Skanning skjelettrester for beinmineraltetthet i rettsmedisinske sammenhenger

Summary

Beinmineraltetthet (BMD) er en viktig faktor i forståelse matinntak. For menneskelige skjelettrester er det et nyttig beregning å vurdere livskvalitet i både barn og voksne, spesielt i dødelig sult og forsømmelse tilfeller. Dette papiret gir retningslinjer for skanning menneskelige skjelettrester for rettsmedisinske formål.

Abstract

Formålet med utredningen er å innføre en lovende, romanen metode å hjelpe i vurderingen av bein kvalitet på teknisk relevante skjelettrester. BMD er en viktig komponent av beins ernæringsmessig status og skjelettdeler av både barn og voksne, og den kan gi informasjon om bein kvalitet. For voksne restene, kan det gi informasjon på pathological betingelser eller når bein insuffisiens har oppstått. I juveniles gir det et nyttig beregning for å belyse tilfeller av dødelig sult eller vanskjøtsel, som er generelt vanskelig å identifisere. Dette dokumentet gir en protokoll for anatomiske retning og analyse av skjelettrester for skanning via dual-energi X-ray absorptiometry (DXA). Studier er presentert for å illustrere når DXA skanninger kan være informative for rettsmedisinske utøveren. Første casestudie presenterer et individ med observert langsgående sprekker i vekt holdning ben og DXA brukes til å vurdere bein insuffisiens. BMD er funnet for å være normal foreslå en annen etiologien for brudd mønsteret stede. Andre casestudie ansatt DXA undersøke mistenkt kronisk underernæring. BMD resultatene er konsistente med resultater fra lange bein lengder og foreslå juvenile forvaring hadde lidd av kronisk underernæring. Siste undersøkelsen gir et eksempel hvor dødelig sult i en fjorten måneder spedbarn er mistanke som støtter obduksjon resultatene av dødelig sult. DXA skanner viste lav beinmineraltetthet for kronologisk alder og understrekes av tradisjonelle vurderinger av spedbarn helse. Når håndtere bør imidlertid skjelettrester taphonomic endringer vurderes før du bruker denne metoden.

Introduction

Målet med rettsmedisinske antropologiske analyser er avhengig av utøverens forståelse av bein som en kompleks vev med flere enheter og variasjon. Ben er en hierarkisk, sammensatt vev med både organiske og uorganiske komponenter organisert i en matrise av kollagen og kullsyreholdige apatitt^1,2,3,4. Uorganiske komponenten, eller Ben mineral er organisert i en nanocrystalline struktur å gi stivhet og rammeverk for organisk del^1,2,5. Mineral aspektet består av ca 65% av bein av vekt og dens ‘ masse påvirkes av både genetiske og miljømessige faktorer^1,2,4,6. Fordi Ben mineral opptar en tredimensjonal, kan den måles som beinmineraltetthet (BMD), eller en funksjon av massen og volumet okkupert⁷. Bulk tettheten av Ben mineral varierer med alder fra fødselen i voksen alder,^8,,^9,,^10,,^11,,¹² og har vært brukt mye i kliniske innstillinger som en indikator for osteoporose og brudd risikerer^{4,13,14,15,16,17,18}. Dual-energi X-ray absorptiometry (DXA) er et omfattende verktøy for vurdering av beinhelse siden introduksjonen i 1987, spesielt skanninger utført i lumbalcolumna og hip regioner^11,13,19 . Validering av DXA skanninger har vist som gullstandarden når undersøke endringer i BMD^{13,19,20,21,22,23}. Deretter World Health Organization (WHO) har opprettet normative standarder inkludert t– og z-skåre definisjoner for unge og voksne lumbalcolumna (L1-L4) og hoftene som disse er regionene lett fanget volumetrically^{11 ,13,19,24}.

Økende avhengighet av rettsmedisinsk antropologi i medicolegal saksbehandling har oppmuntret etterforskningen av romanen teknikker for å bedre vurdere skjelettrester i en rekke forhold. Blant disse potensielle teknikker er anvendelse av DXA skanner å vurdere BMD som en indikator på bein kvalitet i saker som involverer dødelig sult og forsømmelse i yngel^25,26, identifikasjon av metabolsk bein sykdommen, og estimere overlevelsesevne skjelettlidelser elementer i taphonomic forskning^7,27.

I 2015 US Department of Health and Human Services barn mishandling rapporten var 75.3% av rapporterte barnet misbruk saker noen form for forsømmelse med ~ 1,670 dødsfall som følge av dødelig sult og vanskjøtsel i 49 statene²⁸. De fleste unge ofre for forsømmelse ikke viser tegn til ekstern fysisk mishandling, men feil å trives er sett i alle tilfeller^29,30. Feil å trives defineres som utilstrekkelig ernæring inntak støtte vekst og utvikling. Dette kan ha ulike faktorer, hvorav ett er forsømmelse fra ernæringsmessig deprivasjon^25,31 (se Ross og Abel³² for en mer omfattende gjennomgang). Bevisst sult som fører til at et barn eller spedbarn er mye sjeldnere og regnes som den mest ekstreme formen for mishandling^25,33,34. Disse ernæringsmessige mangler har en betydelig effekt på bein vekst, spesielt langsgående vekst i barn som en umiddelbar konsekvens av underernæring³⁵. Skjelettlidelser vekst og mineralisering avhengig primært av vitamin D og kalsium og deres kosttilskudd har vært knyttet til økt BMD^25,35,36.

Det er meget vanskelig å identifisere eller forfølge disse sakene selv følgende en komplett obduksjon^31,37,38 og spesielle hensyn til metoder må brukes. Dermed i tilfeller hvor alvorlig sult eller underernæring mistenkes er en tverrfaglig tilnærming nødvendig i saker som involverer forblir i avansert stater nedbryting²⁶. Når skjelettrester er involvert, er Ben densitometry et nyttig verktøy i forbindelse med andre skjelettlidelser indikatorer som dental utvikling, måling av pars basilaris av skallen, og lange bein lengder²⁶. Uten å bruke skjelettlidelser indikatorene nevnt ovenfor for spedbarn og barn, ville det ikke være mulig å skjelne Hvis lav BMD er resultatet av en iboende stoffskiftesykdom, underernæring eller taphonomic prosessen. En annen bekymring er estimering av kroppen størrelsen (vekt og vekst) i spedbarn eller juvenile skjelettrester. Mest normative datasett krever informasjon om høyde eller vekt for sammenligningsformål som bein vekst hos barn er størrelse og alder avhengig¹². Når restene som vurderes er uidentifisert, skal beregningsmetoder anvendes. For spedbarn under en normativ DXA er data alder matchet bare. I barn over alderen av 1, Ruff³⁹ eller Cowgill⁴⁰ anbefalt for estimering kroppsstørrelse i skjelettrester fordi de er basert på Denver vekst studie eksempel inkludert alderen 1-17^39,40. Når alder og kroppen er beregnet, tillit intervaller variere og sammenligning av gjennomsnittet til Center for Disease Control (CDC) produsert skal vekst kurver⁴¹ inkluderes i rapporten samt konfidensintervallet for den estimerte kroppsstørrelse. Det er viktig å merke seg at i de fleste tilfeller informasjon om opphav og sex ikke kan bestemmes fra juvenile skjelettrester før puberteten, som er spesielt viktig for ungdom som opphav og sex er kjent for å påvirke betydelig BMD i voksne. Under disse omstendigheter kan DXA metoden ikke være gjeldende. I identifiserte tilfeller bør biologiske informasjon om opphav, sex og kroppsstørrelse, hentes før analyse.

Ben densitometry i pediatri har økt med utviklingen av normative data^42,43 med DXA å være den mest tilgjengelige teknologi⁴⁴. Underernærte barn viser betydelig lavere nivåer i BMD enn friske barn med mineralisering korrelert med alvorlighetsgraden av underernæring⁴⁵. DXA skanner lumbalcolumna og hofter er mest hensiktsmessig å vurdere for barn etter The American College of radiologi⁴⁶. Reproduserbarhet har vist for ryggraden, hele hip og hele kroppen i barn gjennom vekst periode⁴⁷. Imidlertid lumbalcolumna er foretrukket som primært består av trabekulært bein, som er mer følsomme for metabolske forandringer under vekst og har blitt funnet for å være mer presis enn hele hip vurderinger^{25,47, 48}. bruke DXA skanner er vanlig i pediatric vurdering. Men siden DXA todimensjonal, det fange ikke sant volum og produserer en BMD basert på bein området¹³. Hos barn, dette er et viktig skille som kropp og bein størrelse varierer innenfor og mellom aldersgrupper i barn¹². Mest normative dataene tilgjengelige for sammenligning med DXA mål, men forsiktighet bør utvises for å velge en passende referanse befolkning (se Binkovitz og Henwood¹³ for en liste over vanlig brukte DXA normative databaser).

Etter skanningen, en z-poeng beregnes ved hjelp av en alder-matchet og befolkning spesifikk referanse prøve. Z-score er mer passende for barn siden t-score sammenligne den målte BMD til en ung voksen eksempel¹². En z-skåre mellom -2 til 2 indikerer normal BMD for kronologisk alder mens noen score under -2 indikerer lavt BMD for kronologisk alder⁴⁹. -2 til 2 spenner for både t– og z-score representerer to standard avvik fra gjennomsnittet. Tydelig, hvis en målt BMD score er innenfor to standardavvik over eller under deres referanse for populasjonen, anses de klinisk normal.

Avhengigheten av morfologiske variasjon for rettsmedisinske antropologen kommer fra mange kilder. En av dem er skjelettlidelser variasjonen som oppstår fra sykdom prosesser, inkludert metabolsk bein lidelser⁵⁰. Muligheten til å identifisere bestemte lidelser i skjelettrester har en todelt fordel: 1) å legge informasjon til biologiske profil gjør det mer robust og 2) identifisere om brudd er patologisk eller resultatet av påført traumer. Det finnes en rekke metabolsk bein lidelser^51,52,53, men den mest relevante BMD tiltak av moderne fortsatt er osteoporose. Osteoporose utvikler når trabekulært bentap er større enn kortikale bentap med tap i Ben tetthet^53,54,55. Trabekulært bentap er korrelert til økt risiko for brudd, særlig i bein som har større trabekulært bein innhold (f.eks, os-hofte)^4,55.

Tallrike studier på osteoporose og Ben mineral tetthet i skjelettrester er utført på arkeologiske samlinger med både DXA^56,57,58,59 og andre metoder-^{60 , 61 , 62}. imidlertid når vurdere osteoporose i voksen skjelettet fra arkeologiske sammenhenger, utøvere ignorere at diagnostisering osteoporose klinisk krever gjennomsnittet av et yngre referanse utvalg samtidige med enkeltpersoner blir vurdert^55,63,64. Dette er ikke et problem i rettsmedisinsk antropologi sammenhenger siden individer er alder- og sex-tilpasset moderne populasjoner med utviklet referanse prøver både hoften og lumbalcolumna, selv om endringer i BMD gjennom diagenesis bør vurderes for rettsmedisinske restene. Taphonomy er imidlertid den sannsynlig faktoren som påvirker evnen til å få legitime BMD tiltak fra arkeologiske prøver. Dette er en vurdering i rettsmedisinske sammenhenger, der restene utvinnes fra begravelse forhold med potensielle postmortem intervaller over et par måneder. Mens den fortsatt er av rettsmedisinske interesse, kan tilstrekkelig tvil heves for noen BMD score fra restene som finnes i disse omstendighetene.

Osteoporose er klinisk vurdert ved hjelp av t-score BMD tiltak som stammer fra individets BMD tiltak i hofte eller lumbale ryggraden i forhold til en ung voksen referansen utvalget med DXA^{65,66,67 ,68}. Eksempelfilen referanse kan anvendes for å identifisere forekomsten av osteoporose i skjelettet. I rettsmedisinske sammenhenger, dette er nyttig for to grunner: 1) skille mellom frakturer relatert til misbruk-påført traumer i eldre og de fra økt bein skjørhet i osteoporotic individer⁶⁹og 2) som en mulig personlig ID har⁵⁰.

Bentetthet har lenge vært ansett som en indikator som gjenspeiler aktivitet og ernæring av en dyr^70,71. Det har nylig blitt bemerket at bentetthet, som en iboende egenskap av bein, påvirker sin overlevelsesevne under taphonomic prosesser⁷.  En konsekvens av nedbryting er differensial survivability av skjelettlidelser elementer (dvs., diskret, anatomisk komplett enheter av skjelettet) og bentetthet kan brukes som en prediktor for overlevelsesevne eller bein styrke^{7, 70 , 71 , 72 , 73 , 74 , 75}. Dette er viktig i rettsmedisinske sammenhenger så vel som arkeologiske og paleontologiske miljøer i at det påvirker utøvere evne til å tilstrekkelig benytter metoder for å beregne en biologisk profil (eller alder, kjønn, vekst og opphav) hvis visse skjelettlidelser elementer er representert.

Bulktetthet (bentetthet med pore plass i målingen) er aktuelle måling i denne situasjonen, vurderer det er nettopp den porøse strukturen av bein som påvirker sin mottakelighet for taphonomic prosesser⁷. Mange metoder for å vurdere bentetthet har vært ansatt inkludert single-beam Foton densitometry^27,75, beregnede tomografi^76,77,78, photodensitometry^{72 ,79}og DXA^80,81,82. DXA skanninger kan være å foretrekke fremfor andre metoder som det er relativt billig, hele kroppen skanninger kan utføres, og skjelettlidelser enkeltelementer kan vurderes separat eller sammen under analyse. Bruke BMD skanner før og etter taphonomic undersøkelser gir nyttig informasjon om Ben overlevelsesevne skyldes ulike taphonomic faktorer og miljøer⁸².

Dette dokumentet beskriver en protokoll for å få DXA skanninger av skjelettrester. Metoden har felles, klinisk plasseringen av enkeltpersoner når lumbalcolumna og hip skanner. Dette gjør at utøvere å sammenligne skjelettrester med passende normative standarder. Protokollen skissert gjelder både unge og voksne fortsatt begrensninger diskutert senere.

Protocol

Protokollen, overholder North Carolina State Universitys etiske retningslinjer for menneskelig forskning. 1. maskinen forbereder Merk: Følgende protokollen kan grovt brukes på alle hele kroppen, klinisk DXA og BMD skanner. Utføre kalibrering én gang daglig før skanning enkeltpersoner slik kvalitetskontroll. Etter kalibrering instruksjonene vises ved oppstart av systemene programvare, skanne en lumbalcolumna phantom av kjente å sikre riktig lesning av…

Representative Results

Metodene som er foreslått her er vanlig i levende pasienter og vurdering av nyheten sine til avdøde enkeltpersoner bør bemerkes. Figur 6 og Figur 8 presentere resultatene av en AP lumbalcolumna og venstre hofte skanning, henholdsvis. Enkelt vurdert i disse skanner er en avdød hvit, kvinne, 31 år gammel som ligger i den rettsmedisinske analyser laboratorium av North Carolina State University. Denne personen hadde en total BMD…

Discussion

Resultatene presenteres i dette papiret er illustrerende for anvendelse av BMD beregninger i rettsmedisinske sammenhenger. Som figur 6 og Figur 8 viser, skanning levende personer for klinisk BMD skanner er reproduserbare med skjelettrester, men hensyn må tas for å sikre riktig posisjonering. Dette er spesielt viktig for hip eksamen der identifisere midtlinjen av femur halsen krever riktig vinkel femur og overvurdering av BMD kan oppstå hvis den iliaca tuberos…

Materials

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.