Ακτινομετρική μέθοδος αναγνώρισης του φύλου του σκελετού με βάση τα μετακάρπια οστά και τις πτέρνες

Abstract

IntroductionThe main goal in the forensic examination of a deceased, except for the cause, manner and the time of death, is the identification. When the face and the fingerprints are well preserved, the identification process can be concluded without any particular difficulties. However, when presented with cases of decomposition or fire victims these features can be missing. Difficulties increase if the only biological material available for examination is limited to a few bones. Accordingly, the development of new techniques, which may be applied both in forensic anthropology and osteoarchaeology, are required in order to effectively perform a biological profile of the skeletal remains present. The examination of morphological characteristics of the skeleton, which are highly dimorphic, can lead to the classification of the samples in regards to determine sex. Some bones, such as the pelvis and skull, vary significantly in males and females. The fact that these bones are not always present for examination created the need to develop sex identification techniques for other bones, such as the long bones, the scapula, etc. Additionally, the repeated attempt of measuring skeletal remains bears the risk of damaging the sample. Such an event is not desired, particularly in forensic cases in which the bones serve as evidence or when examining unique archaeological material. A simple but effective way to examine human remains is radiography, which is already used in cases of decomposed bodies, as well as in mass disaster events. Lately, scientists have develop identification methods based on measurements of long bones in radiographs, showing similar results in comparison to the classic osteometric methods. This radiometric method has the potential to become an application in the everyday forensic practice.Aim of the study The purpose of this research is the development of specific anthropometric techniques in order to determine the characteristics of sexual dimorphism. In addition, as a database for the Cretan population will be created, it will be possible for the first time to compare this sample to other population groups. The radiometric method in metacarpals and calcanei is expected to give satisfactory results to an extent that is scientifically accepted as reliable in forensic practice. This application should lead quickly and easily to determination of sex in cases of mass disasters, thus speeding up the identification process. Material and MethodsThe skeletal material was selected from the Cretan collection, a modern osteological collection housed at the Department of Forensic Sciences of the University of Crete. The collection includes Cretans who died between 1968 and 1998. Using a digital caliper, 7 measurements were taken on each one of the right and left metacarpal bones. Right metacarpal bones were examined from 77 skeletons, and left metacarpal bones from 81 skeletons. Also, 174 right calcanei and 164 left calcanei were examined. For each calcaneus 10 measurements were taken.This is the first study of a Cretan population, where measurements from digital radiographs of metacarpals and calcanei were taken in order to determine sex. A total of 154 pairs of right and left metacarpal bones were digitally x-rayed. Four radiometric measurements were taken for each right and left metacarpal bone and one radiometric measurement on the reference point (metal ruler with known dimensions). Furthermore, 175 pairs of calcanei were digitally x-rayed in superior position, and 166 right and 157 left calcanei were digitally x-rayed in lateral position. Six radiometric dimensions were measured on all left calcanei, in superior view, and 4 in lateral view.Discriminant function analysis was performed using SPSS 13 (Statistical Package for Social Sciences).ResultsOsteometry:-The differences between the means in males and females were significant (p < 0.001) for all measurements in all cases. -There are statistically significant differences between the mean values of left and right bones for most of the variables at p<0.05.-Sex determination of the metacarpals based on the osteometric method gave correct classification rates up to 81% for univariate and up to 85.1% for the multivariate equations. The equation with the largest percentage of correct classification for the left metacarpal bones was noted for MTC II (85.1%), and MTC III (82.7%) for the right metacarpal bones.-For the left calcanei the percentage of correct classification using a single variable ranged from 71.4% to 82.4%, and for the right calcenei from 72% to 80.3%. The rates were improved up to 84% in both cases when combinations of variables were used.-These results are inconsistent with two recent studies for metacarpals and calcanei performed on a modern skeletal collection from Athens. This clearly indicates the need to provide specific standards for the Cretan population, in order to achieve a more reliable estimation of sex in forensic cases.-The posterior probabilities for the highes performing equations were calculated.Radiometry:-Statistically significant differences were found between left and right metacarpal bones for most variables.-The determination of sex using digital radiographs in metacarpals and calcanei is possible by classifying correctly up to 89% and 85% respectively.Conclusions: 1. The osteometric method of metacarpal bones and the calcanei is highly accurate in the Cretan population, and a database of anthropometric data of these specific bones was created for the first time for this population.2. The determination of sex using digital radiographs of metacarpals and calcanei is possible, classifying correctly up to 89.4% and 84.7%, respectively.3. The radiometric method may alternatively be used in cases of mass disasters or charred victims. In addition, it is the method of choice when examining unique and sensitive archaeological material, as it carries no risk of their destruction.4. The equations derived from the bone collection of Athens are not appropriate for the Cretan sample. It is therefore important to develop separate standards in order to determine sex accurately for this population.

ΕισαγωγήΚύριο μέλημα κατά την ιατροδικαστική εξέταση πτώματος αγνώστων στοιχείων, εκτός από την αιτία, το είδος και το χρόνο θανάτου, είναι η ταυτοποίηση. Σε περιστατικά πρόσφατου θανάτου, όπου διατηρούνται ευδιάκριτα τα στοιχεία του προσώπου και τα δακτυλικά αποτυπώματα, η ταυτοποίηση γίνεται χωρίς ιδιαίτερες δυσκολίες. Σε περιπτώσεις, όμως, προχωρημένης αποσύνθεσης ή απανθράκωσης αυτά τα στοιχεία είναι αλλοιωμένα ή απουσιάζουν. Οι δυσκολίες πολλαπλασιάζονται ακόμα περισσότερο όταν το υπό εξέταση υλικό περιορίζεται σε λίγα οστά. Επομένως, η στοιχειοθέτηση του βιολογικού προφίλ των σκελετικών υπολειμμάτων απαιτεί την ανάπτυξη νέων μεθοδολογιών που μπορούν να εφαρμοστούν τόσο από την Ιατροδικαστική Ανθρωπολογία, όσο και από την Οστεοαρχαιολογία.Την ανάγκη για μια πιο έγκυρη εκτίμηση του φύλου ακόμη και από σκελετούς των οποίων τμήματα είτε ελλείπουν είτε δεν σώζονται πλήρη, επιχείρησαν να καλύψουν επιστημονικά με την εφαρμογή μεθόδων ιατροδικαστικής ανθρωπολογίας (μορφολογικές, μετρικές) σε σχεδόν καθένα από τα οστά του ανθρώπινου σκελετού. Η μακροσκοπική εξέταση του σκελετού, ως γνωστόν βασίζεται στην ποιοτική εκτίμηση κάποιων χαρακτηριστικών, τα οποία είναι ιδιαίτερα διμορφικά έτσι ώστε να οδηγούν σε ταξινόμηση των δειγμάτων στο ένα ή στο άλλο φύλο. Κάποια τμήματα του σκελετού όπως η πύελος και το κρανίο διαφέρουν σημαντικά και μπορεί κανείς να εκτιμήσει το φύλο με βάση τα χαρακτηριστικά τους. Πάρα ταύτα το γεγονός ότι δεν ανευρίσκονται πάντα έγινε αιτία να αναπτυχθούν τεχνικές αναγνώρισης φύλου από άλλα οστά όπως τα μακρά οστά, η ωμοπλάτη κτλ. Οι μέθοδοι αυτές είχαν αποτελέσματα σε περιπτώσεις σκελετών που δεν ήταν πλήρεις, αλλά δεδομένου ότι αφορούσαν στην εξέταση ενός ή μικρού αριθμού οστών παρουσίαζαν το μειονέκτημα της μικρότερης ακρίβειας. Επιπρόσθετα, η επαναλαμβανόμενη προσπάθεια μέτρησης διαστάσεων από ήδη ταλαιπωρημένα σκελετικά υπολείμματα ενέχει τον κίνδυνο της καταστροφής τους κάτι το οποίο διόλου επιθυμητό δεν είναι ιδιαίτερα στην περίπτωση των ιατροδικαστικών υποθέσεων στις οποίες τα οστά αποτελούν αποδεικτικά στοιχεία ή άλλοτε αποτελούν μοναδικό αρχαιολογικό υλικό.Ένας απλούστερος αν και αποτελεσματικός τρόπος εξέτασης ανθρωπίνων υπολειμμάτων είναι η ακτινογράφηση, η οποία χρησιμοποιείται κατεξοχήν σε περιπτώσεις σηπτικών σωμάτων, αλλά και σε μαζικές καταστροφές στις οποίες ανευρίσκονται πολυάριθμα και ανακατεμένα ανθρώπινα μέλη και η εξέταση και αναγνώριση τους είναι εξαιρετικά πολύπλοκη διαδικασία. Τελευταία αναπτύσσονται μέθοδοι αναγνώρισης με βάση μετρήσεις των μακρών οστών σε ακτινογραφίες με αποτελέσματα παραπλήσια των κλασσικών οστεομετρικών μεθόδων. Η ακτινομετρική μέθοδος έχει μέχρι τώρα όλες τις προϋποθέσεις να τύχει τελικής εφαρμογής στην καθημερινή ιατροδικαστική πρακτική.ΣτόχοςΣκοπός της έρευνας αυτής είναι η ανάπτυξη συγκεκριμένων ανθρωπομετρικών τεχνικών για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του φυλετικού διμορφισμού, ενώ παράλληλα θα γίνει εφικτή, για πρώτη φορά, η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων για τον κρητικό πληθυσμό συγκρίσιμη με αντίστοιχες βάσεις άλλων πληθυσμιακών ομάδων. Η ακτινομετρική μέθοδος στα μετακάρπια οστά και στις πτέρνες αναμένεται να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα σε βαθμό που να γίνεται επιστημονικά αποδεκτή ως αξιόπιστη στην ιατροδικαστική πρακτική. Η εφαρμογή της σε περιπτώσεις μαζικών καταστροφών κατά τις οποίες ανευρίσκονται πλήθος διαμελισμένων και ανακατεμένων σωρών αναμένεται να οδηγήσει γρήγορα και εύκολα στην αναγνώριση φύλου επιταχύνοντας έτσι τη διαδικασία της ταυτοποίησης.Υλικό και Μέθοδοι Το δείγμα της μελέτης αποτελείται από σκελετούς της Οστεολογικής Συλλογής του Εργαστηρίου Ιατροδικαστικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Κρήτης, η οποία είναι η δεύτερη σύγχρονη οστεολογική συλλογή της Ελλάδας μετά την οστεολογική συλλογή της Αθήνας. Αποτελείται από 212 ανθρώπινους σκελετούς, ως επί το πλείστον από άτομα που έζησαν στην Κρήτη για περισσότερο από τρεις γενιές. Η συλλογή φιλοξενείται προσωρινά στις εγκαταστάσεις της Ιατροδικαστικής Υπηρεσίας Κρήτης του Υπουργείου Δικαιοσύνης στο Ηράκλειο. Η συλλογή περιλαμβάνει άτομα που έχασαν τη ζωή τους μεταξύ του έτους 1968 και 1998. Επίσης συμπεριλαμβάνονται και 21 άτομα που μετανάστευσαν από την Τουρκία, τα νησιά και την ηπειρωτική Ελλάδα. Οι δημογραφικές πληροφορίες είναι διαθέσιμες για 145 άτομα και πιστοποιητικά θανάτου ανακτήθηκαν για 77 περιπτώσεις. Το φύλο είναι εμφανές από τα ονόματα που αναγράφονται στις οστεοθήκες και έχει επιβεβαιωθεί με την εξέταση της πυέλου κάθε σκελετού. Η αναλογία με βάση το φύλο είναι σχεδόν ίση. Το ηλικιακό εύρος είναι 19 έως 101 (N = 145), ενώ η μέση ηλικία είναι 69+/-13.52 για τους άνδρες και 73+/-16.9 για τις γυναίκες. Οι σκελετοί επιλέχθηκαν σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια: •Καλή συντήρηση της πλειοψηφίας των οστών με έμφαση στα μετακάρπια οστά και τις πτέρνες.•Εκπροσώπηση όλων των ηλικιακών ομάδων και για τα δύο φύλα (στο μέτρο του δυνατού).•Ελάχιστη ύπαρξη τραύματος ή ορατών παθολογικών αλλοιώσεων.•Επιβεβαίωση κρητικής καταγωγής των ατόμων.Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στα μετακάρπια οστά και στις πτέρνες σύμφωνα με κλασσικές οστεομετρικές μεθόδους και παράλληλα δημιουργήθηκε μία βάση δεδομένων για τα ανθρωπομετρικά στοιχεία των συγκεκριμένων οστών του Κρητικού πληθυσμού για πρώτη φορά. Συνολικά μετρήθηκαν τα δεξιά μετακάρπια οστά από 77 σκελετούς και τα αριστερά μετακάρπια οστά από 81 σκελετούς, ενώ για κάθε μετακάρπιο οστό λήφθηκαν 7 μετρήσεις. Επίσης, εξετάστηκαν 174 πτέρνες του δεξιού άκρου ποδός και 164 πτέρνες του αριστερού άκρου ποδός. Για κάθε πτέρνα μετρήθηκαν 10 διαστάσεις.Ελήφθησαν μετρήσεις σε ψηφιακές ακτινογραφίες των μετακαρπίων οστών και των πτερνών του Κρητικού πληθυσμού για πρώτη φορά. Συνολικά ακτινογραφήθηκαν ψηφιακά με πανοραμική όψη (superior) 154 ζευγάρια δεξιών και αριστερών μετακαρπίων οστών τοποθετημένα σε ανατομική θέση. Πραγματοποιήθηκαν 4 ακτινομετρικές μετρήσεις για κάθε δεξιό και αριστερό μετακάρπιο οστό σε πανοραμική όψη, καθώς και 1 ακτινομετρική μέτρηση που αφορά στο σημείο αναφοράς (μεταλλικός χάρακας, γνωστών διαστάσεων). Επιπλέον, ακτινογραφήθηκαν ψηφιακά με πανοραμική όψη (superior) 175 ζευγάρια πτερνών τοποθετημένες σε ανατομική θέση. Στην συνέχεια ακτινογραφήθηκαν ψηφιακά σε πλάγια όψη (lateral) 166 δεξιές πτέρνες, καθώς και 157 αριστερές πτέρνες. Πραγματοποιήθηκαν 6 ακτινομετρικές μετρήσεις σε όλες τις αριστερές πτέρνες σε πανοραμική και 4 σε πλάγια όψη.Τα αποτελέσματα των ανωτέρω μετρήσεων έχουν υποβληθεί σε διακρίνουσα στατιστική ανάλυση (discriminant function analysis) και έχουν προσδιοριστεί οι μεταβλητές που διαχωρίζουν το φύλο με μεγαλύτερη επιτυχία. ΑποτελέσματαΟστεομετρική μέθοδοςΣύμφωνα με τα οστεομετρικά αποτελέσματα των μετακαρπίων (MTC) στα δεξιά MTC2, MTC3, MTC4 και MTC5 υπάρχουν σταθερά υψηλότερες μέσες τιμές για όλες τις μετρήσεις. Αυτές οι διαφορές είναι στατιστικώς σημαντικές στο επίπεδο ρ <0.05. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα αντίστοιχης μελέτης από την οστεολογική συλλογή της Αθήνας, όπου δεν βρήκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των μέσων τιμών των αριστερών και δεξιών MTC στο δείγμα τους, συνεπώς δημιουργήθηκαν διαφορετικές εξισώσεις για τα αριστερά και δεξιά MTC2, MTC3, MTC4 και MTC5. Η καλύτερη μονοπαραγοντική εξίσωση βασίστηκε στο αριστερό MTC2 με ποσοστό σωστής ταξινόμησης 85.3%, ακολουθούμενη από το δεξιό MTC4 με ποσοστό σωστής ταξινόμησης 81.5%. Η καλύτερη πολυπαραγοντική εξίσωση χρησιμοποίησε τρεις μεταβλητές με επιτυχία 85.1% του δείγματος. Σύμφωνα με τα οστεομετρικά αποτελέσματα των πτερνών από τις δέκα μεταβλητές τρεις βρέθηκαν να διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά (p <0.05) μεταξύ αριστερών και δεξιών. Οι διαφορές μεταξύ των μέσων τιμών στα αρσενικά και τα θηλυκά άτομα ήταν σημαντικές (p<0.05) για όλες τις μετρήσεις σε όλες τις περιπτώσεις. Για τις αριστερές πτέρνες το ποσοστό σωστής ταξινόμησης των μονών μεταβλητών κυμάνθηκε από 71.4% έως 82.4%. Για τις δεξιές πτέρνες το ποσοστό σωστής ταξινόμησης των μονών μεταβλητών κυμάνθηκε από 72% έως 80.3%. Για τις μέσες τιμές το ποσοστό σωστής ταξινόμησης των μονών μεταβλητών κυμάνθηκε από 71% έως 81%. Δοκιμάζοντας διάφορους συνδυασμούς μεταβλητών βρήκαμε τρεις εξισώσεις με ποσοστό σωστής ταξινόμησης από 84.9% έως 85.3%. Κατά τη διάρκεια της ανάλυσης των δεδομένων για τον πληθυσμό της Κρήτης δημοσιεύτηκε μια μελέτη εκτίμησης φύλου από τις μετρήσεις της αριστερής πτέρνας από την συλλογή της Αθήνας (Peckmann et al., 2015). Κρίθηκε αναγκαία η εφαρμογή των εξισώσεων που προτείνουν οι Peckmann και συνεργάτες (2015) στο πληθυσμό της Κρητικής συλλογής. Το δείγμα από την Κρήτη ταξινομήθηκε σωστά από 52.2-79.1% χρησιμοποιώντας τις μονές μεταβλητές και από 59,7 έως 80,6% χρησιμοποιώντας τις πολυπαραγοντικές εξισώσεις. Σε κάθε περίπτωση το ποσοστό ταξινόμησης είναι μικρότερο από τα ποσοστά της μελέτης των Peckmann et al., (2015) του πρότυπου δείγματος και του δείγματος της Διασταυρωμένης Επικύρωσης (cross-validated). Επιπρόσθετα τα ποσοστά σωστής ταξινόμησης για άνδρες και γυναίκες δεν εμφανίζονται ισορροπημένα. Για παράδειγμα οι εξισώσεις 1 και 3 ταξινομούν τους άνδρες σωστά με ποσοστά 98.5% και 97% αντίστοιχα και τις γυναίκες με ποσοστά 35.8% και 22.4% αντίστοιχα. Είναι προφανές ότι οι εξισώσεις που προέκυψαν από τη Συλλογή της Αθήνας δεν είναι κατάλληλες για το δείγμα της Κρητικής Συλλογής που είναι και πιο αντιπροσωπευτικό του πραγματικού Κρητικού πληθυσμού εφόσον επί τω πλείστον παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερο σφάλμα στην ταξινόμηση των γυναικών σε σχέση με τα αναφερόμενα ποσοστά της μελέτης των Peckmann et al., (2015) του πρότυπου δείγματος και του δείγματος της Διασταυρωμένης Επικύρωσης. Επομένως, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν ξεχωριστά πρότυπα για την εκτίμηση του φύλου για το συγκεκριμένο πληθυσμό. Επιπρόσθετα, εφόσον η εν λόγω μελέτη ανέδειξε διαφορές μεταξύ των αριστερών και δεξιών οστών πρέπει να δημιουργηθούν εξισώσεις ξεχωριστά για αριστερά, δεξιά οστά και τις μέσες τιμές για κάθε μεταβλητή.Ακτινομετρική μέθοδοςΤα ακτινομετρικά αποτελέσματα των μετακαρπίων αποκάλυψαν ότι το MTC1 και το MTC2 παρουσιάζουν την μεγαλύτερη ασυμμετρία με τρεις από τις τέσσερεις μεταβλητές να διαφέρουν στατιστικά σημαντικά (p<0,05) μεταξύ δεξιού και αριστερού οστού. Όλες οι μεταβλητές βρέθηκαν να διαφέρουν στατιστικά σημαντικά μεταξύ των δύο φύλων, τόσο για τα δεξιά οστά, όσο και για τα αριστερά οστά. Σε όλες τις περιπτώσεις η μέση τιμή κάθε μεταβλητής για τους άνδρες ήταν μεγαλύτερη από αυτή των γυναικών. Η καλύτερη μονοπαραγοντική εξίσωση βασίστηκε στο δεξιό MTC1 με ποσοστό σωστής ταξινόμησης 84.8%. Η καλύτερη πολυπαραγοντική εξίσωση αφορά το MTC1 και χρησιμοποιεί όλες τις μεταβλητές με ποσοστό σωστής ταξινόμησης 91% για το πρότυπο δείγμα και 89.4% για το δείγμα Διασταυρωμένης Επικύρωσης (cross-validated).Τα ακτινομετρικά αποτελέσματα των αριστερών πτερνών αποκάλυψαν ότι οι διαφορές μεταξύ των μέσων τιμών στα αρσενικά και τα θηλυκά άτομα ήταν σημαντικές (p <0.001) για όλες τις μετρήσεις σε όλες τις περιπτώσεις. Η πιο αποτελεσματική μεταβλητή, όπως αποδεικνύεται από την άμεση διακρίνουσα στατιστική ανάλυση για τις αριστερές πτέρνες διαχώρισε το φύλο με επιτυχία σε 84.7% του δείγματος. Η καλύτερη πολυπαραγοντική εξίσωση χρησιμοποίησε δύο μεταβλητές με 82,6% ακρίβεια ταξινόμησης.Συμπεράσματα1.Η οστεομετρική μέθοδος των μετακαρπίων οστών και των πτερνών είναι επιτυχής για τον Κρητικό πληθυσμό, για τον οποίο δημιουργήθηκε πλέον μία βάση δεδομένων για τα ανθρωπομετρικά στοιχεία των συγκεκριμένων οστών για πρώτη φορά.2.Ο προσδιορισμός του φύλου του ατόμου με την χρήση ψηφιακών ακτινογραφιών μετακαρπίων και πτερνών είναι δυνατή με σωστή ταξινόμηση έως και 89.4% και 84.7% αντίστοιχα.3.Η ακτινομετρική μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί εναλλακτικά σε περιστατικά μαζικών καταστροφών ή απανθρακωμένων θυμάτων. Επίσης, αποτελεί μέθοδο εκλογής σε μοναδικό, ευαίσθητο αρχαιολογικό υλικό, καθώς δεν ενέχει τον κίνδυνο της καταστροφής τους.4.Οι εξισώσεις που προέκυψαν από τη Συλλογή της Αθήνας δεν είναι κατάλληλες για το δείγμα της Κρητικής Συλλογής που είναι και πιο αντιπροσωπευτικό του πραγματικού Κρητικού πληθυσμού. Επομένως, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν ξεχωριστά πρότυπα για την εκτίμηση του φύλου για συγκεκριμένο πληθυσμό.