用扫描电镜检测骨上的金属残留物部分一： 钝性肌力

用扫描电镜检测骨上的金属残留物部分一： 钝性肌力

摘要：过去的研究表明，金属颗粒在撞击或撞击后会残留，用能谱仪（SEM-EDS）进行电子显微镜检测将大大有帮助不确定。但是,金属零件玩偶的存在出于这个原因，本实验所展示的所有书面材料都不属于陪审团的过错十年半成年牛呕吐用金属棒清理干净的组织（铜，铁或铝）-本研究中所用的所有钝金属工具均指单个零件，就像医生说的那样所有三种金属工具的剩余物都被检测到表面上。,0.3-10mf从裂缝边界。金属零件的存在在所有样品中用铁和铜在两个样品中确认；未检测到任何粒子根据实际控制。化学成分与所用棒材的成分高度一致。

介绍

骨外伤检查是法医人类学研究的重要课题之一。由于骨骼对分解的抵抗力，武器攻击的证据通常保存很长时间。在这种情况下，工具标记分析是重要的，但仍相对未被探索。在过去的几十年里，已经进行了许多研究，以确定锋利器械的大小和形状[1-3]。此外，还研究了特殊切割或黑客武器在骨骼表面留下的特征特征，以确定刀片的类型[4,5]，并出现了分析切伤或刺伤的新方法[6,7]。最近，扫描电子显微镜（SEM）似乎是描述骨表面改性最常用的技术。由于其高分辨率和捕捉三维表面图像的能力，它已经被用于识别切割骨骼表面的地形特征，以便识别特殊武器[4,5,8–10]。

尽管有关锐器骨损伤检查的文章很多，但对寻找锐器遗留在骨骼中的金属碎片感兴趣的研究却很少。Bajanowski等人报道了对一匹受伤马的法医调查。[11] 一。采用扫描电子显微镜和能谱仪（SEM-EDS）分析骨折碎片和附着的软组织。意外地，检测到氧化铁的小金属颗粒，表明受伤是由锋利的金属仪器造成的

很明显，使用SEM–EDS可以检测出骨表面的金属颗粒，尽管到目前为止只有很少的研究进行过。法医文献[12-14]中也经常描述使用扫描电子显微镜（SEM-EDS）检测皮肤和软组织上的枪弹残留物，但在骨骼上寻找残留子弹痕迹的研究也非常罕见[15-17]。

Faller Marquardt等人。[15] 在小牛头上进行实验性射击。他们发现，在骨头的入口伤口周围有大量的烟灰沉积，因为在对大脑头盖骨的注射过程中，骨膜已经向外翻了。Berryman等人也获得了类似的结果。[16] 他实验性地用完整的肌肉组织射击猪排骨，以确定子弹擦在骨头上的痕迹。枪弹残留物在伤口深处被发现，沉积在骨膜下的骨折骨上，甚至在骨膜被强行取出后仍留在骨头上。Cattaneo等人。[17] 他补充说，在接触射击后，在骨头上也可以检测到枪弹残留物。这一说法随后在由同一组人进行的两项进一步研究中由SEM-EDS[18,19]证实。

上述研究表明，金属颗粒在撞击后可以留在骨骼上，并且可以通过SEM–EDS进行检测，这对骨折诊断和工具识别有很大帮助。然而，只有一项研究[20]使用扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）检测到钝器撞击皮肤后的金属颗粒，以区分工具的种类。在这项研究中，所有伤口都发现了金属颗粒，作者得出结论，创伤的SEM-EDS分析有助于推断工具类别。在骨钝器伤的情况下，仅发表了一系列病例报告[21]，描述了利用扫描电镜/能谱仪分析尖锐和钝器性骨损伤的显微痕迹，但到目前为止，目前还没有系统的实验研究来验证钝力冲击后金属颗粒的行为和外观。

因此，我们决定用扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）来测试钝力损伤后金属残留物的行为。

材料和方法

选用10块亚成体牛跖骨，观察其大小和足够的致密层厚度。为了避免金属污染，用塑料刀和镊子将骨头从软组织中清除。接下来，每根骨干纵向分为两半，以便于折断。用同样的方法制备了20个骨干骨样品。实验用18只，阴性对照2只。

每个骨元素的末端放在两个木块上，用金属棒敲击中骨干的外表面。尽可能多的打击以产生骨折。三种不同的金属棒（铜、铁和铝）被用于6种不同的骨骼样本。所选的工具与其他材料接触，并得到处理

以前，为了复制真实的案例场景。接下来，一个1×1厘米的碎片。

从每个断裂处选择进行SEM-EDS分析。在使用每种工具产生断裂之前取样的碎片也通过SEM–EDS进行分析。对骨折附近和沿线区域进行检查的决定是任意决定的（即使没有骨折，可能的残留物也可能残留下来，和/或骨折可能离撞击部位更远）。

工具碎片和病灶都涂有石墨（SEM-EDS分析的标准准备程序）。SEM–EDS分析是使用剑桥立体扫描360进行的，带有电子枪、真空泵和图像采集软件，EDS光谱分析的检测器范围为138 eV至5.9 keV（英国牛津牛津牛津链接Pentafet）。并对骨阴性对照进行分析。

最后，通过SEM-EDS分析在离断裂边缘最大距离为11 mm处是否存在金属颗粒。每个使用过的金属棒的小碎片也通过SEM–EDS进行分析，以确定其精确成分。

结论

在每个骨标本上观察金属残留物的存在、大小和形状、与骨折边缘的距离和分布、化学成分以及与金属器具的对应关系。结果汇总在表1中。

在所有6个样品中都检测到了来自铁棒的金属残留物（图2）。这些颗粒非常明亮，大小均匀（1-15毫米），形状各异（图1）。他们是在临产前被发现的以不同直径（74–1410 mm）的线性、椭圆形或环状团块或粉末状分散在不同尺寸（0.1–1 mm2）。铁、铬、镍的稀疏污染均为一个或两个粒子。对铁棒表面的观察（图3）给出了铁和硅的主要浓度。检测到的颗粒位于距断裂边缘不同距离处（0.304～7.33mm）。在所有6个样品的表面都发现了铜。这里也是颗粒明亮，边界清晰（图4）。小尺寸（0.8–20 mm）或特定簇（44–100 mm）的单个圆形元素，有时组合成较大的（长度不超过5 mm）发现了污迹。与铁样品相比，颗粒的成分变化更大（图5）。此外，还发现了两种由铁组成的残留物。在观察铜棒成分时，只检测到铜和硫（图6）。颗粒距断裂边缘的距离在0.3～10.3之间嗯。标志在六个样本中，只有两个与骨头接触。在一个案例中，观察到与棒材化学特性不同的颗粒（Mn、Ti），在一个案例中未检测到残留物。检测比铁和铜样品更复杂。只发现了铝以较大（2.5–50 mm）不规则和不太明亮的单颗粒具有锐利、清晰、大部分为直角的边缘，从未聚集成团块或污迹（图7）。两个样品中仅发现铝（图8）。铝条表面显示铝，没有其他主要成分（图9）。颗粒距断裂边缘0.9～5mm。

阴性骨样品（无冲击）表面主要由钙和磷组成；硅、钠和镁含量较低。未发现相关污染。

 

图1. 在被铁棒击中的骨骼样本上检测到的粒子的后向散射电子图像。

 

图2. 被铁棒撞击的骨样本上检测到的粒子的X射线光谱。

表1. 骨表面残留的特征

 

 

图3. 铁棒表面X射线能谱。

 

图4. 在被铜棒击中的骨骼样本上检测到的粒子的背散射电子图像（内部有铜，周围有）。

 

图5. 铜棒撞击骨骼样本上检测到的颗粒物的X射线光谱。

 

图6. 铜棒表面的X射线能谱

 

图7. 在受铝条影响的骨样本上检测到的粒子的背散射电子图像。

 

图8. 铝棒撞击骨骼上检测到的颗粒物的X射线光谱

 

图9. 铝条表面X射线能谱

讨论

骨表面均检测到三种金属器具的残留。由于它们的亮度和特殊的形状，它们与灰尘（或其他大气污染物）有很好的区别。

在所有铁和铜样品以及六个铝样品中的两个样品中发现了令人满意的金属颗粒存在证据。铝棒的结果更令人失望，可能与仪器的物理化学性质不同有关。当然，不同工具留下更多或更少残留物的特殊倾向性必须通过未来的研究来确定。

金属残留物在铜样品中最小，在铁中中等，在铝样品中最大；同样地，铜颗粒团很小，铁样品中的团块较大，而在铝样品中没有观察到团块。所有检测到的颗粒均位于骨折边缘附近。三分之一的铝和铁样品以及一半的铜样品中都可以看到冲击的宏观迹象。由于大量大量的颗粒聚集在涂片和团块中，因此无法像对锐器力损伤后金属残留物检测的平行研究（第二部分）那样量化单个颗粒的数量。

留在骨表面的颗粒的化学成分与金属棒极为相似。铜样品上存在几个铁颗粒可以用污染来解释，例如有时含有铁的粉尘颗粒的存在[20]。然而，铁的浓度远低于被铁棒击中的样品。同样，在扫描电镜分析过程中发现的一个铝样品表面的污染，可以通过先前接触外来元素来解释。在阴性骨标本上主要观察到钙和磷，然后是硅、钠和镁：骨组织的所有成分[22]；钙和硅也是无处不在的粉尘的主要元素。在汤普森和英吉斯[5]的研究中，高污染是不满意结果的一个原因，他们试图证明锯齿状刀片和非锯齿刀片在骨骼上留下的刺伤痕迹可能存在区别。他们利用扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）来确定骨表面的元素类型。虽然看不到金属碎片，但在一些刺伤痕迹中发现了叶片中含有的铁、硅和铝。然而，不可能完全排除样品污染的影响，因此SEM–EDS分析结果被认为是不确定的。在Bai等人的研究中。[20] 所有创面均可见高亮度、圆形或椭圆形金属颗粒。虽然预期金属颗粒的发现率低于10%（因为发现了更多的粉尘颗粒），但作者得出结论，用扫描电镜-能谱仪检查骨创伤对推断伤害器具的类别是有用的。在Vermeij等人报告的案例中，通过SEM–EDS检测金属残留物的积极结果。[21]。在这两起法医案件中，他们能够根据伤口中发现的微粒的化学成分来区分钝器伤和锐器伤与枪伤。在我们的病例中，骨折/撞击骨上存在一些明显的污染，但很小，这可能是由于环境和以前的接触污染（而不是扫描电镜室中发生的污染），因为阴性对照是“干净的”。

我们的实验最初是为了找出在受到钝器撞击后，在骨骼表面检测金属颗粒是多么容易。因此，我们没有模拟真实的环境，也没有在撞击前清理软组织的骨骼。应进行进一步的研究，以观察是否可以轻易地在通过撕裂软组织触及的骨骼上发现颗粒。在我们的研究中检测到的粒子具有与Bai等人描述的相似的外观。[20] 但它们是清晰可见和可检测的。在18个受检样品中，有14个发现了与所用金属棒一致的颗粒和化学元素。我们的研究结果表明，检测骨表面的金属残留物可能比在锐器力损伤的情况下更容易（尽管这取决于金属的性质，例如其脆性等）。

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