansione di qualsiasi individuo, per assicurare il controllo di qualità. Dopo calibrazione richieste vengono visualizzate all'avvio del software dei sistemi, analizzare un fantasma lombare della colonna vertebrale di densità nota per garantire la corretta lettura dello scanner BMD.
2. Se lo scanner viene utilizzato non dispone di una funzionalità di controllo di qualità nel software, è possibile confrontare i risultati lombare della colonna vertebrale con quelli registrati sul fantasma di spina dorsale per garantire le misure corrette.
   Nota: Il fantasma della colonna vertebrale, devono essere messi al centro della tabella di scansione e lombare della colonna vertebrale deve essere selezionata per il controllo qualità.
3. Di effettuare prove supplementari (ad es., uniformità radiografica) come necessario. Eseguire radiografica uniformità massimo ogni dieci scansioni per garantire che l'intera superficie di scansione viene rilevata dallo scanner.
4. Se lo scanner viene utilizzato non dispone di un'uniformità radiografica test nel menu di controllo di qualità, selezionare scansione di tutto il corpo affinché che lo scanner in grado di leggere l'intera superficie di scansione.
   Nota: Sempre centro l'esame tavolo a seguito di controllo di qualità e prima di eseguire gli esami.

2. esecuzione di esame

1. Creare profili dei pazienti
   1. Creare nuovi profili pazienti per ogni nuovo individuo scansionato per mantenere la catena di custodia e per garantire scansioni sono correttamente associati a singoli resti. Se l'individuo sottoposto a scansione viene identificato, passare al punto 2.1.2. Se l'individuo è identificato, stabilire il profilo biologico prima della scansione per impiegare i più accurati riferimenti al database.
   2. Consente di inserire informazioni demografiche del profilo paziente tra cui statura stimato se sconosciuto. Assicurarsi di selezionare l'equazione più appropriata per i resti indagato.
   3. Selezionare il tipo di analisi. Per la procedura 2.2, selezionare colonna lombare antero-posteriore (AP). Per passo 2.3, seleziona sinistra o destra dell'anca scansioni.
2. Scansione di AP lombare della colonna vertebrale
   Nota: È necessario uno a quattro vertebre lombari (L).
   1. Selezionare Esegui esame | scegliere paziente | Selezionare il tipo di scansione | Colonna vertebrale lombare AP | Prossimo. Selezionare un contenitore aperto grande almeno quanto il segmento articolato di L1-L4.
      Nota: Quello utilizzato in questo studio è 48,26 L X D 26.85W X 8,89 cm (19 in. L 10,57 X in. W X 3.5 in. D).
   2. Riempire il fondo del contenitore con riso come proxy dei tessuti molli.
      Nota: Qualsiasi tipo di riso può funzionare come proxy dei tessuti molli.
   3. L1-L4 posto nella posizione anatomica (processi spinous deve essere orientati verso il basso) il riso con circa 0,7 cm (0,28 pollici) tra ogni corpo vertebrale come mostrato in Figura 1A. Assicurare che i fatti di articolari superiori ed inferiori sono articolati, ma i corpi vertebrali non sono in contatto tra loro.
   4. Centro tavolo da ripresa e mettere il recipiente con L1 è orientato verso la parte superiore (testa) della tabella di scansione e L4 viene inserito 1 cm superiore al mirino che si intersecano. La linea laser verticale dovrebbe essere che attraversano i corpi vertebrati di tutte le quattro vertebre (Figura 1B).
   5. Coprire l'osso esposto con riso.
   6. Selezionare Start Scan.
   7. Procedere all'analisi (punto 3.1), se analizzati correttamente (Figura 2). Ripetere la scansione, se non tutte le vertebre sono catturate.
3. Scansioni dell'anca destra o sinistra
   Nota: Nella figura 3 è da un esame dell'anca sinistro, se eseguendo un esame all'anca destra, posizionamento viene eseguito il mirroring.
   1. Selezionare eseguire esame | scegliere paziente | Selezionare il tipo di scansione | Sinistra dell'anca (o anca di destra) | Prossimo. Selezionare un contenitore aperto almeno grande quanto la coxa os articolato e femore sottoposto a scansione.
      Nota: Quello utilizzato in questo studio è 88,5 L X D 41.5W X 13,9 cm (34,85 in. L X 16,35 in. W X 5,47 in. D).
   2. Riempire il fondo del contenitore con riso (qualsiasi tipo di riso funzionerà come proxy dei tessuti molli).
   3. Posizionare la coxa os con l'orifizio dell'acetabolo e obturator fronte lateralmente con l'osso pubico orientato medialmente. Posizionare la tuberosita ' ischiatica sotto la testa femorale come esso si articola con l'acetabolo (Figura 3A).
      Nota: Posizionamento della tuberosità ischiatica è più importante perché se si estende lateralmente sotto il collo femorale gonfierà le stime BMD.
   4. Posizionare il femore con la testa femorale nell'acetabolo e con il grande trocantere e testa femorale in linea parallela alla tabella di scansione (cioè., sullo stesso piano). Assicurarsi che l'asse femorale è ruotato medialmente con il condilo distale ruotato medialmente e leggermente superiore del condilo mediale (Figura 3B).
   5. Centro tavolo da ripresa, quindi spostare la posizione del braccio e della tabella di scansione fino a quando il mirino laser è orientato in modo che il centro è direttamente sopra l'area di fratture sottotrocanteriche del femore con la linea verticale che attraversano la metà superiore del pozzo femorale ( Figura 3A). Non spostare i resti una volta che essi sono stati posizionati. Spostare che la tabella garantisce che le ossa rimangono nella posizione anatomica corretta.
   6. Coprire la restante porzione visibile dell'articolazione femorale-acetabolari con riso.
   7. Selezionare Start Scan.
   8. Procedere all'analisi nel passaggio 3.2 se acquisite correttamente (Figura 4).
      Nota: Scansioni dovrebbero catturare l'allineamento del giunto tale che la linea mediana del femore prossimale è in un unico piano. La linea mediana dovrebbe trovarsi dal centro della testa del femore ad appena sotto il grande trocantere.

3. analizzare gli esami

1. Analizzare la scansione AP lombare della colonna vertebrale
   1. Dopo la scansione, verrà visualizzata una finestra di prompt dei comandi di esame di maturità. Selezionare scansione di analizzare.
      Nota: Software separerà ogni vertebra nella propria regione per valutare i singoli elementi e BMD totale quando acquisite correttamente come mostrato nella Figura 5.
   2. Selezionare risultati nella finestra Scansione analisi . Se le vertebre non sono correttamente separate per piccoli aggiustamenti o riposizionare direttamente vertebre per ripetere la scansione, selezionare linee vertebrali.
   3. Ottenere entrambi pari età e misure di riferimento specifiche del BMD popolazione per calcolare un z -punteggio quando esecuzione giovanile BMD scansioni.
   4. Raccogliere il grafico dei risultati per la visualizzazione dell'individuo rispetto alla popolazione di riferimento.
      Nota: La figura 6 Mostra i risultati della scansione per AP lombare della colonna vertebrale di un 31-year-old donna.
2. Analizzare la scansione dell'anca.
   1. Dopo la scansione, verrà visualizzata una finestra di prompt dei comandi di esame di maturità. Selezionare scansione di analizzare.
      Nota: Software automaticamente cattura del collo femorale, triangolo di Ward e zona trocanterica come illustrato nella Figura 7, se analizzati correttamente.
   2. Selezionare lo strumento mappa di osso per aggiungere o eliminare aree che non fanno parte del collo femorale e regione trocanterica quando non leggere esattamente dal software a causa di lievi malposizione. Effettuare regolazioni del midline direttamente su scansione selezionando lo strumento di collo e riposizionamento della linea mediana.
   3. Riposizionare e ripetere la scansione se questi piccoli aggiustamenti non consentono l'allineamento corretto illustrato nella Figura 7.
   4. Selezionare risultati nella finestra Scansione analisi . Confrontare con dati di riferimento per il collo femorale, regione trocanterica e della regione intertrocanterica nel software per gli adulti.
   5. Confrontare i risultati con i riferimenti appropriati con pari di età e popolazione nel valutare i giovani.
   6. Utilizzare il t-punteggio per gli adulti in quanto è la più appropriata valutare differenzialmente condizioni patologiche.
      Nota: La figura 8 Mostra i risultati di scansione ideale per l'analisi dell'anca sinistra di un 31-year-old donna.

Risultati

La metodologia qui proposta è comunemente usata in pazienti viventi e considerazione della sua novità a persone decedute dovrebbe essere notata. Figura 6 e Figura 8 presentano i risultati di un AP lombare della colonna vertebrale e la scansione dell'anca sinistra, rispettivamente. L'individuo ha valutato in queste scansioni è un defunto bianco, donna, 31 anni di età che è ospitato presso il laboratorio analisi forense di Nor...

Discussione

I risultati presentati in questa carta sono illustrativi dell'applicabilità delle metriche BMD in contesti forensi. Come illustrato nella figura 6 e Figura 8 , la posizione di scansione di individui viventi per clinica BMD scansioni è riproducibile con resti scheletrici, ma deve prestare attenzione per garantire il corretto posizionamento. Ciò è particolarmente importante per l'esame dell'anca dove individuare la linea mediana del collo femorale richiedono l...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
QDR Discovery 4500W system	Hologic	Discovery W	All inclusive DXA whole body scanner that includes APEX software for visualization and analysis of scans. Incorporates FRAX reference data developed by WHO to provide both t- and z- scores.
APEX 3.2	Hologic	APEX	Software used by the DXA PC connected to the bone desitometer (QDR Discovery 4500W system) to acquire the BMD data and analyze results.