Use of dental impression materials in the analysis of tool marks to identify causal elements

Uso de materiales de impresión dental para el análisis de marcas de corte para identificación de elemento causal

When faced with an element which is the suspected cause of a cut or lesion, dental casting can be made to compare characteristics observed on the surface of the tool mark with those found on the bones.

There is a large variety of materials available on national and international markets to record and analyze marks or signs that an element leaves on any given surface (bite marks, tool marks on bones, finger prints, etc.), all of which are useful in forensic investigation (1). However, the unconventional application of odontological techniques and the use of materials such as alginate and silicone have been found useful recovering tool marks on bones, which allows the forensic scientist to clearly establish when an element was used to cause cuts and injuries in an individual. This technique has been applied in five cases of possible homicide with the use of a cutting element and, as a result, has generated highly accurate casts. It also shows that both materials are appropriate for this purpose, and although silicone offers greater detail in the impression, either material can be used depending on the commercial availability.

En caso de contar con el elemento debitado (con el que se sospecha se causó la lesión), se pueden generar impresiones con materiales de uso odontológico para comparar las características observadas en la superficie de corte de la herramienta con las encontradas en la estructura ósea.

En el mercado nacional e internacional existe gran variedad de materiales para el registro y análisis de las marcas o señales que deja un elemento sobre una superficie dada (impresiones de estructuras bucales, marcas de herramientas en huesos, huellas dactilares, etc.), y son útiles en estudios forenses (1). Con la aplicación de técnicas odontológicas y el empleo de materiales tales como el alginato y la silicona, se observó que en esta aplicación no convencional es útil para tomar impresiones de marcas de corte sobre estructuras óseas, lo que a su vez permite establecer con claridad cuando un elemento dubitado ha sido utilizado para causar cortes y lesiones en un individuo. Esta técnica se aplicó en 5 casos de posible homicidio con empleo de elemento cortante y se encontró no solo la generación de improntas de alta fidelidad sino también que ambos materiales son apropiados para ello, y aunque la silicona ofreció mayor detalle en la impresión, cualquiera de los dos puede ser utilizado dependiendo de su disponibilidad comercial.

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National Institute of Legal Medicine and Forensic Sciences, Special Edition

Edna Marina Buitrago Suárez

Forensic Odontologist.

National Institute of Legal Medicine and Forensic Sciences.

Forensic Anthropology Laboratory.

- Bogotá Office -

Bogotá, D.C. - Colombia.

Correspondence to:

Edna Marina Buitrago-Suárez.

Forensic Anthropology Laboratory,

National Institute of Legal Medicine and Forensic Science.

E-mail : ebuitrago@medicinalegal.gov.co

SUMMARY

Keywords: Tool Marks; Forensic Odontology; Dental Impression Materials.

INTRODUCTION

As well as the already well-documented usage in forensic odontology to identify human remains, these casting techniques can be extremely useful in the interdisciplinary analysis of tool marks in forensic cases.

Dental casting materials can be used in an unconventional way to obtain replicas of the cut surfaces on an object, facilitating the recording, observation and comparison of the element that is suspected to have caused the lesions observed on the body.

1. Tool marks: A cutting element creates a pattern on the edge of the surface that has been impacted. Due to the characteristics of bone tissue, when a cutting element hits it, all of the features of that edge are accurately preserved such as angles, striations, longitudinal and parallel lines, symmetry, depth and area (Figure 1).

Fig 1. Detail of the mark left by a cutting tool on the skull.

Source: I. Campos.

2. Casting to register cut marks: The ideal materials for casting are those which have the following properties: plasticity, low viscosity, flexibility, elasticity, few dimensional changes, resistance to tearing, and compatibility with plaster materials, among others. There are two types: irreversible hydrocolloids such as alginate, and synthetic elastomers such as polysulfides, polyethers, and addition and condensation silicones (2,3).

Alginate, an impression material used to make dental copies for oral prostheses, is easy deformable, requires a fast casting, contractsrapidly, is easy to manipulate and, in Colombia, is more affordable than silicones (4).

Silicones are synthetic elastomers of addition and condensation used mainly to obtain replicas for the creation of fixed prostheses and fillings in rehabilitative dental treatments. They provide a good definition of fine margins and detailed record, even in spaces that are difficult to reach; the surface of the replica is homogeneous, without irregularities nor air bubbles, with dimensional stability for an extended period of time, resistance to tearing and final rigidity —which gives stability to the cast— and with an absence of deformities in the total structure of the mold. It is a substance easy to manipulate, fast and safe (2,4).

Normally different types of plaster are used to cast and obtain the final replica, these can be differentiated by their characteristics of hardness, particle size, detail preservation and long-term final mold. The casting must be done immediately if alginate is used, while in the case of silicone, it should be done 12 to 24 hours later (4,5).

METHODOLOGY

Five possible homicide cases were analyzed to determine the cause of death and up to 4 replicas (casting) were made of each bone fragment and print pattern to be analyzed, selecting those bone fragments that, according to the the anthropologist’s criteria, showed more informative elements. Alginate and silicone were used to do cast.

Procedure

The bone structures were debrided using a boiling solution with lime to ensure the thorough cleaning required for the study. In highly dehydrated pieces that lacked natural fats, a thin layer of vaseline was applied as insulation to avoid the adherence of the impression material to the bone.

1. Alginate casting: Alginate was dissolved in running water at room temperature using a flexible recipient (rubber mixing bowl) to easily manipulate the material and to obtain the correct consistency (uniform and bubble-free). Preparation time was short as the correct mixture was obtained once it was uniform; it was then applied with a spatula to the areas of interest on the bone with a thickness of approximately 1 cm. No mold was required, since the mixture jellifies after 1.5 minutes, which can then be gently removed from the bone fragment. Immediately after, a type III plaster was conducted to avoid the natural distortion of the solidified alginate, which can affect the shape of the cut pattern in question (Figure 2).

Fig 2. Alginate impression of the tool mark on the cranial surface.

Source: I. Campos.

2. Silicone casting: The required quantity of silicone was applied to the impression area and spread evenly using the fingers and pressed onto the bone structure. After approximately 3 to 5 minutes, the silicone was gently removed to start the plaster casting between a few hours later.

3. Plaster casting: The plaster was dissolved in running water according to the directions of the plaster manufacturer. It was mixed at room temperature using a flexible recipient (rubber mixing bowl) to obtain the correct consistency (uniform and bubble-free). In the case of alginate, the surface of the mold was lightly moistened; later, multiple layers of plaster were applied to the tool marks, and in both cases, vibration was used to free any air bubbles trapped in the plaster.

The plaster was gently removed without levering it after 30-45 minutes of solidifying, then the models were labeled with the information of the anatomical location of the cut (Figure 3).

Fig 3. Plaster casting of the tool mark on the cranial surface.

Source: I. Campos.

RESULTS AND DISCUSSION

A cutting tool leaves a patternot striations on the bone at the time of impact. Dental casting techniques with alginates and silicones - have proven to be very useful in the study of tool marks (6) left in bone structures and in the interdisciplinary analysis of forensic cases, allowing for the precise identification of the tool features that caused these marks using alternative and more readily available materials (1). Even though silicone allowed a more detailed recording of the tool marks morphology than the alginate, both yielded good results since the recorded characteristics were informative. The use of silicones and alginate highlight characteristics that are not easily detectable when observed directly on the tool mark of the bone. These characteristics are made even clearer with contrast by using materials of different colors. The dental technique for taking impressions is a simple and highly valuable tool in approaching forensic cases from the anthropological and odontological perspective to analyze and interpret tool marks and any other type of mark on bone structures, since it facilitates the manipulation, observation and comparison with other samples.

REFERENCES

1. Symes S, Chapman E, Rainwater C, Cabo L, Myster S. Technical Report: Knife and Saw Mark Analysis on Bone: A manual designed for the examination of criminal mutilation and dismemberment. Washington, D.C.: U.S. Department of Justice; 2010.

2. Anusavice KJ. Phillips. Ciencia de los materiales dentales. 11th ed. Madrid: Elsevier; 2004.

3. Craig RG. Materiales de odontología restauradora. Madrid: Elsevier. 1996.

4. Guzmán-Báez JH. Biomateriales Odontológicos de uso Clínico. 5th ed. Bogotá, D.C. Ecoe Ediciones; 2013.

5. Macchi RL. Materiales dentales. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana; 2007.

6. Campos I. 2016. Identificación de elemento causal a partir del análisis de marcos de corte en hueso. Revista Case Reports 1.(1): 44-49.

Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses, Suplemento

Edna Marina Buitrago Suárez

Odontóloga Forense.

Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses.

Laboratorio de Antropología Forense.

- Regional Bogotá -

Bogotá, D.C. - Colombia.

Correspondencia:

Edna Marina Buitrago-Suárez.

Laboratorio de Antropología Forense,

Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses.

Correo electrónico: ebuitrago@medicinalegal.gov.co

RESUMEN

Palabras clave: Marcas de corte, odontología forense; Materiales de impresión dental.

INTRODUCCIÓN

Además de la ya conocida utilidad de la odontología forense en procesos de identificación humana, la aplicación de las técnicas de impresión puede ser de gran utilidad en el análisis interdisciplinario de un caso forense para el análisis de marcas de corte:

Los materiales de impresión de uso odontológico pueden ser usados de forma no convencional para la obtención de réplicas de la superficie de corte de un objeto, facilitando el registro, observación y cotejo con un elemento del cual se sospecha pudo haber causado las lesiones observadas en el cuerpo.

1. Marcas de corte: Al utilizar un elemento cortante, este imprime el patrón de su borde sobre la superficie impactada. Dadas las características del tejido óseo, cuando este se golpea con un elemento cortante se imprimen con alta fidelidad todos los rasgos característicos que componen ese borde, tales como son los ángulos, las estrías o líneas longitudinales y paralelas entre sí, su simetría, profundidad y área (Figura 1).

Fig 1. Detalle de la marca dejada por una herramienta de corte sobre el cráneo.

Fuente: I.Campos.

2. Toma de impresiones para registro de marcas de corte: Los materiales ideales para la toma de impresiones en la experiencia odontológica son aquellos que tienen propiedades de plasticidad con baja viscosidad, flexibilidad, elasticidad, pocos cambios dimensionales, resistencia al desgarro, compatibles con los materiales de vaciado (yeso) y fácil manipulación, entre otros. Existen dos tipos: los hidrocoloides de tipo irreversible como el alginato y los elastómeros sintéticos como los poli-sulfuros, poli-éteres, siliconas de adición y condensación (2,3).

El alginato es un material de impresión que se usa en boca para la toma de registros dentales y elaboración de prótesis, es fácilmente deformable, requiere de vaciado rápido, se contrae rápidamente, es de fácil manipulación y en Colombia es más económico que las siliconas (4).

Las siliconas son elastómeros sintéticos de adición y condensación utilizados principalmente en la obtención de réplicas para la elaboración de prótesis fijas e incrustaciones en tratamientos de rehabilitación odontológica. Dentro de sus características revelan buena definición de márgenes finas y el registro de detalle, incluso en espacios difíciles de alcanzar; la superficie de la réplica es homogénea, sin irregularidades ni generación de burbujas, con estabilidad dimensional por mayor tiempo, resistencia al desgarro, rigidez final —que da estabilidad a las impresiones— y ausencia de deformaciones en la estructura total impresa. Es una sustancia de fácil manipulación, rápida y segura (2,4).

Normalmente, para el vaciado o elaboración de la réplica final se emplean diferentes tipos de yeso que se diferencian por características de dureza, tamaño de partícula y características ideales de preservación de detalles y del molde definitivo a largo plazo. El vaciado se debe realizar de inmediato si se utiliza alginato y si se emplea silicona 12 a 24 horas después (4,5).

METODOLOGÍA

Se analizaron 5 casos de posible homicidio en los que se requería determinar la causa de muerte y se hicieron hasta 4 réplicas (impresiones) en cada pieza y patrón de huella a analizar, seleccionando las piezas óseas que a criterio de la antropóloga presentaron más elementos informativos. Para la toma de impresiones se utilizó alginato y silicona.

Procedimiento

Las estructuras óseas se desbridaron mediante ebullición en solución con cal, garantizando la limpieza total indispensable para el estudio. En aquellas piezas muy deshidratadas, carentes de la grasa natural, se aplicó una delgada capa de vaselina como aislante para evitar que el material para toma de impresiones quede adherido al hueso.

1. Impresión en alginato: Se disolvió el alginato en agua corriente a temperatura ambiente empleando un recipiente flexible (taza de caucho) con el fin de tener una manipulación del material adecuado y así obtener la consistencia apropiada, uniforme y libre de burbujas. El tiempo de preparación de la mezcla es corto y se obtiene el punto una vez esta sea uniforme; se aplica con una espátula sobre el hueso en la zona de interés con un grosor de aproximadamente 1cm. No se requirió molde alguno dada la consistencia de la mezcla ya que esta gelifica al cabo de 1.5 minutos, para posteriormente ser retirada con suavidad del fragmento óseo. Inmediatamente, se realizó el vaciado en yeso piedra (tipo III) para evitar que la distorsión natural del alginato fraguado afecte la forma del patrón de corte a analizar (Figura 2).

Fig 2. Impresión en alginato de la marca de corte de interés sobre la superficie del cráneo.

Fuente: I. Campos.

2. Impresión en silicona: Se aplicó la cantidad requerida en el área a imprimir, amasando uniformemente con los dedos y colocando a presión sobre la estructura ósea. Aproximadamente 3-5 minutos después se retiró suavemente la silicona; el vaciado en yeso puede hacerse pocas horas después.

3. Vaciado en yeso: Se disolvió el yeso en agua corriente en las proporciones indicadas por el fabricante según el tipo de yeso. Se mezcló a temperatura ambiente, empleando un recipiente flexible (taza de caucho) con el fin de obtener la consistencia apropiada, uniforme y libre de burbujas. En el caso del alginato, el molde se humedece ligeramente a nivel de la superficie a imprimir; posteriormente se aplicaron capas sucesivas de yeso sobre las marcas de corte y en ambos casos se generó vibración para liberar burbujas atrapadas en el yeso.

Suavemente, y evitando hacer palanca, se retiraron las impresiones en yeso después de 30-45 minutos de fraguado para posteriormente rotular los modelos con la información de la ubicación anatómica de la lesión

impresa (Figura 3).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Una herramienta de corte deja un patrón único impreso sobre el hueso en el momento en que lo impacta. La técnica de impresión con materiales de uso odontológico —alginatos y siliconas— demostró ser muy informativa en el estudio de marcas de corte dejadas en estructuras óseas y en el análisis interdisciplinario de casos forenses, permitiendo la identificación específica del elemento empleado para causar dichas marcas, presentando materiales alternativos a los previamente reportados de más fácil disponibilidad en este medio (1).

Si bien, al igual que en la aplicación odontológica, la silicona permitió registrar más detalles de la morfología de las marcas de corte que el alginato, ambos ofrecieron buenos resultados ya que las características registradas fueron suficientemente informativas.

El empleo de las siliconas y el alginato permite resaltar características que no son fácilmente detectables al ser observadas directamente sobre la marca de corte en el hueso. Estas características se hacen más claras cuando se aumenta el contraste al emplear materiales de impresión de diferentes colores. La técnica odontológica de toma de impresiones es simple y sencilla y se constituye en una herramienta de gran valor en el abordaje de casos forenses desde la antropología y odontología forense para el análisis e interpretación de marcas de corte y cualquier otro tipo de impresión sobre estructuras óseas, ya que facilita la manipulación, observación y eventual cotejo con otras muestras.

Fig 3. Vaciado en yeso de la marca de corte de interés sobre la superficie del cráneo.

Fuente: I. Campos.

REFERENCIAS

1. Symes S, Chapman E, Rainwater C, Cabo L, Myster S. Technical Report: Knife and Saw Mark Analysis on Bone: A manual designed for the examination of criminal mutilation and dismemberment. Washington, D.C.: U.S. Department of Justice; 2010.

2. Anusavice KJ. Phillips. Ciencia de los materiales dentales. 11th ed. Madrid: Elsevier; 2004.

3. Craig RG. Materiales de odontología restauradora. Madrid: Elsevier. 1996.

4. Guzmán-Báez JH. Biomateriales Odontológicos de uso Clínico. 5th ed. Bogotá, D.C. Ecoe Ediciones; 2013.

5. Macchi RL. Materiales dentales. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana; 2007.

6. Campos I. 2016. Identificación de elemento causal a partir del análisis de marcos de corte en hueso. Revista Case Reports 1.(1): 44-49.