Application of contrast media in post-mortem imaging Experimental Study and Review of the Literature

Introduzione Il mezzo di contrasto è definito come una sostanza utilizzata nelle tecniche di imaging al fine di far risaltare strutture o fluidi corporei. Sin dalla nascita delle tecniche di imaging medico, l’utilizzo del mezzo di contrasto si è rapidamente diffuso rivestendo un ruolo di primaria importanza specialmente in ambito diagnostico. Soltanto più di recente si è assistito ad un’analoga diffusione del suo impiego in ambito forense con particolare riferimento alla radiologia post-mortale ed al suo ruolo ausiliario nel processo di identificazione delle cause di morte. Scopo dello studio Le finalità del presente studio consistono nell’esecuzione di una revisione della letteratura inerente alle applicazioni del mezzo di contrasto in radiologia forense, nonché nell’esecuzione di studi sperimentali volti allo sviluppo di un nuovo mezzo di contrasto idoneo ad un impiego in metodiche TAC e RMN ed alla sua applicazione sperimentale in ambito forense per l’analisi post-mortale della circolazione coronarica e delle caratteristiche morfo-metriche di lesioni da punta e taglio. Materiali e methodi La revisione della letteratura relativa alle applicazioni del mezzo di contrasto in radiologia forense, espletata mediante interrogazione di vari database scientifici, ha implicato l’identificazione di 220 fonti bibliografiche, tra le quali sono stati selezionati 69 articoli scientifici di interesse rispetto all’oggetto della presente tesi dottorale. Diversi mezzi di contrasto sono stati sviluppati e testati su cuori umani al fine di analizzare il circolo coronarico nonché su ferite da punta e taglio prodotte sperimentalmente su gambe umane al fine di valutarne le caratteristiche morfo-metriche, con particolare riferimento alla profondità della lesione. Tutti i campioni prodotti sperimentalmente sono stati analizzati mediante TAC e RMN, le cui risultanze sono state interpretate mediante uno specifico software di imaging radiologico. Risultati La revisione della letteratura ha implicato la classificazione e la correlata discussione degli articoli scientifici selezionati sulla base delle modalità di somministrazione del mezzo di contrasto. In base al razionale sopra esposto sono state considerate: tecniche nelle quali il mezzo di contrasto è stato iniettato a livello di grossi vasi al fine di incrementare il contrasto di tutto l’apparato vascolare; tecniche di angiografia selettiva volte all’analisi di strutture od organi cadaverici in situ o ex-situ; tecniche nelle quali il mezzo di contrasto era iniettato in situ o ex situ in strutture differenti dall’apparato vascolare. Sono state, infine, prese in considerazione applicazioni del mezzo di contrasto anche su materiale non cadaverico ma comunque di interesse forense. Nel novero degli studi sperimentali l’elaborazione di un nuovo mezzo di contrasto utilizzabile sia per esami TAC che per esami RMN ha implicato l’identificazione di una soluzione di 7,5 mL, 1 mL di soluzione salina e 1 mL di Omnipaque® per lo studio sui cuori. Per lo studio eseguito su ferite da punta e taglio è stato utilizzato 1mL di Omnipaque® e 9 mL di gel ecografico (i.e. diluzione 1:9). L’iniezione del mezzo di contrasto nel circolo coronarico di cuori prelevati in corso di autopsia ne ha consentito l’accurata analisi mediante TAC prima e dopo fissazione in formalina. Inoltre, sebbene la RMN abbia dimostrato una minore sensibilità rispetto alla TAC nella valutazione delle calcificazioni parietali, si è rivelata allo stesso tempo più efficiente nella valutazione morfologica delle pareti cardiache. Il medesimo mezzo di contrasto si è altresì rivelato idoneo alla valutazione delle caratteristiche del tramite in ferite da punta e taglio mediante TAC e RMN. I predetti approcci diagnostici hanno dimostrato un’elevata concordanza rispetto alle misurazioni eseguite mediante dissezione della ferita, sottostimando in maniera sistematica la profondità della stessa rispetto alle misurazioni in corso di dissezione. Conclusioni Questo studio dimostra che l’utilizzo del mezzo di contrasto è in forte aumento negli ultimi anni in ambito radiologico forense. Un gran numero di formulazioni sono state impiegate su cadavere e persino su materiale non cadaverico nel novero di indagini volte alla risoluzione di problematiche di pertinenza forense. Come dimostrato dalle prove sperimentali eseguite, diversi ulteriori mezzi di contrasto possono essere ideati e trovare impiego in radiologia forense con la finalità di risolvere un numero pressoché illimitato di problematiche di pertinenza medico-legale.

Introduction Contrast medium (or contrast agent) is a substance used to enhance the contrast of structures or fluids within the body in medical imaging. Since the dawn of medical imaging the use of contrast medium spreaded rapidly allowing the development of many imaging applications in medicine. Only more recently have been applied to forensic investigations supporting the forensic pathologist in establishing cause and the manner of death. Aim of the research project The aims of the present study are: to perform a review on the use of contrast medium in post-mortem imaging, and to perform experimental studies directed to develop new contrast medium solutions and to test them for post-mortal CT and MRI examination of coronary arteries and of stab wounds. Materials and methods The literature review on applications of contrast medium on post-mortem imaging was performed searching different databases with the identification of 220 sources. From these sources, 69 papers more significant for the topic were taken into account. In the experimental studies different contrast media were developed and tested on human heart samples to assess the coronaric circulation and on stab wounds produced on human calves to study their morphometric features, focusing on the depth of the wound. All the samples were analysed by CT and MRI coupled to an imaging analysis software. Results Reviewing the literature, the selected papers were classified and discussed considering the way in which contrast medium was injected: into the major vessels to enhance whole body’s vasculature; through selective angiography of in situ or ex-situ organs; into in situ or ex-situ body structures different from the vessels. Moreover, other applications in the forensic field were also considered. For the experimental studies on stab wounds a mixture of 1,5 mL of Omnipaque®, 1 mL of saline and 7,5 mL of ultrasound gel was identified as the optimal contrast solution for both CT and MRI analyses of human hearts. For the experimental studies on stab wounds a mixture of 1cc of Omnipaque® and 9 cc of ultrasound gel (i.e. 1:9 dilution) was employed for both CT and MRI analyses for stab wounds. The injection of such contrast medium allows a reliable and accurate MSCT analysis of the coronary tree both before and after formalin fixation. Moreover, contrast medium enhanced MRI demonstrated to be less sensitive than MSCT to parietal calcifications, but provided a better morphologic representation of the myocardial walls. The same contrast medium solution demonstrated to be suitable for both MSCT and MRI analyses of the internal features of stab wounds. On this point the developed protocol demonstrated a high level of agreement between radiological and anatomical measurements (i.e. wound dissection) with a similar systematic underestimation for both MSCT and MRI analyses. Conclusions This study demonstrates that contrast media enhancement of body structures is rising in forensic imaging during the last years. A number of contrast media also consisting of formulations not suitable for living subjects may be injected into different body structures and have been employed also in forensic applications which lie outside the boundaries of investigations on a human corpse. As demonstrated from the herein described experimental studies many new contrast medium solutions may be developed and tested on different substrates aiming to solve a nearly boundless number of forensic issues.