血痕顏色時(shí)序性變化的實(shí)驗(yàn)性研究

鄭吉龍，倪首濤，章彪，鞏京慧，王玖琳，許高帥

（1. 中國(guó)刑事警察學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，沈陽 110035； 2. 貴州警察學(xué)院刑事技術(shù)系，貴陽 550005； 3. 南昌市公安局刑事偵查大隊(duì)，南昌 330000）

血痕作為犯罪現(xiàn)場(chǎng)的一種客觀存在，包含了極豐富的犯罪信息。通過科學(xué)解讀現(xiàn)場(chǎng)血痕，總結(jié)血痕發(fā)現(xiàn)規(guī)律，分析血痕形態(tài)特征，研究血痕干燥動(dòng)力學(xué)，越來越受到國(guó)內(nèi)外法醫(yī)學(xué)者的重視[1-4]。而準(zhǔn)確的血痕經(jīng)過時(shí)間推斷對(duì)排查犯罪嫌疑人、縮小和劃定偵查范圍具有重要意義。目前，法醫(yī)實(shí)踐中，現(xiàn)場(chǎng)血痕經(jīng)過時(shí)間推斷主要還是一種經(jīng)驗(yàn)法則的運(yùn)用，誤差較大，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)也因?yàn)椴僮鲝?fù)雜，儀器設(shè)備昂貴，耗時(shí)較長(zhǎng)等因素而無法實(shí)際應(yīng)用[5-6]。本研究利用數(shù)字圖像分析技術(shù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)血痕數(shù)字圖像顏色細(xì)微變化過程，進(jìn)而篩選合適參數(shù)建立時(shí)間推斷回歸方程，以探索一種現(xiàn)場(chǎng)血痕經(jīng)過時(shí)間簡(jiǎn)便、快速、無損、客觀的推斷方法。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究樣本：收集20名健康志愿者的肘靜脈血。所有志愿者無吸煙史，正常飲食，男女各半，平均年齡為26歲。取血時(shí)女性均處于非月經(jīng)期。抽取靜脈血后，立即用移液器分別吸取50 μ L血液，于1.0 cm高度垂直滴加在白色紡織物載體上 （大連泉興被服棉紡制品有限公司，100%棉，40S紗） ，每名志愿者制作12個(gè)血痕樣本。

1.1.2 儀器設(shè)備：數(shù)碼相機(jī) （佳能5D Mark Ⅳ，3040萬像素，分辨率6720×4480，日本佳能公司） ，多功能痕跡物證照相載物臺(tái) （ZWT-Ⅱ，中國(guó)畢思特公司） 。

1.2 方法

1.2.1 樣本分組：根據(jù)樣本放置條件的不同，將樣本分為室內(nèi)組 （25～30 ℃，濕度30%～60%，密閉不通風(fēng)保存） 和4 ℃組 （冰箱內(nèi)保存） ，室內(nèi)組又分為黑暗組 （暗室內(nèi)保存） 和自然光照組 （自然散射光，基本為白天12 h光照，晚上12 h黑暗）。每組80個(gè)血痕樣本，其中同一志愿者的樣本數(shù)為4個(gè)。

1.2.2 血痕圖像采集：在不同血痕經(jīng)過時(shí)間 （滴血于紡織物載體后即刻，1～12 h內(nèi)每間隔0.5 h，>12～72 h內(nèi)每間隔1 h，>72～888 h內(nèi)每間隔6 h，共221個(gè)時(shí)間點(diǎn)） ，采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)血痕進(jìn)行圖像采集。采集過程中血痕統(tǒng)一移至暗室環(huán)境，在多功能痕跡物證照相載物臺(tái)上，用垂直固定于距離血痕載體30 cm高度處的數(shù)碼相機(jī)，自動(dòng)對(duì)焦后連續(xù)拍攝3次，圖像以TIFF格式存儲(chǔ)于相機(jī)內(nèi)存卡中。

1.2.3 血痕圖像分析：將獲得的血痕圖像導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，編寫相應(yīng)圖像處理程序后，利用MATLAB軟件（R2014b，美國(guó)Math Works公司） 對(duì)所獲取圖像進(jìn)行分析處理，提取血痕圖像中心區(qū)7×7個(gè)像素區(qū)域內(nèi)紅、綠、藍(lán)、青、品紅、黃 （R、G、B、C、M、Y） 6項(xiàng)顏色值，并計(jì)算得到各顏色參數(shù)的平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

將MATLAB軟件提取并輸出的數(shù)值導(dǎo)入SPSS 22.0軟件，對(duì)不同環(huán)境下6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，獲得6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)值，并建立與血痕經(jīng)過時(shí)間的回歸方程，進(jìn)一步通過聚類和判別分析的方式篩選合適參數(shù)，以建立多參數(shù)血痕經(jīng)過時(shí)間綜合推斷方程；并對(duì)血痕個(gè)體內(nèi)及個(gè)體間差異、環(huán)境因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。P< 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 血痕數(shù)字圖像顏色肉眼觀察

不同環(huán)境血痕樣本顏色均由0 h的鮮紅色逐漸變?yōu)榘导t色，但顏色變化速率在肉眼可分辨時(shí)間上有所差異，由快至慢依次為室溫自然光照組、室溫黑暗組、4℃組。于實(shí)驗(yàn)8 h、10 h、12 h內(nèi)可肉眼觀察到差異，之后各組血痕數(shù)字圖像變化差異肉眼觀察難以發(fā)現(xiàn)并客觀描述。

2.2 數(shù)字圖像分析

MATILAB軟件分析結(jié)果顯示，隨血痕經(jīng)過時(shí)間延長(zhǎng)，R （紅） 、Y （黃） 、M （品紅） 值呈下降趨勢(shì)，G（綠） 和B （藍(lán)） 值呈上升趨勢(shì)，C （青） 值變化不明顯。在不同溫度、不同光照條件下，血痕各參數(shù)值總體變化趨勢(shì)大體一致，但是變化速率有所差異。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2.3.1 不同環(huán)境血痕顏色6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)時(shí)間變化規(guī)律：將所獲得的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理并分析，得到血痕6項(xiàng)顏色指標(biāo) （R、G、B、C、Y、M） 與血痕經(jīng)過時(shí)間的回歸方程。進(jìn)一步通過聚類和判別分析，建立多參數(shù)血痕經(jīng)過時(shí)間綜合推斷方程 （表1） 。

2.3.2 個(gè)體內(nèi)及個(gè)體間的6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)與血痕經(jīng)過時(shí)間的相關(guān)性：為考量個(gè)體差異的影響，本研究從20名志愿者中隨機(jī)選取4名志愿者，對(duì)不同條件下的血痕樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。發(fā)現(xiàn)各組Y、M、G值與血痕經(jīng)過時(shí)間相關(guān)，且4 ℃組M值與時(shí)間的相關(guān)程度最高，因此，進(jìn)一步比較了同一條件下M值與血痕經(jīng)過時(shí)間的變化規(guī)律。以4 ℃冰箱環(huán)境中紡織物載體上50 μ L血痕樣本為測(cè)試對(duì)象，獲得同一個(gè)體及不同個(gè)體間不同血痕經(jīng)過時(shí)間M值的變化趨勢(shì) （圖1、2） 。結(jié)果表明，無論同一個(gè)體內(nèi)還是不同個(gè)體間，不同血痕經(jīng)過時(shí)間M值變化均呈大致相同的規(guī)律，即隨時(shí)間推移M值呈階段性變化，480 h內(nèi)變化迅速，之后變化較平緩。比較相同經(jīng)過時(shí)間的同一個(gè)體不同血痕樣本的M值，結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 （P> 0.05） ；比較不同經(jīng)過時(shí)間不同個(gè)體的不同血痕樣本M值，結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 （P> 0.05） 。

表1 血痕顏色6項(xiàng)參數(shù)與血痕經(jīng)過時(shí)間的回歸方程及多參數(shù)綜合推斷方程Tab.1 Regression equations between 6 parameters of color and age of blood stains and multiparametric equations

圖1 同一個(gè)體不同血痕經(jīng)過時(shí)間M值變化趨勢(shì)比較Fig.1 Comparison of variation trend of M in the same individual at different remaining time of blood stains

2.3.3 環(huán)境因素對(duì)血痕圖像顏色變化的影響：為考量環(huán)境因素對(duì)血痕圖像顏色變化的影響，分別對(duì)不同溫度和光照條件下血痕圖像M值變化趨勢(shì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)M值的總體變化規(guī)律是一致的，均表現(xiàn)為初始階段下降較快，之后變化較平緩，但變化的具體時(shí)間段不同。室溫黑暗環(huán)境中表現(xiàn)為480 h內(nèi)變化迅速；4 ℃冰箱環(huán)境中則是560 h內(nèi)變化迅速，且變化趨勢(shì)又較室溫黑暗環(huán)境中略平緩；室溫光照環(huán)境中則表現(xiàn)為約400 h內(nèi)下降速度較快，且下降速率較室溫黑暗環(huán)境中快 （圖3） 。

圖2 不同個(gè)體不同血痕經(jīng)過時(shí)間M值變化趨勢(shì)比較Fig.2 Comparison of variation trend of M in different individuals at different remaining time of blood stains

圖3 不同環(huán)境條件下M值變化趨勢(shì)比較Fig.3 Comparison of variation trend of M under different environmental conditions

3 討論

本研究采用圖像分析技術(shù)對(duì)血痕顏色細(xì)微變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察，并建立反映血痕顏色特征的6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)與經(jīng)過時(shí)間的對(duì)應(yīng)量效關(guān)系，旨在為血痕經(jīng)過時(shí)間推斷和命案現(xiàn)場(chǎng)重建提供科學(xué)的量化分析指標(biāo)和可行方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)血痕經(jīng)過時(shí)間客觀、無損、簡(jiǎn)便、快速地推斷。

瞿勇強(qiáng)等[2]通過肉眼觀察血痕形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)血痕干涸所形成的龜裂現(xiàn)象對(duì)4 h內(nèi)血痕經(jīng)過時(shí)間推斷具有觀測(cè)價(jià)值，但這種方法并不適用于紡織物載體血痕。本研究選擇紡織物作為血痕載體，一方面紡織物是生活中極為常見的材料，暴力犯罪案件發(fā)生時(shí)，常在衣服、床單、窗簾等紡織物上留下血跡；另一方面，由于紡織物具有一定的柔韌性和吸水性，血液在干涸的過程中難以形成其他特征性改變 （如干燥、龜裂等） ，因此紡織物載體上血痕經(jīng)過時(shí)間的精確推斷更顯困難。研究[7]發(fā)現(xiàn)，不同環(huán)境條件下紡織物血痕肉眼觀察及數(shù)字圖像均隨血痕經(jīng)過時(shí)間延長(zhǎng)而出現(xiàn)由鮮紅色向暗紅色轉(zhuǎn)變的顏色變化。分析其原因與血紅蛋白衍生物量的變化有關(guān)。血紅蛋白是血液最主要的組成部分，SHELTON等[8]研究表明，血痕的顏色取決于氧合血紅蛋白、高鐵血紅蛋白和高鐵血色素原3種血紅蛋白衍生物的量，血痕中的這3種成分的比例會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生變化，且該變化過程是雙相的，即在初始階段所有的氧合血紅蛋白發(fā)生自氧化生成高鐵血紅蛋白，然后高鐵血紅蛋白緩慢降解為高鐵血色素原。一旦血液離開人體，所有的去氧血紅蛋白都會(huì)轉(zhuǎn)化為氧合血紅蛋白，因此，血液離體后由鮮紅色逐漸變成暗紅色[9]。但隨著血痕經(jīng)過時(shí)間的延長(zhǎng)，血痕顏色的細(xì)微變化肉眼已經(jīng)無法分辨，只能粗略推斷。

目前血痕經(jīng)過時(shí)間的推斷方法包括應(yīng)用RNA分析[10]、高效能液體光譜[11]、近紅外譜[12]、紫外可見光譜[13]、高光譜圖像[14]、傅里葉變換紅外光譜和衰減全反射[15]、單細(xì)胞凝膠電泳[16]等。但上述方法大多局限于實(shí)驗(yàn)室操作，檢測(cè)手段過于復(fù)雜，對(duì)檢驗(yàn)者專業(yè)性要求高，需要嚴(yán)格控制檢測(cè)條件，另外，儀器設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜，且對(duì)血痕具有不可逆的破壞性，故而推廣性不強(qiáng)，無法實(shí)際應(yīng)用。本研究聯(lián)合運(yùn)用RGB及CMY顏色模式計(jì)算機(jī)圖像分析，采用R、G、B、C、Y、M值6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，在不破壞血痕形態(tài)的基礎(chǔ)上對(duì)血痕數(shù)字圖像顏色進(jìn)行量化分析。其原理在于任何圖像都是由顏色構(gòu)成的，色彩學(xué)上將描述顏色的方法稱為顏色模式或色彩模式[17]。本研究中經(jīng)數(shù)碼相機(jī)所采集的血痕圖像每個(gè)像素點(diǎn)的RGB和CYM值均有所不同，結(jié)合MATLAB分析軟件的強(qiáng)大功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)血痕圖像中心區(qū)7×7個(gè)像素區(qū)域6項(xiàng)參數(shù)值的提取，并最終取其平均值以減小實(shí)驗(yàn)誤差。將提取到的圖片導(dǎo)入MATLAB，運(yùn)行程序后直接得出圖像R、G、B、C、Y以及M的平均值。研究表明該方法不僅可以快速處理圖像，還可以保證圖像選取測(cè)量區(qū)域的特定性，減少極端值的產(chǎn)生。

本研究對(duì)形成888 h內(nèi)的血痕進(jìn)行連續(xù)定點(diǎn)觀察，血痕6項(xiàng)顏色指標(biāo)中，R、Y以及M值3項(xiàng)參數(shù)值隨經(jīng)過時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，G、B值隨經(jīng)過時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，而C值的時(shí)間規(guī)律性不明顯。提示血痕顏色隨時(shí)間延長(zhǎng)發(fā)生改變的過程反映在數(shù)字圖像中為不同顏色參數(shù)值的增加或減少，是不同顏色參數(shù)共同作用的結(jié)果。本研究還發(fā)現(xiàn)，M值與血痕經(jīng)過時(shí)間相關(guān)性最高，與以往的報(bào)道[18]一致。M表示紅色和藍(lán)色的互補(bǔ)色，綜合表現(xiàn)了R和G的變化趨勢(shì)，因此M值較其他指標(biāo)可更全面地體現(xiàn)血痕顏色特征的細(xì)微變化。為了使血痕經(jīng)過時(shí)間推斷更加準(zhǔn)確，本研究綜合6項(xiàng)顏色指標(biāo)的變化特征，應(yīng)用聚類和判別分析的方法，進(jìn)一步建立了血痕經(jīng)過時(shí)間推斷多參數(shù)回歸方程。本研究結(jié)果顯示，相同環(huán)境條件下，無論是同一個(gè)體還是不同個(gè)體間，反映血痕圖像顏色的6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)變化規(guī)律都是一致的，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （均P> 0.05） 。盡管男性與女性血液中血紅蛋白含量存在細(xì)微差異[19]，但本研究中血痕樣本血量?jī)H為50 μ L，加之血液離體后血紅蛋白發(fā)生了不可逆的變性，故無論離體前血液最初狀態(tài)如何，離體后均暴露于外界環(huán)境中，轉(zhuǎn)化為氧合血紅蛋白的過程是一致的。

本研究發(fā)現(xiàn)，處于同一溫濕度下的自然光照組與黑暗組血痕的6項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)變化趨勢(shì)雖然一致，但自然光照組較黑暗組血痕變化更快。分析其原因，血痕顏色變化的快慢取決于氧合血紅蛋白變?yōu)楦哞F血紅蛋白以及從高鐵血紅蛋白變?yōu)楦哞F血色素原的速度，光照可能升高了載體和周圍環(huán)境的溫度，進(jìn)而加速了血紅蛋白的變性過程，也提示今后在血痕經(jīng)過時(shí)間推斷過程中應(yīng)考慮到光照等對(duì)血痕圖像顏色變化的影響。本研究結(jié)果還表明，與室溫光照組和室溫黑暗組比較，4 ℃冰箱組血痕顏色變化速度最慢。分析其原因可能是由于血液離體后，細(xì)胞色素還原酶b5以及其他可以保持血紅蛋白氧合狀態(tài)的酶發(fā)生變性而逐漸失去作用[20]，然而低溫環(huán)境下，細(xì)胞內(nèi)酶的活性受到一定抑制，從而延緩了血紅蛋白的變性。同時(shí)，溫度的降低也減緩了血紅蛋白逐步變性為高鐵血色素原的過程[9]。

本研究對(duì)不同環(huán)境下反映血痕數(shù)字圖像顏色變化的6項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)血痕經(jīng)過時(shí)間推斷提供了一種新的、無損的方法和客觀量化指標(biāo)。本研究結(jié)果是基于實(shí)驗(yàn)室條件下獲得的，今后還需要考慮不同地區(qū)、不同環(huán)境條件、不同種類載體以及更多可能對(duì)推斷血痕經(jīng)過時(shí)間存在影響的因素，不斷擴(kuò)充血痕經(jīng)過時(shí)間分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，以期能更準(zhǔn)確地推斷血痕經(jīng)過時(shí)間。

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