Mätning av tidsmässiga förändringar i kontusionens färg med kolorimeter

Mätning av tidsmässiga förändringar i kontusionens färg med kolorimeter

Syfte: Att utforska mönstret för hudfärgsförändringar vid kontusion och att hitta lämpliga indikatorer för att utläsa tidpunkten för kontusionens uppkomst och initiala grad. Metoder Med hjälp av undertryckssugning simulerades hudkontusioner av olika grad bilateralt på 41 frivilliga personers mediala underarmar. Mätningarna utfördes med hjälp av en Färgmätare var 0,5:e dag under de första 3 dagarna efter skadan och var 1:a dag efter 3 dagar tills färgskillnaden i det kontaminerade området var omöjlig att urskilja med blotta ögat. Kurvanpassning utfördes för de sex färgskillnadsindikatorerna ΔL*, Δa*, Δb*, ΔE*_ab, ΔC* och Δh. För de fem karakteristiska tidsindikatorerna, t_{en topp}, t_{b negativ}, t_{b topp}, t_C-topp, och t_totalt, Mann-Whitney U-testet användes för att jämföra könsskillnader och t-testet för att analysera skillnader i graden av kontusion. Resultat: Regressionsekvationen för Δh-indikatorn hade den bästa anpassningen (R²=0.6395). t_{en topp}, t_{b negativ}, t_{b topp}, t_C-topp, och t_totalt 5 indikatorer var inte relaterade till kön (P>0,05), 3 indikatorer för t_{en topp}, t_{b topp}, och t_totaltoch förändringstakten för färgen (ΔE*_ab lutningen på den anpassade kurvan) var korrelerade med graden av kontusion (P<0,05), men de 2 indikatorerna för t_{b negativ} och t_C-topp påverkades inte av graden av kontusion (P0,05). t_{b negativ} uppträdde vid 1,72±0,90 d, dvs. Δb* var positivt efter 19 timmar. Slutsats Δh- och Δb*-värdena kan användas för att härleda tidpunkten för kontusionsbildning och initial omfattning, och de positiva och negativa Δb*-värdena kan avgöra om kontusionen bildades inom 19 timmar.

Vad är kontusion?

Kontusion (blåmärke) är en skada som huvudsakligen kännetecknas av intra- och subkutan blödning och är vanligast vid olika typer av våld. Särskilt vid våld i hemmet, sexuella övergrepp och misshandel av barn och äldre är det viktigt att dra slutsatser om tidpunkten för kontusionens uppkomst. Forskning om kontusionens bildnings- och utvecklingsmekanism hjälper oss att analysera platsen och tiden för våld, avgöra om skadan bildades samtidigt eller analysera tiden för dödsfall och överlevnadstid efter skada för att rekonstruera och återställa fallet. Rättsläkare har alltid förlitat sig på visuell observation och empirisk analys för att bestämma bildningstiden för kontusion. Denna modell är dock begränsad av de rättsmedicinska arbetarnas erfarenhet och förmåga; det finns stora fel, och olika individer har olika subjektiva känslor om samma färg. Därför är det opålitligt att härleda tiden för kontusion genom syn, och vi måste kvantifiera färgen och digitalisera färgförändringen genom instrument.

Vad är en kolorimeter?

En kolorimeter är ett instrument som mäter färgavvikelser genom att simulera ljusets väg in i det mänskliga ögat. Den kan mäta färgsignalen under de angivna ljuskällförhållandena, och programvaran beräknar färgvärdena för olika färgrymder. För närvarande finns det mycket få inhemska studier som använder färgmätare inom kriminaltekniken. Att använda färgmätare och Spektrofotometers utomlands studerat färgförändringen av hudkontusion och kvantitativt utforskat andra färgförändringar inom rättsmedicin, såsom nekrotiska fläckar och färgen på likblod. Det finns dock färre sådana studier i allmänhet, som saknar uppgifter om asiatiska gula vuxna, och det finns ett gap inom detta område, särskilt i inhemska studier.

1. Material och metoder

1.1 Material

1.1.1 Instrument

De viktigaste instrumenten: CS-410 bärbar spektral kolorimeter (Hangzhou CHNSpec Teknik Co, Ltd.); spiralvakuumutsug nr 5 (ytterdiameter 3,7 cm, innerdiameter 2,5 cm) (Shuangjin Health Care Instrument Factory); Canon EOS M50-kamera; Philips MASTER TL-D90 Graphica36W/965-lampor.

1.1.2 Ämnen

41 frivilliga (18 män och 23 kvinnor) rekryterades, i åldrarna 19-42 år, med en medelålder på 23,27±4,06 år. Inklusionskriterier för frivilliga:

• (1) Ingen abnormitet i koagulationssystemet, inklusive att inte ta några antikoagulantia, antiplateletter, antiinflammatoriska läkemedel och steroider inom 2 månader;
• (2) Inga större trauman eller operationer inom 6 månader, och inget donerat blod eller blodprodukter;
• (3) Ingen uppenbar pigmentering eller ärrbildning på insidan av underarmarna bilateralt;
• (4) Inga viktiga organsjukdomar, såsom hjärta, lever, njure etc., eller andra sjukdomar som påverkar återhämtningen från skada.

Alla frivilliga kände till innehållet i experimentet och de möjliga konsekvenserna och undertecknade ett formulär för informerat samtycke.

1.2 Metoder

1.2.1 Modell för kontusion

På ena sidan av försökspersonens inre underarm nära armbågsfogen användes en spiralformad vakuumkopp för att applicera negativt tryck i 7 minuter. På den andra sidan applicerades däremot samma antal rotationer i 15 minuter. När det negativa trycket hade avlägsnats bildades ett cirkulärt kontusionsområde med en diameter på ca 3 cm.

1.2.2 Mätning

Sitt stilla i 1 timme efter avslutad sugning och gör den första mätningen efter det att de utvidgade och skadade kapillärerna har återhämtat sig helt. Ställ in instrumentparametrarna på SCE-läge (exkludera spekulärt reflekterat ljus för att mäta färg), 10° synfältsvinkel, ljuskällans tillstånd D65 och ta automatiskt medelvärdet efter 5 på varandra följande mätningar. Ta 5 positioner med liknande hudfärg inom 2 cm runt kontusionen (mätöppning 8 mm) för mätning, och det erhållna värdet sattes som kontrollvärde. Mätningen av kontusionsstället upprepades ytterligare 5 gånger och det erhållna värdet var det experimentella värdet. För att minimera provtagningsfel mättes experimenten av samma operatör. Färgen på vissa kontusionsområden var inte enhetlig; färgen på ena sidan av det cirkulära området var mörkare, den andra sidan var ljusare, eller den lokala områdesfärgen var mörkare, och området med den tyngre färgen togs som mätpunkt. Mätningar gjordes var 0,5 d under de första 3 d efter skadan och var 1 d efter 3 d tills färgskillnaden i det kontaminerade området var svår att urskilja med blotta ögat. Omedelbart efter varje mätning fotograferades kontusionsområdet under förutsättning att ljuskällan var 85 cm hög, kamerahöjden var 45 cm och kameran stod i en vinkel på 15° mot målet med kameraparametrarna fixerade.

1.2.3 Färgindikatorer

CIE Lab färgrymd (även skriven som L*a*b*) publicerades av International Commission on illumination (CIE) 1976. Den används oftast inom vetenskaplig forskning eftersom den innehåller flest färger och är opåverkad av ljus och utrustning. L*-värdet anger de ljusa och mörka kanalerna. Värdeintervallet är 0-100 (0 är mörkast, 100 är ljusast); a*-värdet anger den rödgröna kanalen, värdeintervallet -128-127 (-128 är mörkgrönt, 0 är grått, 127 är ljusrosa); b*-värdet anger den gulblå kanalen, värdeintervallet -128-127, (-128 är mörkblått, 0 är grått, 127 är gult). l*-värdet i LCh-färgrymden är detsamma som att L*-värdet i LCh-färgrymden är detsamma som L* i CIE Lab-färgrymden, C* representerar mättnadsvärdet (0-100) och h representerar nyansvinkelvärdet (0-360). LCh-värdet kan omvandlas helt från CIE Lab-värdet, men dess uttryck är närmare relaterat till de praktiska tillämpningarna i livet. Därför har de två färgrymdsvärdena CIE Lab och LCh valts ut för studier, och programvaran är inställd på att exportera motsvarande färgvärden.

1.2.4 Formel för färgskillnad

Använd programvaran Color QC2 (version: V1.0.2.15) som medföljer instrumentet för att beräkna färgskillnadsvärdena, och formlerna som används är följande.

Anmärkning: (1=experimentellt värde; 2=kontrollvärde)

1.2.5 Dataanalys

Rådata exporterades från programvaran Color QC2, och programvaran Excel användes för preliminär statistik över förekomsttiden för varje karakteristiskt värde. Programvaran Graph Pad Prism användes för att göra grafer, analysera trenden för olika indikatorer och passa regressionskurvan för alla prover och varje prov för att få regressionsekvationen. Programvaran SPSS 26.0 användes för att statistiskt beskriva uppkomsten av egenindikatorer och lutningar, och tiden för uppkomsten av egenindikatorer uttrycktes som x+s. Ensidiga datavarianser jämfördes för könsskillnader med Mann-Whitney U-test (Mann-Whitney U-test), och tvåsidiga jämförelser gjordes med hjälp av t-test för parade prover (parat test). Testnivån α = 0,05.

2. Resultat

Av de 41 fallen missade 7 mätningen den sjätte dagen och 1 missade mätningen den femte och sjätte dagen, och dessa saknade data registrerades som tomma data. Eftersom det fanns fall där den faktiska effekten av sugning med undertryck inte var relaterad till hur länge sugning med undertryck pågick, valdes den sida som hade det största ΔE*_ab som mättes för första gången registrerades som den "tunga sidan", och den andra sidan registrerades som den "lätta sidan". Orsakerna till detta kommer att analyseras i diskussionsavsnittet.

2.1 Övergripande trender

Den övergripande trenden för de sex indikatorerna visas i tabell 1. Det initiala värdet för ΔC* kan vara positivt eller negativt beroende på graden av kontusion, och trenden för Δh saktar ner när värdet är annorlunda, så den minskar icke-linjärt. För data från den "tunga sidan" användes programvaran Graph Pad Prism för att göra spridningsdiagram och regressionskurvor, och resultaten visas i figur 1.
Tabell.1 Trender och intervall för de 6 parameterindikatorerna

Indikatorer för parametrar	Positiva och negativa värden	Förändrade trender	Extrem räckvidd
			Minsta värde	Maximalt värde
AL*	Negativ	Linjär ökning	-21.93 ~ -3.74	-
Aa*	Positivt värde	Linjär minskning	-	2.03 ~ 13.08
Ab*	Från negativt till positivt	Först ökning och sedan minskning	-10.02 ~ -0.08	0.77 ~ 6.64
AE*ab	Positivt värde	Linjär minskning	-	4.73 ~ 25.35
AC*	Från negativt till positivt	Först ökning och sedan minskning	-6.07 ~ 1.74	1.10 ~ 7.67
Ah	Negativ	Nonlinjär minskning	-	-35.98 ~ -2.78

Anmärkning: "-" betyder att värdet tenderar att vara 0.

Figur.1 Spridningsdiagram och regressionskurva för 6 färgindikatorer för "tung sida"
Förändringar i värdena för de 6 indikatorerna över 7d.
Samma frivilliga person fotograferades under fasta förhållanden på båda sidor om kontusionsområdet, och tidpunkterna 0, 1, 3, 5 och 7 d valdes ut för jämförelse, och resultaten visas i fig. 2.

Figur.2 Färgförändringar på båda sidor av kontusionsområdet inom 7 d

2.2 Karaktäristiska tidpunkter

Det finns tidpunkter då Δb*-värdet ändras från positivt till negativt, tidpunkten för det senaste negativa värdet noteras som t_{b negativ}noteras tidpunkten för Δb*-värdets högsta topp som t_{b topp}och tidpunkten för ΔC*-värdets högsta topp noteras som t_C-topp. Genom att analysera kurvorna i varje enskilt fall fann man dessutom att Δa* hade en mindre topp baserat på den linjära variationen, och tidpunkten för dess uppträdande noterades som t_{en topp}. På grund av provtagningsfelet i placeringen av den valda punkten under mätningen var det relativa felet i uppgifterna större när kontusionen var ljusare och det inte var lätt att urskilja färgskillnaden med blotta ögat, tidpunkten för den första ΔE*_ab value <3 was designated as the time of disappearance of the contusion, t_totalt. The mean and standard deviation of each time were counted by SPSS software, and the results are shown in Table 2.
Table.2 Mean appearance time of characteristic time indicators (d)

	ten topp	tb negativ	tb topp	tc peak	ttotalt
Heavy side	2.11±0.88	1.82±0.86	4.22±1.45	3.82±1.36	7.95±3.22
Light side	1.80±0.68	1.61±0.95	3.76±1.40	3.63±1.35	6.95±3.19
Overall on both sides	1.96±0.80	1.72±0.90	4.00±1.44	3.73±1.35	7.47±3.22

2.3 Anpassning av regressionskurvan

According to the time of disappearance of individual contusion, the data within 7d were analyzed for each index, and the “heavy side” and “light side” data were processed separately. Because the initial value of the “light-side” part of the sample was too low, the relative error of the data was large, so the “heavy-side” data of the 41 samples were fitted. The regression equations of the 6 indexes are shown in Table 3, with the best fit being Δh (R²=0.6395), the worst fit being Δh (R²=0.6395), and the best fit being Δh (R²=0.6395), and the worst fit being Δh (R²=0.6395). The best fit was ΔC* (R²=0.3451), and the worst was ΔC* (R²=0.3451). Because of the large difference in the simulation effect of contusion during negative pressure suction, the initial values differed greatly, and the effect caused by the initial value and sampling error could be reduced if all the data at the same time point were averaged. After taking the mean value, the color values with time change law are obvious, and the regression equation has excellent goodness of fit; the best fit is Δh(R²=0.9980), and the worst fit is ΔC*(R²=0.9089).
ΔE*_ab represents the total color difference, and the slope of the regression equation indicates the speed of color change, so the slope of the regression equation for the ΔE*_ab indicator can indicate the degree of speed of color change. All samples with ΔE*_ab maxima <5 and one case of subcutaneous hemorrhage that affected the stability of the data were excluded, and the slopes of the regression equations of ΔE*_ab for all remaining individuals (40 cases on the “heavy side” and 35 cases on the “light side”) were counted to analyze the differences in color change between the two sides of the contusion. Differences in contusion color change.
Table.3 Regression equations for the overall and mean values of the six indices for the “heavy side

Color difference index	Overall		Mean value
	Regression equation	R2	Regression equation	R2
Aa*	y=-0.7203x+6.259	0.4188	y=-0.7153x+6.25	0.9753
Ab*	y=-0.2898x2+2.989x-5.062	0.6203	y=-0.2912x2+2.9932x-5.0628	0.984
AE*ab	y=-1.660x+14.60	0.4468	y=-1.634x+14.554	0.9813
AC*	y=-0.207x2+1.85x-0.8552	0.3451	y=-0.2095x2+1.8616x-0.8618	0.9089
Ah	y=-0.464x2+6.291x-23.6	0.6395	y=-0.4604x2+6.277x-23.591	0.998

Note: x denotes time, and y denotes color difference values.

2.4 Skillnader mellan könen

Because the variance of the 5 indicators of t_{en topp}, t_{b negativ}, t_{b topp}, t_C-topp, och t_totalt were not homogeneous between men and women of the 41 cases of the heavier side, comparisons were made using the Mann-Whitney U-test. P-values were all >0.05, i.e., there was no significant gender difference in the appearance of these characteristics at the time.

2.5 Skillnader i grad

Excluding the samples with ΔE*_ab maximum <5 on the “light side” and one case of subcutaneous hemorrhage on the “heavy side”, the paired t-test was used to compare the t_{en topp}, t_{b minus}, t_{b topp}, t_C-topp, och t_totalt on both sides of the remaining 35 samples. t_{en topp}, t_{b minus}, t_{b topp}, t_C-topp, t_totalt, t_{b topp}, t_totalt 3 indicators P value <0.05, the time of appearance of the three indicators and the degree of contusion significantly correlated. t_{b negativ}, t_{C peak,} P value >0.05, the correlation between these two indicators and the degree of contusion is insignificant. ΔE * ab slope P value <0.05, that is, the degree of contusion and the speed of color change are significantly correlated, and the greater the degree of contusion, the faster the speed of change.

3. Diskussion

3.1 Betydelsen av varje index

After erythrocytes escape from blood vessels to subcutaneous or intradermal, the skin at the contusion site will change color due to the inflammatory reaction and the metabolic process of hemoglobin. The color of the early contusion site depends mainly on the number of escaped erythrocytes and the depth of the erythrocyte site from the skin. Hemoglobin near the skin’s surface will appear red, but the skin will appear blue when the escaped blood goes deeper into the tissue. This phenomenon is caused by a combination of Rayleigh scattering, the light absorption coefficient of the skin, and our visual system. After a contusion occurs, although neutrophils are the first inflammatory cells to arrive, they do not degrade hemoglobin. Mononuclear phagocytes phagocytose erythrocytes contain the enzyme heme oxygenase that breaks down hemoglobin into biliverdin and releases carbon monoxide and iron. Biliverdin is a green pigment rapidly converted to bilirubin by the enzyme biliverdin reductase. Free iron combines with ferritin to form ferric hemoflavin, and bilirubin can also accumulate locally to form yellow bilirubin crystals.

The ΔL* value showed a negative value after injury, that is, the color of the contusion site deepened by the naked eye, and the color gradually became lighter during the recovery process. The Δa* value reflects the red-green index, that is, the hemoglobin is degraded while the green biliverdin is generated, so the Δa* value gradually decreases with time. The appearance of t_{en topp} may be related to the rate of biliverdin production and the rate of bilirubin conversion, but the specific mechanism is unclear. The Δb* value represents the yellow-blue axis. When the contusion occurs, the hemoglobin in the deeper part appears blue. Therefore, the Δb* value is negative after contusion, and the Δb* value becomes larger as these hemoglobins are degraded. Subsequently, due to the formation of hemosiderin and bilirubin, the contusion site gradually showed yellow visible to the naked eye. Negative tb does not mean the time when hemosiderin and bilirubin begin to be produced. It should be understood as the time when the yellow value can cover the blue value of deep hemoglobin, that is, the amount of hemosiderin and bilirubin accumulated to a certain extent. The t_{b topp} appears because the decomposition of iron-containing blood yellow and bilirubin exceeds its formation rate. ΔE*_ab represents the total color difference, reflecting the color of the contusion area from the initial abnormality to the final and the surrounding normal skin color is basically the same. ΔC* and Δh can be transformed from CIE Lab color space, so the meaning represented by their values is more complex and difficult to be explained by a single material change.

3.2 Slutsats om tidpunkt och grad av kontusion

This experiment verifies that gender does not affect the color elimination speed or the appearance of characteristic time points of contusion. In contrast, the 3 indicators of t_{en topp}, t_{b topp}, och t_totalt and the color difference elimination speed are related to the degree of contusion, and the 2 indicators of t_{b negativ} och t_C-topp are not affected by the degree of contusion. Among them, the process of Δb* value from negative to positive appeared in 1.72±0.90d, so Δb* turned positive at least after 19h. t_C-topp appeared in 3.73±1.35d, but it requires several measurements to determine, which is difficult to apply in practice. The time at which the Δb* value turns negative to positive is recommended as the primary indicator of the newness of the contusion.
The goodness of fit of each color difference index of the “heavy side” is the best with Δh (R²=0.6395). Still, in the application process, many software does not support the LCh color mode and need to be converted to get, and h represents the hue angle of beginners is more difficult to understand, so it is only recommended to use it when the conditions allow. Δb* regression curve of R² = 0.6203 also has a high degree of fit, and Δb* represents a clear change in the specific substance, so Δb* is more suitable for the precise inference of the damage time.
The generally low goodness of fit of the “heavy side” fitting curves was mainly due to the different initial damage degrees, and fitting all the data at the same time after averaging could eliminate the differences in damage degrees between individuals and reflect the rate of change of each color difference index. The goodness of fit of all six color difference indicators for the mean values was >0.9, indicating a significant correlation between the rate of change of contusion color and time.
Because both the initial degree of contusion and the time of contusion affect contusion color, the precise time of contusion can be inferred only from photographs taken a short time after the presence of a contusion, or the initial degree of contusion if the time of contusion is determined.

3.3 Utvärdering av modeller för kontusion

Common contusion models include negative pressure suction, paintball gun strikes, artificial compression, and subcutaneous injection. Although the degree of negative pressure attraction is controllable and the time of action is controllable, it was found during the experiment that the effect of contusion is still different for different individuals. This may be due to the richness of blood vessels in the medial forearm and the differences in distribution between individuals, so the final effect is different. In addition, the sebum thickness of the medial forearm was greater in the volunteers with smaller initial contusions, which was not favorable for negative pressure suction, consistent with the fact that contusions are less likely to occur in real-life scenarios with greater sebum thickness. Therefore, the experimental model needs to be improved by avoiding superficial veins as much as possible and controlling the appropriate pressure for suction.

4. Slutsats

In summary, the color change of contusions is not related to gender but to the initial degree of contusion. The color data can be quantified by measuring the color index of the contusion using a colorimeter to determine the degree of newness of the contusion, i.e., the Δb* value turned positive at least 19h after the occurrence of the contusion. Both Δh and Δb* values can be used when inferring the time of contusion formation and initial degree.
In this study, we only examined the color change of contusions by gender and degree of contusion and did not consider age, sebum thickness, and contusion site. We need to study further the effects of these factors on contusion, as well as continue to expand the sample size and search for new color indicators to make the method more accurate.
Author: Yao Zewei