用比色计测量挫伤颜色的时间变化

用比色计测量挫伤颜色的时间变化

目的:目的：探讨挫伤皮肤颜色的变化规律，并寻找合适的指标来推断挫伤形成的时间和初始程度。方法 采用负压抽吸法，在 41 名志愿者的双侧前臂内侧模拟不同程度的皮肤挫伤区域。使用 色度计 在受伤后的前 3 天内，每隔 0.5 天测量一次，3 天后每隔 1 天测量一次，直到肉眼无法辨别挫伤区域的色差为止。对六个色差指标ΔL*、Δa*、Δb*、ΔE*进行曲线拟合。_ab、ΔC* 和 Δh。对于五个特征时间指标，即 t_顶峰, t_{b 负}, t_{b 峰}, t_{C 峰}和 t_总计采用 Mann-Whitney U 检验比较性别差异，采用配对样本均值 t 检验分析挫伤程度的差异。 成果:Δh指标的回归方程拟合度最高（R²=0.6395). t_顶峰, t_{b 负}, t_{b 峰}, t_{C 峰}和 t_总计 5 个指标与性别无关（P>0.05），3 个指标的 t_顶峰, t_{b 峰}和 t_总计和颜色的变化率 (ΔE*)_ab 拟合曲线的斜率）与挫伤程度相关（P<0.05），但 t_{b 负} 和 t_{C 峰} 指标不受挫伤程度的影响（P0.05）。_{b 负} 在 1.72±0.90 d 出现，即 19h 后 Δb* 呈阳性。结论 Δh和Δb*值可用于推断挫伤形成的时间和初始范围，而Δb*值的正负可确定挫伤是否在19h内形成。

什么是 挫伤？

挫伤（瘀伤）是以皮内和皮下出血为主要特征的损伤，在各类暴力事件中最为常见。特别是在家庭暴力、性侵犯、虐待儿童和老人事件中，推断挫伤形成的时间非常重要。研究挫伤的形成和演变机理，有助于我们分析暴力发生的部位和时间，判断损伤是否同时形成，或分析死亡时间和伤后存活时间，重建和还原案件。一直以来，法医都是依靠肉眼观察和经验分析来确定挫伤的形成时间。但这种模式受限于法医工作者的经验和能力水平，误差较大，且不同个体对同一颜色的主观感受不同。因此，通过视觉推断挫伤时间并不可靠，需要通过仪器对颜色进行量化，并将颜色变化数字化。

什么是 测色计?

色差计是一种通过模拟光线进入人眼的过程来测量颜色偏差的仪器。它可以测量指定光源条件下的色彩信号，并通过软件计算出不同色彩空间的色彩值。目前，国内在法医学领域使用色度计的研究还很少。不过，使用 色度计和 分光光度计s 国外研究了皮肤挫伤的颜色变化，并定量探讨了法医学中的其他颜色变化，如坏死斑和尸体血液的颜色。但总体而言，此类研究较少，缺乏亚洲黄种人成年人的数据，在这一领域，尤其是国内的研究还是空白。

1.材料和方法

1.1 材料

1.1.1 仪器

主要乐器： CS-410 便携式光谱色度计 (杭州 ǞǞǞ 技术 有限公司)；5 号（外径 3.7 厘米，内径 2.5 厘米）螺旋真空抽吸器（双金保健器械厂）；佳能 EOS M50 相机；飞利浦 MASTER TL-D90 Graphica36W/965 灯。

1.1.2 主题

招募了 41 名志愿者（男 18 人，女 23 人），年龄在 19-42 岁之间，平均年龄为 23.27±4.06 岁。志愿者的纳入标准：

• (1) 凝血系统无异常，包括 2 个月内未服用任何抗凝剂、抗血小板药物、消炎药和类固醇；
• (2) 6 个月内无重大创伤或手术，无献血或血液制品；
• (3) 双侧前臂内侧无明显色素沉着或疤痕；
• (4) 无重要器官疾病，如心脏、肝脏、肾脏等，或任何其他影响伤后恢复的疾病。

所有志愿者都熟悉实验内容和可能产生的后果，并签署了知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 挫伤模型

在受试者前臂内侧靠近肘窝的一侧，使用螺旋真空铜管施加负压 7 分钟。而在另一侧，则采用相同的旋转次数，持续 15 分钟。去除负压后，形成一个直径约 3 厘米的圆形挫伤区。

1.2.2 测量

抽吸完成后静坐 1 小时，待扩张和淤血的毛细血管完全恢复后进行第一次测量。设置仪器参数 SCE 模式（排除镜面反射光测量颜色），视场角 10°，光源条件 D65，连续测量 5 次后自动取平均值。在挫伤部位周围 2 厘米（测量孔径 8 毫米）范围内取 5 个肤色相近的位置进行测量，所得值设为对照值。对挫伤部位再重复测量 5 次，所得值为实验值。为尽量减少取样误差，实验均由同一操作员测量。有些挫伤区域的颜色不均匀，圆形区域的一侧颜色较深，另一侧颜色较浅，或者局部区域颜色较深，则以颜色较深的区域为测量点。伤后 3 天内每隔 0.5 天测量一次，3 天后每隔 1 天测量一次，直到肉眼难以分辨挫伤区域的色差为止。每次测量后，立即对挫伤区域进行拍照，条件是光源高度为 85 厘米，相机高度为 45 厘米，相机与目标成 15°角，相机参数固定。

1.2.3 颜色指示器

CIE Lab 色彩空间（也写作 L*a*b*）由国际照明委员会（CIE）于 1976 年发布。它最常用于科学研究，因为它包含的颜色最多，而且不受光线和设备的影响。L* 值表示明暗通道。其值范围为 0-100（0 为最暗，100 为最亮）；a* 值表示红绿通道，其值范围为 -128-127（-128 为深绿，0 为灰色，127 为亮粉色）；b* 值表示黄蓝通道，其值范围为 -128-127，（-128 为深蓝，0 为灰色，127 为黄色）。LCh 色彩空间中的 l* 值与 CIE Lab 色彩空间中的 L* 值相同，C* 表示饱和度值（0-100），h 表示色调角值（0-360）。LCh 值完全可以由 CIE Lab 值转换而来，但其表达方式更贴近生活中的实际应用。因此，选择 CIE Lab 和 LCh 这两个色彩空间值进行研究，并设置软件导出相应的色彩值。

1.2.4 色差公式

使用仪器附带的软件 Color QC2（版本：V1.0.2.15）计算色差值，相关公式如下。

注：（1=实验值；2=对照值）

1.2.5 数据分析

从 Color QC2 软件中导出原始数据，用 Excel 软件对各特征值的出现时间进行初步统计。使用 Graph Pad Prism 软件制作图表，分析不同指标的变化趋势，并拟合所有样品和每个样品的回归曲线，得到回归方程。使用 SPSS 26.0 软件对特征指标的出现和斜率进行统计描述，特征指标出现的时间用 x+s 表示。单侧数据方差的性别差异比较采用曼-惠特尼 U 检验（Mann-Whitney U test），双侧比较采用配对样本均值 t 检验（paired-test）。检验水平 α = 0.05。

2.结果

在 41 个病例中，7 个病例错过了第 6 天的测量，1 个病例错过了第 5 天和第 6 天的测量，这些缺失的数据被记录为空白数据。由于有些情况下负压吸引的实际效果与负压吸引的持续时间无关，因此ΔE*较大的一侧_ab 首次测量的一侧记录为 "重侧"，另一侧记录为 "轻侧"。其原因将在讨论部分进行分析。

2.1 总体趋势

六项指标的总体趋势如表 1 所示。根据挫伤程度的不同，ΔC*的初始值可正可负，而Δh的变化趋势在数值不同时会放缓，呈非线性下降。对于 "重侧 "数据，使用 Graph Pad Prism 软件绘制散点图和回归曲线，结果如图 1 所示。
表 1 6 个参数指标的趋势和范围

参数指标	正值和负值	不断变化的趋势	极限范围
			最小值	最大值
AL*	阴性	线性增长	-21.93 ~ -3.74	-
Aa*	正值	线性减少	-	2.03 ~ 13.08
Ab*	从消极到积极	先增加后减少	-10.02 ~ -0.08	0.77 ~ 6.64
AE*ab	正值	线性减少	-	4.73 ~ 25.35
交流电*	从消极到积极	先增加后减少	-6.07 ~ 1.74	1.10 ~ 7.67
啊	阴性	N在线缩减	-	-35.98 ~ -2.78

注："-"表示数值趋向于 0。

图 1 "重侧 "6 个颜色指标的散点图和回归曲线
注：6 项指标的数值在 7d 期间的变化情况。
在固定条件下对同一志愿者的挫伤部位两侧进行拍照，并选择 0、1、3、5 和 7d 的时间点进行比较，结果如图 2 所示。

图 2 7d 内两侧挫伤区域的颜色变化

2.2 特征时间点

Δb* 值从正值变为负值的时间点，最后一个负值出现的时间记为 t_{b 负}，Δb* 值的最高峰时间记为 t_{b 峰}，ΔC* 值最高峰的时间记为 t_{C 峰}.此外，通过分析各种情况下的曲线发现，根据线性变化，Δa* 的峰值较小，其出现时间被记为 t_顶峰.由于测量时所选点的位置存在采样误差，当挫伤处的颜色较浅时，数据的相对误差较大，且肉眼不易分辨颜色的差异，因此第一次ΔE* 的时间为±0.5 秒。_ab 值 <3 被定为挫伤消失的时间，t_总计.用 SPSS 软件计算了各时间的平均值和标准偏差，结果见表 2。
表 2 特征时间指标的平均出现时间（d）

	t顶峰	tb 负	tb 峰	tc 峰	t总计
重型侧	2.11±0.88	1.82±0.86	4.22±1.45	3.82±1.36	7.95±3.22
光侧	1.80±0.68	1.61±0.95	3.76±1.40	3.63±1.35	6.95±3.19
两侧整体	1.96±0.80	1.72±0.90	4.00±1.44	3.73±1.35	7.47±3.22

2.3 拟合回归曲线

根据单个挫伤消失的时间，对各指标 7d 内的数据进行分析，并分别处理 "重侧 "和 "轻侧 "数据。由于样本 "轻侧 "部分的初始值过低，数据相对误差较大，因此对 41 个样本的 "重侧 "数据进行了拟合。6 个指标的回归方程如表 3 所示，拟合效果最好的是Δh（R²=0.6395），拟合度最差的是Δh（R²=0.6395），最佳拟合值为 Δh（R²=0.6395），最差拟合值为 Δh（R²=0.6395).拟合效果最好的是ΔC*（R²=0.3451），最差的是ΔC*（R²=0.3451).由于负压吸引时挫伤的模拟效果差异较大，初始值相差很大，如果对同一时间点的所有数据取平均值，可以减少初始值和采样误差造成的影响。取平均值后，颜色值随时间变化规律明显，回归方程的拟合优度极好，最佳拟合值为 Δh（R²=0.9980），拟合最差的是ΔC*（R²=0.9089).
ΔE*_ab 代表总色差，回归方程的斜率表示颜色变化的速度，因此 ΔE* 的回归方程斜率为_ab 指示器可以显示颜色变化的速度。所有样品的 ΔE*_ab 排除了最大值小于 5 和一例影响数据稳定性的皮下出血病例，ΔE* 的回归方程斜率为 0.5%。_ab 对所有剩余个体（"重侧 "40 例，"轻侧 "35 例）的挫伤颜色变化进行统计，以分析两侧挫伤颜色变化的差异。挫伤颜色变化的差异。
表 3 "重型侧 "六项指数的总值和平均值的回归方程

色差指数	总体情况		平均值
	回归方程	R2	回归方程	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
啊	y=-0.464x2+6.291x-23.6	0.6395	y=-0.4604x2+6.277x-23.591	0.998

注：x 表示时间，y 表示色差值。

2.4 性别差异

因为 5 个指标 t_顶峰, t_{b 负}, t_{b 峰}, t_{C 峰}和 t_总计 在 41 例体重较重一侧的病例中，男性和女性在这些特征上的差异并不明显，因此采用 Mann-Whitney U 检验进行比较。P 值均大于 0.05，即当时这些特征的外观没有明显的性别差异。

2.5 学位差异

剔除具有 ΔE* 的样本_ab 轻度侧 "最大值<5，"重度侧 "有一例皮下出血，采用配对t检验比较t_顶峰, t_减去, t_{b 峰}, t_{C 峰}和 t_总计 其余 35 个样本的两侧。_顶峰, t_减去, t_{b 峰}, t_{C 峰}, t_总计, t_{b 峰}, t_总计 3 项指标的 P 值均小于 0.05，三项指标出现的时间与挫伤程度明显相关。_{b 负}, t_{C 峰、} P值>0.05，说明这两个指标与挫伤程度的相关性不显著。ΔE * ab 斜率 P 值<0.05，即挫伤程度与颜色变化速度显著相关，且挫伤程度越大，变化速度越快。

3.讨论

3.1 各项指数的重要性

红细胞从血管逃逸到皮下或皮内后，由于炎症反应和血红蛋白的代谢过程，挫伤部位的皮肤会变色。早期挫伤部位的颜色主要取决于逸出红细胞的数量和红细胞部位距离皮肤的深度。靠近皮肤表面的血红蛋白会呈现红色，但当逸出的血液深入组织时，皮肤会呈现蓝色。这种现象是由瑞利散射、皮肤的光吸收系数和我们的视觉系统共同造成的。挫伤发生后，虽然中性粒细胞是最先到达的炎症细胞，但它们不会降解血红蛋白。吞噬红细胞的单核吞噬细胞含有血红素加氧酶，可将血红蛋白分解成胆绿素，并释放出一氧化碳和铁。胆红素是一种绿色色素，可通过胆红素还原酶迅速转化为胆红素。游离铁与铁蛋白结合形成铁血黄素，胆红素也会在局部积聚形成黄色胆红素结晶。

损伤后，ΔL*值呈负值，即肉眼观察挫伤部位颜色加深，在恢复过程中颜色逐渐变浅。Δa*值反映的是红绿指数，即血红蛋白被降解，而绿色胆红素生成，因此Δa*值会随着时间的推移逐渐降低。t_顶峰 可能与胆红素生成率和胆红素转化率有关，但具体机制尚不清楚。Δb* 值代表黄蓝轴。发生挫伤时，深部的血红蛋白呈蓝色。因此，挫伤后 Δb* 值为负值，随着这些血红蛋白的降解，Δb* 值会变大。随后，由于血色素和胆红素的形成，挫伤部位逐渐呈现肉眼可见的黄色。阴性 tb 并不意味着血色素和胆红素开始产生的时间。应该理解为黄色值可以覆盖深层血红蛋白的蓝色值时，即血色素和胆红素的量积累到一定程度时。此时_{b 峰} 出现的原因是含铁血黄和胆红素的分解速度超过了其形成速度。ΔE*_ab 代表总色差，反映了挫伤区域的颜色从最初的异常到最后与周围正常皮肤颜色基本一致。ΔC*和Δh可以从 CIE Lab 色彩空间转换而来，因此其数值所代表的意义更为复杂，难以用单一的物质变化来解释。

3.2 推断挫伤的时间和程度

该实验证明，性别不会影响颜色消除速度或挫伤特征时间点的出现。相反，时间点的 3 个指标_顶峰, t_{b 峰}和 t_总计 和色差消除速度与挫伤程度有关，而 t_{b 负} 和 t_{C 峰} 不受挫伤程度的影响。其中，Δb*值由负转正的过程出现在 1.72±0.90d 时，因此Δb*至少在 19h 后才转正。_{C 峰} 在 3.73±1.35d 出现，但需要多次测量才能确定，在实践中很难应用。建议将Δb*值由负转正的时间作为衡量挫伤新近程度的主要指标。
重侧 "各色差指数的拟合优度以Δh（R²=0.6395).尽管如此，在应用过程中，很多软件并不支持 LCh 色彩模式，需要通过转换才能得到，而且 h 所代表的色相角初学者较难理解，因此只建议在条件允许的情况下使用。R 的 Δb* 回归曲线² = 0.6203 也具有较高的拟合度，而 Δb* 代表了特定物质的明显变化，因此 Δb* 更适合对破坏时间进行精确推断。
"重侧 "拟合曲线的拟合优度普遍较低，主要原因是初始损伤程度不同，平均后同时拟合所有数据，可以消除个体间损伤程度的差异，反映各色差指标的变化率。六项色差指标均值的拟合优度均大于 0.9，说明挫伤颜色变化率与时间有显著相关性。
由于最初的挫伤程度和挫伤时间都会影响挫伤颜色，因此只能根据出现挫伤后短时间内拍摄的照片推断出准确的挫伤时间，如果确定了挫伤时间，也只能根据最初的挫伤程度推断出准确的挫伤时间。

3.3 评估挫伤模型

常见的挫伤模型包括负压吸引、彩弹枪打击、人工挤压和皮下注射。虽然负压吸引的程度是可控的，作用时间也是可控的，但在实验过程中发现，不同个体的挫伤效果还是不一样的。这可能是由于前臂内侧血管丰富，个体间分布存在差异，所以最终效果不同。此外，初始挫伤较小的志愿者前臂内侧皮脂厚度较大，不利于负压吸引，这与现实场景中皮脂厚度较大不易发生挫伤是一致的。因此，需要改进实验模型，尽量避免浅静脉，并控制适当的抽吸压力。

4.结论

总之，挫伤的颜色变化与性别无关，而是与最初的挫伤程度有关。颜色数据可通过使用色度计测量挫伤的颜色指数来量化，以确定挫伤的新旧程度，即在挫伤发生至少 19 小时后，Δb* 值转为正值。Δh和Δb*值均可用于推断挫伤形成的时间和初始程度。
在这项研究中，我们只研究了不同性别和挫伤程度的挫伤颜色变化，并没有考虑年龄、皮脂厚度和挫伤部位。我们需要进一步研究这些因素对挫伤的影响，并继续扩大样本量，寻找新的颜色指标，使该方法更加准确。
作者：姚泽伟姚泽伟