Escaneamento de restos esqueléticos para densidade mineral óssea em contextos forenses

Resumo

Densidade mineral óssea (DMO) é um fator importante na ingestão nutricional de compreensão. Para restos de esqueletos humanos, é uma métrica útil para avaliar a qualidade de vida em juvenis e adultos, particularmente em casos de negligência e inanição fatais. Este documento fornece diretrizes para digitalização de restos mortais humanos para fins forenses.

Resumo

O objetivo deste trabalho é apresentar um método promissor, a novela para auxiliar na avaliação da qualidade óssea em restos de esqueletos forensemente relevantes. BMD é um componente importante do estado nutricional do osso e em restos de esqueletos de ambos os juvenis e adultos, e pode fornecer informações sobre a qualidade do osso. Para restos de adultos, pode fornecer informações sobre condições patológicas ou quando a insuficiência de osso pode ter ocorrido. Os juvenis, ele fornece uma métrica útil para elucidar casos de inanição fatal ou negligência, que são geralmente difíceis de identificar. Este artigo fornece um protocolo de orientação anatômica e de análise de restos mortais para fazer a varredura através de absortometria de raio-x de dupla energia (DXA). Três estudos de caso são apresentados para ilustrar quando exames DXA podem ser informativas para o médico forense. O primeiro estudo de caso apresenta um indivíduo com fratura longitudinal observada no peso rolamento bones e DXA é usado para avaliar a insuficiência de osso. BMD é encontrado para ser normal, sugerindo uma outra etiologia para o padrão de fratura presente. O segundo estudo de caso empregou DXA para investigar suspeita de desnutrição crônica. Os resultados do BMD são consistentes com os resultados de ossos longos comprimentos e sugerem que o juvenil tinha sofrido de desnutrição crônica. O estudo de caso final fornece um exemplo onde há suspeita de inanição fatal em um bebê de catorze meses, que suporta os resultados da autópsia de inanição fatal. Exames DXA mostrou a densidade mineral óssea baixa para a idade cronológica e é comprovado por avaliações tradicionais de saúde infantil. No entanto, ao lidar com alterações de grafismos de restos mortais devem ser consideradas antes de aplicar este método.

Introdução

O objetivo das análises antropológicas forenses baseia-se na compreensão do praticante de osso como um tecido complexo com várias unidades e variação. Osso é um tecido hierárquico, composto com componentes orgânicos e inorgânicos, organizados em uma matriz de colágeno e apatita carbonatada^1,2,3,4. O componente inorgânico ou mineral óssea é organizado em uma estrutura nanocristalina para fornecer a rigidez e estrutura para a porção orgânica^1,2,5. O aspecto mineral é composto por aproximadamente 65% do osso por peso e sua ' massa é influenciada por ambos os fatores genéticos e ambientais^1,2,4,6. Porque mineral óssea ocupa um espaço tridimensional, pode ser medido como densidade mineral óssea (DMO), ou uma função da massa e o volume ocupados⁷. A densidade mineral óssea varia com a idade de nascimento em idade adulta^8,9,10,11,12 e tem sido amplamente utilizada em ambientes clínicos como um indicador de osteoporose e fratura risco^{4,13,14,15,16,17,18}. Absortometria de raio-x de dupla energia (DXA) tem sido uma ferramenta generalizada para a avaliação da saúde óssea, desde a sua introdução em 1987, particularmente os exames realizados na coluna lombar e quadril regiões^11,13,19 . Validação de exames DXA tem se mostrado como o padrão-ouro quando investigando alterações na densidade óssea mineral^{13,19,20,21,22,23}. Posteriormente, a Organização Mundial de saúde (OMS) criou padrões normativos, incluindo t- e z-Pontuação definições para jovens e adulta da coluna lombar (L1-L4) e quadris, como estas são regiões facilmente capturadas volumetricamente^{11 ,13,19,24}.

A crescente dependência de antropologia forense em casos médico-legais tem incentivado a investigação de novas técnicas para avaliar melhor os restos de um esqueleto em uma variedade de circunstâncias. Entre estas técnicas potenciais é a aplicação de exames DXA para avaliar a densidade óssea mineral como um indicador da qualidade óssea em casos envolvendo inanição fatal e negligência em juvenis^25,26, identificação de doenças metabólicas e estimar a capacidade de sobrevivência dos elementos esqueléticos em grafismos pesquisa^7,27.

No relatório de maus-tratos de 2015 E.U. departamento de saúde e serviços humanos criança, 75,3% dos casos de abuso infantil relatados foram alguma forma de negligência com ~ 1.670 fatalidades resultantes de inanição fatal e negligência em 49 estados²⁸. Mais jovens vítimas de negligência falharem a mostrar sinais de abuso físico externo, mas falha para prosperar é visto em todos os casos de^29,30. Fracasso-para-prosperar é definido como a ingestão de alimentação inadequada para apoiar o crescimento e desenvolvimento. Elas podem ter diferentes fatores, um dos quais é negligência resultantes da privação nutricional^25,31 (ver Ross e Abel³² para uma análise mais abrangente). Inanição deliberada que resulta na morte de uma criança ou bebê é muito mais raro e e ' considerada a forma mais extrema de maus-tratos^25,33,34. Essas deficiências nutricionais têm um efeito significativo no crescimento ósseo, crescimento particularmente longitudinal em crianças como consequência imediata da desnutrição³⁵. Mineralização e crescimento esquelético principalmente dependem de vitamina D e cálcio, e sua suplementação tem sido associada ao aumento BMD^25,35,36.

É extremamente difícil de identificar ou processar estes casos mesmo seguinte uma autópsia completa^31,37,38 e especial atenção aos métodos empregados deve ser usado. Assim, em casos onde a fome fatal ou desnutrição é suspeito, é necessária uma abordagem multidisciplinar particularmente em casos envolvendo restos nos Estados avançados de decomposição²⁶. Quando os restos mortais estão envolvidos, a densitometria óssea é uma ferramenta útil em conjunto com outros indicadores esqueléticos como o desenvolvimento dentário, medição do pars basilaris do crânio e ossos longos comprimentos²⁶. Sem usar os esqueléticos indicadores mencionados acima para infantes e juvenis, não seria possível discernir se baixa densidade óssea mineral é o resultado de uma desordem metabólica inerente, desnutrição ou processo de grafismos. Outra preocupação é a estimativa do tamanho corporal (peso e estatura) em restos de esqueletos infantis ou juvenis. Conjuntos de dados mais normativos exigem informações sobre altura ou peso para fins de comparação como o crescimento ósseo em crianças é tamanho e idade dependente¹². Quando os restos sendo avaliados são identificados, métodos de estimação devem ser empregados. Para crianças sob um, DXA normativa dados são idade correspondida apenas. Os juvenis com idade superior a 1, Ruff³⁹ ou Cowgill⁴⁰ são recomendadas para estimar o tamanho do corpo em restos de esqueletos como eles baseiam-se na amostra do estudo de crescimento de Denver, incluindo idades 1-17^39,40. Quando o tamanho de corpo e idade são estimados, variam de intervalos de confiança e comparação da média para o Center for Disease Control (CDC) produzida de curvas de crescimento⁴¹ devem ser incluídos no relatório, bem como o intervalo de confiança para o tamanho estimado do corpo. É importante notar que, na maioria dos casos, informações sobre a ascendência e sexo não podem ser determinadas de restos de esqueletos juvenis antes da puberdade, que é particularmente importante para adolescentes como ascendência e sexo são conhecidos por afetar significativamente o BMD em adultos. Nestas circunstâncias, o método DXA pode não ser aplicável. Identificados casos, informações biológicas sobre a ascendência, sexo e tamanho do corpo, devem ser obtidas antes da análise.

Densitometria óssea em Pediatria aumentou com o desenvolvimento de dados normativos^42,43 com DXA sendo a técnica mais amplamente disponível,⁴⁴. Crianças desnutridas mostram níveis significativamente mais baixos em BMD do que crianças saudáveis com mineralização correlacionada com a severidade da desnutrição⁴⁵. DXA scans da coluna lombar e quadris são as áreas mais adequadas para avaliar para juvenis de acordo com o colégio americano de Radiologia⁴⁶. Reprodutibilidade foi mostrada para a coluna vertebral, quadril todo e todo o corpo em crianças durante todo o período de crescimento⁴⁷. No entanto, a coluna lombar é preferível, pois é composto principalmente de osso trabecular, que é mais sensível a alterações metabólicas durante o crescimento e foi encontrado para ser mais preciso do que todo o quadril avaliações^{25,47, 48}. DXA usando varreduras é comum na avaliação pediátrica. No entanto, desde DXA é bidimensional, não capturar a verdadeira volume e produz um BMD baseada no osso área¹³. Em crianças, esta é uma distinção importante como corpo e osso tamanho variam dentro e entre grupos de idade em crianças de¹². Normativos mais dados disponíveis são por comparação com medições DXA, mas deve ter cuidado para escolher uma população de referência adequado (ver Binkovitz e Henwood¹³ para uma lista de comumente usados bancos de dados normativos DXA).

Após a varredura, um z-score é calculado usando uma amostra de referência específica correspondência idade e população. Z-contagens são mais adequadas para os juvenis desde t-golo de compara o BMD medido para uma amostra de adultos jovens de¹². Um z-score entre 01:58 indica BMD normal para a idade cronológica enquanto qualquer pontuação abaixo de -2 indica baixa BMD por idade cronológica⁴⁹. O 01:58 variam para o t- e z-score representa até dois desvios-padrão da média. Claramente, se uma pontuação de BMD medida é dentro de dois desvios-padrão acima ou abaixo da sua média da população de referência, são considerados clinicamente normais.

A dependência de variação morfológica para o antropólogo forense vem de muitas fontes. Uma delas é a variação esqueletal que surge de processos da doença, incluindo óssea metabólica transtornos⁵⁰. A capacidade de identificar transtornos específicos em restos de esqueletos tem uma dupla vantagem: 1) adição de informações para o biológico perfil tornando-o mais robusto e 2) identificando se fraturas patológica são ou o resultado de trauma infligido. Há uma variedade de óssea metabólica transtornos^51,52,53, mas o mais relevante para medidas BMD dos restos contemporâneas é a osteoporose. A osteoporose desenvolve-se quando a taxa de perda de osso trabecular é maior que a taxa de perda de osso cortical com uma perda líquida em^5554,53,do densidade óssea. Perda de osso trabecular é correlacionada com um risco aumentado de fratura, especialmente nos ossos que possuem maior osso trabecular conteúdo (por exemplo, o coxa so)^4,55.

Numerosos estudos sobre osteoporose e osso densidade mineral em restos de esqueletos têm sido realizados sobre arqueológicos assemblages usando DXA^56,57,58,59 e outros métodos de^{60 , 61 , 62}. no entanto, ao avaliar a osteoporose em adulto esqueleto de contextos arqueológicos, praticantes desconsiderar que diagnosticar osteoporose clinicamente exige a média de uma amostra de referência mais jovem contemporânea com os indivíduos ^55,63,64a ser avaliado. Isto não é um problema em contextos de antropologia forense, desde que os indivíduos são idade e sexo-correspondido às populações modernas com amostras de referência desenvolvidos para o quadril e a coluna lombar, apesar de alterações na densidade óssea mineral através de diagénese devem ser consideradas para restos de forenses. No entanto, a tafonomia é o fator provável que afectam a capacidade de obter medidas BMD legítimas de amostras arqueológicas. Esta é uma consideração em contextos forenses, bem como, onde restos recuperados do enterro condições com potenciais intervalos após a morte, para além de alguns meses. Enquanto ainda de interesse forense, dúvida suficiente poderia ser gerada para qualquer golo de BMD obtidos a partir de restos encontrados nestas circunstâncias.

Osteoporose é clinicamente avaliada usando t-dezenas de medidas de densidade óssea mineral que são derivadas de medidas BMD dos indivíduos na coluna lombar ou quadril em relação a uma amostra de referência de adultos jovens usando DXA^{65,66,67 ,},⁶⁸. Esta amostra de referência pode ser empregada para identificar a ocorrência de osteoporose no esqueleto. Em contextos forenses, isto é útil por dois motivos: 1) a diferenciação entre fraturas relacionadas com trauma de abuso-infligido em idosos e aqueles de fragilidade óssea aumentada em indivíduos osteoporóticos⁶⁹e 2) como um possível pessoal recurso de identificação⁵⁰.

Densidade óssea tem sido considerada um indicador que reflete a atividade e a nutrição de um animal^70,71. Mais recentemente tem-se observado que a densidade óssea, como uma propriedade intrínseca do osso, afeta sua capacidade de sobrevivência durante processos grafismos⁷.  Uma consequência da decomposição é a capacidade de sobrevivência diferencial de elementos esqueléticos (ou seja, unidades discretas, anatomicamente completas do esqueleto) e a densidade óssea pode ser usada como um preditor de sobrevivência, ou osso força^{7, 70 , 71 , 72 , 73 , 74 , 75}. isto é importante em contextos forenses, bem como arqueológico e paleontológicos ambientes em que isso afeta a capacidade dos profissionais de adequadamente empregam métodos para estimar um perfil biológico (ou idade, sexo, estatura e ascendência) se apenas determinados elementos esqueléticos são representados.

Densidade (densidade óssea com espaço de pore incluído na medição) é a medida adequada nessa situação, Considerando que é precisamente a estrutura porosa do osso que influencia a sua susceptibilidade a processos grafismos⁷. Muitos métodos de avaliação da densidade óssea têm sido utilizados, incluindo feixe único fóton densitometria^27,75, tomografia computadorizada^76,77,78, photodensitometry^{72 ,79}e DXA^80,81,82. Exames DXA podem ser preferível a outros métodos, como é relativamente barato, é possível realizar exames de corpo inteiro e elementos esqueléticos individuais podem ser avaliados separadamente ou juntos durante a análise. Usar o BMD verifica antes e depois de estudos de investigação grafismos fornece informações úteis na sobrevivência de osso resultantes de diferentes grafismos fatores e ambientes⁸².

Este paper descreve um protocolo para a obtenção de exames DXA de restos mortais. O método emprega o comum, clínica posicionamento dos indivíduos ao executar a coluna lombar e quadril varreduras. Isso permite que os profissionais comparar com os padrões normativos apropriados, os restos mortais. O protocolo descrito é aplicável aos restos mortais de jovens e adultos com limitações discutidas mais tarde.

Protocolo

O protocolo aqui segue diretrizes de ética do North Carolina State University para pesquisa humana.

1. máquina de preparar

Nota: O seguinte protocolo pode ser amplamente aplicado para qualquer corpo inteiro, clínica DXA e BMD scanner.

1. Realize a calibração de uma vez por dia antes da digitalização de todos os indivíduos para garantir o controle de qualidade. Após calibração avisos aparecem após o arranque do software dos sistemas, digitalize um fantasma de coluna lombar de densidade conhecida para assegurar uma leitura correta do scanner BMD.
2. Se o scanner utilizado não tem um recurso de controle de qualidade no software, compare os resultados da coluna lombar com aqueles gravados no fantasma da espinha para assegurar a medição correta.
   Nota: O fantasma da coluna, devem ser colocados no centro da mesa de digitalização e da coluna lombar deve ser seleccionada para controle de qualidade.
3. Realizar testes adicionais (por exemplo., uniformidade radiográfica) conforme necessário. Execute a uniformidade radiográfica cada máximo dez exames para garantir que toda a superfície de digitalização é detectada pelo scanner.
4. Se o scanner utilizado não tem uma uniformidade radiográfica de teste no menu de controle de qualidade, selecione scan de corpo inteiro para garantir que o scanner pode ler toda a superfície de varredura.
   Nota: Sempre centro o exame da tabela após o controle de qualidade e antes de realizar os exames.

2. realização de exame

1. Criar perfis de paciente
   1. Crie novos perfis de paciente para cada novo indivíduo digitalizado para manter a cadeia de custódia e para assegurar-se de exames estão corretamente associados com restos individuais. Se o indivíduo que está sendo digitalizado é identificado, avance para o passo 2.1.2. Se o indivíduo não identificado, estabelece o perfil biológico antes da digitalização para empregar as referências de banco de dados mais precisas.
   2. Insira informações demográficas no perfil paciente incluindo estatura estimada se desconhecido. Certifique-se de que você selecione a equação mais adequada para os restos sendo investigado.
   3. Selecione o tipo de verificação. Para etapas 2.2, selecione a coluna lombar Anterior-Posterior (AP). Para o passo 2.3, selecione esquerda ou direita Hip varreduras.
2. Tomografia de coluna lombar AP
   Nota: Exigem vértebras lombares (L) de um a quatro.
   1. Selecione executar exame | escolha paciente | Selecione tipo de digitalização | Coluna lombar AP | Próxima. Selecione um recipiente aberto pelo menos tão grande quanto o segmento articulado de L1-L4.
      Nota: O utilizado neste estudo é 48,26 L X 26.85W X 8.89 D em cm (19 em. L X 10.57 em. W X 3.5 em. D).
   2. Encha o fundo do recipiente com arroz como um proxy de tecidos moles.
      Nota: Qualquer tipo de arroz pode trabalhar como um proxy de tecidos moles.
   3. Lugar de L1-L4 em posição anatômica (processos espinhosos deve ser orientados para baixo) no arroz com cerca de 0,7 cm (0,28 pol.) entre cada corpo vertebral, como mostrado na figura 1A. Certifique-se que os fatos articulares superiores e inferiores são articulados, mas os corpos vertebrais não estão em contacto com um outro.
   4. Centro da mesa de digitalização e coloque o recipiente com L1 é orientada para o topo (cabeça) da mesa de digitalização e L4 é colocado 1 cm superior a mira se cruzam. A linha de laser vertical deve ser dividindo os organismos vertebrados de todos os quatro vértebras (figura 1B).
   5. Cobrir o osso exposto com arroz.
   6. Selecione Start Scan.
   7. Proceder à análise (passo 3.1), se examinado corretamente (Figura 2). Repita o exame se não todas as vértebras são capturadas.
3. Esquerda ou direita Hip varreduras
   Nota: A Figura 3 é de um exame de quadril esquerdo, se executar um exame do quadril direito, posicionamento é espelhado.
   1. Selecione realizar exame | escolha paciente | Selecione tipo de digitalização | Deixou o quadril (ou quadril direito) | Próxima. Selecione um recipiente aberto pelo menos tão grande quanto o coxa so articulados e fêmur sendo digitalizado.
      Nota: O utilizado neste estudo é 88,5 L X 41.5W X 13,9 D em cm (no 34,85. L X 16.35 em. W X 5,47 em. D).
   2. Encha o fundo do recipiente com arroz (qualquer tipo de arroz funciona como um proxy de tecidos moles).
   3. Coloque a coxa de sistema operacional com o forame acetábulo e obturador enfrentando lateralmente com o osso púbico orientado medialmente. Posicione a tuberosidade por baixo da cabeça do fêmur, como se articula com o acetábulo (Figura 3A).
      Nota: Posicionamento da tuberosidade isquial é mais importante, porque se estende lateralmente abaixo do pescoço femoral inflará BMD estimativas.
   4. Coloque o fêmur com a cabeça femoral no acetábulo e com o grande trocanter e cabeça femoral em linha paralela à tabela de digitalização (i. e., no mesmo plano). Certifique-se de que a diáfise femoral medial é girada com o côndilo distal girado medialmente e ligeiramente superior do côndilo medial (Figura 3B).
   5. Centro da mesa de digitalização e, em seguida, mover a posição do braço e mesa digitalização até mira laser é orientadas para que o centro está diretamente acima da área de subtrocantérica do fêmur com a linha vertical dividindo a metade superior da diáfise femoral ( Figura 3A). Não mova os restos depois que eles foram posicionados. Mova que a tabela garante que os ossos permanecem em posição anatômica adequada.
   6. Cubra a restante parte visível da articulação femoral acetabular com arroz.
   7. Selecione Start Scan.
   8. Proceder à análise na etapa 3.2 se examinado corretamente (Figura 4).
      Nota: Scans devem capturar o alinhamento da articulação tal que a linha média do fêmur proximal é em um avião. A linha média deve estar no centro da cabeça do fêmur para logo abaixo do grande trocanter.

3. analisando os exames

1. Analisar o exame de coluna lombar AP
   1. Após o scan, uma exame de saída caixa de prompt aparecerá. Selecione Scan de analisar.
      Nota: O Software irá separar cada vértebra em suas próprias regiões para avaliar elementos individuais e BMD total quando verificados corretamente, conforme mostrado na Figura 5.
   2. Selecione os resultados na janela de Análise de verificação . Selecione linhas vertebrais se as vértebras não são devidamente separadas para pequenos ajustes ou reposicionar diretamente as vértebras para nova verificação.
   3. Obter ambos combinados idade e medidas específicas população da referência do BMD para calcular um z -marcar quando analisa o desempenho BMD juvenil.
   4. Recolha o gráfico de resultados para visualização do indivíduo em relação a população de referência.
      Nota: A Figura 6 mostra os resultados da verificação para AP de coluna lombar de um 31-year-old feminino.
2. Analise a varredura de quadril.
   1. Após o scan, uma exame de saída caixa de prompt aparecerá. Selecione Scan de analisar.
      Nota: Software automaticamente capturará o colo do fêmur, de Ward triângulo e área trocantérica, como mostrado na Figura 7, se examinado adequadamente.
   2. Selecione a ferramenta de mapa de osso para adicionar ou excluir áreas que não são parte do colo do fêmur e região trocantérica, quando não ler exatamente pelo software devido ao posicionamento incorrecto ligeiro. Fazer ajustes de linha média diretamente na varredura selecionando a ferramenta de pescoço e reposicionamento da linha mediana.
   3. Reposicionar e re-examinar se esses pequenos ajustes não permitem o alinhamento adequado, mostrado na Figura 7.
   4. Selecione os resultados na janela de Análise de verificação . Compare com dados de referência para o colo do fêmur, região trocantérica e região intertrocantérica no software para adultos.
   5. Compare resultados com as referências adequadas idade e população-correspondência ao avaliar os juvenis.
   6. Use o t-Pontuação para adultos, como é o mais adequado avaliar diferencialmente condições patológicas.
      Nota: A Figura 8 mostra os resultados da verificação ideal para a análise de quadril esquerdo de um 31-year-old feminino.

Resultados

A metodologia proposta aqui é comumente utilizada em pacientes vivos e deve notar-se em consideração sua novidade de indivíduos falecidos. Figura 6 e Figura 8 apresentam os resultados de uma coluna lombar AP e varredura de quadril esquerda, respectivamente. O indivíduo avaliado nesses exames é um branco falecido, feminino, 31 anos de idade que está alojado no forense análise laboratório de North Carolina State University...

Discussão

Os resultados apresentados neste trabalho são ilustrativos da aplicabilidade das métricas BMD em contextos forenses. Como Figura 6 e Figura 8 mostram, a posição de varredura de indivíduos vivos para exames clínicos de BMD é reprodutível com restos de esqueletos, mas deve ter cuidado para garantir o posicionamento adequado. Isto é especialmente crítico para o exame de quadril onde identificando a linha do colo do fêmur exigem o ângulo apropriado do f?...

Materiais

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.