Scan Skelettreste für Bone Mineral Density in forensischen Kontexten

Summary

Knochendichte (BMD) ist ein wichtiger Faktor im Verständnis Nahrungsaufnahme. Für menschliche Skelettreste ist es eine nützliche Metrik zur Bewertung der Lebensqualität bei Jugendlichen und Erwachsenen, insbesondere bei tödlichen Hunger und Vernachlässigung. Dieses Dokument enthält Leitlinien für das Scannen von menschlichen Skelettresten für forensische Zwecke.

Abstract

Der Zweck dieses Papiers ist eine vielversprechende, neue Methode, um Hilfe bei der Beurteilung der Knochenqualität in forensisch relevante Skelettreste einzuführen. BMD ist ein wichtiger Bestandteil des Ernährungszustandes des Knochens und Skelettreste von Jugendlichen und Erwachsenen, und sie informieren Sie über die Knochenqualität. Für Erwachsene bleibt kann er Auskunft über pathologischen Zuständen oder Knochen Insuffizienz des Auftretens haben kann. Bei Jungtieren bietet es eine nützliche Metrik, um Fälle von Tödlicher Hunger oder Vernachlässigung, zu erhellen, die in der Regel schwer zu identifizieren sind. Dieses Dokument enthält ein Protokoll für die anatomische Ausrichtung und Analyse der Skelettreste für das Scannen über Dual-Energy x-ray Absorptiometry (DXA). Drei Fallstudien werden vorgestellt, um zu veranschaulichen, wenn DXA-Scans für den forensischen Praktiker informativ sein können. Die erste Fallstudie präsentiert ein Individuum mit beobachteten längs Frakturen im Gewicht tragenden Knochen und DXA wird verwendet, um Knochen Insuffizienz zu beurteilen. BMD findet normal schlägt eine andere Ätiologie für die Fraktur Muster vorhanden sein. Das zweite Fallbeispiel beschäftigt DXA, vermuteten chronischen Unterernährung zu untersuchen. Der BMD-Ergebnisse stehen im Einklang mit den Ergebnissen aus Röhrenknochen Längen und schlage vor, dass der Jugendliche an chronischer Unterernährung litten. Die abschließende Fallstudie zeigt beispielhaft, wo Tödlicher Hunger in ein 14-Monats-Kind vermutet wird, die Autopsie Ergebnisse der tödlichen Hunger unterstützt. DXA-Scans zeigten niedrige Knochendichte für chronologisches Alter und wird durch traditionelle Bewertungen der Säugling Gesundheit begründet. Jedoch beim Umgang mit sollte Skelettreste abgestorbene Veränderungen betrachtet werden, bevor Sie diese Methode anwenden.

Introduction

Das Ziel der forensischen anthropologischen Analysen stützt sich auf die Praktiker Verständnis von Knochen als ein komplexes Gewebe mit mehreren Einheiten und Variation. Knochen ist ein hierarchisches, zusammengesetzte Gewebe mit organischen und anorganischen Komponenten, die in einer Matrix aus Kollagen und kohlensäurehaltige Apatit^1,2,3,4organisiert. Die anorganischen Komponente oder Bone Mineral eine nanokristallinen Struktur gliedert sich in Steifigkeit und Rahmen für die organische Teil^1,2,5zu. Die mineralischen Aspekt umfasst etwa 65 % des Knochens durch Gewicht und seine “Masse wird durch beide genetischen und umweltbedingten Faktoren^1,2,4,6beeinflusst. Da Bone Mineral einen dreidimensionalen Raum einnimmt, als Knochenmineraldichte (BMD) gemessen werden, oder eine Funktion der Masse und dem Volumen besetzt⁷. Die Schüttdichte des Bone Mineral variiert mit dem Alter von der Geburt ins Erwachsenenalter^8,9,10,11,12 und wurde ausgiebig in klinischen Einstellungen als eine Indikator für Osteoporose und Fraktur Risiko^{4,13,14,15,16,17,18}. Dual-Energy x-ray Absorptiometry (DXA) ist eine weit verbreitete Werkzeug für die Beurteilung der Gesundheit der Knochen seit seiner Einführung im Jahr 1987, vor allem in der Lendenwirbelsäule und Hüfte Regionen^{11,13,19 durchgeführten Scans gewesen.} . Validierung der DXA Scans nachweislich als Goldstandard bei der Untersuchung von Veränderungen der BMD^{13,19,20,21,22,23}. Anschließend hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) erstellt normative Standards einschließlich t– und Z-score Definitionen für juvenilen und adulten Lendenwirbelsäule (L1-L4) und Hüften sind die Regionen leicht volumetrisch erfasst^{11 ,13,19,24}.

Die zunehmende Abhängigkeit von forensischen Anthropologie in rechtsmedizinische Fallarbeit bestärkt die Untersuchung neuartiger Techniken Skelettreste in einer Vielzahl von Umständen besser einzuschätzen. Unter diesen möglichen Techniken ist die Anwendung der DXA Scans BMD als Indikator für die Knochenqualität in Fällen, in denen Tödlicher Hunger und Vernachlässigung in Jugendliche^25,26, Identifizierung von metabolischen Knochenerkrankungen, bewerten und Schätzung der Überlebensfähigkeit des skelettartigen Elementen in abgestorbene Forschung^7,27.

In der US-Department of Health And Human Services Kind Misshandlungen Report 2015 waren 75,3 % der gemeldeten Kind Mißbrauch Fälle irgendeine Form von Vernachlässigung mit ~ 1.670 Todesfälle infolge Tödlicher Hunger und Vernachlässigung in 49 Staaten²⁸. Die meisten Jugendlichen Opfer von Vernachlässigung nicht Anzeichen von externen körperlicher Misshandlung, aber Versagen gedeihen gilt in allen Fällen^29,30. Misserfolg gedeihen ist definiert als die unzureichende Nahrungsaufnahme, Wachstum und Entwicklung zu unterstützen. Diese können verschiedene Faktoren, von denen ist Vernachlässigung aus ernährungsphysiologischen Entbehrung^25,31 haben (siehe Ross und Abel³² für eine umfassendere Überprüfung). Absichtlich verhungern, die Ergebnisse in den Tod eines Kindes oder das Kind ist viel seltener und gilt als die extremste Form der Misshandlung^25,33,34. Diese Mangelerscheinungen haben einen signifikanten Einfluss auf Knochenwachstum, besonders Längenwachstums bei Kindern als eine unmittelbare Folge der Unterernährung³⁵. Skelett-Wachstum und Mineralisierung in erster Linie abhängig von Vitamin D und Kalzium, und ihre Ergänzung zu erhöhten BMD^25,35,36verknüpft wurde.

Es ist äußerst schwierig zu identifizieren oder zu verfolgen diesen Fällen sogar eine vollständige Autopsie^31,37,38 und besonderer Berücksichtigung Methoden beschäftigt Folgendes verwendet werden muss. So ist in Fällen Tödlicher Hunger und Mangelernährung bei Verdacht auf ein multidisziplinärer Ansatz insbesondere in Fällen, in denen Reste in fortschrittlichen Staaten Zersetzung²⁶erforderlich. Wenn Skelettreste beteiligt sind, ist Knochendichtemessung ein nützliches Werkzeug in Verbindung mit anderen Skeletten Indikatoren wie Zahnentwicklung, Messung der Pars Basilaris des Schädels und der langen Röhrenknochen Längen²⁶. Ohne die skelettartigen Indikatoren für Kleinkinder und Jugendliche erwähnt, wäre es nicht möglich zu erkennen, wenn niedrige BMD das Ergebnis eines inhärenten Stoffwechselstörungen, Mangelernährung oder abgestorbene Prozess ist. Ein weiteres Problem ist die Schätzung der Körpergröße (Gewicht und Statur) in Säugling oder juvenile Skelettreste. Die normative Datensätze benötigen Informationen über Höhe oder Gewicht zu Vergleichszwecken Knochenwachstum bei Kindern ist Größe und das Alter von¹². Wenn die Überreste einer Bewertung nicht identifizierten sind, sollte Schätzverfahren eingesetzt werden. Für Säuglinge unter einem, normative DXA sind Daten Alter nur abgestimmt. Bei Jungtieren, die älter als 1, Ruff³⁹ oder Cowgill⁴⁰ empfohlen für Körpergröße in Skelettreste Schätzung, da sie auf dem Denver Wachstumsstudie Probe einschließlich basieren im Alter von 1-17^39,40. Wenn Alter und Körpergröße geschätzt, Konfidenzintervalle variieren und Vergleich des Mittelwerts an das Center for Disease Control (CDC) hergestellten sollten Wachstum Kurven⁴¹ in den Bericht sowie das Konfidenzintervall für die geschätzte Körpergröße aufgenommen werden. Es ist wichtig zu beachten, dass in den meisten Fällen Informationen über Herkunft und Geschlecht von juvenile Skelettreste vor der Pubertät, kann, die besonders wichtig für Jugendliche bestimmt werden wie Herkunft und Geschlecht sind bekanntermaßen BMD in wesentlich Erwachsene. Unter diesen Umständen kann die DXA-Methode nicht anwendbar. In bestimmten Fällen erhalten Sie vor der Analyse biologischen Informationen über Abstammung, Geschlecht und Körpergröße.

Knochendichtemessung in der Pädiatrie ist mit der Entwicklung der normativen Daten^42,43 mit DXA wird die am weitesten verbreitete Technik⁴⁴gestiegen. Unterernährte Kinder zeigen signifikant niedrigere Werte in BMD als gesunde Kinder mit Mineralisierung korreliert mit der Schwere der Unterernährung⁴⁵. DXA-Scans der Lendenwirbelsäule und Hüfte sind die am besten geeignete Bereiche für Jugendliche nach dem American College of Radiology⁴⁶zu bewerten. Reproduzierbarkeit wurde für Wirbelsäule, ganze Hüfte und Ganzkörper Kinder im gesamten Wachstum Zeitraum⁴⁷gezeigt. Jedoch wird die Lendenwirbelsäule bevorzugt, da es in erster Linie aus trabekulären Knochen besteht die empfindlicher auf metabolische Veränderungen während des Wachstums und festgestellt wurde, genauer gesagt als ganze hip Bewertungen^{25,47, 48}. mittels DXA-Scans ist üblich bei pädiatrischen Beurteilung. Jedoch da DXA zweidimensional ist, erfasst keine wahre Volumen und produziert ein BMD basierend auf Knochen Bereich¹³. Bei Kindern ist dies eine wichtige Unterscheidung als Körper und Knochen Größe variieren innerhalb und zwischen den Altersgruppen der Kinder¹². Die normative Daten verfügbar ist für den Vergleich mit DXA-Messungen, aber wählen Sie eine entsprechende Bezugspopulation Vorsicht (siehe Binkovitz und Henwood¹³ für eine Liste der häufig verwendeten DXA normativen Datenbanken).

Nach dem Scan, ein Z-Score wird anhand einer Alter abgestimmt und Bevölkerung bestimmte Referenzprobe. Z-Scores sind besser geeignet für Jugendliche seit t-Scores vergleichen die gemessenen BMD zu einem jungen Erwachsenen Probe¹². Ein Z-Score zwischen 01:58 zeigt normale BMD für chronologisches Alter während jede Ergebnis unter-2 niedrige BMD für chronologisches Alter⁴⁹zeigt. Die 01:58 reichen für die t– und Z-Score stehen bis zu zwei Standardabweichungen vom Mittelwert. Klar ist, wenn eine gemessene BMD Gäste innerhalb zwei Standardabweichungen oberhalb oder unterhalb ihrer Referenz Bevölkerung bedeuten, gelten sie als klinisch normal.

Die Abhängigkeit von morphologischen Variation für die forensische Anthropologin kommt aus vielen Quellen. Einer davon ist die skelettartigen Variation, die aus Krankheitsprozesse, einschließlich metabolische Knochen Erkrankungen⁵⁰entsteht. Die Fähigkeit zur Identifizierung von spezifischen Erkrankungen in Skelettreste hat einen zweifachen Vorteil: (1) die biologischen Informationen hinzufügen Profil machen es robuster und (2) identifizieren, wenn Frakturen sind pathologische oder das Ergebnis der zugefügte Trauma. Es gibt eine Vielzahl von metabolische Knochen Erkrankungen^51,52,53, aber die relevantesten für BMD Maßnahmen des zeitgenössischen bleibt ist Osteoporose. Osteoporose entsteht, wenn die Verlustrate der trabekulären Knochen größer als die Verlustrate der Kortikalis mit einem Reinverlust im Knochen Dichte^53,54,55ist. Trabekuläre Knochenverlust korreliert, ein erhöhtes Risiko für Frakturen, vor allem in den Knochen, die größere trabekulären Knochen Inhalt (z.B. os Coxa)^4,55haben.

Zahlreiche Studien über Osteoporose und Knochen-Mineral-Dichte in Skelettreste wurden auf archäologische Assemblagen mit DXA^56,57,58,59 und andere Methoden⁶⁰ durchgeführt ^{, 61 , 62}. jedoch Osteoporose des Erwachsenen Skeletts aus archäologischen Kontexten zu beurteilen, Praktiker außer acht lassen, dass Osteoporose klinisch Diagnose den Mittelwert aus einer jüngeren Referenzprobe zeitgleich mit den Personen erfordert ^55,63,64bewertet wird. Dies ist kein Problem in forensischen Anthropologie zusammenhängen, da Individuen Alters- und Geschlechts-abgestimmt auf modernen Bevölkerungen mit entwickelten Referenzproben für die Hüfte und der Lendenwirbelsäule sind zwar Änderungen in BMD durch Diagenese bei beachtet werden sollte forensische bleibt. Mission ist jedoch wahrscheinlicher Faktor, die Auswirkungen auf die Fähigkeit, legitime BMD Maßnahmen von archäologischen Proben zu erhalten. Dies ist eine Prüfung forensische auch in Kontexten, wo Reste von Begräbnis Bedingungen mit potentiellen Post-mortem-Takt über ein paar Monate erholt. Während noch der forensischen Interesse konnte genügend Zweifel für jede BMD-Scores gewonnenen Funde in diesen Umständen erhöht werden.

Osteoporose ist klinisch geprüft, mit t-Resultate von BMD-Maßnahmen, die von den Einzelpersonen BMD Maßnahmen in der Hüfte oder lumbalen Wirbelsäule im Vergleich zu einem jungen Erwachsenen Referenzprobe mit DXA^{65,66,67 stammen ,68}. Dieser Referenzprobe einsetzbar für das Auftreten von Osteoporose im Skelett zu identifizieren. In forensischen Kontexten, Dies empfiehlt sich aus zwei Gründen: 1) Unterscheidung zwischen Frakturen im Zusammenhang mit Missbrauch zugefügten Traumata in der älteren Patienten und solchen aus erhöhter Knochenbrüchigkeit osteoporotische Individuen⁶⁹und (2) als eine mögliche persönliche Kennung verfügen über⁵⁰.

Knochendichte galt lange Zeit als Indikator, der die Aktivität und Ernährung von einem Tier^70,71widerspiegelt. Vor kurzem wurde festgestellt, dass Knochendichte als eine intrinsische Eigenschaft des Knochens, seine Überlebensfähigkeit während abgestorbene Prozesse⁷betrifft.  Eine Folge der Zersetzung ist die differentielle Überlebensfähigkeit des skelettartigen Elementen (d.h., diskrete, anatomisch komplette Einheiten des Skeletts) und Knochendichte einsetzbar als Prädiktor für Überlebensfähigkeit oder Knochen Stärke^{7, 70 , 71 , 72 , 73 , 74 , 75}. Dies ist wichtig in forensischen Kontexten sowie archäologische und paläontologische Umgebungen, dass wirkt sich die Praktizierenden Fähigkeit, angemessen beschäftigen Methoden, um eine biologische Profil (oder Alter, Geschlecht, Statur und Abstammung) zu schätzen, wenn nur bestimmte skelettartigen Elemente vertreten sind.

Schüttdichte (Knochendichte mit Porenraum in die Messung einbezogen) ist die entsprechende Messung in dieser Situation bedenkt es genau die poröse Struktur des Knochens, der seine Anfälligkeit für abgestorbene Prozesse⁷beeinflusst. Viele Methoden zur Beurteilung der Knochendichte sind eingesetzt worden, einschließlich Single-Beam Photon Densitometrie^27,75, Computertomographie^76,77,78, Photodensitometry^{72 ,79}und DXA^80,81,82. DXA-Scans möglicherweise vorzuziehen, andere Methoden, da es relativ kostengünstig, Ganzkörper-Scans durchgeführt werden können, und Skelett Einzelelemente getrennt beurteilt werden können oder zusammen während der Analyse. Mit BMD scannt vor und nach der abgestorbene Forschungsstudien liefert nützliche Informationen über Knochen Überlebensfähigkeit aus verschiedenen abgestorbene Faktoren und Umgebungen⁸².

Dieses Papier beschreibt ein Protokoll für den Erhalt der DXA-Scans von Skelettresten. Die Methode setzt die gemeinsame, klinische Positionierung von Personen bei der Durchführung der Lendenwirbelsäule und Hüfte scannt. Dies ermöglicht Praktikern, die Skelettreste mit den entsprechenden normativen Standards zu vergleichen. Das Protokoll beschrieben gilt für Jugendliche und Erwachsene bleibt mit Einschränkungen weiter unten erläutert.

Protocol

Das Protokoll hier hält sich an der North Carolina State University Ethik-Richtlinien für die Forschung am Menschen. 1. Maschine vorbereiten Hinweis: Das folgende Protokoll kann im großen und ganzen auch auf jede Ganzkörper, klinische DXA und BMD-Scanner. Führen Sie die Kalibrierung einmal täglich vor dem Scannen Einzelpersonen um Qualitätskontrolle zu gewährleisten. Nach der Kalibrierung Eingabeaufforderungen beim Start von der System-Software Sca…

Representative Results

Die hier vorgeschlagene Methode wird häufig verwendet, in lebenden Patienten und Berücksichtigung seiner Neuheit verstorbenen Personen sollte beachtet werden. Abbildung 6 und Abbildung 8 präsentieren die Ergebnisse eines AP Lendenwirbelsäule und linke Hüfte Scan, beziehungsweise. Die einzelnen bewertet diese Scans ist ein verstorbenen weiß, Weiblich, 31 Jahre alt, der bei der forensischen Analyse Labor der North Carolina St…

Discussion

In diesem Whitepaper vorgestellten Ergebnisse sind Beispiele für die Anwendbarkeit der BMD Metrik in forensischen Kontexten. Wie Abbildung 6 und Abbildung 8 zeigen, die Abtastposition lebenden Personen für klinische BMD-Scans ist reproduzierbar mit Skelettreste, sondern muss darauf geachtet werden, um die richtige Positionierung zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig für die Hüfte Prüfung wo Identifizierung der Mittellinie des Schenkelhalses erforder…

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.