DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05162-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39543590
تاريخ النشر: 2024-11-14
المؤلف: Ákos Mikolicz وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الأنثروبولوجيا الجنائية والبيوآركيولوجيا
نظرة عامة
تقيّم هذه الدراسة فعالية خوارزمية تعلم الآلة في تحديد الأفراد بناءً على مسحات الحنك داخل الفم، باستخدام مجموعة اختبار متميزة عن مجموعة التدريب. خضع ما مجموعه 23 مشاركًا لمسحات باستخدام جهاز المسح داخل الفم إيميرالد، مع التركيز على القياسات الهندسية لقبة الحنك. أظهر الأسلوب القائم على الهندسة حساسية عالية (91.2%) ونوعية (97.1%)، متسقة مع النتائج السابقة، بينما أظهر أسلوب التراكب تكرارية متميزة واختلافات بين الأفراد. ومن الجدير بالذكر أن العوامل الجغرافية مثل خط العرض وخط الطول لم تؤثر بشكل كبير على المطابقات الهندسية، على الرغم من أن تحديد الجنس من هندسة الحنك أظهر حساسية معتدلة (69.0%) ونوعية أقل (62.5%).
تشير النتائج إلى أن هندسة قبة الحنك هي ميزة موثوقة للتحديد الجنائي، قابلة للتطبيق عبر مجموعات سكانية متنوعة. تقترح الدراسة أن أجهزة المسح داخل الفم المحمولة يمكن أن تعزز التحقيقات الجنائية من خلال توفير طريقة قوية لتحديد الأفراد بناءً على هندسة الحنك. ومع ذلك، فإن الدقة المعتدلة في تحديد الجنس تبرز الحاجة إلى مزيد من البحث، وخاصة الدراسات الدولية واسعة النطاق، لتحسين معاملات الدالة التمييزية وزيادة دقة التحديد. التجربة مسجلة تحت ClinicalTrials.gov (NCT05349942).
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على تقدم كبير في التحديد الجنائي من خلال استخدام هندسة الحنك التي تم الحصول عليها عبر أجهزة المسح داخل الفم (IOS). تم تطوير خوارزمية تعلم آلة تحت إشراف، باستخدام متغيرات مثل الارتفاع والعرض والعمق، وأظهرت دقة عالية في تحديد الأفراد ضمن مجموعة سكانية قوقازية متجانسة، محققة 91.2% حساسية و97.8% نوعية. ومع ذلك، فإن قابلية تطبيق هذه الطريقة على مجموعة اختبار متنوعة لا تزال غير مؤكدة، مما يثير أسئلة حاسمة حول موثوقيتها في السياقات الجنائية، خاصة في سيناريوهات تحديد ضحايا الكوارث (DVI) حيث قد يأتي الضحايا من خلفيات متنوعة.
تؤكد الدراسة على مزايا مسحات الحنك مقارنة بالطرق التقليدية، مشيرة إلى قدرتها على مقاومة الصدمات وإمكانية إجراء بحث أسرع في قواعد البيانات بسبب تقليل متطلبات تخزين البيانات. على الرغم من النتائج الواعدة، يعترف المؤلفون بحدود الدالة التمييزية السابقة، خاصة فيما يتعلق بتحديد الجنس، الذي أظهر دقة معتدلة (82.2% حساسية و89.3% نوعية). لمعالجة هذه المخاوف، تهدف الدراسة الحالية إلى التحقق الخارجي من كل من خوارزميات التمييز القائمة على الهندسة الحنكية والتراكب على مجموعة سكانية مختلفة، واختبار الفرضيات الصفرية التي تفيد بأن دقة هذه الطرق تظل دون تغيير عبر مجموعات سكانية متنوعة. هذا التحقق ضروري لتأسيس فعالية الطرق في التطبيقات الجنائية الواقعية.
طرق البحث
في هذه الدراسة المقطعية الملاحظة، المسجلة تحت ClinicalTrials.gov (NCT05349942)، تم تجنيد المشاركين من طلاب الدراسات العليا الذين يحضرون تدريبًا منهجيًا للبحث في جامعة سيميلوايس. شملت الدراسة 23 مشاركًا (16 أنثى و7 ذكور، تتراوح أعمارهم بين 23-35) من 11 دولة عبر آسيا وأوروبا، دون تطبيق معايير إدراج أو استبعاد محددة بخلاف الحصول على موافقة للمشاركة. كانت هذه الطريقة تهدف إلى إنشاء مجموعة فريدة تعكس سيناريو جنائي حقيقي، مما يضمن أن تكوين المشاركين لم يتأثر بالباحثين. تم الحصول على الموافقة الأخلاقية وفقًا لإعلان هلسنكي.
شملت المنهجية مسح كل مشارك ثلاث مرات باستخدام جهاز المسح داخل الفم بلانميكا إيميرالد (إصدار البرنامج 6.2.1.19). تم استخدام نمط مسح متعرج، بدءًا من الحلمة القاطعة، لضمان اتساق جمع البيانات. بالإضافة إلى ذلك، تم تسجيل الإحداثيات العالمية (خط الطول وخط العرض) لدولة كل مشارك، مما يسمح بتقييم تنوع السكان بناءً على الاختلافات في الإحداثيات بين المشاركين. تم تقديم مخطط انسيابي يلخص بروتوكول الطريقة في الدراسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج الناتجة عن اختبارات مختلفة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات والأنماط المهمة التي لوحظت في البيانات. غالبًا ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية، بما في ذلك قيم p وفترات الثقة، للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح العلاقات بين المتغيرات أو فعالية التدخلات. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز فهم النتائج وتوفير مقارنة واضحة بين الظروف أو العلاجات المختلفة. بشكل عام، تسهم النتائج في الآثار الأوسع للبحث، مما يشير إلى التطبيقات المحتملة أو المجالات لمزيد من التحقيق.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة من الورقة البحثية الضوء على فعالية التحليل الجنائي الرقمي لهندسة قبة الحنك لتحديد الهوية البشرية، موضحة حساسية عالية (91.2%) ونوعية (97.1%) عبر مجموعة سكانية متنوعة. تتماشى هذه النتائج بشكل وثيق مع تلك التي تم الحصول عليها من مجموعة سكانية قوقازية متجانسة، مما يشير إلى إمكانية تعميم الدوال التمييزية التي تم تأسيسها سابقًا. كما تؤكد الدراسة على الانحرافات الطفيفة التي لوحظت في أساليب التراكب، مع تباين بين الأفراد يتراوح من 1.068 مم إلى 0.214 مم، مما يعزز موثوقية هذه التقنيات بغض النظر عن العرق والجنس.
فيما يتعلق بتحديد الجنس، أظهرت الدالة التمييزية الهندسية حساسية أقل (69.0%) ونوعية (62.5%) في المجموعة المختلطة مقارنة بالمجموعة المتجانسة، مما يشير إلى أن عوامل مثل تباين السكان والاختلافات التشريحية قد تؤثر على النتائج. تشير النتائج إلى أنه بينما يمكن أن تساعد هندسة الحنك في تحديد الجنس، إلا أنها ليست فعالة مثل تحديد الأفراد. بالإضافة إلى ذلك، تقترح الدراسة أن العوامل الجغرافية، بما في ذلك خط العرض وخط الطول، تؤثر بشكل كبير على أبعاد الحنك، مما قد يعقد التمييز العرقي. يدعو المؤلفون إلى مزيد من الدراسات واسعة النطاق لتحسين الدوال التمييزية للتنبؤ العرقي، مؤكدين على إمكانية التعاون الدولي في علم الطب الشرعي.
القيود
تقدم الدراسة كل من القوة والقيود فيما يتعلق بالتحقق من الطرق الهندسية والقائمة على التراكب للتحديد وتحديد الجنس. من القوة الملحوظة هو التحقق الذي تم إجراؤه في سيناريو غير متوقع، مما أدى إلى توزيع مصادف لدول المنشأ والجنس، مما قد يكون قد ساهم في انخفاض معدل نجاح تحديد الجنس مقارنة بمجموعات البيانات الأكبر. يشير هذا إلى الحاجة إلى تطوير دوال تصنيف جديدة بناءً على مجموعة بيانات تدريبية أكثر تنوعًا وشمولية تتضمن تمثيلًا متوازنًا للذكور والإناث من مواقع جغرافية متنوعة.
ومع ذلك، تم تحديد عدة قيود. قامت الدراسة بمسح ربع واحد فقط للترميمات، مما قد يؤدي إلى بيانات غير مكتملة بسبب الأضرار المحتملة على الجانب المماثل خلال المسحات بعد الوفاة. على الرغم من أن الحنك يظهر تماثلًا في المستوى السهمي، فإن الاختلافات الشكلية الكبيرة في الطيات والقبة بين الجانبين تعيق المطابقة الفعالة. بالإضافة إلى ذلك، لم تتمكن طريقة التعرف الهندسية من تحليل سوى 87% من المشاركين بسبب فقدان الأضراس العلوية الأولى، وهو قيد لم يتم مواجهته في تطوير الخوارزميات السابقة. بينما تكون طريقة التراكب دقيقة عندما تكون هندسة الحنك غير محددة، إلا أنها أبطأ وأكثر استهلاكًا للموارد الحاسوبية، مما يعقد تقييم عينات أكبر من المشاركين. علاوة على ذلك، فإن غياب قاعدة بيانات مركزية لمسحات الحنك داخل الفم قبل الوفاة يحد من قابلية تطبيق هذه الطرق، على الرغم من أن جهودًا حديثة قد بُذلت لمعالجة هذه الفجوة. بينما تظهر أجهزة المسح داخل الفم وعدًا كأداة مكملة لتحديد الهوية البشرية، ينبغي ألا تحل محل الطرق التقليدية بل تعزز العملية العامة للتحديد.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05162-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39543590
Publication Date: 2024-11-14
Author(s): Ákos Mikolicz et al.
Primary Topic: Forensic Anthropology and Bioarchaeology Studies
Overview
This study evaluates the effectiveness of a machine learning algorithm for identifying individuals based on palatal intraoral scans, using a test population distinct from the training set. A total of 23 participants underwent scans with the Emerald intraoral scanner, focusing on geometric measurements of the palatal vault. The geometric-based method demonstrated high sensitivity (91.2%) and specificity (97.1%), consistent with prior findings, while the superimposition method showed distinct repeatability and between-subject differences. Notably, geographic factors such as latitude and longitude did not significantly influence the geometric matches, although sex determination from palatal geometry yielded moderate sensitivity (69.0%) and lower specificity (62.5%).
The findings indicate that palatal vault geometry is a reliable feature for forensic identification, applicable across diverse populations. The study suggests that portable intraoral scanners could enhance forensic investigations by providing a robust method for identifying individuals based on palatal geometry. However, the moderate accuracy in sex determination highlights the need for further research, particularly large-scale international studies, to refine the discriminant function coefficients and improve identification accuracy. The trial is registered under ClinicalTrials.gov (NCT05349942).
Introduction
The introduction of this research paper highlights a significant advancement in forensic identification through the use of palatal geometry obtained via intraoral scanners (IOS). A supervised machine learning algorithm was developed, utilizing variables such as height, width, and depth, and demonstrated high accuracy in identifying individuals within a homogeneous Caucasian population, achieving 91.2% sensitivity and 97.8% specificity. However, the applicability of this method to a diverse test population remains uncertain, raising critical questions about its reliability in forensic contexts, particularly in disaster victim identification (DVI) scenarios where victims may originate from varied backgrounds.
The study emphasizes the advantages of palatal scans over traditional methods, noting their resilience to trauma and the potential for faster database searches due to reduced data storage requirements. Despite the promising results, the authors acknowledge the limitations of the previous discriminant function, particularly concerning sex determination, which showed moderate accuracy (82.2% sensitivity and 89.3% specificity). To address these concerns, the current study aims to externally validate both the palatal geometric and superimposition-based discrimination algorithms on a different population, testing the null hypotheses that the accuracy of these methods remains unchanged across diverse populations. This validation is crucial for establishing the methods’ effectiveness in real-world forensic applications.
Methods
In this cross-sectional observational study, registered under ClinicalTrials.gov (NCT05349942), participants were recruited from postgraduate students attending a methodological research training at Semmelweis University. The study included 23 subjects (16 females and 7 males, aged 23-35) from 11 countries across Asia and Europe, with no specific inclusion or exclusion criteria applied beyond obtaining consent to participate. This approach aimed to create a unique cohort that reflects a real forensic scenario, ensuring that the composition of participants was not influenced by the investigators. Ethical approval was obtained in accordance with the Declaration of Helsinki.
The methodology involved scanning each subject three times using the Planmeca Emerald intraoral scanner (software version 6.2.1.19). A zigzag scanning pattern was employed, starting from the incisive papilla, to ensure consistency in data collection. Additionally, the global coordinates (longitude and latitude) of each participant’s country were recorded, allowing for an assessment of population diversity based on the differences in coordinates among subjects. A flowchart summarizing the method protocol is provided in the study.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant trends and patterns observed in the data. The results are often accompanied by statistical analyses, including p-values and confidence intervals, to validate the findings.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables that illustrate the relationships between variables or the effectiveness of interventions. These visual aids serve to enhance the understanding of the results and provide a clear comparison of different conditions or treatments. Overall, the findings contribute to the broader implications of the research, suggesting potential applications or areas for further investigation.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the efficacy of digital forensic analysis of palatal vault geometry for human identification, demonstrating high sensitivity (91.2%) and specificity (97.1%) across a diverse population. These results align closely with those obtained from a homogenous Caucasian population, indicating the generalizability of the previously established discriminant functions. The study also emphasizes the minimal deviations observed in superimposition methods, with between-subjects variability ranging from 1.068 mm to 0.214 mm, reinforcing the reliability of these techniques irrespective of race and sex.
In terms of sex determination, the geometric discriminative function exhibited lower sensitivity (69.0%) and specificity (62.5%) in the mixed population compared to the homogenous group, suggesting that factors such as population variance and anatomical differences may influence outcomes. The findings indicate that while palatal geometry can aid in sex determination, it is not as effective as in identifying individuals. Additionally, the study proposes that geographic factors, including latitude and longitude, significantly affect palatal dimensions, which could complicate ethnic differentiation. The authors advocate for further large-scale studies to refine the discriminant functions for ethnic prediction, emphasizing the potential for international collaboration in forensic science.
Limitations
The study presents both strengths and limitations regarding the validation of geometric and superimposition-based methods for identification and sex determination. A notable strength is the validation conducted in an unforeseen scenario, leading to a coincidental distribution of countries of origin and sex, which may have contributed to a lower sex determination success rate compared to larger datasets. This suggests the need for developing new classification functions based on a more diverse and extensive training dataset that includes a balanced representation of males and females from various geographic locations.
However, several limitations are identified. The study primarily scanned only one quadrant for restorations, which may lead to incomplete data due to potential damage on the ipsilateral side during post-mortem scans. Although the palate exhibits symmetry in the sagittal plane, significant morphological differences in rugae and vaults between sides hinder effective matching. Additionally, the geometric identification method could only analyze 87% of participants due to missing maxillary first molars, a limitation not encountered in previous algorithm development. While the superimposition method is accurate when palatal geometry is undetermined, it is slower and more computationally intensive, complicating the evaluation of larger subject samples. Furthermore, the absence of a centralized database for ante-mortem intraoral scans limits the applicability of these methods, although recent efforts have been made to address this gap. While intraoral scanners show promise as a supplementary tool for human identification, they should not replace traditional methods but rather enhance the overall identification process.