Μορφολογικές διαφοροποιήσεις Μορφολογικές διαφοροποιήσεις οστών λόγω μηχανικών πιέσεων και οστών λόγω μηχανικών πιέσεων και

παθήσεωνπαθήσεων

Δρ. Μαρία-Ελένη Χοβαλοπούλου

Διάλεξη 36η, 20-12-2017Μαρία-Ελένη Χοβαλοπούλου

Σκελετός και μηχανικές πιέσειςΣκελετός και μηχανικές πιέσεις

Τα οστά προσαρμόζονται ανάλογα με τις μηχανικές πιέσεις που δέχονται Νόμος του Julius Wolff (1836 – 1902)

Την δεκαετία του 1960, ο Harold Frost εισήγαγε το μοντέλο της μηχανικής ομοιόστασης (Mechanostat), σύμφωνα με το οποίο:

“η αυξομείωση του οστίτη οστού σε ένα υγιές άτομο αποτελεί απόκριση στην τοπική ελαστική παραμόρφωση, η οποία οφείλεται

στις ασκούμενες δυνάμεις των μυών πάνω στα οστά”

Ως εκ τούτου, η μάζα του οστίτη ιστού αυξάνεται ή ελαττώνεται στα διάφορα οστά ανάλογα με την κατεύθυνση της μηχανικής πίεσης που ασκούνται σε αυτά από τις δραστηριότητες του ατόμου

Έχοντας υπόψιν το “νόμο του Wolff” και το μοντέλο της “μηχανικής ομοιόστασης” μπορούμε να εκτιμήσουμε το βαθμό δραστηριότητας ενός ατόμου αξιολογώντας:

a) Αλλοιώσεις των ενθέσεων (entheseal changes)

Ενθέσεις νοούνται οι επιφάνειες των οστών πάνω στις οποίες προσφύονται οι μύες. Εκδηλώνουν ποικίλες μορφολογικές αλλοιώσεις, όπως υπερτροφίες, σημειακή διάβρωση ή εξοστώσεις, οι οποίες (μεταξύ άλλων παραγόντων) οφείλονται και στη δραστηριότητα του ατομου

b) Γεωμετρία εγκάρσιας τομής (cross-sectional geometry)

Η δομή της εγκάρσιας τομής αφορά στο σχήμα της διατομής της διάφυσης των μακρών οστών. Βασίζεται στη γραμμική σχέση μεταξύ της επιφάνειας εγκάρσιας τομής των μυών (ως αντιστοιχία της τυπικής μέγιστης δύναμης που ασκούν στα οστά) και της επιφάνειας εγκάρσιας τομής των οστών (ως αντιστοιχία της αντοχής τους)

a) Αλλοιώσεις των ενθέσεων

Οι ενθέσεις διακρίνονται σε δύο τύπους:

➢ ΙνώδειςΙνώδεις:

Βρίσκονται συχνότερα στις διαφύσεις των μακρών οστών, όπου υπάρχει μεγάλη επιφάνεια πρόσφυσης και ο μαλακός ιστός δεν κινείται σημαντικά κατά τη χρήση των αρθρώσεων

➢ ΙνοχονδρικέςΙνοχονδρικές:

Βρίσκονται κοντά στις επιφύσεις, έτσι χαρακτηρίζονται από περιορισμένη επιφάνεια πρόσφυσης και σημαντική κινητικότητα του μαλακού ιστού κατά τη χρήση των αρθρώσεων

Αλλοιώσεις των ενθέσεων vs ενθεσοπάθειες

Παλαιότερα, αυτές οι αλλοιώσεις περιγράφονταν ως “ενθεσοπάθειες” υποδηλώνοντας ένα φαινόμενο παθολογικού χαρακτήρα. Ωστόσο, ο όρος είναι ανακριβής καθώς στην πλειοψηφία των περιπτώσεων οι παρατηρούμενες αλλοιώσεις είναι φυσιολογικές και ασυμπτωματικές.

Αιτιολογικοί μηχανισμοί αλλοιώσεωνΑιτιολογικοί μηχανισμοί αλλοιώσεων:

όταν οι ενθέσεις δέχονται μηχανική πίεση

η κυκλοφορία του αίματος αυξάνεται και δραστηριοποιούνται τα οστεοβλαστικά κύτταρα

οδηγεί σε υπερτροφία του οστού και αυξημένες αλλοιώσεις στην επιφάνεια των ενθέσεων

Το φύλο, η ηλικία, η μάζα σώματος και άλλοι παράγοντες επίσης επηρεάζουν την εκδήλωση αλλοιώσεων στις ενθέσεις

Αλλοιώσεις στην ένθεση του δικέφαλουΑλλοιώσεις στην ένθεση του δικέφαλου(περιορισμένη αλλοίωση-αριστερά, εκτενής αλλοίωση-δεξιά)

Ενθέσεις σκελετού άνω άκρωνΕνθέσεις σκελετού άνω άκρων

Ενθέσεις σκελετού κάτω άκρωνΕνθέσεις σκελετού κάτω άκρων

Η πολυπλοκότητα των παραγόντων που επηρεάζουν τις αλλοιώσεις των ενθέσεων σε συνάρτηση με την ποικιλία έκφρασής τους καθιστούν την εκτίμηση της δραστηριότητας μία εξαιρετικά περίπλοκη άσκηση

Με την έρευνα να εξελίσσεται ραγδαία στο συγκεκριμένο θέμα, μπορούμε να πούμε...

﹅ Οι ινοχονδρικές ενθέσεις “δείχνουν” πιο αποτελεσματικά το αποτέλεσμα της δραστηριότητας

﹅ Σε νεαρές ηλικιακές κλάσεις, ο διαχωρισμός των επιπέδων δραστηριότητας είναι εφικτός σε μεγάλο βαθμό.

﹅ Η αξιολόγηση διαφορετικών τύπων αλλοιώσεων είναι πιο αξιόπιστη και επιτρέπει καλύτερη συνεκτίμηση παραγόντων ηλικίας και φύλου

﹅ Απαιτείται αρκετή εξάσκηση για τη σωστή εφαρμογή της μεθόδου

﹅ Εξακολουθεί να είναι μία ποιοτική μέθοδος με σχετικά υψηλό σφάλμα επαναληψιμότητας και αναπαραγωγιμότητας

b) Γεωμετρία εγκάρσιας τομής

Η φυσική δραστηριότητα αποδεδειγμένα επηρεάζει τη γεωμετρία των διαφύσεων των μακρών οστών

Σύμφωνα με τον Ruff (2008), ο σκελετός τείνει να αποθέτει νέο οστίτη ιστό κατά τον άξονα που δέχεται αυξημένες μηχανικές πιέσεις και να αναρροφά ιστό από περιοχές που δε δραστηριοποιούνται έντονα

Οι εγκάρσιες τομές συνήθως λαμβάνονται από το μέσο της διάφυσης των μακρών οστών των άνω και κάτω άκρων με εξαίρεση το βραχιόνιο, στο το οποίο η εγκάρσια τομή υπολογίζεται στο ~35% από το άπω άκρο για να αποφευχθεί η αποτύπωση του δελτοειδούς ογκώματος

και ακολουθεί ανάλυση της γεωμετρίας των τομών

Οι ασθένειες που πλήττουν έναν πληθυσμό εξαρτώνται απόεξαρτώνται από:

✔ γενετικούς παράγοντες

✔ φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον

Δίνουν περισσότερες πληροφορίες για το πώς έζησαν οι άνθρωποι παρά για το πώς πέθαναν

Θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη ότι:

διαφορετικές παθήσεις εμφανίζουν παραπλήσια εκδήλωση στα σκελετικά κατάλοιπα

πλήθος παθήσεων δεν αφήνουν μακροσκοπικά ίχνη στον σκελετό

Παρακάτω παρουσιάζονται συνοπτικά ορισμένες από τις παθήσεις Παρακάτω παρουσιάζονται συνοπτικά ορισμένες από τις παθήσεις που εντοπίζονται συχνότερα σε σκελετικά κατάλοιπα, η εκδήλωσή που εντοπίζονται συχνότερα σε σκελετικά κατάλοιπα, η εκδήλωσή τους και η ερμηνεία τουςτους και η ερμηνεία τους

Σκελετός και παθολογίαΣκελετός και παθολογία

Α. Μεταβολικές ασθένειες - ΑναιμίαΑ. Μεταβολικές ασθένειες - Αναιμία

Είναι ουσιαστικά σύμπτωμα και όχι πάθηση

Η πιο κοινή μορφή είναι η σιδηροπενική αναιμία σιδηροπενική αναιμία και μπορεί να οφείλεται:

χαμηλά επίπεδα σιδήρου στη διατροφή

αδυναμία να απορροφηθεί ο σίδηρος από το έντερο

υπερβολική απώλεια σιδήρου από τον οργανισμό λόγω εντερικών διαταραχών

διαταραχές του μεταβολισμού του σιδήρου λόγω μολύνσεων ή άλλων παραγόντων

ο ανθρώπινος οργανισμός έχει τη δυνατότητα να κρατά τα επίπεδα σιδήρου χαμηλά ώστε να προστατεύεται από παθογόνους μικροοργανισμούς και νεοπλαστικά κύτταρα

Πορωτική υπερόστωσηΠορωτική υπερόστωση:

Οδηγεί σε λέπτυνση και συχνά σε παντελή καταστροφή του εξωτερικού συμπαγούς ιστού των οστών του κρανίου

Υπερτροφία αιματοποιητικής διπλόης ώστε να παραχθούν περισσότερα ερυθρά αιμοσφαίρια και να αντισταθμιστεί η υποξία στους ιστούς

➢Ο κρανιακός θόλος στα σημεία που έχουν προσβληθεί εμφανίζει πορότητα, συνήθως αμφιπλευρικά συμμετρική

➢Τα οστά που πλήττονται πρωτίστως είναι τα βρεγματικά, το μετωπιαίο και το ινιακό

Οι δύο βασικές εκδηλώσειςδύο βασικές εκδηλώσεις της αναιμίας στον σκελετό είναι: ➢ η πορωτική υπερόστωση➢ τα cribra orbitalia

Πρόσφατες έρευνες έδειξαν πως σε ορισμένες περιπτώσειςσε ορισμένες περιπτώσεις η ιστολογική ιστολογική δομή των οστών δεν υποστηρίζει τη διάγνωση της αναιμίαςδομή των οστών δεν υποστηρίζει τη διάγνωση της αναιμίας αλλά φαίνεται πως τα cribra orbitalia και η πορωτική υπερόστωση οφείλονται

σε άλλους στρεσογόνους παράγοντεςστρεσογόνους παράγοντες

Cribra orbitaliaCribra orbitalia:

Όταν αντίστοιχες αλλοιώσεις με αυτές τις πορωτικής υπερόστωσης παρατηρηθούν στις οφθαλμικές κόγχες

Έχουν τη μορφή πορότητας στην οροφή των οφθαλμικών κογχών

Οστεοαρθρίτιδα Οστεοαρθρίτιδα στην επιγονατίδαστην επιγονατίδα

Β. ΑρθροπάθειεςΒ. Αρθροπάθειες

Φλεγμονή των αρθρώσεων μπορεί να προκληθεί ως αποτέλεσμα τραυματισμού, μόλυνσης ή άλλων παραγόντων

Η πιο κοινή πάθηση των αρθρώσεων είναι οστεοαρθρίτιδα οστεοαρθρίτιδα

Χαρακτηρίζεται από την καταστροφή του υαλώδους χόνδρου έτσι ώστε οι αρθρικές επιφάνειες να έρχονται σε άμεση επαφή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα:

τον σχηματισμό μικρών οστικών προεξοχών (οστεοφύτων) στην περίμετρο της αρθρικής επιφάνειας

στην αρθρική επιφάνεια μπορεί να παρατηρηθούν μικροί σχηματισμοί νέου οστού, τα αποκαλούμενα «επιφανειακά οστεόφυτα» (surface osteophytes), καθώς επίσης και περιοχές αυξημένης πορότητας

σε ακραίες περιπτώσεις, όταν σημειώνεται τριβή μεταξύ των αρθρικών επιφανειών, μπορεί να εμφανιστεί οστεοσκλήρυνση, όπου το σημείο επαφής των αρθρώσεων φαίνεται λειασμένο

Σπονδυλαρθρίτιδα σε αυχενικό Σπονδυλαρθρίτιδα σε αυχενικό σπόνδυλοσπόνδυλο

Η σπονδυλαρθρίτιδασπονδυλαρθρίτιδα είναι μορφή αρθρίτιδας που εμφανίζεται στη σπονδυλική στήλη και οφείλεται στον εκφυλισμό του μεσοσπονδύλιου δίσκου

➢ Ενίοτε, τα οστεόφυτα δύο γειτονικών σπονδύλων συγχωνεύονται προκαλώντας αγκύλωσηαγκύλωση

➢ Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο σχηματισμός κήλης στους μεσοσπονδύλιους δίσκους έχει ως αποτέλεσμα ανώμαλες βαθύνσεις στο κέντρο της άνω και κάτω επιφάνειας των σπονδυλικών σωμάτων, οι οποίες καλούνται όζοι του Schmorlόζοι του Schmorl

Όζος του Schmorl σε Όζος του Schmorl σε οσφυϊκό σπόνδυλοοσφυϊκό σπόνδυλο

Γ. Μολυσματικές ασθένειες - ΟστεομυελίτιδαΓ. Μολυσματικές ασθένειες - Οστεομυελίτιδα

Η μόλυνση από συγκεκριμένο παράγοντα δεν καταλήγει υποχρεωτικά δεν καταλήγει υποχρεωτικά σε εκδήλωσησε εκδήλωση της πάθησης

Εξαρτάται από πολλές αλληλένδετες μεταβλητές:

πόσο νοσογόνος είναι ο μολυσματικός παράγοντας

ποια οδό μετάδοσης έχει ακολουθήσει

ποιες είναι οι αντοχές του ξενιστή

Όλες αυτές οι μεταβλητές επηρεάζονται με τη σειρά τους από το φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον

Οστεομυελίτιδα Οστεομυελίτιδα στην κνήμηστην κνήμη:

Aποτελεί μόλυνση του μυελώδους αυλού από πυογόνα βακτηρίδια

Tα βακτηρίδια μπορεί να περάσουν στο οστό λόγω κάποιου κατάγματος ή από μόλυνση που εξαπλώθηκε εκεί από άλλη περιοχή του σώματος

Τα βασικά συμπτώματα περιλαμβάνουν:

✔ καταστροφή του οστού

✔ υποπεριοστεϊκό σχηματισμό νέου οστού (ογκώδες και με ανώμαλο περίγραμμα)

✔ νέκρωση του οστίτη ιστού λόγω ελλιπούς αιμάτωσης

✔ αρκετοί συριγγώδεις πόροι για την παροχέτευση πύου συχνά το διατρυπούν

Δ. Οδοντικές παθήσειςΔ. Οδοντικές παθήσεις

Περιοδοντική νόσος Περιοδοντική νόσος στην άνω γνάθοστην άνω γνάθο:

Χρόνια φλεγμονή των περιοδοντικών μαλακών ιστών και του φατνιακού οστού

Μπορεί να πλήξει μόνο τα ούλα, να οδηγήσει σε οριζόντια απώλεια φατνιακού οστού ή σε κατακόρυφη απώλεια φατνιακού οστού ώστε να σχηματιστούν θύλακοι

Οφείλεται σε πολλούς παράγοντες όπως:

➢γενετική προδιάθεση

➢περιβάλλον

➢συνθήκες υγιεινής

➢πολιτισμικά στοιχεία

Το κύριο στοιχείοκύριο στοιχείο που συμβάλλει στην ανάπτυξή της είναι η βακτηριακή πλάκαβακτηριακή πλάκα

ΤερηδόναΤερηδόνα σε γομφίο της κάτω γνάθου σε γομφίο της κάτω γνάθου:

χαρακτηρίζεται από τη μη αναστρέψιμη και σταδιακή χημική αποσύνθεση των οδοντικών ιστών από οξέα που εκλύονται από τη οξέα που εκλύονται από τη βακτηριακή ζύμωση υδατανθράκωνβακτηριακή ζύμωση υδατανθράκων

Το τελικό αποτέλεσμα ποικίλει από λευκά ή καστανά στίγματα στην αδαμαντίνη έωςέως οδοντικές κοιλότητες

Δεν είναι κάθε κοιλότητα στα δόντια το αποτέλεσμα τερηδόνας: γενετικές ανωμαλίες, καταστροφή από συστατικά του εδάφους και άλλοι παράγοντες μπορεί να προκαλέσουν ανάλογες κοιλότητες

ΑποθέσειςΑποθέσεις τρυγίαςτρυγίας σε γομφίο της άνω γνάθου σε γομφίο της άνω γνάθου:

είναι ενασβεστιωμένη οδοντική πλάκα και διευκολύνεται από ένα αλκαλικό στοματικό περιβάλλον

τροφές πλούσιες σε πρωτεΐνητροφές πλούσιες σε πρωτεΐνη (αυξάνουν την αλκαλικότητα του στοματικού περιβάλλοντος)

Ε. ΤραύμαΕ. Τραύμα

Ο όρος ‘τραύμα’ αναφέρεται σε κάθε τραυματισμό των ιστών που προκαλείται από κάποιον εξωγενή παράγοντα:

✔ κάποιο ατύχημα

✔ βιαιοπραγία

✔ ασθένεια

✔ πολιτισμική πρακτική

✔ και άλλους

Επουλωμένο Επουλωμένο κάταγμακάταγμα μετακαρπίου μετακαρπίου

Προκειμένου να προσδιοριστεί εάν ένα κάταγμα συνέβη προθανάτια ή μεταθανάτιαπροθανάτια ή μεταθανάτια θα πρέπει να αναζητηθούν ίχνη ίχνη επούλωσης υπό τη μορφή ανάπλασης του οστούεπούλωσης υπό τη μορφή ανάπλασης του οστούΕάν συντρέχουν σοβαροί παράγοντες που αναστέλλουν την επούλωση του κατάγματος μπορεί η ένωση των θραυσμάτων να μην πραγματοποιηθεί ποτέ

➢ Τραύματα που προκαλούνται από ξίφη και άλλα αιχμηρά αντικείμενα είναι γραμμικά, με ευδιάκριτα όρια και λεία επιφάνεια κοπής

➢ Αντίθετα, τα τραύματα από αμβλύ αντικείμενο, όπως πέτρα ή ρόπαλο, είναι συχνότερα στο κρανίο και καταλήγουν στη συμπίεση της εξωτερικής επιφάνειας προς το εσωτερικό

Οστεολογικό παράδοξοΟστεολογικό παράδοξο

Μόνο οι μακροχρόνιες νόσοι εκδηλώνονται στον σκελετόΜόνο οι μακροχρόνιες νόσοι εκδηλώνονται στον σκελετό

Σε αρχαίους πληθυσμούς, με ελλιπή ιατρικά μέσα, λίγα άτομα θα επιβίωσαν για αρκετά μεγάλο διάστημα μετά την προσβολή τους από διάφορες νόσους ώστε τα συμπτώματα αυτών να εκδηλωθούν στον σκελετό

η αυξημένη παρουσία κακώσεων στα οστά μπορεί αυξημένη παρουσία κακώσεων στα οστά μπορεί στην πραγματικότητα να δηλώνει βελτιωμένη στην πραγματικότητα να δηλώνει βελτιωμένη ικανότητα αντιμετώπισης συγκεκριμένων νόσωνικανότητα αντιμετώπισης συγκεκριμένων νόσων (WooWood et al., 1992)

το φαινόμενο αυτό συγχρόνως έχει ως αποτέλεσμα την υποτίμηση υποτίμηση της συχνότητας συγκεκριμένων παθήσεωντης συχνότητας συγκεκριμένων παθήσεων

Προτεινόμενη ΒιβλιογραφίαΠροτεινόμενη Βιβλιογραφία

Benjamin, M., Kumai, T., Milz, S., Boszczyk, B.M., Boszczyk, A.A. & Ralphs, J.R. (2002). The skeletal attachment of tendons - tendon “entheses”. Comparative Biochemistry and Physiology A 133, 931–945.

Buikstra, J. & Roberts, C. (2012). The Global History of Paleopathology: Pioneers and Prospects. Oxford: Oxford University Press.

Grauer, A. (ed.) (2012). A Companion to Paleopathology. Malden, MA: Wiley-Blackwell.

Jurmain, R. & Villotte, S. (2010). Terminology. Entheses in Medical Literature and Physical Anthropology: A Brief Review. Document published online following the Workshop in Musculoskeletal Stress Markers: limitations and achievements in the reconstruction of past activity patterns, University of Coimbra, July 2–3, 2009. Coimbra, CIAS–Centro de Investigação em Antropologia e Saúde. Available: http://www.uc.pt/en/cia/msm/MSM_terminology3.pdf. Accessed 27 Aug 2014.

Larsen, C.S. (2015). Bioarchaeology: Interpreting Behavior from the Human Skeleton, second edition. Cambridge: Cambridge University Press

Ortner, D.J. (2003). Identification of Pathological Conditions in Human Skeletal Remains, second edition. Amsterdam: Academic Press.

Shaw, H.M. & Benjamin, M. (2007). Structure-function relationships of entheses in relation to mechanical load and exercise. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports 17, 303-315.

Villotte, S. & Knüsel, C.J. (2013). Understanding entheseal changes: Definition and life course changes. International Journal of Osteoarchaeology 23, 135–146.

Waldron, T. (2008). Palaeopathology. Cambridge: Cambridge University Press.

Τριδιάστατη Γεωμετρική Τριδιάστατη Γεωμετρική Μορφομετρική Ανάλυση (3DGM)Μορφομετρική Ανάλυση (3DGM)

Δρ. Μαρία-Ελένη Χοβαλοπούλου

ΜορφομετρίαΜορφομετρία

Η μορφομετρία είναι η ανάλυση της ποικιλότητας της μορφολογίαςμορφολογίας και της συμμεταβολής της με άλλες μεταβλητές (παράγοντες)

ΜορφολογίαΜορφολογία: βασικό συστατικό του φαινότυπου των οργανισμών

Η μορφομετρία από περιγραφική εξελίχθηκε σε «ποσοτική» επιστήμη

Η παραδοσιακή (κλασική) μορφομετρίαΗ παραδοσιακή (κλασική) μορφομετρία μετράει:

✔ γραμμικές αποστάσεις μεταξύ σημείων (π.χ. μήκος, πλάτος, ύψος)

✔ αναλογίες και

✔ γωνίες

Μειονεκτήματα παραδοσιακής μορφομετρίας:Μειονεκτήματα παραδοσιακής μορφομετρίας:

Α. ΜέγεθοςΑ. Μέγεθος

Οι γραμμικές αποστάσεις έχουν άμεση σχέση με τον παράγοντα μέγεθος

Προσπάθειες για την ανάπτυξη μεθόδων για τη διόρθωση μεγέθους, έτσι ώστε να μπορούν να εξαχθούν μεταβλητές που να επηρεάζονται μόνο από το σχήμα και όχι από το μέγεθος και να μπορούν να επεξηγηθούν τα σχηματικά πρότυπα

Πολλές μέθοδοι που δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα (μικρή συμφωνία)

Β. ΟμολογίαΒ. Ομολογία

➢Είναι δύσκολο να εκτιμηθεί η ομολογία των γραμμικών αποστάσεων

➢Πολλές γραμμικές αποστάσεις (όπως το μέγιστο πλάτος) δεν καθορίζονται από ομόλογα σημεία

Γ. Περιγραφή σχήματοςΓ. Περιγραφή σχήματος

Συχνά οι μετρήσεις που παίρνονται από δύο διαφορετικά σχήματα δίνουν τα ίδια αποτελέσματα, επειδή τα δεδομένα δεν περιέχουν την ακριβή θέση από την οποία λήφθηκαν οι μετρήσεις

Παράδειγμα: αν το μέγιστο μήκος και το μέγιστο πλάτος έπρεπε να μετρηθούν σε ένα οβάλ σχήμα και ένα δάκρυ, τα δύο αυτά αντικείμενα θα μπορούσαν να έχουν ίδια μέγιστα, παρόλα αυτά όμως είναι εμφανώς διαφορετικά από πλευράς σχήματος

Επομένως, η στατιστική ισχύς για τη διάκριση των σχημάτων είναι πολύ στατιστική ισχύς για τη διάκριση των σχημάτων είναι πολύ χαμηλότερηχαμηλότερη από ότι θα έπρεπε να είναι

Δ. ΑπεικόνισηΔ. Απεικόνιση

Δεν είναι δυνατόν να δημιουργήσει κανείς τη γραφική αναπαράσταση του σχήματος από τις μετρήσεις που έχουν ληφθεί, δηλαδή απλά και μόνο από τις γραμμικές αποστάσεις

Έτσι, ορισμένες πτυχές του σχήματος χάνονται

Η αναζήτηση εναλλακτικών μεθόδων ποσοτικοποίησης και εναλλακτικών μεθόδων ποσοτικοποίησης και ανάλυσης της ανάλυσης της μορφολογίας του σχήματοςμορφολογίας του σχήματος οδήγησε σε:

➢Νέου τύπου δεδομένα

➢Νέες μεθόδους ανάλυσης τέτοιων δεδομένων:

i. Μέθοδοι περίγραμματος (outline) μιας δομής

ii.ii.Μέθοδοι αναφορικών σημείωνΜέθοδοι αναφορικών σημείων

Γεωμετρική ΜορφομετρίαΓεωμετρική Μορφομετρία

Μέθοδοι αναφορικών σημείωνΜέθοδοι αναφορικών σημείων

➢ Συλλογή δεδομένων με τη μορφή διδιάστατων και τριδιάστατων συντεταγμένων αναφορικών σημείωναναφορικών σημείων

αποτελούν τους μετρικούς χαρακτήρες στις σύγχρονες τεχνικές ανάλυσης

ΠλεονεκτήματαΠλεονεκτήματα

✔ διατήρηση γεωμετρικής πληροφορίας για τις σχετικές θέσεις των συντεταγμένων των σημείων

✔ δυνατή η συνδυασμένη χρήση πολυμεταβλητών στατιστικών μεθόδων και μεθόδων άμεσης οπτικοποίησης μιας βιολογικής μορφής

Σε αυτήν καθώς και στην επόμενη διαφάνεια παρατίθενται ορισμένα ορισμένα από τα όαπό τα όργανα μέτρησης και τα αντίστοιχα μετρικά δεδομέναργανα μέτρησης και τα αντίστοιχα μετρικά δεδομένα

3D laser scanner 3D laser scanner

Όργανα μέτρησης και μετρικά δεδομένα Γεωμετρικής ΜορφομετρίαςΌργανα μέτρησης και μετρικά δεδομένα Γεωμετρικής Μορφομετρίας

3D microscribe3D microscribe

CT scanCT scan

ΦωτογραμμετρίαΦωτογραμμετρία

Τύπος ΙΤύπος Ι (ανατομικά αναφορικά σημεία)

καθορίζονται από την ανατομία των οστών του κρανίου

✔ σημεία στα οποία συναντώνται τρείς δομές

✔ κέντρα «αρκετά μικρών» εγκλεισμάτων

(όπως nasion, bregma, nasion, bregma, lambdalambda)

Είναι πάντα βιολογικά και γεωμετρικά ομόλογα σημεία

Διάκριση Αναφορικών ΣημείωνΔιάκριση Αναφορικών Σημείων

Τύπος ΙΙΤύπος ΙΙ (αναφορικά σημεία)

σημεία στα οποία εντοπίζονται μέγιστα καμπυλότητας ή άλλων τοπικών μορφογενετικών χαρακτηριστικών

(όπως basion, opisthionbasion, opisthion)

Δεν είναι σχεδόν ποτέ βιολογικά ομόλογα σημεία, αλλά είναι πάντα γεωμετρικά ομόλογα

Διάκριση Αναφορικών ΣημείωνΔιάκριση Αναφορικών Σημείων

➢ Τύπος ΙΙΙΤύπος ΙΙΙ (αναφορικά σημεία)

πρόκειται για ακραία σημεία

(όπως gnathion, pogonion, gonion, glabella, orbitale, euryongnathion, pogonion, gonion, glabella, orbitale, euryon)

Δεν είναι σχεδόν ποτέ βιολογικά ομόλογα σημεία, αλλά είναι πάντα γεωμετρικά ομόλογα

➢ Τύπος ΙVΤύπος ΙV (ψευδοαναφορικά σημεία)

σημεία σε καμπύλες κορυφογραμμών και καμπύλες οι οποίες ορίζουν επίπεδα συμμετρίας

➢ Τύπος VΤύπος V (ψευδοαναφορικά σημεία)

σημεία σε επιφάνειες

Αναφορικά σημεία (τετράγωνα) Αναφορικά σημεία (τετράγωνα) Ψευδοαναφορικά σημεία (κύκλοι) Ψευδοαναφορικά σημεία (κύκλοι)

Περιορισμοί και δυνατότητες οργάνων συλλογής δεδομένωνΠεριορισμοί και δυνατότητες οργάνων συλλογής δεδομένων➢ Οι μετρήσεις που υπολογίζονται από δεδομένα που συλλέγονται με

digitizerdigitizer είναι:

✔ πιο ακριβείς για τον Τύπο Ιπιο ακριβείς για τον Τύπο Ι αναφορικών σημείων και λιγότερο ακριβείς λιγότερο ακριβείς για τον Τύπο ΙΙΙγια τον Τύπο ΙΙΙ αναφορικών σημείων

✔ Τα ψευδοαναφορικά σημεία (Τύποι ΙV και VΤύποι ΙV και V) δεν συλλέγονται με digitizer

➢ Για τις μετρήσεις που υπολογίζονται από δεδομένα που συλλέγονται βάσει τριδιάστατων μοντέλωντριδιάστατων μοντέλων (laser scanner, φωτογραμμετρία) και διδιάστατων μοντέλωνδιδιάστατων μοντέλων (ct scans και τομές από 3D μοντέλα):

ισχύει το αντίθετοισχύει το αντίθετο

✔ Τα αναφορικά σημεία Τύπου ΙΙΙΤύπου ΙΙΙ καθορίζονται με γεωμετρικά κριτήρια

ακριβής εντοπισμός τους με λογισμικά ανάλυσης 2D και 3D μοντέλων

✔ Τα αναφορικά σημεία Τύπου ΙΤύπου Ι καθορίζονται με βιολογικά κριτήρια και δεν παρουσιάζουν πάντα έντονη οπτική αντίθεση

δύσκολος ο εντοπισμός τους με λογισμικά ανάλυσης 2D και 3D μοντέλων

Ανάλυση αναφορικών σημείωνΑνάλυση αναφορικών σημείων

Η άμεση ανάλυση των συντεταγμένων των αναφορικών σημείων είναι ακατάλληλη

Η επίδραση της ποικιλότητας στη θέση, στον προσανατολισμό και στην κλίμακα των δειγμάτων παραμένει. Επομένως πρέπει να «αφαιρεθεί» η ποικιλότητα «μη-Σχήματος»

Γενικευμένη Ανάλυση ΠροκρούστηΓενικευμένη Ανάλυση Προκρούστη

Πρόκειται για μια μέθοδο ελαχίστων τετραγώνωνμέθοδο ελαχίστων τετραγώνων, βάσει της οποίας όμοια δείγματα υπερτίθενταιυπερτίθενται με τον καλύτερο δυνατό τρόπο παραμερίζονταςπαραμερίζοντας:

✗ τη θέση

✗ την κλίμακα

✗ τον προσανατολισμό των αρχικών (μη επεξεργασμένων) δεδομένων

Η κλίμακα του κάθε δείγματος αποθηκεύεται ως μια μεταβλητή, η οποία ονομάζεται «ΚεντροειδέςΚεντροειδές» (Centroid Size)

Η Γενικευμένη Ανάλυση Προκρούστηενικευμένη Ανάλυση Προκρούστη περιλαμβάνει τα εξής στάδια:

(1)(1) ΜετάθεσηΜετάθεση των δειγμάτων, έτσι ώστε να μοιράζονται το ίδιο «κέντρο»

(2)(2) Ισομορφική ΔιαβάθμισηΙσομορφική Διαβάθμιση των δειγμάτων, ώστε να έχουν όλα το ίδιο «Κεντροειδές»

(3)(3) ΠεριστροφήΠεριστροφή των δειγμάτων

Η εξέλιξη της Γεωμετρικής Μορφομετρίαςεξέλιξη της Γεωμετρικής Μορφομετρίας έχει οδηγήσει στην:

➢Βελτίωση της κατανόησης των μεθόδων

➢Αύξηση της χρήσης της για τη διερεύνηση υποθέσεων

➢Δημιουργία νέων μεθόδων

όπως τα κυλιόμενα ψεύδοαναφορικά σημεία που επιτρέπουν το συνδυασμό δεδομένων από περιγράμματα και αναφορικά σημεία στην ίδια ανάλυση, και παρέχουν πιο πλούσια περιγραφή του σχήματος

➢Σαφέστερα κριτήρια επιλογής της πιο κατάλληλης μεθόδου ανάλυσης των δεδομένων

➢Ανάπτυξη νέων βιολογικών ερωτημάτων και νέων εφαρμογών

Τι δεν μας λέει η μορφομετρίαΤι δεν μας λέει η μορφομετρία:

Το τι σημαίνουν το «μεγάλο», η «διαφορά» ή το σχήμα

Αυτό το καθορίζουμε εμείς

Προτεινόμενη ΒιβλιογραφίαΠροτεινόμενη Βιβλιογραφία

Adams DC, Rohlf FJ, Slice DE. 2004. Geometric morphometrics: ten years of progress following the 'revolution'. Italian Journal of Zoology 71:5-16.

Bookstein F. 1991. Morphometric Tools for Landmark Data: Geometry and Biology. Cambridge: Cambridge University Press.

Sholts SB, Flores L, Walker PL, Wärmländer SKTS. 2010. Comparison of Coordinate Measurement Precision of Different Landmark Types on Human Crania Using a 3D Laser Scanner and a 3D Digitiser: Implications for Applications of Digital Morphometrics. International Journal of Osteoarchaeology 21(5):535-43.

Slice DE. 2007. Geometric morphometrics. Annual Review of Anthropology 36:261-281.