CADOES: Classificação Automatizada de Dados Osteométricos para Estimar o Sexo



CADOES is a new framework for sex estimation through automated classification of osteometric data. CADOES main strenght lies in its great flexibility of model parameterization, and variable selection. You can choose among 38 different pelvic measurements according to your needs. Since CADOES only requires a minimum of 3 variables to generate a new model, you can avoid errors concerning fragmentation, pathologies or other abnormal bone conditions. We also provide various machine learning algorithms for classification, and cross-validation tools. Moreover, powerful visual tools allow you to explore the original dataset from Serra (1938).

Enjoy!



In memory of José Antunes Serra (1914-1990)


Abstract


The pelvis is consistently regarded as the most sexually dimorphic region of the human skeleton, and methods for sex estimation with the pelvic bones are usually very accurate. In this investigation, population-specific osteometric models for the assessment of sex with the pelvis were designed using a dataset provided by J.A. Serra (1938) that included 256 individuals (131 females and 125 males) from the Coimbra Identified Skeletal Collection and 38 metric variables. The models for sex estimation were operationalized through an online application and decision support system, CADOES. Different classification algorithms generated high accuracy models, ranging from 85.33% to 92.0%, with only three variables; and from 85.33% to 97.33%, with all 38 variables. CADOES conveys a probabilistic prediction of skeletal sex, as well as a suite of attributes with educational applicability in the fields of human skeletal anatomy and statistics. This study upholds the value of the pelvis for the estimation of skeletal sex and provides models for that can be applied with high accuracy and low bias.


Keywords


Forensic Anthropology Population Data, os coxa, sacrum, supervised learning, biological profile


Codenames: Euclidean distances


Conjugata externa CE

Conjugata anatómica CA

Conjugata obstétrica CO

Conjugata diagonalis CD

Diâmetro inter-koilons DIK

Diâmetro sagital da saída da bacia DSSB

Diâmetro venterpubes-sacral DVPS

Largura máxima da pelve LMP

Largura bispinilíaca antero-superior LBAS

Largura bispinilíaca antero-inferior LBAI

Largura bispinilíaca postero-superior LBPS

Largura bispinilíaca postero-inferior LBPI

Largura bispinisquiática LB

Diâmetro inter-endoischions DIEn

Diâmetro inter-ektoischions DIEk

Diâmetro inter-kotilions DIKt

Diâmetro inter-koilons da incisura DIKI

Diâmetro inter-proobturatores DIP

Espessura ilíaca (esquerda) EIe

Espessura ilíaca (direita) EId

Largura máxima do estreito LME

Largura anterior do estreito LAE

Diâmetro oblíquo I do estreito DO1E

Diâmetro oblíquo II do estreito DO2E

Altura da asa ilíaca (esquerda) AAIe

Altura da asa ilíaca (direita) AAId

Profundidade da fossa ilíaca (esquerda) PFIe

Profundidade da fossa ilíaca (direita) PFId

Largura da saída LS

Altura máxima da bacia AMB

Altura lateral da pequena bacia ALPB

Altura anterior da pequena bacia AAPB


Codenames: Angles


Ângulo sub-púbico ASP

Ângulo de inclinação da pelve (esquerda) AIPe

Ângulo de inclinação da pelve (direita) AIPd

Ângulo de divergência das asas ADA

Ângulo sacro-pélvico ASaP

Ângulo sacro-lombar ASaL


We did not only translate the descriptions from the original portuguese text, but tried the modernize and use more current terminology when possible. There are 3 Help tabs that you can resort to see some landmarks, distances and angles visually.


Euclidean distances


CE - External conjugate: Diameter between the superior point of the pubic symphysis and the top of the spinous process of the 5th lumbar vertebra

CA - Anatomical conjugate: Distance between the sacral promontory and the anterosuperior margin of the pubic symphysis

CO - Obstetric conjugate: Diameter from the sacral promontory to the posterosuperior point of the pubic symphysis

CD - Diagonal conjugate: Diameter from the sacral promontory to the posteroinferior point of the pubic symphysis

DIK - Inter-koilons diameter: Distance between the koilons (i.e., the deepest points) of the pubic symphysis (posterior symphysis koilon) and the anterior face of the sacrum (sacral koilon)

DSSB - Inferior sacropubic diameter: Diameter from the sacral apex to the inferior point of the pubic symphysis

DVPS - External sagittal diameter: Distance from the most anterior point on the symphyseal surface to the median sacral crest (sacral spine)

LMP - Maximum pelvic width: Maximum distance between the lateral margins of the iliac crests

LBAS - Macrospina width: Distance between the anterior superior iliac spines (left and right)

LBAI - Microspina width: Distance between the anterior inferior iliac spines (left and right)

LBPS - Cryptospina width: Distance between the posterior superior iliac spines (left and right)

LBPI - Metauricular width: Distance between the apex of the posterior inferior iliac spines (left and right)

LB - Ischiatic spine width: Distance between the ischiatic spines (left and right)

DIEn - Inter-endoischions diameter: Distance between the endoischions; the endoischion is the point on the medial margin of the ischial tuberosity where it meets the sacrotuberous ligament

DIEk - Inter-ektoischions diameter: Distance between the ektoischions; the ektoischion is the point on the lateral margin of the ischial tuberosity most distant to the sagittal/median plan of the pelvis.

DIKt - Inter-kotylions diameter: Distance between the kotylions; the kotylion is the mid-point in the acetabulum where the ilium, ischium and pubis bones converge.

DIKI - Inter-koilon diameter: Minimum distance between the acetabular fossae. Measured by locating the deepest point (koilon) in the acetabulum.

DIP - Inter-obturator diameter: Distance between the most superior points in the obturator foramen (proobturatum)

EIe - Iliac thickness (left): Distance between the left posterior superior iliac spine (cryptospina) and the superior point of the pubic symphysis (propubes)

EId - Iliac thickness (right): Distance between the right posterior superior iliac spine (cryptospina) and the superior point of the pubic symphysis (propubes)

LME - Transverse diameter: Greatest mediolateral distance between the right and left arcuate lines

LAE - Inter-pecten diameter: Inter-pecten distance, pecten is defined as the point where the arcuate line meets with the iliopubic eminence

DO1E - Diagonal inlet I: Distance between the right ilio-auricular point (proauricula) and the point where the iliopectinal eminence meets the arcuate line on the left (pecten).

DO2E - Diagonal inlet II: Distance between the left ilio-auricular point (proauricula) and the point where the iliopectinal eminence meets the arcuate line on the right (pecten).

AAIe - Iliac blade height (left): Distance from the mid-point of the arcuate line (arcuale) to the most elevated point of the iliac (epicrista) on the left iliac

AAId - Iliac blade height (right): Distance from the mid-point of the arcuate line (arcuale) to the most elevated point of the iliac (epicrista) on the right iliac

PFIe - Iliac fossa depth (left): Distance from the most elevated point of the iliac (epicrista) to the point in the arcuate line between the arcuale (arcuate line midpoint) and the proauricula (point where the arcuate line meets the sacrum)

PFId - Iliac fossa depth (right): Distance from the most elevated point of the iliac (epicrista) to the point in the arcuate line between the arcuale (arcuate line midpoint) and the proauricula (point where the arcuate line meets the sacrum)

LS - Outlet diameter: Greatest distance of the points located between the infero-posterior obturator foramen and the ischial spine, measured in the medial side of the hip bone.

AMB - Os coxa height: Distance from the most inferior point in the ischial tuberosity (ischion) to the most superior point in the iliac (epicrista).

ALPB - Lateral height of the lesser pelvis: Distance from the most inferior point in the ischial tuberosity (ischion) to the ilio-auricular point (proauricula)

AAPB - Anterior height of the lesser pelvis: Distance from the most inferior point in the ischial tuberosity (ischion) to the point (pecten) where the iliopectinal eminence meets the iliopectinal line


Angles


ASP - Subpubic angle: Angular distance between the lines tangent to the inferior edge of the ischiopubic rami; vertex on the most inferior point where the pubic symphyses meet (metapubes).

AIPe - Pelvic angle (left): avoid using this measurement.

AIPd - Pelvic angle (right): avoid using this measurement.

ADA - Iliac blades divergence angle: Angular distances between the left and right lines formed by the most lateral point of the iliac crest (exocrista) to the mid-point of the arcuate line (arcuale)

ASaP - Sacropelvic angle: Angle from the tangent of the ventral facet of the 1st sacral vertebra to the line defined by the anatomical conjugate.

ASaL - Sacrolumbar angle: Angle from the tangent of the ventral facet of the 1st sacral vertebra to the tangent of the ventral facet of the 5th lumbar vertebra.


Medidas rectilíneas


a) Sagitais

1) Conjugata externa - diâmetro propubes-neurospina, i. é, entre o ponto superior da sínfise púbica (propubes) e o cimo da apósife espinhosa da 5ª vértebra lombar (neurospina).

2) Conjugata vera ou anatómica - diâmetro propubes-promoniorium (ponto mediano sagital do bordo anterior da base do sacro).

3) Conjugata obstetrica - diâmetro dorsopubes-promontorium, i. é, do dorsopubes (ponto posterior da sínfise pubica) ao promontório.

4) Conjugata diagonalis - diâmetro sub-púbico - diâmetro metapubes-promontorium, i. é, do meta-pubes (ponto inferior da sínfise púbica) ao promontório.

5) Diâmetro inter-koilons - distância entre os koilons (pontos mais profundos) da sínfise pubica (koilon sinfisiano posterior) e da face anterior do sacro (koilon sacral).

6) Diâmetro sagital da saída da bacia - diâmetro metapubes-apex do sacro.

7) *NÃO UTILIZADO* - Diâmetro metapubes-apex do coccix - No nosso material o estado de conservação do coccix não era de molde a permitir esta medida com segurança, pois raramente estava bem conservado, de forma que não a considerámos.

8) Diâmetro venterpubes-sacral - distância do venterpubes (ponto anterior da sínfise) ao ponto posterior da espinha sagrada, na face posterior do sacro - diâmetro sagital externo.


b) Transversais

9) Largura máxima da bacia - diâmetro inter-exocristas (os dois pontos, um de cada lado, colocados mais lateralmente no lábio externo do bordo superior da crista ilíaca) - largura bi-cristal ou inter-cristas.

10) Largura bispinilíaca antero-superior - diâmetro inter-macrospinas (espinhas ilíacas antero-superiores).

11) Largura bispinilíaca antero-inferior - diâmetro inter-microspinas (espinhas ilíacas antero-inferiores).

12) Largura bispinilíaca postero-superior - diâmetro inter-criptospinas (espinhas ilíacas postero-superiores).

13) Largura bispinilíaca postero-inferior - diâmetro inter-metauriculas (espinhas ilíacas postero-inferiores).

14) Largura bispinisquiática - diâmetro inter-oxyspinas (cimo das espinhas isquiaticas).

15) Largura biisquiática interna - diâmetro inter-endoischions. O endoischion é o ponto mais afastado do seu homónimo simétrico do outro lado e situado no bordo interno da parte da grande tuberosidade isquiática voltada para trás (dorsalmente).

16) Largura biisquiática externa - diâmetro inter-ektoischions (pontos colocados mais lateralmente na face externa da tuberosidade isquiática).

17) Largura inter-kotilions - diâmetro inter-kotilions (pontos situados na incisura acetabular e em que se juntam os três ossos: illion, ischion e pubes). Este ponto nota-se como uma pequena área mais clara ou levemente esponjosa na aparência, situada no rebordo interior da incisura acetabular.

18) Largura mínima entre as cavidades cotilóides - diâmetro inter-koilons da incisura ou cavidade cotilóide (pontos mais profundos).

19) Largura da região da sínfise - diâmetro inter-proobturatores (pontos mais próximos do plano mediano no bordo dos buracos obturados).

20) Largura máxima da entrada do estreito - diâmetro inter-arcuales (pontos mais afastados um do outro, simétricos, na linha arcuale ou linha inominada) - transversa major da entrada do estreito.

21) Largura anterior da entrada do estreito - diâmetro inter-pectens (pontos de encontro da linha arcuale com o tubérculo ilio-pectineo: ponto por vezes pouco visível nas bacias femininas, em que a linha arcada é romba, pouco nítida) - transversa anterior da entrada do estreito.

22) Largura da saída da bacia - distância entre os dois pontos mais afastados situados entre as espinhas isquiáticas e o extremo infero-posterior do buraco obturado, na face interna dos ilíacos. Ponto a determinar por tentativas vendo qual a largura máxima na linha das espinhas isquiáticas ao buraco obturado.


c) Oblíquas

23) Espessura ilíaca - diâmetro propubes-criptospina.

24) Transversa oblíqua I da entrada do estreito - diâmetro proauricula direito-pecten esquerdo, i. é, do ponto em que a linha arcada encontra o sacro (proauricula) ao pecten.

25) Transversa oblíqua II da entrada do estreito - diâmetro proauricula esquerda-pecten direito.


d) Alturas

26) Altura do asa ilíaca - diâmetro arcuale-epicrista, i. é, do arcuale ao ponto mais elevado da crista ilíaca (epicrista),

27) Altura máxima da bacia - diâmetro ischion-epicrista, i. é, do ischion (ponto inferior de tuberosidade isquiática) ao epicrista.

28) Verdadeira altura da pequena bacia - diâmetro ischion-proauricula (tomado à esquerda).

29) Altura anterior da pequena bacia - diâmetro ischion-propubes.

30) Profundidade da fossa ilíaca - tomada na linha cujos extremos são o epicrista e o ponto médio entre o arcuale e o proauricula.


Medidas angulares


1) Ângulo sub-púbico - vértice no metapubes e lados dirigidos para os pontos angularmente menos afastados do bordo inferior do pubes.

2) Ângulo da inclinação da bacia - ângulo que faz o plano determinado pelo propubes e os 2 macrospinas com a linha propubes-promontorium.

3) Ângulo de divergência das asas ilíacas - ângulo das duas linhas arcuale-exocrista.

4) Ângulo sacro-pélvico - ângulo da linha propubes-promontorium com a tangente à parte mediana da face ventral da 1ª vértebra sagrada.

5) Ângulo sacro-lombar - ângulo da tangente à parte mediana da face anterior da 5ª vértebra lombar com a tangente à parte mediana da face anterior da 1ª vértebra sagrada. A 5ª lombar é colocada de forma que as suas apófises articulares se conjuguem bem com as correspondentes do sacro.


Pelvic landmarks



Pelviometric distances



Pelvic Angles



Disclaimer


This decision support system is freely provided as an aid for profiling skeletal material. Osteomics has no responsibility for its ultimate use or misuse. While Osteomics tries to ensure the software is theoretically grounded and statically accurate, we provide no warranty and make no specific claims as to its performance or its appropriateness for use in any particular situation. If a paper is available for any of our tools, please read it before applying the method. Always keep in mind: you are the expert, these tools are just decision support systems. They do not have the final word.


Acknowledgments


Original research and data acquisition

Serra, J. A. 1938. A pelve nos Portugueses: morfologia da pelve no Homem. Contribuições para o Estudo da Antropologia Portuguesa 3(1): 1–174.

Download original article (Serra, 1938)


Data transcription to digital format

Mariana Cruz, Joana Diniz, João d'Oliveira Coelho

Download the dataset here


Vectorization of Frassetto's drawings

Thomas Püschel


App Development


João d'Oliveira Coelho

Osteomics

Laboratory of Forensic Anthropology - University of Coimbra





Lower Whisker

Smallest observation greater than or equal to lower hinge - 1.5 * IQR

Lower Hinge

25% quantile

Middle

Median, 50% quantile

Diamond

Arithmetic mean

Upper Hinge

75% quantile

Upper Whisker

Largest observation less than or equal to upper hinge + 1.5 * IQR






































Notice:

The top 5 most dimorphic variables are in bold. You should be able to generate very accurate models using only these.


Metric Pattern Analysis:



                      

Cross-Validation


Machine Learning



Reproducibility


Models are pseudo-randomly generated to avoid bias. However, you might want reproducible results, e.g. for publications or reports. Chose any numeric value (i.e. "seed") to generate a reproducible statistical model.

Perform Analysis




Sex Prediction


Predicted Class
Probabilistic Result

Model Information & Accuracy