UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ODONTOLOGIA DE PIRACICABA
TALITA MAXIMO CARREIRA RIBEIRO
MORFOMETRIA TRIDIMENSIONAL DO CANAL DA MANDÍBULA
COMO INDICADOR DO DIMORFISMO SEXUAL
3D MORPHOMETRY OF THE MANDIBULAR CANAL AS AN
INDICATOR TO SEXUAL DIMORPHISM
PIRACICABA 2017
TALITA MAXIMO CARREIRA RIBEIRO
MORFOMETRIA TRIDIMENSIONAL DO CANAL DA MANDÍBULA
COMO INDICADOR DO DIMORFISMO SEXUAL
3D MORPHOMETRY OF THE MANDIBULAR CANAL AS AN
INDICATOR TO SEXUAL DIMORPHISM
Dissertação apresentada à Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Mestra em Biologia Buco-Dental, na Área de Odontologia Legal e Deontologia
Dissertation presented to the Piracicaba Dental School of the University of Campinas in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master in Dental Biology in the Forensic Dentistry & Ethics area.
Orientador: Prof.ª Dra. Ana Cláudia Rossi
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA TALITA MAXIMO CARREIRA RIBEIRO E ORIENTADA PELA PROF.ª DRA. ANA CLÁUDIA ROSSI.
PIRACICABA 2017
DEDICATÓRIA
À todos mestres e doutores com os quais aprendi a caminhar sozinha e à todos aqueles que escolheram caminhar ao meu lado;
À memória do mestre Prof. Dr. Eduardo Daruge, por nos inspirar com todo seu amor a Odontologia Legal;
AGRADECIMENTOS
À Universidade Estadual de Campinas, na pessoa do Magnifico Reitor Prof. Dr. José Tadeu Jorge.
À Faculdade de Odontologia de Piracicaba, na pessoa do Senhor Diretor, Prof. Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques.
A Coordenadoria de Pós-Graduação, na pessoa da Senhora Coordenadora Prof. Dr.ª Cinthia Pereira Machado Tabchoury.
À Equipe Técnica da Coordenadoria de Pós-graduação, em nome da Ana Paula Carone, Érica A. Pinho Sinhoreti e Leandro Viganó, sempre dispostos a ajudar.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio financeiro oferecido para realização desta pesquisa.
Ao programa de pós-graduação em Biologia Buco-Dental, na figura da coordenadora Profª. Dr.ª Maria Beatriz Duarte Gavião.
À Prof.ª Dr.ª Ana Cláudia Rossi, pela orientação, assistência e apoio. Ao Prof. Dr. Alexandre Rodrigues Freire, pela ajuda durante a realização deste trabalho. A convivência e os dias trabalhados foram com certeza mais tranquilos e agradáveis com vocês.
Ao Prof. Dr. Eduardo Daruge Júnior, por todo trabalho, atenção e amor dados à Odontologia Legal, meus sinceros agradecimentos.
Aos meus pais, Icide Ana e Roberto, por acreditarem sempre na minha capacidade e por me darem todo o suporte, apoio, incentivo e amor, por serem o exemplo a ser seguido, aos meus irmãos Rafael, Mylena e Aline, por caminharem comigo sempre, toda minha admiração, respeito, carinho e amor eterno
Ao Henrique Zabeu, pelo incentivo, apoio, paciência e encorajamento que me presenteou durante essa jornada.
Aos colegas e amigos que fiz nessa jornada, Daniel Pignatari, Renato Taqueo, Talita Lima, Marília Leal, Thaiane Bregadioli, Juliana Haddad, Marcos Paulo, Rodrigo Matoso. Em especial à Denise Rabelo e Rafael Araújo, pela ajuda indispensável que tive ao longo do trabalho que junto a Larissa Lopes, Yuli Andrea, Sarah Costa, Bruna Tadeu, Fábio Delwing e Geraldo Miranda me acompanham desde os primeiros passos na Odontologia Legal, obrigada por sempre disporem a ajudar e por tornar o caminho mais agradável e divertido.
A todos familiares e amigos que de forma direta e indireta colaboraram para a realização deste estudo.
RESUMO
Os processos para identificação humana são feitos a partir da determinação do sexo, seguido da idade, estatura e ancestralidade. A definição do sexo é muito importante nesse processo e algumas estruturas anatômicas têm importante valor nessa busca, principalmente em casos de cadáveres em avançado estado de decomposição ou em ossadas. Na antropologia forense, a determinação do sexo é realizada pela pelve seguida do crânio, a mandíbula, por ser o osso mais forte do crânio e o melhor preservado depois da morte, e é um dos recursos anatômicos mais úteis para obter o perfil biológico em restos de esqueletos humanos fragmentados. Estudos prévios indicam que a posição relativa do canal da mandíbula e dos forames mentoniano e da mandíbula, em adultos, apresentam dimorfismo sexual. O objetivo deste estudo foi avaliar o volume do canal da mandíbula em tomografias computadorizadas para investigar se esta estrutura anatômica apresenta dimorfismo sexual. Além disso, verificamos a probabilidade de determinar o sexo a partir do volume do canal da mandíbula pelo teste de regressão logística. Na pesquisa foram utilizadas 125 tomografias de mandíbulas humanas secas computadorizadas (48 do sexo feminino e 77 do sexo masculino; faixa etária de 19 a 100 anos com nacionalidade brasileira). Foi utilizado o software Mimics 17.0 (Materialise, NV, Bélgica) para a realização da segmentação das imagens em cada tomografia computadorizada, a reconstrução 3D foi realizada para obter o volume desses componentes. A análise estatística foi realizada no software interface R CRAN for Linux, Inc. Foi realizada com o teste comparativo Mann-Whitney não pareado, considerando os canais direito e esquerdo separadamente. Realizou-se teste de regressão para verificar a probabilidade de determinação do sexo. Os resultados mostraram no teste t-Student nenhuma diferença significativa entre os lados, p> 0,05. A distribuição dos dados dos canais das mandíbulas masculinas não foi paramétrica, considerando o canal direito separadamente. Houve uma diferença estatisticamente significativa p-valor de 1,26 × 10-9. O resultado geral mostrou que o volume do canal da mandíbula apresentou dimorfismo sexual. Em conclusão, o volume é um parâmetro para o dimorfismo sexual. Além disso, sugere-se que as imagens tomográficas e a reconstrução tridimensional, em software específico para essa finalidade, possam auxiliar os profissionais em identificação humana forense, fornecendo um método rápido e preciso.
Palavras-chave: craniometria, tomografia computadorizada, dimorfismo sexual, antropometria, antropologia forense.
ABSTRACT
Human identification is a process determined by sex, followed by age, stature and ancestry. Sex determination is highly significant in this process and some anatomical structures have important value in this search, especially in cases of cadavers in an advanced state of decomposition or bones fragmentation. In forensic anthropology, the determination of sex is performed by the analysis of the pelvis followed by the skull. The mandible, being the strongest bone of the skull and best preserved after death, is one of the most useful anatomical resources for estimating ancestry, sex, age and stature in fragmented human skeletal remains. Previous studies indicate that the relative position of the mandibular canal and mental and mandible foramina in adults show sexual dimorphism. The aim of this study was to evaluate the volume of the mandibular canal in computed tomography and to investigate if this anatomical structure presents sexual dimorphism. In addition, we verified the probability to determined the sex from the mandibular canal volume by the regression analysis test. One hundred and twenty five computed tomography from adults dried human mandibles selected at random ranging in age from 19 to 100 years (48 females and 77 males), were included in the study. The software Mimics 17.0 (Materialise, NV, Belgium) was used to perform the image segmentation on each computed tomography and to create 3D reconstruction to obtain the volume of the mandibular canal. Statistical analysis was performed using CRAN for Linux, Inc. R interface software, through the unpaired Wilcoxon-Mann-Whitney comparative test, considering the right and left mandibular canals separately. Regression analysis test was performed to verify the probability to determined the sex. Results showed in the t-Student test no significant difference between the sides, p>0,05. The male distribution of the mandibular canal data was not parametric, considering the right canal separately. There was a statistically significant difference p-value of 1.26 × 10-9. The overall outcome showed that the volume of the mandibular canal presented sexual dimorphism in order to obtain a formula for determining sex from the volume of the mandibular canal. In conclusion, the volume of the mandibular canal is a parameter for sexual dimorphism. Moreover, it is suggested that tomographic images and three-dimensional reconstruction in specific software for this purpose may assist professionals in forensic human identification, providing a quick and accurate method.
Keywords: craniometry, computed tomography, sexual dimorphism, anthropometry, forensic anthropology.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figure 1 - Example of three-dimensional segmentation procedure of MC for
volume measurement (in mm³). 24
Figure 2 - A) Anterior view of the mandible with MC highlighted in three-dimensional reconstruction for volume measurement (in mm³). B) Posterolateral view of mandible with MC highlighted in three-dimensional reconstruction for volume measurement (in mm³). 25 Figure 3 - Left and right MC volume (mm³) by Student’s t-test. 27
Figure 4 - Volume (mm3) of the right MC. 27
Figure 5 - ROC test curve of the right side Logit, for the sex determination
LISTA DE TABELAS
Table 1 - The distribution of the sample and the data obtained in each sex of
the left side 26
Table 2 - The distribution of the sample and the data obtained in each sex of
the right side 26
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CM Canal da Mandíbula
MC - Mandibular Canal
CT - Tomografia Computadorizada
TC - Computed Tomography
ROI - Region of Interest
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 16
2 ARTIGO 20
2.1 3D MORPHOMETRY OF THE MANDIBULAR CANAL AS AN INDICATOR TO SEXUAL DIMORPHISM.
20
3 CONCLUSÃO 33
REFERÊNCIAS 34
ANEXOS 37
ANEXO 1: Comprovante de Submissão 37
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1 INTRODUÇÃO
As características anatômicas da maioria dos ossos humanos contribuem para o dimorfismo sexual, e tais elementos são de grande importância no processo de identificação. Nos casos de o cadáver estar íntegro e recente, a análise para determinar o sexo não apresenta dificuldades, já em casos de cadáveres em avançado estado de decomposição ou em restos esqueletizados, algumas estruturas anatômicas têm importante valor nessa busca. A pelve é a estrutura que mais se apresenta dimórfica e pode atribuir o sexo, o segundo osso mais confiável para definir o sexo é o crânio, que pode fornecer uma precisão de mais de 90%, utilizando abordagens métricas ou não métricas (Spradley e Jantz, 2011; Dong et al., 2015; Krishan et al., 2016). No crânio, a estimativa do sexo é conduzida por regiões isoladas como os dentes, os ossos nasais, o frontal, o occipital, o processo mastóide, o forame magno e o palato (Kanchan et al., 2013).
O esqueleto da cabeça é composto por 22 ossos cranianos, sendo esses em pares ou individuais. O crânio é dividido em neurocrânio, conjunto de 8 ossos que protegem o encéfalo, e viscerocrânio, formado por 14 ossos que se relacionam e protegem os órgãos do sentido (Daruge et al., 2017).
A mandíbula pertence ao viscerocrânio se articulando ao crânio por meio da articulação temporomandibular. Constitui o viscerocrânio e é o osso mais forte do crânio e o melhor preservado depois da morte, principalmente em desastres em massa (HU et al., 2006; Gamba et al., 2014; Daruge et al., 2017), sendo considerado um dos recursos anatômicos mais úteis para a estimativa de ancestralidade, sexo, idade e estatura em restos de esqueletos humanos fragmentados. A literatura cita algumas estruturas anatômicas que colaboram com o dimorfismo sexual, como: o ângulo formado no gônio, a largura, o comprimento, a distância bigonial entre outros indicadores morfológicos (Oliveira, 1996; Blau e Briggs, 2011; Dong et al., 2015).
As diferenças entre os sexos e entre os grupos étnicos nas características morfológicas da mandíbula são determinadas pelo ambiente e diferentes padrões de crescimento, que se torna possível se enquadrarem como fatores de variação sexual (Hu et al., 2006).
O nervo alveolar inferior é um ramo do nervo da mandíbula (ramo do nervo trigêmeo) que, juntamente com a artéria alveolar inferior penetra no forame da mandíbula e através deste alcança o canal da mandíbula (CM) e segue para a região
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anterior com trajeto intraósseo até o forame mentoniano, onde se divide em dois ramos terminais: o nervo mentoniano e o ramo incisivo. O nervo mentoniano tem curso extraósseo e inerva a pele, a mucosa do lábio inferior, a mucosa alveolar e a gengiva da área do mento. Já o feixe incisivo tem curso intraósseo (Gray e Goss, 1977; Wadu, Penhall e Townsend, 1997).
O CM está localizado no interior do corpo da mandíbula, com início no forame da mandíbula e exteriorizando-se no forame mentoniano, podendo ou não continuar seu trajeto intraósseo em direção à região do mento, como um canal único. Esse canal apresenta-se curvo de posterior para anterior, cruzando obliquamente todo o corpo da mandíbula (Kieser, Kieser e Hauman, 2005).
O estudo dos ossos e de mensurações anatômicas, fornecem informações sobre sua origem, ancestralidade, sexo, estatura e idade, ajudando a estabelecer a identidade de um indivíduo. A antropologia forense estuda os aspectos físicos e biológicos de restos humanos no contexto legal e forense, como características dentais, caracteres do crânio, alterações ósseas, variações anatômicas, lesões ósseas, entre outros, para obtenção de fatores como sexo, idade, estatura, e cor da pele. Dentro da antropologia forense há dois métodos de estudo, a Antroposcopia que estuda caracteres descritivos subjetivos e a Antropometria que se baseia nas medidas, ângulos e projeções feitas pelas diferentes partes do corpo. A craniometria limita-se a medidas realizadas em diversas partes do crânio, objetivando estabelecer a identidade. Enfim, compreende o estudo dos ossos, de medições anatômicas e qualquer dado que possa ajudar na identificação de um indivíduo (Cattaneo, 2006; Costa, 2012; Krishan et al., 2016).
A identidade torna um indivíduo diferente dos demais, e compreende um conjunto de caracteres físicos, funcionais e psíquicos. Os elementos que individualizam um ser humano na sociedade são características como estado civil, filiação, idade, naturalidade e nacionalidade, sendo que se referem à identidade física, porém esse conjunto de caracteres não deixa uma marca durável na estrutura física de um indivíduo. A identificação de uma pessoa é realizada pela comparação dos caracteres, buscando semelhanças entre dados registrados no passado e os obtidos no presente (Daruge et al., 2017).
A identificação é uma necessidade humanitária e fundamental para recursos legais, para que este processo seja apropriado deve-se preencher cinco requisitos técnicos: individualidade, imutabilidade, perenidade, praticabilidade e
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classificabilidade, sendo que o DNA, os arcos dentais e a datiloscopia são métodos primários de identificação e se encaixam nos requisitos técnicos. A necessidade da identificação de restos humanos nota-se tanto na morte natural quanto nos desastres, nos quais os corpos estão em decomposição, desmembrados e/ou mutilados de uma maneira que o reconhecimento não seja possível (Vanrell, 2009, Krishan,2016).
As técnicas de imagem são de uso comum no processo de identificação. A tomografia computadorizada é usada há décadas e tem se mostrado efetiva nas imagens de cabeça e pescoço tanto para a área clinica como para a forense (Angel et al., 2011). As imagens são mais consistentes com medições diretas (Joudzbaly e Wang, 2010), seus dados podem ser reformatados em modelos computacionais tridimensionais que podem ser vistos a partir de ângulos diferentes, e que respeitem perspectiva quando ampliada para dentro ou para fora da tela do computador (Forrest, 2012).
Estudos recentes (Liang et al., 2009; Angel et al., 2010) indicaram que a posição relativa do canal da mandíbula e os forames mentoniano e da mandíbula em adultos apresentam dimorfismo sexual. Essas diferenças podem ter valor forense para determinar a identidade de restos humanos, e também avaliar o dimorfismo sexual em medidas antropométricas na mandíbula em imagens obtidas por tomografia computadorizada de feixe cônico.
Gamba et al. (2014) criaram um modelo de regressão logística que mostrou, em conjunto com outros critérios, ser uma ferramenta para a identificação do sexo de um indivíduo no meio forense. Schmidt et al. (2016) investigaram a associação entre o tipo facial e o trajeto do CM por meio de análises em 603 imagens de radiografia panorâmica digital. A amostra foi determinada pelo tipo facial e pelo sexo. O trajeto do CM, foi classificado em 3 tipos bilateralmente de acordo com Nortjé et al. (1977). Os dados analisados mostraram que existem mais canais do tipo 2 e menos canais tipo 1 em indivíduos femininos do que em masculinos, sem associação com os tipos faciais.
Apesar dos estudos recentes focarem sua discussão na importância cirúrgica do canal da mandíbula, o estudo desta estrutura anatômica e sua variabilidade também podem servir como marcos de identificação únicos de aplicações forenses (Liang et al., 2009). Assim, percebeu-se a necessidade de investigar o CM com um foco na prática forense.
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A proposta deste estudo foi analisar se a morfologia tridimensional do CM pode ser um parâmetro auxiliar na determinação do sexo, e em consequência do processo de identificação, além de possibilitar o uso de uma nova metodologia antropométrica e da construção de um logito que permita o aumento da precisão da identificação humana no âmbito legal e forense.
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2 ARTIGO*
2.1 3D MORPHOMETRY OF THE MANDIBULAR CANAL AS AN INDICATOR TO SEXUAL DIMORPHISM.
Authors: Talita Maximo Carreira Ribeiro1, Denise Rabelo Maciel1,
Rafael Araújo2, Alexandre Rodrigues Freire2, Felippe Bevilacqua Prado2, Ana
Cláudia Rossi2
1- Department of Social Dentistry, Forensic Dentistry Division, Piracicaba Dental School, University of Campinas, Piracicaba, São Paulo, Brazil.
2- Department of Morphology, Anatomy Division, Piracicaba Dental School, University of Campinas, Piracicaba, São Paulo, Brazil.
Corresponding author: Ana Cláudia Rossi
PhD, Professor, Department of Morphology, Anatomy Division, Piracicaba Dental School, University of Campinas, Piracicaba, São Paulo, Brazil.
Av. Limeira, 901- Areião, Piracicaba - SP – Brazil 13.414-903 rossianac01@gmail.com
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ABSTRACT
The aim of this study was to evaluate the volume of the mandibular canal in computed tomography and to investigate if this anatomical structure presents sexual dimorphism. In addition, we verified the probability to determined the sex from the mandibular canal volume by the regression analysis test. One hundred and twenty five computed tomography from adults dried human mandibles selected at random ranging in age from 19 to 100 years (48 females and 77 males), were included in the study. The software Mimics 17.0 (Materialise, NV, Belgium) was used to perform the image segmentation on each computed tomography and to create 3D reconstruction to obtain the volume of the mandibular canal. Statistical analysis was performed using CRAN for Linux, Inc. R interface software, through the unpaired Wilcoxon-Mann-Whitney comparative test, considering the right and left mandibular canals separately. Regression analysis test was performed to verify the probability to determined the sex. Results showed in the t-Student test no significant difference between the sides, p>0,05. The male distribution of the mandibular canal data was not parametric, considering the right canal separately. There was a statistically significant difference p-value of 1.26 × 10-9. The overall outcome showed that the volume of the mandibular canal presented sexual dimorphism in order to obtain a formula for determining sex from the volume of the mandibular canal. In conclusion, the volume is a parameter for sexual dimorphism. Moreover, it is suggested that tomographic images and three-dimensional reconstruction in specific software for this purpose may assist professionals in forensic human identification, providing a quick and accurate method.
Keywords: craniometry, computed tomography, sexual dimorphism, anthropometry, forensic anthropology, tridimensional morphometry.
INTRODUCTION
The need for the identification of human remains is observed both in natural death and in disasters, in which bodies are decomposed, dismembered and/or mutilated in a way that recognition is not possible. Forensic anthropology studies showed the physical and biological factors o\f human remains in a legal and forensic context, such as sex, age, height, skin colour, dental characteristics, skull characters, bone alteration, among others. Forensic anthropology includes the study of bones,
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measurements in anatomical structures, and any data that may aid in the identification of an individual (1-3).
The use of imaging techniques is particularly important in the identification process, especially in forensic anthropology (4). Computed tomography (CT) has been used for decades and has been shown to be effective in head and neck imaging for both clinical and forensic areas (5). The images are more consistent with direct measurements, and virtual measurements can be used in cases of numerous postmortem conditions, such as severe fire destruction (6). CT enables the reconstruction of bone structures in three-dimensional models that can be viewed from different angles, and that respect perspectives when amplified in software specific for this purpose (7).
Determination of sex is one of the important parameters in establishing the biological profile of the unknown remains in the process of human identification. Some anatomical structures have important value in this search, especially in cases of cadavers in an advanced state of decomposition or bone fragmentation. The pelvis followed by skull is reported as the most reliable parts in sexing of adult skeletal remains using metric or non-metric approaches (3). The differences between sexes and among ethnic groups regarding morphological characteristics of the mandible are determined by the environment and different growth patterns, making it possible to differentiate the sex by analysing various structures of the mandible (8). The mandible is the strongest bone of the skull and the best preserved after death, especially in mass disasters (8-10), additionally, the mandible is one of the most useful anatomic resource to estimate ancestry, sex, age and stature in fragmented human bones remains (5).
The mandibular canal (MC) is located inside the mandible body, beginning at the mandibular foramen and externalizing in the mental foramen, and it may or may not continue its intra-osseous path towards the mental region, as a sole canal (11). The neurovascular anatomy of the mandible has been studied in recent investigations due to the importance of its location before surgical procedures, such as implant an orthognathic surgery. Among the anatomical structures of the region, MC, lingual canal and mental foramen are the most commonly cited in anatomical and radiological books (11-13).
Previous studies indicate that the relative position of MC and its mental foramen and mandibular foramen in adults present sexual dimorphism. These differences may have forensic value in determining the identity of human remains (3). These studies
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evaluated sexual dimorphism in anthropometric measurements of the mandible in images obtained by cone beam computed tomography, created a logistic regression model that showed, along with other criteria, to be a suggestive bone in identifying the sex of an individual in the forensic scope (8).
Despite the recent studies being directed to surgical evaluation, it is believed that the MC and its variability may also serve as a unique identification framework in forensic applications, in order to make the use of a new three-dimensional anthropometric methodology possible, enhancing the accuracy of human identification in the legal and forensic scope.
The aim of this study was to evaluate the 3D morphometry using volume of the MC in computed tomography and to investigate if this anatomical structure presents sexual dimorphism. In addition, we verified the probability to determine the sex from the MC volume by the regression analysis test.
METHODS
Ethics
The Committee of Research Ethics of the University of Campinas approved this research (Protocol number: 133/2015).
Sample
A total of 125 computed tomography (CT) scans from adults dried human mandibles selected at random ranging in age from 19 to 100 years, 48 female and 77 males, and acquired by the Aisteion Multislice 4 CT System (Toshiba Medical Systems Corporation - Japan). For the protocol of the skull: 100 MA, 120KV, with cuts of 1mm. CT scans of mandibles belongs to skeleton from a cemetery of Campinas city, São Paulo, Brazil. We included in this sample only CT scans that presented the data about sex and age, and the mandible with preserved and intact anatomical structures, without macroscopic deformities. We excluded the CT scans with any anatomical abnormalities in the MC region, as well as individuals with implants, plates and screws or any other metallic artefact in the region, and tomography in which it was not possible to fully visualize the canals. Computed tomography segmentation and 3D volume analysis Mimics 17.0 software (Materialise, NV, Belgium) we used to produce the segmentation of the images on each CT scan. In segmentation, we selected the region
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of interest (ROI) for marking MC of the mandibular foramen to the mental foramen in throughout its trajectory according intraosseous morphology of the MC. The segmentation was performed in both, right and left, sides. We selected the threshold to obtain voxels, whose values are in a range according to the anatomical components evaluated: MC (right and left sides). After the segmentation, the software procedure the three-dimensional reconstruction of each MC.
After the segmentation and three-dimensional reconstruction process (Figure 1), Mimics 17.0 software (Materialise, NV, Belgium) was used to measure the volume (in mm³) by voxel counting in each MC (Figure 2). A single previously calibrated evaluator assessed each MC. The evaluator was trained to determine the MC throughout its trajectory, which was evaluated according to its anatomical characteristics observed in the CT. After training, we established one unique ROI in this research based on images characteristics and MC morphology.
Figure 1. Example of three-dimensional segmentation procedure of MC in Mimics 17.0 software
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Figure 2. A) Anterior view of the mandible with MC highlighted in three-dimensional reconstruction in
Mimics 17.0 software (Materialise, NV, Belgium) for volume measurement (mm³). B) Posterolateral view of mandible with MC highlighted in three-dimensional reconstruction in Mimics 17.0 software (Materialise, NV, Belgium) for volume measurement (mm³).
Statistical analysis
Statistical analysis was performed on R CRAN interface software for Linux, Inc. (Bell Laboratories, AT&T, and Lucent Technologies). Shapiro-Wilk test was performed to evaluate the normality. The Student’s t-test was used for the comparison of the data regarding the sides (right and left). Non-parametric Wilcoxon-Mann- Whitney test was used to compare the difference between females and males.
Regression analysis test was performed to verify the probability to determine the sex from the MC volume and Receiver Operating Characteristic (ROC) curve was used for testing the overall ability of the variables in sex estimation. The significance level considered was of 5% for all statistical tests.
RESULTS
Table 1 and 2 showed the distribution of the sample and the mean of volume (mm 3 ) of the MC according the sides, left and right, respectively. The distribution was verified from Shapiro-Wilk test (Normality, p>0.05.).
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Left side N Mean SD Range p-value
Female 45 94,80 29,155 40,67 – 164,59 0.07031 Male 68 141,02 33,850 86,89 – 213,74 0.01773
Table 2. The distribution of the sample and the data obtained in each sex of the right side. Right side N Mean SD Range p-value
Female 43 99,13 32,723 32,24 – 208,15 0.05399 Male 71 142,33 33,224 91,97 – 211,98 0.009592
Comparison between left and right MC volume were showed in Table 3. In the t-Student test (Figure 3), the results showed no significant difference between the sides, p>0,05. Thus, the analysis was conducted according to Non-parametric Wilcoxon Mann-Whitney test, since the distribution MC data was not parametric (Table 3), considering the right canal separately (Figure 4). There was a statistically significant difference p-value of 1.26 × 10-9. Therefore, the overall outcome showed that the volume of the MC presented sexual dimorphism.
Table 3. Descriptive statistic of de MC volume of left and right side.
MC Side N Mean SD Range p-value
Left 125 122.60 39.191 40.67 – 213.70 0.05385 Right 125 126.00 39.040 32.24 – 212.00 0.1016
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Figure 3. Left and right MC volume (mm³) by Student’s t-test (comparison between sides). The analysis resulted in no statistical significance (p <0,05).
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In order to obtain a formula for determining sex from the volume of the MC. A logit function from the right MC "-4.7355 + (0.0440 × Vol.Canal),” was established to calculate a probability of the individual being male and test the accuracy of the formula for the volume data of the left MC. The logit obtained was: ROC analysis from the right MC indicated that the sexing potential was satisfied and with scores of 71.1% for females and 77.9% for males, using the left MC sample. Observations of the ROC analysis applied to find the predictability of the variable in sex estimation were showed in figure 5.
𝒍𝒐𝒈𝒊𝒕 = −𝟒. 𝟕𝟑𝟓𝟓 + (𝟎. 𝟎𝟒𝟒𝟎 × 𝐕𝐨𝐥. 𝐂𝐚𝐧𝐚𝐥) 𝑝(𝑀𝑎𝑙𝑒) = 1
1 + 𝑒−𝑙𝑜𝑔𝑖𝑡 𝑝(𝐹𝑒𝑚𝑎𝑙𝑒) = 1 − 𝑝(𝑀𝑎𝑙𝑒)
Figure 5. ROC test curve of the right side Logit, for the sex determination using data from the left MC
sample.
DISCUSSION
Studies in computed tomography in a sample of the population of Taiwan indicated that there is a significant difference between the sexes regarding the position of the mandibular foramen and the mental foramen (14, 15). Additionally, Angel et al.
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(5) believed that the relative position of the MC and its mandibular and mental foramen in adults vary with age and may present sexual dimorphism. Based on these results, there was an interest in investigating, in a sample of Brazilian nationality, whether the volume of the MC may be useful to verify sexual dimorphism. MC volume presented statistical significance for sexual differentiation. Our study presented the accuracy over 85% of the regression analysis show a great result to determined sex using the MC volume, should apply the formula in a different sample for best results. According to Hu et al. (8), sexes may be distinguished based on the forms of various mandible parts. The study of these authors showed accuracy and insufficient reproducibility in determining sex of the mandible using non-metric analysis, despite the high positive predictive value in several findings. Whereas osteometric methods proved to be the best choice for sex determination, in which the accuracy of the results was around 96% from a single measurement (3).
Although computed tomography is an expensive method, it is useful in forensic scenarios for systematic reassessment of cases and improvement of anthropological methods used secularly. Besides that, we believed that the possibility of three-dimensional reconstruction of anatomical structures, mainly from the volume, allows the study and the selection of specific morphologic parameters for investigating sexual differentiation (3). Virtual osteometry using 3-D reconstruction from computed tomography data may be particularly useful for estimating sex by skeletal robustness analysis using parameters that are not available with conventional procedures (7). We suggested that the method used in the present study maybe a complement for the human identification techniques, for the sexual dimorphism in the forensic dentistry field.
In conclusion, according to our results, the MC volume is a parameter for sexual dimorphism. Moreover, it is suggested that tomographic images and three-dimensional reconstruction in specific software for this purpose may assist professionals in forensic human identification, providing a quick and accurate method. In addition, the Regression analysis test verified the probability to determination of the mandibular canal and showed the sexing potential was satisfied.
CONFLICTS OF INTEREST
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REFERENCES
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2. Caple J, Stephan CN. Photo-Realistic Statistical Skull Morphotypes: New Exemplars for Ancestry and Sex Estimation in Forensic Anthropology. J Forensic Sci 2016; 1-11.
3 Krishan K, Chatterjee PM, Kanchan T, Kaur S, Baryah N, Singh RK. A review of sex estimation techniques during examination of skeletal remains in forensic anthropology casework. Forensic Sci Int 2016; 261: 165.e1-8.
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3 CONCLUSÃO
Nossos resultados permitiram concluir que:
O canal da mandíbula pode ser considerado um parâmetro morfométrico para avaliar o dimorfismo sexual. A tomografia computadorizada do canal da mandíbula, quando utilizada com software específico para a reconstrução 3D pode auxiliar profissionais da área de Antropologia Forense como parâmetro para avaliar o dimorfismo sexual de remanescentes humanos esqueletizados que apresentam a mandíbula íntegra.
A análise de regressão logística mostrou que o canal da mandíbula é um parâmetro com potencial satisfatório para predizer o sexo.
Uma função de logito foi estabelecida para calcular a probabilidade de o indivíduo ser masculino. Como não houve diferença entre os lados, foi utilizado o logito com os dados do CM direito na amostra do CM esquerdo. O logito obtido foi:
𝒍𝒐𝒈𝒊𝒕 = −𝟒. 𝟕𝟑𝟓𝟓 + (𝟎. 𝟎𝟒𝟒𝟎 × 𝐕𝐨𝐥. 𝐂𝐚𝐧𝐚𝐥) 𝑝(𝑀𝑎𝑠𝑐𝑢𝑙𝑖𝑛𝑜) = 1
1 + 𝑒−𝑙𝑜𝑔𝑖𝑡 𝑝(𝐹𝑒𝑚𝑖𝑛𝑖𝑛𝑜) = 1 − 𝑝(𝑀𝑎𝑠𝑐𝑢𝑙𝑖𝑛𝑜)
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ANEXOS
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