血泊形态的时序性变化

郑吉龙，赵开放，腾月，刘夏，霍德民，王方明

（1.中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110035；2.上海市公安局浦东分局，上海 200120；3.上海市公安局青浦分局，上海 201700；4.上海市公安局嘉定分局，上海 201822）

血痕经过时间推断一直是法医学研究的热点。准确的血痕经过时间推断有助于核实证人陈述、排查嫌疑人、评估不在场证明等[1]。目前许多方法尝试用于血痕经过时间推断，如RNA分析[2]、近红外光谱[3]、数字图像技术[4]、人工神经网络[5]等。血泊是一种血量较大的血痕[6]，也有学者将血泊定义为有一个平台表面的血痕[7]。关于血泊的研究主要集中于出血位置确定[8]、血量估计[9]、犯罪现场重建[10]等。基于此，本研究动态监测血泊干燥过程中数字图像的细微变化，描述整体干燥过程，总结形态变化进行分期，探讨血泊质量下降的规律，分析血泊三项形态学指标（面积、边缘移动、干燥裂隙），为血泊经过时间推断提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验装置

实验装置由带支架数码相机（Canon 5D MarkⅣ，3040万像素，分辨率6720×4480，日本Canon公司）、电子秤（浙江金华宇衡有限公司）、薄层瓷板（广东佛山汇客莱陶瓷有限公司）三部分组成。其中，电子秤精度为0.01 g，最大称重质量2 000.00 g；薄层瓷板规格为15.0 cm×15.0 cm×5.5 mm，质量为300.00 g；相机位于薄层瓷板正上方30cm处。整体装置使用前归零。

1.2 血泊样本制备

收集4名健康志愿者［男女性各2名，年龄（25±2）岁］肘静脉血液。取血时女性均处于非月经期。抽取约15 mL静脉血于试管（不含抗凝剂）中，立即于2.0 cm高度排空至清洁干燥的薄层瓷板上，形成约15 mL体积血泊。4名志愿者均签署知情同意书，本实验经中国刑事警察学院伦理委员会审核批准。

1.3 方法

血泊处于封闭、暗室、温度（20±0.5）℃、湿度35%～45%的环境中，连续观察60h。

1.3.1 干燥分期

肉眼观察并记录血泊整体干燥过程中血泊颜色、物理性质、血清分离、裂隙的变化，依据血泊物理性质（液体、胶体、固体）进行分期。其中，凝胶线是血泊液态与凝胶态的分界线，干燥线是血泊凝胶态与固体的分界线。

1.3.2 质量

在0～5.0h每间隔15min，＞5.0～60.0h每间隔1.0h对血泊进行拍照记录，保存为bmp格式，同时记录其质量，计算4例样本每个时间点质量的平均值，将数据导入SPSS 16.0软件，建立质量M（y1）与时间（x）的回归方程。对血泊质量进行标准化（Mnorm），标准化公式：

式中，M为血泊干燥过程中不同时间点记录的质量，Mi为该血泊最初质量，Mf为该血泊完全干燥的最终质量。建立Mnorm（y2）与时间（x）的回归方程。检验水准α=0.05。

1.3.3 图像分析

Apache HTTP Server，是Apache软件基金会的一个开放源码的网页服务器，具有跨平台使用和安全性高的特点。通过模块化的设计来适应各种外在平台环境，允许网站管理员通过在编译时或运行时，选择哪些模块将会加载在服务器中，从而选择服务器特性。Django框架使用mod_wsgi.so作为插入模块，使网站正常运行。主要配置代码如下：

（1）面积和面积变化率。将获取的图像导入计算机，利用MATLAB R2014b（美国MathWorks公司）编写代码计算血泊面积；将获取的数据导入Microsoft Office Excel 2016，计算4例样本每个时间点面积变化率（即每个时间点血泊的面积与血泊原始面积的比值）的平均值，绘制随时间变化的面积变化率曲线。

为了更好地观察血泊干燥过程的细节变化，仅以血泊图像第三象限为研究目标，定量分析边缘移动距离、放射状裂隙随时间的变化。

（2）边缘移动距离。新旧边缘之间的垂直距离即为移动距离，运用Image J随机测量5处垂直距离，取平均值，即为边缘移动距离，数据导入Microsoft Office Excel 2016，绘制随时间变化的边缘移动距离曲线。

（3）放射状裂隙长度（L）。从边缘向血泊中心呈放射状延伸的裂隙即为放射状裂隙。计数4例血泊图像第三象限内超过边缘沉淀环的裂隙数量（n），分别记为n1、n2、n3、n4，并利用Image J（美国国立卫生研究院）测量其总长度（S），分别记为S1、S2、S3、S4，计算放射状裂隙长度（L）：

导入Microsoft Office Excel 2016，绘制随时间变化的放射状裂隙长度曲线。

2 结 果

2.1 血泊形态变化

0～45 h，血泊颜色依次变化为黑红色、浅红色、黑红混合、完全黑色。物理状态依次变化为液体、凝胶、固体残留物。裂隙首先出现在边缘，逐渐向中心延伸，最后彼此连通；血泊整体收缩，边缘向中心移动。＞45～60 h血泊形态没有明显变化，几乎完全干燥。其中1例血泊样本随时间变化的过程如图1。血泊局部细节特征如图2所示。

图1 血泊整体干燥过程Fig.1 Whole drying process of blood pools

图2 血泊干燥局部细目（36h）Fig.2 Detail of the dried blood pool（36h）

2.2 整体干燥过程变化

血泊整体干燥过程呈动态变化，颜色、物理状态、裂隙数量、裂隙形态都逐渐发生改变。对4例血泊干燥过程中的形态变化进行整理，总结其特征并分为5期（表1）。其中，4例样本都观察到了血清分离现象，仅有1例在血泊周围观察到淡黄色血清，其余3例血清都覆盖至边缘但并没有超过血泊范围。

表1 血泊干燥过程中形态变化Tab.1 Morphological changes during the drying of blood pools

2.3 血泊质量

血泊最初质量为（15.80±0.60）g，最终残留质量为（3.43±0.40）g。图3显示：0～25.0 h，血泊质量下降较快；＞25.0～45.0h，下降速率逐渐变缓；＞45.0～60.0h，质量无明显变化。0～45.0 h，M（y1）与经过时间（x）的回归方程为：

0～45.0h，Mnorm（y2）与经过时间（x）的回归方程为：

2.4 血泊数字图像量化分析

4例血泊样本，最初血泊面积为（65.0±1.2）cm2，完全干燥后血泊面积为（56.5±0.8）cm2。图4显示，0～30.0 h 面积变化率接近于 1，＞30.0～44.0 h迅速下降，＞44.0～60.0h稳定在0.86。

2.4.2 血泊边缘移动距离

图5显示，血泊经过26.0～28.0h，开始观察到血泊边缘移动，边缘移动距离（0.2±0.2）cm；27.0～42.0 h，边缘移动距离逐渐增加；42.0～60.0 h，移动距离稳定在（3.7±0.2）cm。

图3 血泊质量随时间变化趋势Fig.3 The trend of blood pool quality with time

图4 血泊面积变化率随时间变化曲线Fig.4 The curve of change rate of blood pool area

图5 血泊边缘移动距离随时间变化曲线Fig.5 The curve of moving distance of blood pool edge

2.4.3 放射状裂隙平均长度

图6显示，21.0～23.0h，边缘首次发现平行排列的细裂隙（放射状裂隙），其平均长度（0.2±0.2）cm，并向中心移动；43.0～45.0 h放射状裂隙抵达血泊中心，并互相连通，平均长度为（40.0±2.5）cm；41.0～60.0h，放射状裂隙长度未见明显变化。

图6 放射状裂隙平均长度随时间变化曲线Fig.6 The curve of radial fracture length with time

3 讨 论

3.1 血泊整体干燥过程分析

通过对表1的分析发现，血泊干燥过程中各种形态特征与其物理性质直接相关，如血清析出仅在凝胶状血泊出现，放射状裂隙只在固体状血泊出现。因此，依据物理性质的改变，将其整体干燥过程分为凝固期、凝胶期、胶-固混合期、固体期和完全干燥期5个时期。每个时期血泊形态呈各自特点。LAAN等[7]依据干燥动力学规律，将血泊整体干燥过程分为凝固期、凝胶期、边缘干燥期、中心干燥期、完全干燥期。比较发现：两者分期命名虽不一致，但各期时间段所占比例大致相同，表明两种分期方法的分析效果大致相同。但本研究分期简单直接，容易辨认，更贴近现场实践。

边缘沉淀环是血泊干燥的特征性边缘，4例样本中均观察到此现象，如图2中白色双箭头。有学者[11]对离体不同时间血泊的形态变化进行了简单分析，但并没有讨论形态学变化的动力学因素。而血泊形态学变化和内在的动力学密切相关。其中，血泊颜色的改变是由于血液堆积载体后启动的凝血机制[7]。DEEGAN等[12]解释了这种边缘沉淀现象：边缘接触线固定，边缘蒸发丢失的溶剂一定被中心的溶剂所代替，在此补充流动过程中，大量的红细胞被携带到边缘，随着边缘溶剂的蒸发而出现环状沉淀。

凝胶期，血凝块在血小板的收缩作用下析出淡黄色的血清，出现“血清分离”[13]。虽然4例样本都出现该现象，但仅有1例析出血清较多，超出血泊范围，其余3例并未超出血泊范围。这与RAMSTHALER等[14]的发现一致，该学者认为只有血泊体积＞10mL时，才会出现血清分离，本研究样本中都观察到该现象，但由于血量仅比临界体积多5mL，形成血清量较少，不足以在血泊周围观察到血清。

实验中形成的4个血泊都观察到上述5个时期的改变。因此，我们能够通过血泊的形态判断其干燥时期。但是血泊整体的干燥并不一定是同步的，有可能部分处于干燥期，而另一部分却还处于凝胶期。这与血泊所处环境温度、湿度、尺寸、载体等有关[15]。因此在实践中，通过血泊形态大致推断案发时间时，需要结合实际环境条件。

3.2 血泊质量与时间关系

血泊质量随时间变化趋势，反映的是蒸发速率。如图3所示，整体干燥过程中，0～25.0 h，水分蒸发使血泊高度降低[16]，蒸发速率保持一致为0.36g/h。25.0h后血泊出现干燥固体，凝胶和液态的面积逐渐减小，导致蒸发速率的偏差。＞45.0～60.0h，蒸发速率极低，这是由于血泊完全转化为固体后，水分蒸发主要通过疏水的固体沉淀，受多孔媒介干燥动力学影响[17]。血泊蒸发速率受血泊体积、湿度、温度等外界因素影响较大，在实践中不适于被直接应用。

在此基础上，对血泊质量进行标准化，探究血泊已损失质量在整体质量变化中的比例与时间的关系。血泊标准化质量与时间呈现较好的相关性，可用于血泊经过时间推断。在实际案例中，发现时的血泊质量和血泊完全干燥后的质量可以称重或风干后获得；血泊最初质量可转化为血泊最初体积的估算，通过数字图像分形分析法[18]、光学相干断层扫描技术[19]获得。与目前研究较多的应用RNA降解规律推断血痕遗留时间[2]的方法相比，标准化质量更适合于血量体积较大的血泊。

3.3 血泊各项形态指标

通过图4～6，我们发现血泊面积变化率、放射状裂隙平均长度、边缘移动距离与时间不具线性关系，故未进行这三者与时间的回归分析。

如图4所示，本研究中血泊完全干燥后，面积变化率稳定在0.86，预示着整体干燥过程中约有14%的面积损失。如图4所示，血泊面积缩小主要发生于30.0～42.0h。如图5所示，血泊边缘移动距离增长，主要发生于28.0～42.0h。比较两者，推断血泊面积的缩小与干燥过程中边缘移动有关。有学者[20]研究发现，较大的血滴（吸管4滴以上）干燥后周边易翘起，与载体分离。这证明了上述推断，也表明血痕面积损失现象与体积有关。

放射状裂隙是血泊干燥内部能量释放的形式。如图6所示，血泊干燥经历22.0h左右，放射状裂隙才开始出现。这提示放射状裂隙的出现需要一段能量蓄积的时间，结合上述血泊的分期，一定程度上可以大致判断血泊形成时间。血痕也有同样的干燥裂隙模式，且裂隙的形态与环境湿度有关[21]。

本研究采用瓷板作为研究载体，瓷板是家庭室内装修常用材料，同时也代表一类非渗透性载体，人血形成的血泊更贴合实际凶杀现场，而且血量较大有利于血泊整体干燥观察研究。本研究模拟室内环境凶杀现场的血泊，旨在探索血泊整体干燥性质及形态时序性变化，以期能够为血泊经过时间推断提供参考依据。然而，在实践中，环境、载体类型、微生物等多种因素都会影响血泊干燥形态及经过时间推断。同时，由于血泊样本体积较大，实验样本收集困难，因此，样本数较少的限制也不能被忽略，笔者将通过增加样本量、更换载体，考虑温度、湿度等影响因素，对血泊进行更系统的研究，以期优化血泊分期标准、更新标准化质量指标，并将其应用于实际检案。