Προσδιορισμός της ανατομικής θέσης και αλληλοδιαδοχής των θωρακικών σπονδύλων με μεθόδους τρισδιάστατης γεωμετρικής μορφομετρίας: εφαρμογή στην ιατροδικαστική διερεύνηση κατακερματισμένου σκελετικού υλικού

Abstract

In events of mass disasters, such as the recent fires in Eastern Attica, Forensic Science is called upon to classify a large number of commingled remains. The main aim is to sort the commingled remains and attribute them to their families. However, a widely accepted method has not yet been developed to solve this specific issue. For this reason, the present doctoral thesis carried out in the Forensic Anthropology Unit of the Forensic and Toxicology Laboratory aimed at developing a method to determine the anatomical position and the sequence of the typical thoracic vertebrae with three-dimensional geometric morphometric techniques. The skeletal material used for the present research is from three different geographical contexts and from two different chronological periods. A total of 98 skeletons, of adult individuals, and specifically skeletons that had at least two to eight consecutive typical thoracic vertebrae. A total of 623 vertebrae were scanned using the Artec Space Spider 3D structured light scanner, which provides high-resolution 3D models that can be used for 3D geometric morphometry analyses. The free software PAST software package (Past4Project, version 4.03) was used for the process of statistical processing of the "raw" coordinates of the 3D landmarks placed in the generated models, and also for the analysis of the Procrustes superposition. To evaluate the applicability of the proposed methodology, the difference of the measurements using the caliper on the dry bone as well as on the produced 3D models was examined. The repeatability of the placement of the landmarks was also studied. Both for the succession of the vertebrae as well as for the determination of the anatomical position of the vertebrae, an intra-observer and interobserver test was performed. The results of these two tests were examined with a technical error of measurement (TEM) and presented a rate of less than 1.5% and 2% respectively. This indicates that the methodology can also be replicated by other researchers. At the same time, a blind test was carried out concerning both aims of the research. Initially, to determine the anatomical position of the vertebrae and therefore, their classification per person, the method was applied to an additional pair of consecutive thoracic vertebrae. In addition, to study the succession of typical thoracic vertebrae, the protocol was applied to a case of the Forensic Anthropology Unit. In both assessments, homogeneity of the results with those presented in the main study was observed. The methodology can be applied to a sample of individuals regardless of sex and therefore, when studying skeletal material, sex determination is not required. Assessment of the anatomical position of the typical thoracic vertebrae is most reliable for the T2, T3, T4 vertebrae and least reliable for the lower thoracic. The classification of vertebrae by individual and the determination of their anatomical position in relation to the superior or inferior vertebra of the same individual seems to have better results when the bones compared are fewer (e.g., three pairs of T6-T7). The approach proposed is thought to work better as a means of rejecting some hypotheses, rather than an absolute certainty about the location or provenance of the bones. This occurs because it is possible to have more than one vertebra of a similar shape, but which are not in the same position in the spine, possibly due to the differentiation of the bones between individuals. For this reason, it is considered necessary to further investigate this issue both in a sample of another population and in fragmented bones, while at the same time, it should be noted that the probability of correct identification increases significantly when the final confirmation can be done macroscopically. Future research could focus on increasing the sample and also on applying the methodology to a different set of landmarks that might lead to different results. In the future the increase of landmarks or the use of semi-landmarks could be investigated as it is possible that the choice of landmarks of the present study played a role in the conduct of the results or did not contribute to significant differentiation. Therefore, in this doctoral thesis the possibility of applying a methodology based on three-dimensional geometric morphometry related to the management of the typical thoracic vertebrae and determining their position in the spine as well as their sorting per person that can be applied both in cases where the bones of different individuals are found together, as well as in the recording of individual court cases.

Σε συμβάντα μαζικών καταστροφών, όπως οι φονικές πυρκαγιές στην ανατολική Αττική το 2018, απαιτείται συχνά η ανθρωπολογική ταξινόμηση κατ’ άτομο μεγάλου αριθμού συμφυρμένων οστών προκειμένου να διευκολυνθεί η ταυτοποίηση των θυμάτων. Ωστόσο, για την επίλυση του εν λόγω ζητήματος δεν έχει αναπτυχθεί μέχρι σήμερα μία ευρέως αποδεκτή μέθοδος. Η παρούσα διδακτορική διατριβή που πραγματοποιήθηκε στη Μονάδα Δικαστικής Ανθρωπολογίας του Εργαστηρίου Ιατροδικαστικής και Τοξικολογίας της Ιατρικής Σχολής ΕΚΠΑ είχε ως στόχο την ανάπτυξη μεθόδου για τον προσδιορισμό της ανατομικής θέσης και της αλληλοδιαδοχής των τυπικών θωρακικών σπονδύλων με τεχνικές τρισδιάστατης γεωμετρικής μορφομετρίας. Το σκελετικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε προήλθε από τρεις διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές της Ελλάδος (Αθήνα, Κρήτη, Κομοτηνή) και δύο διαφορετικές χρονολογικές περιόδους. Συνολικά εξετάστηκαν 98 σκελετοί ενηλίκων ατόμων από τρεις τεκμηριωμένες οστεολογικές συλλογές, οι οποίοι διέθεταν από δύο ως και οκτώ αλληλοδιάδοχους τυπικούς θωρακικούς σπονδύλους (Θ2-Θ9). Οι εν λόγω σπόνδυλοι (623 συνολικά) σαρώθηκαν με τη χρήση του τρισδιάστατου σαρωτή δομημένου φωτός Artec Space Spider, ο οποίος δημιουργεί τρισδιάστατα μοντέλα υψηλής ανάλυσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αναλύσεις τρισδιάστατης γεωμετρικής μορφομετρίας. Για τη στατιστική επεξεργασία των «ακατέργαστατων» συντεταγμένων των τρισδιάστατων τοποσήμων που τοποθετήθηκαν στα παραγόμενα μοντέλα και την υπέρθεση Προκρούστη που ακολούθησε χρησιμοποιήθηκε το ελεύθερο λογισμικό PAST.Για την αξιολόγηση της εφαρμοσιμότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας εξετάστηκε η διαφορά των μετρήσεων με διαστημόμετρο με τις μετρήσεις που ελήφθησαν από τα παραγόμενα τρισδιάστατα μοντέλα. Η επαναληψιμότητα της τοποθέτησης των τοποσήμων που χρησιμοποιήθηκαν στον προσδιορισμό της ανατομικής θέσης και αλληλοδιαδοχής των σπονδύλων εξετάστηκε διερευνώντας τόσο την εσωτερική αξιοπιστία όσο και την αναπαραγωγιμότητα. Τα αποτελέσματα των δύο δοκιμασίων αξιολογήθηκαν με τον έλεγχο του Τεχνικού Σφάλματος Μέτρησης (TEM), ο οποίος έδωσε ποσοστό μικρότερο του 1,5% και 2% αντιστοίχως, γεγονός που καταδεικνύει ότι η μεθοδολογία μπορεί να επαναληφθεί και να αναπαραχθεί από άλλους ερευνητές. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε τυφλή δοκιμασία και εφαρμογή του πρωτοκόλλου για την απάντηση στα δύο ερευνητικά ερωτήματα που είχαν τεθεί. Συγκεκριμένα, για τον προσδιορισμό της ανατομικής θέσης των σπονδύλων και κατ’ επέκταση την ταξινόμηση τους κατ’ άτομο, η μέθοδος εφαρμόστηκε σε ένα επιπλέον ζεύγος θωρακικών σπονδύλων. Επιπροσθέτως, για τη μελέτη της αλληλοδιαδοχής των τυπικών θωρακικών σπονδύλων το πρωτόκολλο εφαρμόσθηκε και σε μία δικαστική υπόθεση που εξετάσθηκε στη Μονάδας Δικαστικής Ανθρωπολογίας. Και στις δύο περιπτώσεις, παρατηρήθηκε ομοιογένεια των αποτελεσμάτων της τυφλής δοκιμασίας με αυτά που παρουσιάστηκαν στη βασική έρευνα. Η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί σε δείγμα ατόμων ανεξαρτήτως φύλου και συνεπώς κατά τη μελέτη σκελετικού υλικού δεν προαπαιτείται ο προσδιορισμός του φύλου. Η αξιολόγηση της ανατομικής θέσης των τυπικών θωρακικών σπονδύλων είναι πιο αξιόπιστη για τους σπονδύλους Θ2, Θ3, Θ4 και λιγότερο αξιόπιστη για τους κατώτερους θωρακικούς. Η ταξινόμηση των σπονδύλων κατ’ άτομο και ο προσδιορισμός της ανατομικής τους θέσης σε σχέση με τον υπερκείμενο ή υποκείμενο σπόνδυλο του ιδίου ατόμου φαίνεται να έχει καλύτερα αποτελέσματα όταν τα οστά που συγκρίνονται είναι λιγότερα (π.χ. τρία ζεύγη Θ6-Θ7). Η μεθοδολογία που προτείνεται θεωρείται ότι λειτουργεί καλύτερα ως μέσο απόρριψης κάποιων υποθέσεων, παρά ως μέσο απόλυτης βεβαιότητας αναφορικά με τον προσδιορισμό της ανατομικής θέσης ή την προέλευση των σπονδύλων που εξετάζονται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι πιθανό να υπάρχουν περισσότεροι του ενός σπόνδυλοι με παρόμοιο σχήμα, λόγω των διαφορών των οστών μεταξύ των ατόμων, με αποτέλεσμα την τοποθέτησή τους μέσω της μεθόδου σε διαφορετική ανατομική θέση από αυτή που πραγματικά ανήκουν. Κρίνεται απαραίτητη η περαιτέρω έρευνα τόσο σε δείγμα διαφορετικών πληθυσμών, όσο και σε κατακερματισμένους σπονδύλους. Όπως προκύπτει από την παρούσα έρευνα, η πιθανότητα σωστής ταύτισης αυξάνεται σημαντικά όταν η τελική επιβεβαίωση γίνει και μακροσκοπικά. Συμπερασματικά, η προτεινόμενη μεθοδολογία δύναται να εφαρμοστεί τόσο στην καθ’ ημέρα δικαστική ανθρωπολογική πράξη, σε περιστατικά που παρατηρείται έντονος συμφυρμός του σκελετικού υλικού ή και κατακερματισμός των ανευρεθέντων οστών, όσο και στην Οστεοαρχαιολογία κατά την ανθρωπολογική μελέτη ανασκαφέντων σκελετικών συνόλων.