Identification process of the causal element using cutmark analysis in bone: Case study

Proceso de identificación de elemento causal a partir del análisis de marcas de corte en hueso. Estudio de caso

An anthropological trauma analysis was conducted on an individual killed by multiple injuries from a combined sharp and blunt mechanism using a cold weapon (machete) to the head, trunk and upper extremities. After conducting the autopsy, the cranial fragments were submitted to the anthropology laboratory for cleaning, restoration and study; later, plaster reproductions of the cutmarks with clear striations were made and a gel was developed to take impressions of the marks left by the machete recovered at the scene and submitted for study; finally, a visual comparison of the striations observed on the bone and those left by the machete in the gel was conducted.

Se realizó análisis antropológico de trauma a un individuo muerto por múltiples lesiones por mecanismo cortocontundente con arma blanca (machete) en cabeza, tronco y miembros superiores. Luego del procedimiento de necropsia se remitieron los fragmentos de cráneo al laboratorio de antropología para su limpieza, restauración y estudio; posteriormente se realizaron las reproducciones en yeso de las marcas de corte que presentaban estriaciones claras, se desarrolló una gelatina para tomar impresiones de las marcas dejadas por el machete recuperado en la escena y remitido para estudio; finalmente se realizó el cotejo visual de las estriaciones observadas en los huesos y de las dejadas por el machete en la gelatina.

Se encontró que el patrón de estrías dejado por el elemento en la gelatina es aleatorio, es decir, que no corresponde a un borde irregular de fábrica, sino que es un patrón único resultado de la deformidad por el uso de la herramienta. Teniendo en cuenta que el mismo patrón de estrías fue observado en las marcas de corte del cráneo, se concluyó que el elemento causal de los cortes fue el machete remitido para estudio.

El desarrollo del trabajo incluyó la exploración de técnicas odontológicas mediante la aplicación de impresiones en alginato, que junto con los moldes en yeso facilitaron el análisis. Se reporta también el desarrollo de un gel alternativo de alta eficiencia para la toma de impresiones de elementos de corte.

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National Institute of Legal Medicine and Forensic Sciences, Special Edition

Isla Y. Campos-Varela

Anthropologist.

National Institute of Legal

Medicine and Forensic Sciences.

Anthropology Laboratory.

- Bogotá Office -

Bogotá, D.C. - Colombia.

Correspondence to:

Isla Y. Campos-Varela.

Laboratorio de Antropología,

National Institute of Legal Medicine and Forensic Sciences.

Email: icampos@medicinalegal.gov.co

SUMMARY

Keywords: Tool mark analysis; Forensic anthropology; Bone trauma; chop wound; striation.

The striation pattern left by the element in the gel was found to be random. In other words, it did not correspond to the irregular edge of the construction, but rather to a unique pattern resulting from the deformity on the cutting edge caused by the use of the tool. Considering that the same pattern of striations was observed in the cranial cutmarks, the conclusion was made that the causal element of the cuts was the same machete submitted for study.

The development of the study involved exploring odontological techniques using alginate impressions, which facilitated the analysis along with plaster molds. The development of a highly effective alternative gel for taking cutmark impressions is also reported on.

INTRODUCTION

Fragments of the cranial vault belonging to a 38-year-old adult male who died in a public establishment and presented multiple injuries from a combine sharp and blunt mechanism to the head, trunk and upper extremities. A machete covered in blood was recovered at the scene and submitted to the Institute of Legal Medicine for a fingerprints search.

The anthropological approach was initiated during the autopsy procedure with documentation of bone injuries and their relationship to soft-tissue injuries, recovering bone fragments for further analysis (Figure 1). The presence of striations in the cutmarks was noticeable from the start, so authorization was requested from the physician responsible for the case to analyze the tool marks from the machete once lophoscopy and biological studies were completed.

Fig 1. Bone fragments extracted from the cadaver after the cleaning procedure.

Source: I. Campos

METHODOLOGY

The first challenge of the case was removing the fat from the bone fragments because even though the soft tissue was removed, the bones maintained adiposity, which prevented the gluing of the fragments for the analysis, making it necessary to test various cleaning techniques.

This process required submerging the bones in boiling water. Later, water with conventional detergents was used, then calcium oxide (lime) was added. Finally, hydrogen peroxide (oxygenated water) was added until the bones were in suitable condition for restoration using a synthetic adhesive.

To carry out the analysis, the methodology proposed by Steve Symes in the short course on bone trauma he conducted at the National Institute of Legal Medicine and Forensic Sciences was applied (1,2). Symes proposes matching the striations left by the blade of a tool in question in order to determine if said tool could have been used to make the cuts in the bone.

For the analysis of the machete, a high density gel with the capacity of accurately capturing the smallest irregularities of the blade was used. While these industrial gels are widely known and used throughout the world, they are not available in Colombia, so various recipes were prepared from edible gelatin in an attempt to replace it. The first recipes had flaws such as rapid shrinking due to dehydration, the appearance of fungi and lack of consistency for the cuts. After many trials, an adequate preparation was obtained by mixing ingredients such as gelatin without flavour, sodium benzoate (food preservative) and acetic acid (commercial vinegar).

Impressions of the bone and machete cuts were taken as outlined by Buitrago (3), using alginate and type 4 plaster to create the molds and final models.

After cleaning, the fragments were restored (Figure 2) paying special attention to the location of marks that presented striation, avoiding applying adhesive to those areas. After assembling the majority of fragments, the three largest surfaces with the most notable striations and the easiest to reproduce were selected; alginate molds were created and then cast with dental plaster (Figures 3 and 4).

Fig 2. Bone fragments extracted from the cadaver after the cleaning procedure and restoration. The numbers denote the events caused by a combined sharp and blunt mechanism.

Source: I. Campos

Fig 3. Cranial injury caused by a combined sharp and blunt mechanism showing striations.

Source: I. Campos

Fig 4. Plaster reproduction of skull injury due to combined sharp and blunt mechanism.

Source: I. Campos

The striations left by the blade of the machete were analyzed by dividing the blade into 12 cm-long segments and later making cuts with each one in the gelatin, taking care to number each segment and identify the location of the tip and which side of the edge left marks on the gel. After making the cuts, and faced with the difficulty of undertaking a photographic comparison due to lack of contrast with the color of the gelatin, the decision was made to make the molds out of alginate and to then take the impressions using dental plaster (Figure 5).

Fig 5. Model of striations left by segment of machete blade corresponding to segment 1; above, impression of the right edge and below, the left edge.

Source: I. Campos

With the molds of the striated cutmarks of the skull and those left by the blade of the machete, a visual comparison was conducted to identify if any matches could be identified among these patterns. The comparison consisted of observing the width of the grooves and elevations as well as the side on which they were cast, considering that each striation was produced by a small crease in the edge of the element.

To facilitate the comparison, photographs were taken with metric scales, which were uploaded onto a software to edit photos and both photographs were amplified to scale.

Results

Over 30 cutmarks were found on the skull which caused its fragmentation. Although the cutmarks were all in the region of the cranial vault, they were largely concentrated in the posterior region. Three of the cuts observed presented clearly defined striations since they compromised the bone in a tangential way, only injuring the external surface.

Oxidation was found on the metal of the machete blade. The blade had irregularities on the edges - small creases towards both sides - (Figure 6), which, when making the incision, produced striations on the affected surface. Studying the impressions left by the machete demonstrated that the striations had different widths and depths that were not repeated along the entire edge.

Fig 6. Detail of the blade of the machete - mid segment - which highlights the biggest irregularities.

Source: I. Campos

Various segments in the bone and gel impressions can be identified that present coinciding striations in the sequence of width, depth and inclination (Figure 7, 8 and 9), which leads to the conclusion that the machete submitted for laboratory analysis is the causal element of the cutmarks, since the striation pattern is random and produced by the deterioration of the blade. It also does not correspond to a deliberate sequence used in the mass fabrication of this element.

Fig 7. Detail comparison of the surface of the cut with the corresponding segment of the machete.

Source: I. Campos

Fig 8. Detail assembly to scale of the cut in the frontal bone with the superimposed photograph of the cutmarks of the right edge of the machete in gel (corresponding to 200mm to 240mm of the blade measured from the tip), which shows an almost complete match of striations.

Source: I. Campos

Fig 9. Detail assembly to scale of the photograph of the chop wound located in the right parietal, with superimposed photograph of the cutmarks of the right edge of the machete in gel (corresponding to 94mm to 132 mm of the blade measured from the tip), which shows an almost complete match of striations.

Source: I. Campos

In Figure 7, the arrows highlight the areas in the bone that have more noticeable grooves and elevations that correspond to small creases in the machete.

Upon observation, not all segments corresponded to a 100% match, which has a few different explanations. Firstly, if a gel is softer, it captures more characteristics of the element than cortical tissue, which is rigid, can. Furthermore, given that the striations were left by defects produced by the use of the machete, we deduce that the blade was deformed with each successive blow to the hard cranial surface.

DISCUSSION

When comparing tool marks in bone with suspicious elements, it is worth noting that the ideal moment for anthropologists to approach the case is in the autopsy room, since a complete observation of the cadaver —reading of the bone injury in relation to findings of soft tissues— allows them to understand the trauma that occurred and take the samples that they deem most appropriate.

To adequately interpret bone trauma, it is necessary to know the anatomical location of the injury, which can be achieved with the exact reconstruction of the structure. Therefore, the cleaning procedure should focus on the removal of fat to enable the adhesion of fragments and the reconstruction of bone. Cleaning itself carries the risk of eroding the edges of the fragments, which should be avoided at all costs in order to keep the characteristics of the cutmarks intact.

The restoration process is long and can take several days. It consists of not only unifying all possible fragments but also of recording characteristics such as striations or inclinations of the edge on the fractures, among others, before gluing the pieces together.

The gel for taking impressions must have mechanical properties that allow for highly accurate representations of all the small details and irregularities of the cutting elements and the striations it can form on the bone. It must also be a homogenous material that does not clump. It should also be rigid enough not to deform when making the cut to prevent distorting the pattern of striations. The volume of the gel should be kept constant for the longest time possible under different environmental conditions and preservatives should be added to avoid the spread of fungi.

Creating reproductions, not only of cutmarks but also impressions in gel, significantly facilitates the photographic documentation and subsequent visual comparison of striation patterns.

Studies such as these require the multidisciplinary and collective effort of physicians, anthropologists, assistants and forensic experts, and criminal investigators, since without the recovery of elements at the scene, the request for anthropological analysis or careful handling during the extraction and processing of samples, anthropological analysis would not have been able to take place.

ACKNOWLEDGEMENTS

The study of this case would not have been possible without the decision of Dr. Mabel Zurbarán, the forensic doctor who requested the anthropological analysis in an unprecedented exploration at the Institute; the dedication of Álvaro Gutiérrez, assistant to the Pathology Group, who took great pains to recover even the smallest cranial fragment during the autopsy; the patience of Edwin Cardona, who constantly tries new techniques to improve the effectiveness of cleaning bones while conserving their characteristics; the collaboration of Sergio González, now anthropologist at the National University of Colombia, with whom a final formula for the gel was created to take impressions; finally, I am especially grateful for the work of odontologist Edna Buitrago Suárez, who created the models used in the analysis of this case.

REFERENCES

1. Symes S. Curso corto de trauma y pseudo-trauma óseo. Bogotá, D.C.: Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses; 2010.

2. Symes S, Chapman EN, Rainwater CW, Cabo LL, 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.: Department of Justice; 2010.

3. Buitrago, E. Uso de métodos de impresión dental y exploración de materiales para el análisis de marcas de corte para identificación de elemento causal. Case Report. 2015;1(Suppl 1).

4. Cardona E, Campos I. Limpieza de tejido óseo. In: Téllez N. Editor. Consideraciones para el análisis de fracturas óseas: una visión desde la antropología en Texto de Patología Forense; 2015.

Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses, Suplemento

Isla Y. Campos-Varela

Antropóloga.

Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses.

Laboratorio de Antropología.

- Regional Bogotá -

Bogotá, D.C. - Colombia.

Correspondencia:

Isla Y. Campos-Varela.

Laboratorio de Antropología,

Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses.

Correo electrónico: icampos@medicinalegal.gov.co

RESUMEN

Palabras clave: Análisis marcas de herramienta; Antropología forense; Trauma óseo; Cortocontundente; estrías.

INTRODUCCIÓN

Se analizaron los fragmentos de calota pertenecientes a un individuo masculino adulto de 38 años que fallece en un establecimiento público y presenta múltiples lesiones por mecanismo cortocontundente en cabeza, tronco y miembros superiores. En la escena se recuperó un machete impregnado de sangre que fue remitido al Instituto de Medicina Legal para búsqueda de huellas dactilares.

El abordaje antropológico inició durante el procedimiento de necropsia con la documentación de las lesiones del hueso y su relación con las lesiones de tejidos blandos, recuperando los fragmentos óseos para posterior análisis (Figura 1). Desde el primer momento se hizo notoria la presencia de estriaciones en los cortes, por tanto se solicitó autorización a la médica responsable del caso para el análisis de marcas de herramienta del machete una vez terminados los estudios de lofoscopia y biología.

Fig 1. Fragmentos óseos extraídos al cadáver luego del procedimiento de limpieza.

Fuente: I. Campos

METODOLOGÍA

El primer desafío representado por el caso fue la remoción de la grasa de los fragmentos óseos pues, aunque se había retirado el tejido blando, los huesos conservaban adiposidad que impedía pegar los fragmentos para el análisis y por lo que fue necesario probar varias técnicas de limpieza.

Se requirió sumergir los huesos en agua hirviendo, posteriormente se usó agua con detergentes convencionales, luego se agregó óxido de calcio (cal), finalmente se agregó peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) hasta que los huesos fueron aptos para la restauración con pegante sintético.

Para el análisis se aplicó la metodología planteada por Steve Symes en el curso corto de trauma óseo realizado en el Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses (1,2), en el que propuso cotejar las estriaciones observadas en las superficies de corte del hueso y las estriaciones dejadas por la hoja de una herramienta dubitada, con el fin de determinar si dicha herramienta pudo o no ser utilizada para realizar los cortes en hueso.

Para el análisis del machete se buscó una gelatina de alta densidad con la capacidad de captar con fidelidad las más pequeñas irregularidades del filo, aunque si bien estos geles industriales son ampliamente conocidos y utilizados en el mundo, no están disponibles en Colombia, lo que implicó preparar varias “recetas” con gelatina comestible para intentar reemplazarlos. Las primeras recetas presentaron fallas como la reducción rápida del tamaño por deshidratación, aparición de hongos y poca consistencia ante los cortes. Después de muchos ensayos se obtuvo una preparación apta para el análisis al mezclar ingredientes como la gelatina sin sabor, el benzoato de sodio (conservante de alimentos) y el ácido acético (vinagre comercial).

La toma de impresiones en el hueso y de los cortes del machete se realizaron como detalla Buitrago (3), utilizando Alginato y yeso tipo 4 para la elaboración de moldes y modelos finales. Después de la limpieza, los fragmentos fueron restaurados (Figura 2) prestando especial atención a la ubicación de marcas que presentaran estrías y evitando pegar estas áreas. Teniendo la mayor parte de fragmentos unidos, se escogieron las 3 superficies de corte de mayor tamaño con estrías más notorias y más fáciles de reproducir; se hicieron moldes en Alginato y posteriormente en yeso odontológico (Figura 3 y 4).

Fig 2. Fragmentos óseos extraídos al cadáver luego del procedimiento de limpieza y de restauración. Los números indican el conteo de eventos por mecanismo corto-contundente.

Fuente: I. Campos

Fig 3. Lesión en cráneo por mecanismo cortocontundente que presenta estriaciones.

Fuente: I. Campos

Fig 4. Reproducción en yeso de lesión en cráneo por mecanismo cortocontundente.

Fuente: I. Campos

El análisis de las estriaciones dejadas por la hoja del machete se hizo dividendo el filo en segmentos de 12cm de longitud cada uno y posteriormente se hicieron cortes con cada uno de esos segmentos en la gelatina, teniendo cuidado de numerar cada segmento e identificar la ubicación de la punta y el lado del borde que estaba dejando la marca en el gel. Una vez realizados los cortes y ante la dificultad de realizar comparaciones a partir de fotografías, porque el color de la gelatina no permitió suficiente contraste, se decidió hacer los moldes en Alginato y por último tomar las impresiones en yeso odontológico (Figura 5), donde se evidenció que la distribución de estrías es aleatoria.

Fig 5. Modelo de estrías dejadas por segmento del filo del machete correspondiente al segmento 1; arriba impresión del borde derecho y abajo del borde izquierdo.

Fuente: I. Campos

Con los moldes de las estrías en los cortes del cráneo y de aquellas dejadas por el filo del machete, se realizó la comparación visual con el fin de identificar si existían coincidencias entre estos patrones. Dicha comparación incluyó la observación del ancho de los surcos y las elevaciones y el lado hacia el cual se proyectaba cada uno, teniendo en cuenta que cada estría es producto de un pequeño doblez en el borde del elemento.

Para facilitar la comparación se tomaron fotografías con testigos métricos, las cuales fueron montadas en un software para edición de fotografías teniendo en cuenta que ambas estuvieran ampliadas a la misma escala.

Resultados

En el cráneo se encontraron más de 30 marcas de corte que generaron la fragmentación del mismo; aunque las marcas de corte estaban en todas las regiones de la bóveda craneal, la mayoría de ellas estaban concentradas en la región posterior. Tres de los cortes observados presentaban estrías claramente definidas debido a que comprometieron de manera tangencial el hueso, lesionando solamente la superficie externa.

En el machete se encontró oxidación del metal de la hoja; el filo presentaba irregularidades en los bordes —pequeños dobleces hacia ambos lados— (Figura 6), los cuales, al realizar el corte, producen estrías en la superficie afectada. El estudio de las impresiones dejadas por el machete permitió evidenciar que las estrías tienen anchuras y profundidades diferentes que no se repiten a lo largo del borde.

Fig 6. Detalle comparación de la superficie de corte con el segmento correspondiente en el machete.

Fuente: I. Campos

Se pueden identificar diversos segmentos en el hueso y en las impresiones en gel que presentan estrías coincidentes en secuencia de anchura, profundidad e inclinación (Figura 7, 8 y 9), por lo que se concluye que el machete remitido al laboratorio para análisis es el elemento causal de los cortes, ya que el patrón de estrías es aleatorio y producto del deterioro del filo y no corresponde a una secuencia deliberada que se repita en la fabricación en masa de estos elementos.

Fig 7. Detalle comparación de la superficie de corte con el segmento correspondiente en el machete.

Fuente: I. Campos

Fig 8. Detalle montaje a escala de la fotografía del corte en el hueso frontal a la que se sobrepone fotografía de las marcas de corte del borde derecho del machete en gelatina que corresponde de 200mm a 240mm de la hoja, medidos desde la punta, en la que se aprecia la coincidencia de la mayoría de las estrías.

Fuente: I. Campos

Fig 9. Detalle montaje a escala de la fotografía del tajo ubicado en parietal derecho a la que se sobrepone fotografía de las marcas de corte del borde derecho del machete en gelatina que corresponde de 94mm a 132mm de la hoja, medidos desde la punta, en la que se aprecia la coincidencia de la mayoría de las estrías.

Fuente: I. Campos

En la Figura 7 las flechas resaltan las áreas en el hueso que presentan surcos y elevaciones más ostensibles que se corresponden con los pequeños dobleces en el filo del machete.

Se observó que los segmentos no fueron coincidentes en un 100% y esto se explica por diferentes razones, en parte porque el gel, al ser más blando, capta más características del elemento que las que puede captar el tejido cortical que es rígido. Además, dado que las estrías son dejadas por defectos producidos por el uso del machete, se deduce que el filo estuvo alterando su forma al impactar sucesivamente la superficie dura del cráneo.

DISCUSIÓN

En la comparación de las marcas de corte en los huesos con elementos dubitados, es importante tener en cuenta que la condición ideal es que el antropólogo pueda iniciar el abordaje del caso en la morgue, ya que la observación integral del cadáver —lectura de la lesión en el hueso con relación a los hallazgos en los tejidos blandos— le permite entender el trauma y tomar la muestra que a su criterio sea la más apropiada.

Para la apropiada interpretación del trauma óseo es necesario conocer la ubicación anatómica de la lesión, que se logra con la reconstrucción exacta de la estructura. Por tanto, el procedimiento de limpieza debe enfocarse en la remoción de la grasa de tal manera que permita la adhesión de los fragmentos y la reconstrucción del hueso. La limpieza, en sí misma, genera riesgo de erosión de los bordes de los fragmentos que debe ser evitada a toda costa para mantener intactas las características de las marcas de corte.

El proceso de restauración es largo y en ocasiones de varios días. Consiste no solo en unir todos los fragmentos posibles, sino dejar el registro de características tales como estriaciones o inclinación de los bordes de las fracturas, entre otras, antes de pegar las piezas.

El gel con el que se toman las impresiones debe tener propiedades mecánicas que permitan registrar con la más alta fidelidad todos los pequeños detalles de las irregularidades en los elementos de corte y las estriaciones que estos pueden imprimir en el hueso, siendo un material homogéneo sin formación de grumos. También debe tener una dureza tal que no se deforme al hacer el corte, evitando distorsionar el patrón de las estrías. El volumen del gel debe mantenerse constante el mayor tiempo posible bajo diferentes condiciones ambientales y se deben adicionar conservantes impidiendo la proliferación de hongos.

El hecho de realizar reproducción, no solo de las marcas de corte si no de las impresiones en gel, facilita ostensiblemente la documentación fotográfica y la posterior comparación visual de los patrones de estrías.

La realización de estudios como este requiere de trabajo multidisciplinario y mancomunado de médicos, antropólogos, asistentes, forenses e investigadores criminalísticos, pues sin la recuperación de elementos en la escena, la solicitud de análisis antropológico o la cuidadosa manipulación en la extracción y el procesamiento de las muestras el estudio antropológico no tendría cabida.

AGRADECIMIENTOS

La realización de este caso no habría sido posible sin la decisión de la doctora Mabel Zurbarán, médica forense que solicitó el análisis antropológico en una exploración sin precedentes en el Instituto; La dedicación de Álvaro Gutiérrez, asistente del Grupo de Patología, quien se esmeró en recuperar hasta el más pequeño fragmento de cráneo durante la necropsia; la paciencia de Edwin Cardona, que constantemente prueba técnicas para mejorar la eficacia en la limpieza de los huesos conservando sus características; la colaboración de Sergio González, ahora antropólogo de la Universidad Nacional de Colombia con quien se elaboró la fórmula final del gel para la toma de impresiones; finalmente agradezco especialmente el trabajo de la odontóloga Edna Buitrago Suárez, quien elaboró los modelos utilizados para el análisis del caso.

REFERENCIAS

1. Symes S. Curso corto de trauma y pseudo-trauma óseo. Bogotá, D.C.: Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses; 2010.

2. Symes S, Chapman EN, Rainwater CW, Cabo LL, 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.: Department of Justice; 2010.

3. Buitrago, E. Uso de métodos de impresión dental y exploración de materiales para el análisis de marcas de corte para identificación de elemento causal. Case Report. 2015;1(Suppl 1).

4. Cardona E, Campos I. Limpieza de tejido óseo. In: Téllez N. Editor. Consideraciones para el análisis de fracturas óseas: una visión desde la antropología en Texto de Patología Forense; 2015.