Scanning skelettdelar för bentäthet i rättsmedicinska sammanhang

Summary

Bentäthet (BMD) är en viktig faktor i förståelsen näringsintag. För mänskliga skelettdelar är det ett användbart mått att bedöma livskvalitet hos både ungdomar och vuxna, särskilt i fall med dödlig utgång svält och vanvård. Detta dokument innehåller riktlinjer för skanning mänskliga skelettdelar för kriminaltekniska ändamål.

Abstract

Syftet med denna uppsats är att införa en lovande, roman till stöd i bedömningen av benkvalitet i kriminalteknikers relevanta skelettdelar. BMD är en viktig komponent i bens näringsstatus och skelettdelar av både ungdomar och vuxna, och det kan ge information om benkvalitet. För vuxna finns kvar, kan det ge information om sjukdomstillstånd eller när ben insufficiens kan ha uppstått. Minderåriga ger ett användbart mått för att belysa fall av dödlig svält eller försummelse, som är generellt svåra att identifiera. Detta dokument innehåller ett protokoll som anatomisk orientering och analys av skelettdelar för skanning via dual-energy X-ray röntgenabsorptiometri (DXA). Tre Fallstudier presenteras för att illustrera när DXA skanningar kan vara informativ till kriminaltekniska utövaren. Första fallstudien presenterar en individ med observerade längsgående frakturer i vikt bärande ben och DXA används för att bedöma ben insufficiens. BMD befinns vara normalt tyder på en annan etiologi för fraktur mönster närvarande. Andra fallstudien anställd DXA att undersöka misstänkt kronisk undernäring. BMD resultaten överensstämmer med resultaten från långa ben längder och föreslå barnsliga hade drabbats av kronisk undernäring. Den slutliga fallstudien ger ett exempel där misstanke om dödlig svält i ett fjorton månaders spädbarn, som stöder Obduktionsresultat som visar på dödlig svält. DXA skanningar visade låg bentäthet för kronologisk ålder och är underbyggda av traditionella bedömningar av spädbarns hälsa. Dock när man behandlar bör skelettdelar taphonomic förändringar övervägas innan du tillämpar denna metod.

Introduction

Syftet med kriminaltekniska antropologiska analyser bygger på utövarens förståelse av ben som en komplex vävnad med flera enheter och variation. Ben är en hierarkisk, sammansatta vävnad med både organiska och oorganiska komponenter organiserade i en matris av kollagen och kolsyrade apatit^1,2,3,4. Oorganiska komponenten, eller bentäthet är organiserad i en nanokristallin struktur att ge styvhet och ramen för organiska del^1,2,5. Den mineraliska aspekten består av ca 65% av ben av vikt och dess ‘ massa påverkas av både genetiska och miljömässiga faktorer^1,2,4,6. Eftersom bentäthet upptar en tredimensionell rymd, den kan mätas som bentäthet (BMD) eller en funktion av massan och volymen ockuperade⁷. Bulk tätheten av benmineral varierar med ålder från födelse till vuxen ålder^8,9,10,11,12 och har använts i stor utsträckning i kliniska inställningar som ett indikator för osteoporos och fraktur riskerar^{4,13,14,15,16,17,18}. Dual-energy X-ray röntgenabsorptiometri (DXA) har varit ett omfattande verktyg för bedömning av benhälsa sedan introduktionen 1987, särskilt genomsökningar utförs i ländrygg och höft regioner^11,13,19 . Validering av DXA skanningar har visat som guldmyntfoten när du undersöker förändringar i BMD^{13,19,20,21,22,23}. Därefter den Världshälsoorganisationen (WHO) har skapat normativa standarder inklusive t– och z-Poäng definitioner för juvenil och adult ländryggen (L1-L4) och höfter eftersom dessa regioner enkelt fångat volymetriskt^{11 ,13,19,24}.

Det ökande beroendet av forensisk antropologi i Rättsskyddscentralen ärenden har uppmuntrat utredning av nya tekniker för att bättre bedöma skelettdelar i en rad olika omständigheter. Bland dessa potentiella tekniker är tillämpningen av DXA skanningar att bedöma BMD som en indikator på benkvalitet i ärenden som rör dödlig svält och vanvård i ungfisk^25,26, identifiering av metaboliska skelettsjukdomar, och uppskatta överlevnadsförmåga skelett element i taphonomic forskning^7,27.

I den amerikanska Department of Health and Human Services barn misshandel Report 2015 var 75,3% av de rapporterade barnmisshandel fall någon form av vanvård med ~ 1 670 dödsfall som följer av dödlig svält och vanvård i 49 stater²⁸. Mest unga offer för vanvård inte visar tecken på yttre fysisk misshandel, men underlåtenhet att-trivs syns i alla fall^29,30. Underlåtenhet att-trivs definieras som otillräcklig näring intag att stödja tillväxt och utveckling. Dessa kan ha olika faktorer, varav en är försummelse som följd av näringsmässiga deprivation^25,31 (se Ross och Abel³² för en mer omfattande översyn). Avsiktlig svält som resulterar i döden av ett barn eller spädbarn är mycket ovanligare och betraktas som den mest extrema formen av misshandel^25,33,34. Dessa näringsbrist har en betydande inverkan på bentillväxt, särskilt längsgående tillväxt hos barn som en omedelbar följd av undernäring³⁵. Skelettillväxt och mineralisering beror primärt på vitamin D och kalcium, och deras tillskott har kopplats till ökad BMD^25,35,36.

Det är ytterst svårt att identifiera eller åtala dessa fall även efter en fullständig obduktion^31,37,38 och särskild hänsyn till metoder anställd måste användas. I fall där dödlig svält eller undernäring misstänks, behövs således, tvärvetenskapligt särskilt i ärenden som rör resterna i avancerade staterna nedbrytning²⁶. När skelettdelar är inblandade, är Ben densitometry ett användbart verktyg i samband med andra skelett indikatorer såsom dental utveckling, mätning av de pars basilaris i skallen, och långa ben längder²⁶. Utan med hjälp av skelett indikatorer som nämns ovan för spädbarn och unga exemplar, vore det inte möjligt att urskilja om låg BMD är resultatet av en inneboende metabolisk sjukdom, undernäring eller taphonomic process. Ett annat bekymmer är uppskattningen av kroppsstorlek (vikt och resning) i spädbarn eller juvenil skelettdelar. Den normativa datamängder kräver information om höjd eller vikt för jämförelser som bentillväxt hos barn är storlek och ålder beroende¹². När de återstår som ska bedömas är oidentifierade, ska uppskattningsmetoder vara sysselsatt. För spädbarn under en, normativa DXA är data ålder matchas endast. I minderåriga över 1 år, brushane³⁹ eller Cowgill⁴⁰ rekommenderas för uppskatta kroppsstorlek i skelettdelar eftersom de bygger på Denver tillväxt studie prov inklusive åldrarna 1-17^39,40. När ålder och storlek uppskattas, konfidensintervall varierar och jämförelse av medelvärdet till Center for Disease Control (CDC) producerad bör tillväxt kurvor⁴¹ ingå i rapporten samt konfidensintervallet för den uppskattade kroppsstorlek. Det är viktigt att notera att information om anor och sex i de flesta fall inte kan fastställas från juvenil skelettdelar före puberteten, vilket är särskilt viktigt för ungdomar som härkomst och kön är kända för att märkbart påverka BMD i vuxna. Under dessa omständigheter kan inte den DXA-metoden tillämpas. I angivna fall, bör biologisk information angående härkomst, kön och kroppsstorlek, erhållas före analys.

Ben densitometry i pediatrik ökat med utvecklingen av normativa data^42,43 med DXA att vara den mest tillgängliga teknik⁴⁴. Undernärda barn visar betydligt lägre nivåer i BMD än friska barn med mineralisering korrelerade med svårighetsgraden av undernäring⁴⁵. DXA skanningar av ländrygg och höfter är de lämpligaste områdena att bedöma för ungfisk enligt American College of Radiology⁴⁶. Reproducerbarhet har visat för ryggraden, hela höft och hela kroppen i barn i hela den tillväxt periodiska⁴⁷. Men ländryggen är att föredra eftersom det består huvudsakligen av trabekulärt ben, som är mer känsliga för metabola förändringar under tillväxt och har befunnits vara mer exakt än hela hip bedömningar^{25,47, 48}. med DXA skanningar är vanligt i pediatric bedömning. Men eftersom DXA är tvådimensionell, det fångar inte sann volym och producerar en BMD baserat på ben område¹³. Hos barn, detta är en viktig distinktion som kropp och ben storlek varierar inom och mellan åldersgrupper i barn¹². Den normativa data tillgängliga är för jämförelse med DXA-mätningar, men försiktighet bör iakttas för att välja en lämplig referens befolkning (se Binkovitz och Henwood¹³ för en lista över vanliga DXA normativa databaser).

Efter genomsökningen, en z-Poäng beräknas med hjälp av en specifik referensprov åldersmatchade och befolkningen. Z-score är lämpligare för ungfisk sedan t-score jämför den uppmätta BMD till en ung vuxen prov¹². En z-Poäng mellan -2 till 2 visar normala BMD för kronologisk ålder medan någon Poäng nedan -2 visar låg BMD för kronologisk ålder⁴⁹. -2 till 2 intervall för både t– och z-Poäng representerar upp till två standardavvikelser från medelvärdet. Tydligt, om en uppmätt BMD-Poäng är inom två standardavvikelser över eller under deras referens populationsmedelvärde, de anses kliniskt normal.

Beroendet av morfologisk variation för kriminaltekniska antropologen kommer från många källor. Varav en är den skeletal variation som uppstår från sjukdomsprocesser, inklusive metabola ben störningar⁵⁰. Förmåga att identifiera specifika störningar i skelettdelar har en dubbel fördel: 1) att lägga till information till biologiska profil vilket gör den mer robust och 2) att identifiera om frakturer är patologiska eller resultatet av självförvållad trauma. Det finns en mängd metabola ben störningar^51,52,53, men de mest relevanta för BMD åtgärder av samtida lämningar är osteoporos. Osteoporos utvecklas när trabekulärt ben förlusten är större än kortikala benet förlusten med en nettoförlust på ben täthet^53,54,55. Trabekulärt benförlust är korrelerad med en ökad risk för frakturer, särskilt i ben som har större trabekulärt ben innehåll (t.ex., den os coxa)^4,55.

Ett flertal studier på osteoporos och bone mineral densitet i skelettdelar har utförts på arkeologiska assemblage med både DXA^56,57,58,59 och andra metoder^{60 , 61 , 62}. dock vid bedömningen av osteoporos hos vuxna skelettet från arkeologiska sammanhang, utövare bortse från att diagnostisera osteoporos kliniskt kräver medelvärdet av ett yngre referensprov contemporaneous med individerna att utvärderas^55,63,64. Detta är inte ett problem i forensisk antropologi sammanhang eftersom individer är ålders- och sex-matchas till moderna populationer med utvecklade referensprov för både höften och ländryggen, även om förändringar i BMD genom diagenesis bör övervägas för kriminaltekniska resterna. Tafonomi är dock den troliga faktorn som påverkar förmågan att få legitima BMD åtgärder från arkeologiska prover. Detta är ett vederlag i rättsmedicinska sammanhang, där resterna återhämtade sig från begravning villkor med potentiella efter döden intervall efter några månader. Medan fortfarande av kriminaltekniska intresse, kan tillräckliga tvivel höjas för alla BMD betyg erhålls från lämningar under dessa omständigheter.

Osteoporos är kliniskt bedömas med hjälp av t-score av BMD åtgärder som härleds från individernas BMD åtgärder i höften eller ländryggen ryggraden i förhållande till en ung vuxen referensprov med DXA^{65,66,67 ,68}. Detta referensprov kan användas för att identifiera förekomst av osteoporos i skelettet. I rättsmedicinska sammanhang, detta är användbart för två skäl: 1) att skilja mellan frakturer relaterade till missbruk-tillfogat trauma i äldre och de från ökad ben skörheten osteoporotiska individer⁶⁹, och 2) som ett möjligt personligt identifiering har⁵⁰.

Bentäthet har länge ansetts vara en indikator som avspeglar aktiviteten och näring i ett djurs^70,71. Mer nyligen har det konstaterats att bentäthet, som en inneboende egenskap av ben, påverkar dess överlevnadsförmåga under taphonomic processer⁷.  En konsekvens av nedbrytning är differentiell överlevnadsförmågan för skelettet element (dvs, diskret, anatomiskt komplett enheter av skelettet) och skelettdensitet kan användas som en prediktor för överlevnadsförmåga eller ben styrka^{7, 70 , 71 , 72 , 73 , 74 , 75}. Detta är viktigt i rättsmedicinska sammanhang samt arkeologiska och paleontologiska miljöer eftersom det påverkar Utövarnas förmåga att adekvat anställa metoder för att beräkna en biologisk profil (eller ålder, kön, resning och ancestry) om endast vissa skelett delar finns representerade.

Skrymdensitet (bentätheten med pore utrymme ingår i mätningen) är lämpliga mätning i denna situation, med tanke på det är just den porösa strukturen i skelettet som påverkar dess känslighet för taphonomic processer⁷. Många metoder för att bedöma bentäthet har varit anställda inklusive två balkar photon densitometry^27,75, datortomografi^76,77,78, photodensitometry^{72 ,79}, och DXA^80,81,82. DXA skanningar kan vara att föredra framför andra metoder som det är relativt billigt, hela kroppen skanningar kan utföras och enskilda skelett element kan bedömas separat eller tillsammans under analys. Med hjälp av BMD File före och efter taphonomic studier ger användbar information om ben överlevnadsförmåga som härrör från olika taphonomic faktorer och miljöer⁸².

Detta dokument beskriver ett protokoll för att erhålla DXA skanningar av skelettdelar. Utnyttjar gemensamma, klinisk placering av individer när du utför ländrygg och höft File. Detta tillåter utövare att jämföra skelettdelar med lämpliga normativa normer. Protokollet beskrivs är tillämplig på både juvenil och adult kvar med begränsningar som diskuteras senare.

Protocol

Protokollet häri följer den North Carolina State Universitys etiska riktlinjer för mänsklig forskning. 1. maskinen förbereder Obs: Följande protokoll kan i huvudsak tillämpas på alla hela kroppen, kliniska DXA och BMD scanner. Utför kalibrering en gång dagligen före skanning några individer för att säkerställa kvalitetskontroll. Efter kalibrering anvisningarna visas vid uppstart av systemens programvara, skanna en ländryggen fantom av känd…

Representative Results

Den metod som föreslås här är vanligt hos levande patienter och övervägande av dess nyhet för avlidna personer bör noteras. Figur 6 och figur 8 presentera resultaten av en AP ländryggen och vänster höft skanna, respektive. Den person som bedöms i dessa skanningar är en död vit, Kvinna, 31 år gammal som ligger vid kriminalteknisk analys laboratorium av North Carolina State University. Denna person hade en BMD totalp…

Discussion

De resultat som presenteras i denna uppsats är belysande för tillämpligheten av BMD mätvärden i rättsmedicinska sammanhang. Figur 6 och figur 8 visar, levande individer för kliniska BMD skanningar skanning ståndpunkt är reproducerbara med skelettdelar, men försiktighet måste iakttas för att säkerställa korrekt placering. Detta är särskilt kritiskt för hip undersökning där att identifiera mittlinjen av lårbenshalsen kräver rätt vinkel av lå…

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.