Вимірювання часових змін кольору контузії колориметром

Вимірювання часових змін кольору контузії колориметром

Мета: Дослідити закономірності зміни кольору шкіри при контузії та знайти відповідні індикатори для визначення часу утворення та початкового ступеня контузії. Методи За допомогою відсмоктування під від'ємним тиском на медіальних ділянках передпліччя 41 добровольця були змодельовані ділянки контузії шкіри різного ступеня. Вимірювання проводили за допомогою колориметр кожні 0,5 доби протягом перших 3 діб після травми і кожні 1 добу після 3 діб, поки різниця в кольорі контуженої ділянки не ставала нерозрізненою для неозброєного ока. Підбір кривих проводився для шести показників різниці кольорів ΔL*, Δa*, Δb*, ΔE*_abΔC* та Δh. Для п'яти характерних часових показників t_пік, t_{b негативний}, t_{b пік}, t_С-пікі t_всьогоДля порівняння гендерних відмінностей використовувався U-критерій Манна-Уітні, а для аналізу відмінностей у ступені контузії - середній t-критерій для парних вибірок. Результати: Рівняння регресії для показника Δh має найкращу відповідність (R²=0.6395). t_пік, t_{b негативний}, t_{b пік}, t_С-пікі t_всього 5 показників не були пов'язані з гендером (P>0,05), 3 показники t_пік, t_{b пік}і t_всьогоі швидкість зміни кольору (ΔE*), а також швидкість зміни кольору (ΔE*)_ab нахил припасованої кривої) корелювали зі ступенем контузії (P<0,05), але 2 показники t_{b негативний} і t_С-пік не залежали від ступеня контузії (P0,05). t_{b негативний} з'явився через 1,72±0,90 д, тобто Δb* був позитивним через 19 год. За значеннями Δh та Δb* можна зробити висновок про час утворення забою та його початковий об'єм, а за додатними та від'ємними значеннями Δb* можна визначити, чи утворився забій протягом 19 годин.

Що таке контузія?

Забій (синець) - це травма, що характеризується переважно внутрішньо- та підшкірним крововиливом і є найбільш поширеною при різних видах насильства. Особливо у випадках домашнього насильства, сексуального насильства, жорстокого поводження з дітьми та людьми похилого віку, важливо зробити висновки про час утворення забою. Дослідження механізму утворення та розвитку контузії допомагає нам проаналізувати місце та час насильства, визначити, чи травма утворилася одночасно, або проаналізувати час настання смерті та час виживання після травми, щоб реконструювати та відновити картину події. Судово-медичні експерти завжди покладалися на візуальне спостереження та емпіричний аналіз для визначення часу утворення контузії. Однак ця модель обмежена досвідом і рівнем кваліфікації судово-медичних працівників; існують великі похибки, і різні люди мають різні суб'єктивні відчуття щодо одного і того ж кольору. Тому робити висновки про час утворення контузії за допомогою зору ненадійно, і нам потрібно кількісно оцінити колір і оцифрувати зміну кольору за допомогою приладів.

Що таке колориметр?

Колориметр - це прилад, призначений для вимірювання відхилення кольору шляхом імітації процесу потрапляння світла в око людини. Він може вимірювати колірний сигнал при заданих умовах джерела світла, а програмне забезпечення розраховує значення кольору в різних колірних просторах. Наразі існує дуже мало вітчизняних досліджень з використанням колориметрів у галузі криміналістики. Проте, використовуючи колориметри та спектрофотометрs За кордоном вивчали зміну кольору шкіри при контузії та кількісно досліджували інші зміни кольору в криміналістиці, такі як некротичні плями та колір трупної крові. Однак загалом таких досліджень менше, бракує даних про жовтих дорослих азіатів, і в цій галузі існує прогалина, особливо у вітчизняних дослідженнях.

1. Матеріали та методи

1.1 Матеріали

1.1.1 Інструменти

Основні інструменти: Портативний спектральний колориметр CS-410 (Ханчжоу CHNSpec Технологія Co., Ltd.); спіральний вакуумний екстрактор №5 (зовнішній діаметр 3,7 см, внутрішній діаметр 2,5 см) (Shuangjin Health Care Instrument Factory); камера Canon EOS M50; лампи Philips MASTER TL-D90 Graphica36W/965.

1.1.2 Суб'єкти

Було набрано 41 добровольця (18 чоловіків і 23 жінки) у віці 19-42 років, середній вік яких становив 23,27±4,06 років. Критерії включення добровольців:

• (1) Відсутність патології системи згортання крові, в тому числі відсутність прийому антикоагулянтів, антиагрегантів, протизапальних препаратів та стероїдів протягом 2 місяців;
• (2) Відсутність серйозних травм або операцій протягом 6 місяців, а також відсутність донорської крові або препаратів крові;
• (3) Відсутність явної пігментації або рубців на внутрішній стороні передпліч з обох боків;
• (4) Відсутність захворювань важливих органів, таких як серце, печінка, нирки тощо, або будь-яких інших захворювань, що впливають на відновлення після травми.

Всі добровольці були ознайомлені зі змістом експерименту та можливими наслідками і підписали форму інформованої згоди.

1.2 Методи

1.2.1 Модель контузії

З одного боку внутрішнього передпліччя суб'єкта біля ліктьової ямки використовували спіральну вакуумну мідь для створення негативного тиску протягом 7 хвилин. На противагу цьому, на іншій стороні застосовували таку ж кількість обертань протягом 15 хвилин. Після зняття від'ємного тиску утворювалася кругова зона контузії діаметром близько 3 см.

1.2.2 Вимірювання

Посидьте нерухомо протягом 1 години після завершення відсмоктування і зробіть перше вимірювання після повного відновлення розширених і набряклих капілярів. Встановіть параметри приладу в режим SCE (виключаючи дзеркальне відбите світло для вимірювання кольору), кут поля зору 10°, стан джерела світла D65, і автоматично візьміть середнє значення після 5 послідовних вимірювань. Для вимірювання було обрано 5 позицій зі схожим кольором шкіри в межах 2 см навколо місця ушибу (вимірювальна апертура 8 мм), а отримане значення було встановлено як контрольне. Вимірювання місця ушкодження повторювали ще 5 разів, і отримане значення було експериментальним. Щоб мінімізувати похибку вибірки, вимірювання в експериментах проводив один і той самий оператор. Колір деяких ділянок контузії був неоднорідним; колір однієї сторони круглої ділянки був темнішим, іншої - світлішим, або колір локальної ділянки був темнішим, і ділянка з темнішим кольором була прийнята за точку вимірювання. Вимірювання проводили кожні 0,5 доби в перші 3 доби після травми і кожні 1 добу після 3 діб, поки різницю в кольорі ушкодженої ділянки було важко розрізнити неозброєним оком. Одразу після кожного вимірювання ділянку контузії фотографували за умов, що джерело світла знаходиться на висоті 85 см, висота камери - 45 см, а камера розташована під кутом 15° до об'єкта з фіксованими параметрами камери.

1.2.3 Кольорові індикатори

Колірний простір CIE Lab (також записується як L*a*b*) був опублікований Міжнародною комісією з освітлення (CIE) у 1976 році. Він найчастіше використовується в наукових дослідженнях, оскільки містить найбільшу кількість кольорів і не залежить від світла та обладнання. Значення L* вказує на світлий і темний канали. Діапазон значень 0-100 (0 - найтемніший, 100 - найяскравіший); значення a* вказує на червоно-зелений канал, діапазон значень -128-127 (-128 - темно-зелений, 0 - сірий, 127 - яскраво-рожевий); значення b* вказує на жовто-блакитний канал, діапазон значень -128-127, (-128 - темно-синій, 0 - сірий, 127 - жовтий). Значення l* у колірному просторі LCh є таким самим, як і значення L* у колірному просторі CIE Lab, C* представляє значення насиченості (0-100), а h - значення кута відтінку (0-360). Значення LCh можна повністю перетворити зі значення CIE Lab, але його вираз тісніше пов'язаний з практичним застосуванням у житті. Тому для дослідження обрано два значення колірного простору CIE Lab і LCh, а програмне забезпечення налаштоване на експорт відповідних значень кольору.

1.2.4 Формула різниці кольорів

Використовуйте програмне забезпечення Color QC2 (версія: V1.0.2.15), яке постачається разом з приладом, для розрахунку значень різниці кольорів, використовуючи формули, наведені нижче.

Примітка: (1=експериментальне значення; 2=контрольне значення)

1.2.5 Аналіз даних

Вихідні дані були експортовані з програми Color QC2, а програма Excel використовувалася для попередньої статистики часу появи кожного значення характеристики. Для побудови графіків, аналізу тренду різних показників та підбору кривої регресії всіх вибірок і кожної вибірки для отримання рівняння регресії було використано програму Graph Pad Prism. Для статистичного опису появи власних показників і нахилів використовувалося програмне забезпечення SPSS 26.0, а час появи власних показників виражався як x+s. Односторонні дисперсії даних порівнювали для гендерних відмінностей за допомогою U-критерію Манна-Уітні (Mann-Whitney U test), а двосторонні порівняння проводили за допомогою t-критерію середніх значень парних вибірок (paired-test). Рівень значущості α = 0,05.

2. Результати

Серед 41 випадку у 7 пацієнтів не було проведено вимірювання на 6-й день, а також по 1 пацієнту на 5-й та 6-й день, і ці пропущені дані були занесені як порожні дані. Оскільки були випадки, коли фактичний ефект відсмоктування під негативним тиском не був пов'язаний з тривалістю відсмоктування під негативним тиском, сторона з більшим ΔE*_ab виміряна вперше, була записана як "важка сторона", а інша сторона була записана як "легка сторона". Причини цього будуть проаналізовані в розділі обговорення.

2.1 Загальні тенденції

Загальний тренд шести показників показано в таблиці 1. Початкове значення ΔC* може бути позитивним або негативним залежно від ступеня контузії, а тренд Δh сповільнюється, коли значення відрізняється, тому він зменшується нелінійно. Для даних "важкої сторони" було використано програмне забезпечення Graph Pad Prism для побудови діаграм розсіювання та регресійних кривих, а результати показані на рисунку 1.
Таблиця.1 Тенденції та діапазони 6 параметричних індикаторів

Індикатори параметрів	Позитивні та негативні значення	Змінюються тенденції	Екстремальний діапазон
			Мінімальне значення	Максимальне значення
AL*	Негативно.	Лінійне збільшення	-21.93 ~ -3.74	-
Ааа*	Позитивне значення	Лінійне зменшення	-	2.03 ~ 13.08
Ab*	Від негативу до позитиву	Спочатку збільшуйте, а потім зменшуйте	-10.02 ~ -0.08	0.77 ~ 6.64
AE*ab	Позитивне значення	Лінійне зменшення	-	4.73 ~ 25.35
AC*	Від негативу до позитиву	Спочатку збільшуйте, а потім зменшуйте	-6.07 ~ 1.74	1.10 ~ 7.67
Ах.	Негативно.	Nонлайн-редукція	-	-35.98 ~ -2.78

Примітка: "-" означає, що значення прагне до 0.

Рис.1 Діаграма розсіювання та регресійна крива 6 кольорових індикаторів "важкої сторони"
Примітка: Зміни значень 6 індикаторів за 7 років.
Того ж добровольця сфотографували у фіксованих умовах по обидва боки від зони контузії, для порівняння були обрані часові точки 0, 1, 3, 5 і 7 днів, результати наведені на рис. 2.

Рис.2 Зміни кольору по обидва боки області контузії впродовж 7д

2.2 Характерні моменти часу

Існують моменти часу, коли значення Δb* змінюється з додатного на від'ємне, час останнього від'ємного значення позначається як t_{b негативний}час найвищого піку значення Δb* позначається як t_{b пік}, а час найвищого піку значення ΔC* позначається як t_С-пік. Крім того, аналізуючи криві в кожному випадку, було виявлено, що Δa* має менший пік на основі лінійної варіації, а час його появи було відзначено як t_пік. Через похибку вибірки в розташуванні обраної точки під час вимірювання відносна похибка даних була більшою, коли контузія була світлішою за кольором, і неозброєним оком було нелегко розрізнити різницю в кольорі, час появи першої ΔE*_ab значення <3 позначено як час зникнення контузії, t_всього. Середнє значення та стандартне відхилення кожного разу розраховували за допомогою програми SPSS, а результати наведено в таблиці 2.
Таблиця.2 Середній час появи характерних часових показників (d)

	tпік	tb негативний	tb пік	tc пік	tвсього
Важкий бік	2.11±0.88	1.82±0.86	4.22±1.45	3.82±1.36	7.95±3.22
Світла сторона	1.80±0.68	1.61±0.95	3.76±1.40	3.63±1.35	6.95±3.19
Загальний вигляд з обох сторін	1.96±0.80	1.72±0.90	4.00±1.44	3.73±1.35	7.47±3.22

2.3 Підбір регресійної кривої

Відповідно до часу зникнення індивідуальної контузії, дані протягом 7 днів були проаналізовані для кожного показника, а дані "важкої сторони" та "легкої сторони" оброблялися окремо. Оскільки початкове значення "легкої" частини вибірки було занадто низьким, відносна похибка даних була великою, тому дані "важкої" частини 41 вибірки були підігнані. Рівняння регресії для 6 індексів наведені в таблиці 3, причому найкращим є Δh (R²=0,6395), найгірше відповідає Δh (R²=0,6395), а найкраще відповідає Δh (R²=0,6395), а найгірше відповідає Δh (R²=0.6395). Найкраще відповідає ΔC* (R²=0,3451), а найгіршим виявився ΔC* (R²=0.3451). Через велику різницю в моделюванні ефекту контузії під час відсмоктування під від'ємним тиском початкові значення сильно відрізнялися, і ефект, викликаний початковим значенням і помилкою вибірки, можна було б зменшити, якби всі дані в одній точці часу були усереднені. Після взяття середнього значення, значення кольору з законом зміни в часі є очевидними, і рівняння регресії має відмінну відповідність; найкраще підходить Δh(R²=0.9980), а найгірша відповідність - ΔC*(R²=0.9089).
ΔE*_ab представляє загальну різницю кольорів, а нахил рівняння регресії вказує на швидкість зміни кольору, тому нахил рівняння регресії для ΔE*_ab може вказувати на ступінь швидкості зміни кольору. Всі зразки з ΔE*_ab виключалися максимуми <5 і один випадок підшкірного крововиливу, які впливали на стабільність даних, а також нахили рівнянь регресії ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*, ΔE*._ab для всіх інших осіб (40 випадків на "важкій стороні" і 35 випадків на "легкій стороні") були підраховані, щоб проаналізувати відмінності у зміні кольору між двома сторонами контузії. Відмінності у зміні кольору контузії.
Таблиця.3 Рівняння регресії для загальних та середніх значень шести індексів для "важкої сторони

Індекс різниці кольорів	Загалом		Середнє значення
	Рівняння регресії	R2	Рівняння регресії	R2
Ааа*	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
Ах.	y=-0.464x2+6.291x-23.6	0.6395	y=-0.4604x2+6.277x-23.591	0.998

Примітка: x позначає час, а y - значення різниці кольорів.

2.4 Гендерні відмінності

Оскільки дисперсія 5 показників t_пік, t_{b негативний}, t_{b пік}, t_С-пікі t_всього не були однорідними між чоловіками та жінками з 41 випадку тяжкого перебігу, порівняння проводили за допомогою U-критерію Манна-Уітні. P-значення були всі >0,05, тобто не було значущої гендерної різниці у появі цих характеристик на той час.

2.5 Відмінності у ступенях

За винятком зразків з ΔE*._ab максимум <5 на "легкій стороні" та один випадок підшкірного крововиливу на "важкій стороні", для порівняння використовували парний t-критерій_пік, t_{b мінус}, t_{b пік}, t_С-пікі t_всього з обох боків решти 35 зразків. t_пік, t_{b мінус}, t_{b пік}, t_С-пік, t_всього, t_{b пік}, t_всього 3 показники P <0,05, час появи трьох показників та ступінь контузії достовірно корелювали між собою. t_{b негативний}, t_{Пік С,} Значення P >0,05, тобто кореляція між цими двома показниками і ступенем контузії незначна. ΔE * ab slope P значення <0,05, тобто ступінь контузії і швидкість зміни кольору достовірно корелюють, і чим більший ступінь контузії, тим більша швидкість зміни.

3. Обговорення

3.1 Значення кожного показника

Після виходу еритроцитів з кровоносних судин у підшкірну або внутрішньошкірну клітковину, шкіра в місці забиття змінює колір через запальну реакцію і процес метаболізму гемоглобіну. Колір раннього місця забиття залежить, головним чином, від кількості еритроцитів, що вийшли, і глибини залягання еритроцитів від шкіри. Гемоглобін біля поверхні шкіри буде виглядати червоним, але шкіра буде виглядати синьою, коли кров, що витекла, проникає вглиб тканини. Це явище спричинене поєднанням релеївського розсіювання, коефіцієнтом поглинання світла шкірою та нашою зоровою системою. Після контузії, хоча нейтрофіли є першими запальними клітинами, які прибувають, вони не руйнують гемоглобін. Мононуклеарні фагоцити, що фагоцитують еритроцити, містять фермент гемоксигеназу, який розщеплює гемоглобін до білівердину і вивільняє чадний газ та залізо. Білівердин - це зелений пігмент, який швидко перетворюється на білірубін під дією ферменту білівердинредуктази. Вільне залізо з'єднується з феритином, утворюючи залізистий гемофлавін, а білірубін може також накопичуватися локально, утворюючи жовті кристали білірубіну.

Показник ΔL* мав від'ємне значення після травми, тобто колір місця контузії поглиблювався неозброєним оком, а в процесі одужання колір поступово світлішав. Значення Δa* відображає червоно-зелений індекс, тобто гемоглобін руйнується, а зелений білівердин утворюється, тому значення Δa* поступово зменшується з часом. Поява t_пік може бути пов'язана зі швидкістю вироблення білівердину та швидкістю перетворення білірубіну, але конкретний механізм незрозумілий. Значення Δb* представляє жовто-блакитну вісь. Коли відбувається контузія, гемоглобін в більш глибокій частині виглядає синім. Тому значення Δb* є від'ємним після контузії, і значення Δb* стає більшим, оскільки ці гемоглобіни руйнуються. Згодом, через утворення гемосидерину та білірубіну, місце контузії поступово набуває жовтого кольору, видимого неозброєним оком. Негативна проба не означає час, коли починає вироблятися гемосидерин і білірубін. Його слід розуміти як час, коли жовтий колір може покрити синій колір глибокого гемоглобіну, тобто кількість гемосидерину і білірубіну, що накопичилася до певної міри. Час t_{b пік} з'являється через те, що швидкість розпаду залізовмісного жовтого кольору крові та білірубіну перевищує швидкість його утворення. ΔE*_ab представляє загальну різницю в кольорі, що відображає колір ділянки контузії від початкової аномалії до кінцевої, а колір навколишньої нормальної шкіри практично не змінюється. ΔC* і Δh можуть бути перетворені з колірного простору CIE Lab, тому значення, представлене їх значеннями, є більш складним і важко пояснити однією матеріальною зміною.

3.2 Висновок про час і ступінь контузії

Цей експеримент підтверджує, що стать не впливає на швидкість усунення кольору або появу характерних часових точок контузії. Навпаки, 3 показники t_пік, t_{b пік}і t_всього і швидкість усунення колірної різниці пов'язані зі ступенем контузії, а 2 показники t_{b негативний} і t_С-пік не залежать від ступеня контузії. Серед них процес зміни значення Δb* з від'ємного на додатне з'явився через 1,72±0,90д, тобто Δb* став додатним щонайменше через 19 год. t_С-пік з'являється через 3,73±1,35d, але для його визначення потрібно провести кілька вимірювань, що важко застосувати на практиці. Час, в який значення Δb* змінює від'ємне значення на додатне, рекомендується використовувати як основний показник свіжості контузії.
Найкраща відповідність для кожного індексу різниці кольорів "важкої сторони" має місце при Δh (R²=0.6395). Тим не менш, в процесі застосування багато програм не підтримують колірний режим LCh і потребують перетворення, а h представляє кут відтінку, який новачкам важче зрозуміти, тому рекомендується використовувати його лише тоді, коли дозволяють умови. Крива регресії Δb * від R² = 0,6203 також має високий ступінь відповідності, а Δb* відображає чітку зміну конкретної речовини, тому Δb* є більш придатним для точного визначення часу пошкодження.
Загалом низька якість підгонки кривих для "важкої сторони" в основному пояснюється різним початковим ступенем пошкодження, а підгонка всіх даних одночасно після усереднення може усунути відмінності в ступені пошкодження між особами і відобразити швидкість зміни кожного показника різниці кольорів. Якість підгонки всіх шести показників різниці кольорів для середніх значень становила >0,9, що вказує на значну кореляцію між швидкістю зміни кольору контузії та часом.
Оскільки як початковий ступінь контузії, так і час контузії впливають на колір контузії, точний час контузії можна визначити лише за фотографіями, зробленими через короткий проміжок часу після наявності контузії, або за початковим ступенем контузії, якщо визначено час контузії.

3.3 Оцінка моделей контузії

Поширеними моделями контузії є всмоктування під від'ємним тиском, удари пейнтбольним пістолетом, штучне стиснення та підшкірна ін'єкція. Хоча ступінь притягання від'ємного тиску можна контролювати, а час дії - контролювати, під час експерименту було виявлено, що ефект від контузії все одно відрізняється для різних людей. Це може бути пов'язано з багатством кровоносних судин в медіальній частині передпліччя і відмінностями в їх розподілі між людьми, тому кінцевий ефект відрізняється. Крім того, товщина шкірного покриву медіальної частини передпліччя була більшою у добровольців з меншими початковими контузіями, що не було сприятливим для відсмоктування під негативним тиском, що узгоджується з тим фактом, що в реальному житті контузії рідше виникають при більшій товщині шкірного покриву. Тому експериментальну модель необхідно вдосконалити, максимально уникаючи поверхневих вен і контролюючи відповідний тиск для відсмоктування.

4. Висновок

Таким чином, зміна кольору контузій пов'язана не зі статтю, а з початковим ступенем контузії. Дані про колір можуть бути кількісно оцінені шляхом вимірювання колірного індексу контузії за допомогою колориметра для визначення ступеня новизни контузії, тобто значення Δb* стало позитивним щонайменше через 19 годин після виникнення контузії. Значення Δh та Δb* можуть бути використані для визначення часу утворення контузії та її початкового ступеня.
У цьому дослідженні ми вивчали лише зміну кольору контузій залежно від статі та ступеня контузії і не брали до уваги вік, товщину шкірного сала та місце контузії. Нам необхідно продовжити вивчення впливу цих факторів на контузію, а також продовжити розширення вибірки та пошук нових колірних індикаторів, щоб зробити метод більш точним.
Автор: Яо Цзевей