Scanning skeletrester for knoglemineraltætheden i retsmedicinske sammenhænge

Summary

Mineralske knogletæthed (BMD) er en vigtig faktor i forståelsen ernæringsmæssige indtag. For menneskelige skeletrester er det en nyttig metrikværdien skal vurdere livskvaliteten i både unge og voksne, især i dødelig tilfælde, sult og omsorgssvigt. Dette white paper indeholder retningslinjer for scanning menneskelige skeletrester til retsvidenskabelige formål.

Abstract

Formålet med dette papir er at indføre en lovende, ny metode til at støtte i vurderingen af knoglekvalitet i klinisk relevante skeletrester. BMD er en vigtig komponent af bone’s ernæringstilstand og skeletrester af både unge og voksne, og det kan give oplysninger om knoglekvalitet. For voksne er tilbage, kan det give oplysninger om patologiske tilstande eller Hvornår knogle insufficiens kan være opstået. Ungfisk giver det en nyttig målestok for at belyse tilfælde af fatal sult eller forsømmelse, som er generelt vanskeligt at identificere. Dette dokument indeholder en protokol til de anatomiske orientering og analyse af skeletrester til scanning via dobbelt-energy X-ray absorptiometri (DXA). Tre casestudier præsenteres for at illustrere, hvornår DXA scanninger kan være informativ til retsmedicinske udøveren. Den første casestudie præsenterer en person med observerede langsgående frakturer i vægt bærende knogler og DXA bruges til at vurdere knogle insufficiens. BMD er fundet for at være normal, tyder på en anden ætiologi for fraktur mønster stede. Den anden casestudie ansat DXA at undersøge mistanke om kronisk underernæring. BMD resultater er i overensstemmelse med resultaterne fra lange knogler længder og foreslår, at unge havde lidt af kronisk underernæring. Den endelige undersøgelse giver et eksempel hvor der er mistanke om fatal sult i en 14-måneders spædbarn, som understøtter obduktion resultaterne af fatal sult. DXA scanninger viste lav knogle mineral tæthed for kronologisk alder og er underbygget af traditionelle vurderinger af spædbørns sundhed. Når der beskæftiger sig med bør skeletrester stof ændringer overvejes før du anvender denne metode.

Introduction

Formålet med retsmedicinsk antropologiske analyser afhængig af den praktiserende læge forståelse af knogle som et komplekst væv med flere enheder og variation. Bone er en hierarkisk, sammensatte væv med både organiske og uorganiske komponenter organiseret i en matrix af kollagen og kulsyreholdige apatit^1,2,3,4. Uorganiske komponent, eller knogle mineral er organiseret i en nanocrystalline struktur til at levere stivhed og rammerne for den organiske del^1,2,5. Den mineralske aspekt omfatter ca. 65% af knogle af vægt og dens ‘ masse er påvirket af både genetiske og miljømæssige faktorer^1,2,4,6. Fordi knogle mineral indtager en tre-dimensionelle rum, det kan måles som mineral knogletæthed (BMD), eller en funktion af masse og volumen besat⁷. Bulk-tæthed af knogle mineral varierer med alder fra fødsel til voksenalderen^8,9,10,11,12 og har været udbredt i klinisk indstillingerne som en indikator for knogleskørhed og knoglebrud risikerer^{4,13,14,15,16,17,18}. Dobbelt-energy X-ray absorptiometri (DXA) har været en udbredt værktøj til vurdering af knogle sundhed siden introduktionen i 1987, især scanninger udføres i columna lumbalis og hip områder^11,13,19 . Validering af DXA scanninger har vist som den gyldne standard når undersøge ændringer i BMD^{13,19,20,21,22,23}. Efterfølgende, World Health Organization (WHO) har skabt normative standarder, herunder t– og z-score definitioner for unge og voksne lumbal (L1-L4) og hofter, da disse er regionerne let fanget volumetrically^{11 ,13,19,24}.

Den stigende afhængighed af retsmedicinske antropologi i medicolegal sagsbehandling har tilskyndet til undersøgelse af nye teknikker til bedre at vurdere skeletrester i en række forskellige omstændigheder. Blandt disse potentielle teknikker er anvendelsen af DXA scanninger til at vurdere BMD som en indikator for knoglekvalitet i sager, der involverer fatal sult og omsorgssvigt i ungfisk^25,26, identifikation af metaboliske knoglesygdomme, og Estimering overlevelsesevne skelet elementer i stof forskning^7,27.

I 2015 US Department of Health and Human Services underordnede mishandling rapport var 75.3% af rapporterede barn misbrug tilfælde en form for omsorgssvigt med ~ 1,670 dødsfald som følge af fatal sult og omsorgssvigt i 49 stater²⁸. Mest unge ofre for omsorgssvigt undlader at vise tegn på eksterne fysisk mishandling, men undladelse af at trives er set i alle tilfælde^29,30. Undladelse af at trives er defineret som mangelfuld ernæring indtag til støtte for vækst og udvikling. Disse kan have forskellige faktorer, hvoraf den ene er omsorgssvigt skyldes ernæringsmæssige afsavn^25,31 (Se Ross og Abel³² for en mere omfattende gennemgang). Bevidst sult, der resulterer i død af et barn eller spædbarn er meget sjældnere og betragtes som den mest ekstreme form for mishandling^25,33,34. Disse ernæringsmæssige mangler har en betydelig effekt på knoglevækst, især langsgående vækst hos børn som en umiddelbar følge af fejlernæring³⁵. Skelet vækst og mineralisering afhænger primært af D-vitamin og calcium, og deres tilskud har været knyttet til øget BMD^25,35,36.

Det er overordentlig vanskeligt at identificere eller retsforfølge disse tilfælde selv følgende en komplet obduktion^31,37,38 og særlig hensyntagen til metoder ansat skal bruges. I tilfælde hvor fatal sult eller fejlernæring er mistænkt, er en tværfaglig tilgang nødvendig især i sager, der involverer forbliver i avancerede stater af nedbrydning²⁶. Når skeletrester er involveret, er knogle densitometri et nyttigt værktøj i forbindelse med andre skelet indikatorer såsom dental udvikling, måling af pars basilaris af kraniet, og lange knogler længder²⁶. Uden at bruge de skeletale indikatorer nævnt ovenfor for spædbørn og unge fugle, ville det ikke være muligt at skelne hvis lav BMD er resultatet af en iboende stofskiftesygdom, fejlernæring eller stof proces. En anden bekymring er skøn af kropsstørrelse (vægt og statur) i spædbarn eller juvenil skeletrester. Mest normative datasæt kræver oplysninger om højde og vægt til sammenligningsformål som knoglevækst hos børn er størrelse og alder afhængige af¹². Når de rester, der skal vurderes er uidentificeret, bør estimeringsmetoder anvendes. Til spædbørn under ét, normative DXA er data alder matches kun. Ungfisk over 1 år, pibekrave³⁹ eller Cowgill⁴⁰ anbefales for estimering kropsstørrelse i skeletrester, som de er baseret på det Denver vækst undersøgelse prøve herunder i alderen 1-17^39,40. Når alder og krop størrelse anslås, konfidensintervaller varierer og sammenligning af gennemsnit til Center for Disease Control (CDC) produceret bør vækst kurver⁴¹ medtages i betænkningen samt et konfidensinterval for den anslåede kropsstørrelse. Det er vigtigt at bemærke, at i de fleste tilfælde oplysninger om herkomst og køn ikke kan bestemmes fra juvenile skeletrester før puberteten, hvilket er særlig vigtigt for unge som herkomst og køn er kendt at betydeligt påvirke BMD i voksne. Under disse omstændigheder kan metoden DXA ikke være gældende. I identificerede tilfælde, bør biologiske oplysninger om afstamning, sex og kropsstørrelse, opnås inden analyse.

Knogle densitometri i Pædiatri er steget med udvikling af normative data^42,43 med DXA er mest almindeligt tilgængelige teknik⁴⁴. Underernærede børn viser betydeligt lavere niveauer i BMD end raske børn med mineralisering korreleret med sværhedsgraden af underernæring⁴⁵. DXA scanninger af columna lumbalis og hofter er de mest egnede områder til at vurdere for ungfisk ifølge The American College of radiologi⁴⁶. Reproducerbarhed har været vist for rygsøjlen, hele hofte og hele kroppen hos børn i vækst perioden⁴⁷. Dog lændehvirvelsøjlen foretrækkes som det er primært sammensat af trabekulær knogle, som er mere følsomme over for metaboliske ændringer under vækst og har vist sig for at være mere præcis end hele hip vurderinger^{25,47, 48}. ved hjælp af DXA scanninger er fælles i pediatric vurdering. Men da DXA er todimensional, det fange ikke sand volumen og producerer en BMD baseret på knoglen området¹³. Hos børn, dette er en vigtig skelnen som krop og ben størrelse varierer inden for og mellem aldersgrupper i børn¹². Mest normative data tilgængelige for sammenligning med DXA målinger, men der bør udvises forsigtighed for at vælge en passende henvisning befolkning (Se Binkovitz og Henwood¹³ for en liste over almindeligt anvendte DXA normative databaser).

Efter scanningen, en z-score er beregnet ved hjælp af en alder-matchede og befolkningen specifikke referenceprøve. Z-scores er mere passende for ungfisk siden t-scores sammenligne den målte BMD til en ung voksen prøve¹². En z-score mellem -2 til 2 angiver normal BMD for kronologiske alder, mens enhver score under -2 angiver lav BMD for kronologisk alder⁴⁹. -2 til 2 spænder både t– og z-score udgør op til to standardafvigelser fra gennemsnittet. Tydeligt, hvis en målte BMD score er to standardafvigelser over eller under deres reference en population, de betragtes som klinisk normale.

Afhængigheden af morfologiske variation for retsmedicinsk antropolog kommer fra mange kilder. Hvoraf den ene er den skeletale variation, der skyldes sygdomsprocesser, herunder metaboliske knogle lidelser⁵⁰. Evnen til at identificere specifikke lidelser i skeletrester har en dobbelt fordel: 1) tilføjer oplysninger til biologiske profil gør det mere robust og 2) at identificere hvis frakturer er patologiske eller resultatet af selvforskyldt traumer. Der er en bred vifte af metaboliske knogle lidelser^51,52,53, men de mest relevante for BMD foranstaltninger af moderne stadig er osteoporose. Osteoporose udvikler når trabekulær knogle tab er større end antallet af kortikale knogletab med et netto tab i knogle massefylde^53,54,55. Trabekulær knogletab er korreleret med en øget risiko for fraktur, specielt i knogler, der har større trabekulær knogle indhold (f.eks., os coxa)^4,55.

Talrige undersøgelser på osteoporose og knogle mineral tæthed i skeletrester er blevet gennemført på arkæologiske assemblager ved hjælp af både DXA^56,57,58,59 og andre metoder^{60 , 61 , 62}. men ved vurderingen af osteoporose i voksen skelettet fra arkæologiske sammenhænge, praktiserende ignorere at diagnosticere osteoporose klinisk kræver en middelværdi for en yngre referenceprøve samtidige med personer ^55,63,64vil blive vurderet. Dette er ikke et problem i retsmedicinske antropologi sammenhænge da individer er alder- og køn-matchede til moderne populationer med udviklede referenceprøver til både hofte og lumbal, selv om ændringer i BMD gennem diagenesis bør overvejes til retsmedicinske resterne. Ravfossil er dog den sandsynlige faktor, der påvirker evnen til at opnå legitime BMD foranstaltninger fra arkæologiske prøver. Dette er en overvejelse i retsmedicinske sammenhænge samt, hvor resterne inddrives fra nedgravning betingelser med potentielle postmortem intervaller ud over et par måneder. Mens stadig af retsmedicinske interesse, kunne tilstrækkelig tvivl hæves for enhver BMD score opnået fra remains fundet under disse omstændigheder.

Osteoporose vurderes klinisk ved hjælp af t-score for BMD foranstaltninger, der er afledt af den enkeltes BMD foranstaltninger i hip eller columna lumbalis i forhold til en ung voksen referenceprøve ved hjælp af DXA^{65,66,67 ,68}. Denne referenceprøve kan være ansat for at identificere forekomsten af knogleskørhed i skelettet. I retsmedicinske sammenhænge, dette er nyttigt for to grunde: 1) differentiering mellem frakturer relateret til misbrug-påførte traumer i ældre og dem fra øget knogle skrøbelighed i osteoporotiske enkeltpersoner⁶⁹, og 2) som en mulig personlig identifikation funktion⁵⁰.

Knogletæthed har længe været betragtet som en indikator, som afspejler den aktivitet og ernæring af en dyr^70,71. For nylig er blevet bemærket, at knogletæthed, som en iboende egenskab af knoglen, påvirker dets overlevelsesevne under stof processer⁷.  En konsekvens af nedbrydning er skelet elementer (dvs., diskret, anatomisk komplet enheder af skelettet) differential overlevelsesevne og knogletæthed kan bruges som en indikator for overlevelsesevne, eller knogle styrke^{7, 70 , 71 , 72 , 73 , 74 , 75}. det er vigtigt i retsmedicinske sammenhænge såvel som arkæologiske og paleontological miljøer i, at det påvirker practitioners’ evne til at tilstrækkeligt anvender metoder til at anslå en biologisk profil (eller alder, køn, statur og afstamning), hvis kun visse skelet elementer er repræsenteret.

Bulk-tæthed (knogletæthed med pore plads medtaget i målingen) er passende måling i denne situation, i betragtning af det er netop den porøse struktur af knoglen, der påvirker dets modtagelighed for stof processer⁷. Mange metoder til vurdering af knogletæthed har været ansat herunder enkelt-beam photon densitometri^27,75, computertomografi^76,77,78, photodensitometry^{72 ,79}, og DXA^80,81,82. DXA scanninger kan være at foretrække frem for andre metoder, som det er relativt billigt, hele kroppen scanninger kan udføres, og enkelte skelet elementer kan vurderes særskilt eller sammen under analysen. Ved hjælp af BMD scanninger før og efter stof forskningsundersøgelser giver nyttige oplysninger om knogle overlevelsesevne som følge af forskellige stof faktorer og miljøer⁸².

Denne hvidbog skitserer en protokol for at opnå DXA scanninger af skeletrester. Metoden anvender den fælles, kliniske positionering af enkeltpersoner, når du udfører columna lumbalis og hofte scanner. Dette giver praktiserende læger til at sammenligne skeletrester med de passende normative standarder. Protokollen skitseret er gældende for både unge og voksne forbliver med begrænsninger diskuteret senere.

Protocol

Protokollen heri klæber til North Carolina State Universitys etiske retningslinjer for human forskning. 1. maskinen forberede Bemærk: Følgende protokol kan være bredt anvendt til enhver hele kroppen, kliniske DXA og BMD scanner. Udfør kalibrering én gang dagligt før scanning nogen personer for at sikre kvalitetskontrol. Efter kalibrering prompter vises ved opstart af systems’ software, scanne en lumbal phantom af kendte tæthed til at sikre korrekt …

Representative Results

Den metode, der foreslås her er almindeligt anvendt i levende patienter og overvejelse af sin nyhed til afdøde personer skal bemærkes. Figur 6 og figur 8 præsentere resultaterne af en AP columna lumbalis og venstre hofte scanning, henholdsvis. Den enkelte vurderet i disse scanninger er en afdød hvid, kvinde, 31 år, har til huse på advokatorisk analyse Laboratory i North Carolina State University. Denne person havde en saml…

Discussion

Resultaterne præsenteres i dette papir er illustrerende for anvendeligheden af BMD målinger i retsmedicinske sammenhænge. Som figur 6 og figur 8 viser, levende individer for kliniske BMD scanninger scanning holdning er reproducerbare med skeletrester, men man skal sikre korrekt positionering. Dette er især kritisk til hip undersøgelse hvor at identificere midterlinjen af lårbenshalsen kræver den rette vinkel på lårbenet og overvurdering af BMD kan opst?…

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.