刑事技术实验室潜在生物安全风险分析与应对建议

新冠肺炎爆发后迅速发展成为"全球大流行"的疫情。我国已将生物安全上升为国家战略,纳入国家安全体系建设。作为国家生物安全的重要组成部分,刑事技术实验室生物安全的科学化、规范化发展成为刑事技术工作的一项迫切任务。本文就我国刑事技术实验室在此次新冠肺炎疫情中暴露的生物安全意识不足、生物样本来源复杂、实验室布局有待完善、生物安全装备储备不足、废弃物处理不规范等潜在生物安全风险进行分析,并结合实验室生物安全要求,为刑事技术实验室生物安全风险应对提出建议,旨在强化刑事技术实验室生物安全意识,健全管理措施,确保刑事技术实验室生物安全。

虚拟解剖在法医学死因鉴定中的应用

死因鉴定是法医学的重要任务之一,也是案事件定性的关键。尸体解剖是死因鉴定的最常用方法,该方法属有创性检验,易破坏组织器官形态,影响法医对损伤、疾病等组织学改变的观察,可造成死因鉴定偏差。虚拟解剖是交叉融合法医学与影像学技术发展起来的一项新技术,利用影像学技术获取尸体表面及内部信息,可构建人体器官组织断面及三维图像,为判断死亡原因、分析损伤机制等提供证据,属非侵入性解剖方式,具有无创性、客观性、高效性、可保存性等特点。虚拟解剖已在机械性损伤死亡、交通事故死亡、窒息死亡、疾病死亡、高低温损伤死亡等方面显现出独特的优势。本文对虚拟解剖在法医死因鉴定中的应用及其优缺点等进行综述,旨在为法医同行开展相关工作提供参考。

微生物群落演替在死亡时间推断中的研究进展

死亡时间推断是法医学实践中的重点和难点,国内外法医学者一直在探寻客观、可量化和准确的死亡时间推断方法。随着高通量测序技术和人工智能技术的发展与结合,根据死后尸体相关的微生物群落演替规律建立死亡时间推断模型,成为法医学领域的研究热点。本文就利用高通量测序技术探究微生物群落在死亡时间推断中的技术方法、研究应用及影响因素等方面进行综述,为利用微生物群落推断死亡时间的相关研究提供参考。

溺死地点推断的研究进展

水中尸体是法医学实践中常见的类型之一。水中尸体的发现地往往不是其实际落水溺死的地点,而确定落水点对于寻找尸源至关重要。异物颗粒、硅藻、细菌等水中无机物颗粒和浮游生物等是应用于溺死诊断较有价值的标记物,通过比较组织器官与可疑溺液中的异物颗粒、浮游生物,根据其类型及分布情况的相似度可以推断溺死地点,且具有一定的实际应用价值。本文对有关溺死地点推断的方法进行分析和总结,旨在为同行进行溺死地点推断研究提供参考。

肺组织硅藻定量分析在实验动物溺死诊断中的应用

目的探讨肺组织硅藻检验在法医学溺死诊断中的应用价值。方法将实验动物随机分为溺死组、死后入水组和陆地死亡组,采用微波消解-真空抽滤-扫描电镜联用的硅藻检验方法对肺组织和溺液硅藻进行定量分析,记录肺组织与溺液硅藻含量的比值(ratio of content of diatoms in lung tissue and drowning fluid,C_L/C_D)。结果溺死组实验兔的C_L/C_D值(5.82±3.50)高于死后入水组(0.47±0.35);溺死组实验猪肺叶不同部位的C_L/C_D值均高于死后入水组;在海水、咸淡水交界、河道淡水及湖泊淡水中,溺死组实验猪的C_L/C_D值均高于死后入水组(P<0.05)。动物实验中,C_L/C_D值>1.6的案例均来自溺死组。结论C_L/C_D值是溺死诊断中有较好应用前景的指标。

硅藻通过消化道淋巴系统进入实验兔体内的途径

目的研究硅藻能否通过消化道淋巴系统进入体内。方法将20只实验兔随机平均分为实验组和对照组,分别以20 mL珠江水样和20 mL超纯水进行灌胃,30 min后分别提取淋巴液、肺、肝和肾,对所提取样本进行硅藻检验,记录硅藻含量、大小和种类。结果实验组淋巴液硅藻含量高于对照组淋巴液硅藻(P<0.05)。实验组淋巴液检出冠盘藻、圆筛藻、小环藻、直链藻、菱形藻、针杆藻、桥弯藻和舟型藻,对照组检出冠盘藻、圆筛藻和小环藻。实验组淋巴液硅藻长径、短径均长于对照组(P<0.05)。实验组中,在3例肺样本、2例肝样本中检出1~2个硅藻,为冠盘藻或小环藻,肾样本中未检出硅藻;对照组中,在2例肺样本、3例肝样本中检出1~2个硅藻,为冠盘藻或圆筛藻,肾样本中未检出硅藻。结论硅藻可以通过淋巴液进入体内,其通过消化道淋巴系统进入体内是造成非溺死尸体组织器官内含有硅藻的原因之一。

人工智能自动化硅藻检验的研究进展

硅藻检验是法医学溺死诊断中的主要实验室检验方法,在鉴别水中尸体生前溺死和死后入水以及推断落水点中发挥了重要作用。人工智能自动化硅藻检验基于硅藻形态学特征,应用人工智能算法对组织器官中的硅藻进行自动化识别和分类,是法医学硅藻检验的一次技术革新。本文从形态学硅藻检验方法展开讨论,并对人工智能算法参与的自动化硅藻识别和分类研究进展进行综述。人工智能深度学习算法可以辅助硅藻检验得到客观、准确、高效的定性定量分析结果,有望成为未来法医学溺死硅藻检验研究的新方向。

原发性脑干损伤致死大鼠的脑干组织代谢组学分析

目的应用代谢组学方法观察原发性脑干损伤(primary brain stem injury,PBSI)致死大鼠脑干组织代谢产物的变化规律,探索诊断PBSI的潜在生物标志物。方法建立PBSI、非脑干脑损伤和剪头处死大鼠模型,采用基于LC-MS技术的代谢组学方法,获得脑干代谢图谱并将其注释到HMDB数据库,应用偏最小二乘-判别分析法(partial least square-discriminant analysis,PLS-DA)、随机森林算法筛选出与PBSI诊断相关的潜在代谢标志物。结果通过PLS-DA筛选出86种与PBSI相关的潜在代谢标志物,并通过随机森林算法建模和预测,准确率为83.3%。对注释到HMDB数据库的818种代谢标志物进行随机森林建模和预测,准确率高达88.9%。根据在死因鉴定中重要程度的排序,最终筛选出最为重要且在PBSI大鼠模型中显著上调的代谢标志物为HMDB0038126(京尼平苷酸)、HMDB0013272(N-月桂酰甘氨酸)、HMDB0005199[(R)-去甲猪毛菜碱]和HMDB0013645(N,N-二甲基鞘氨醇)。结论京尼平苷酸、N-月桂酰甘氨酸、(R)-去甲猪毛菜碱和N,N-二甲基鞘氨醇有望成为PBSI诊断的重要代谢物指标,进而为法医学实践提供线索。

溺死及死后入水兔肺组织中硅藻分布

目的研究溺死及死后入水兔肺组织中硅藻含量、大小和种类的差异。方法将62只新西兰大白兔随机分为生前入水组(n=30)、死后入水组(n=30)和陆地死亡组(n=2),采用微波消解-扫描电镜法对各肺叶中的硅藻进行定性和定量分析。结果生前入水组各肺叶中均能检出硅藻,以小环藻、直链藻为主;死后入水组肺叶中以小环藻为主,某些肺叶中可无硅藻检出。左肺尖叶、右肺中间叶、右肺心叶的硅藻检出率在两组间差异有统计学意义(P<0.05)。结论采用微波消解-扫描电镜法分析生前溺水与死后入水兔肺组织内硅藻含量、大小和种类的分布,为法医学硅藻检验理论提供了一定的参考。

复杂背景干扰下硅藻图像的深度网络识别与定位

目的提出一种刑侦尸检中基于深度学习网络的受复杂背景干扰的硅藻目标自动识别与定位方法。方法主要由两大模块组成,分别是初步定位与精确定位模块。在初步定位模块中,应用ZFNet的卷积层、池化层提取高层次的硅藻特征,然后应用RPN(Region Proposal Network)生成可能存在硅藻的区域并且初步完成硅藻目标的定位。在精确定位中,应用Fast R-CNN精确修改硅藻位置信息与识别硅藻类别。结果应用简单、部分复杂与复杂背景的自建库图像对传统机器学习方法与本文方法进行实验验证,传统识别方法对有部分背景干扰的硅藻图片识别率约为60%,且不能识别与定位受复杂背景干扰的硅藻图像。本文方法能够有效识别与定位复杂背景下硅藻图像中的多种目标,且平均识别率达到85%。结论本文方法能够应用于刑侦尸检中识别与定位复杂背景干扰的硅藻图像中的目标。

复杂背景下高分辨率电镜的小环藻识别

针对复杂背景的藻类图像较难进行图像分割,难于识别的问题,提出一种基于复杂背景和高分辨率电子显微镜的小环藻识别方法。对藻类图像进行切片处理,以藻类中心为原点进行极坐标变换,得到无复杂背景干扰的感兴趣区域ROI(region of interest);对ROI提取局部二值模式、主成分分析系数、熵、Hu矩、互信息和结构相似度等特征;用获得的特征训练C4.5决策树并对不同藻类图像进行识别处理。实验结果表明,所提方法能够有效识别复杂背景下高分辨电镜的小环藻。

水中尸体溺死诊断的机遇与挑战

全世界每年约有37.2万人溺死,其中我国约为6万人。溺死已经成为全世界人群意外死亡的第三大死因,水中尸体也成为法医学实践中最常见的尸体类型之一。但是水中尸体的死因并不都是溺死,也可能是在落水前死于自然疾病、在水中死于自然疾病、死于损伤后被抛入水、在水中死于损伤或者死于水淹没的影响(如休克)等。

水中尸体溺死诊断的回顾与展望

溺死是指由于液体阻塞呼吸道而发生的窒息性死亡。在法医学实践中,判断水中尸体为溺死还是死后入水,是案件定性的关键。同时,溺死地点推断以及死后淹没时间(postmortemsubmersioninterval,PMSI)在调查死者身份、缩小侦查范围和侦破案件等方面发挥着重要作用。基于硅藻检验、分子生物学、影像学及人工智能等技术,国内外法医工作者们已在死因鉴定、溺死地点推断和PMSI等方面进行了研究,并在法医学应用中取得了一定的成果。现对上述研究内容进行综述,以便更好地为水中尸体相关研究提供参考。

绿藻ChlB基因和蓝藻NIES基因在溺死相关浮游生物检测中的应用

目的利用绿藻ChlB基因和蓝藻NIES基因,建立聚合酶链反应-毛细管电泳(polymerase chain reaction-capillary electrophoresis,PCR-CE)检测方法,验证该方法的特异性和灵敏度,并探讨其在溺死诊断中的应用价值。方法针对GenBank中绿藻ChlB基因和蓝藻NIES基因的保守序列,设计特异性引物ChlB和引物NIES,以此构建PCR-CE检测方法。扩增50种标准样本DNA。阳性标准样本梯度浓度检测,确定灵敏度。检测25例尸体肺组织样本(溺死20例,自然死亡5例),同时比较微波消解-真空抽滤-自动扫描电镜法(microwave digestion-vacuum filtration-automated scanning electron microscopy,MD-VF-Auto SEM)的同步检测结果。结果引物ChlB和引物NIES最低检测DNA含量分别为0.161、0.109ng,可分别特异性扩增水体广泛存在的绿藻(蛋白核小球藻)和蓝藻[铜绿微囊藻(产毒及不产毒)],产物片段分别为156、182bp,非溺死器官组织检测结果均为阴性。结论构建的方法灵敏度高、特异性好,能很好地应用于溺死相关浮游生物检测,与MD-VF-Auto SEM法联用,可以增大溺死相关浮游生物的检测范围,提高溺死诊断的证据力。

4种深度学习图像分类算法在人工智能硅藻检验中的比较

目的选择深度学习图像分类算法中复杂性和准确性较为平衡的4种算法进行硅藻的自动识别,探究最适用于硅藻识别的分类算法,为法医学自动化硅藻检验研究提供数据参考。方法建立真实水中尸体肺组织消化液涂片的“硅藻”“背景”小样本量数据集(20000张),用于4种算法(VGG16、ResNet50、InceptionV3和Inception-ResNet-V2)模型的训练、验证和测试。绘制受试者工作特征曲线、混淆矩阵并计算召回率、查准率、特异性、准确率及F1分数,对各模型性能进行系统性评估。结果InceptionV3的硅藻识别性能明显优于其他3种算法,具有更为均衡的硅藻查全(89.80%)与查准(92.58%)性能;VGG16和Inception-ResNet-V2的硅藻识别性能相当,虽无法做到硅藻查全与查准的性能均衡,但其识别能力尚可接受;ResNet50的硅藻识别性能最低,其召回率仅为55.35%。在特征提取上,4种模型均提取到了硅藻和背景的特征,且都以硅藻区域为主要识别依据。结论包含Inception结构的模型,在硅藻特征提取方面具有更强的指向性和靶向性。其中,InceptionV3算法能够更为准确、靶向地提取到硅藻特征,具有最优的硅藻识别性能,更适合应用于日常法医学硅藻检验。

基于扫描电子显微镜硅藻人工智能搜索系统检验效能评估

目的探讨硅藻人工智能(artificialintelligence,AI)搜索系统在溺死诊断中的应用价值。方法取12例溺死尸体的肝、肾组织进行硅藻检验,应用扫描电子显微镜获得视场图片,分别在硅藻AI搜索系统的0.5、0.7和0.9阈值下进行硅藻检测及人工识别,用硅藻召回率、查准率和图片排除比例检测并比较搜索系统的效能。结果硅藻AI搜索系统标注的目标中实际检出硅藻数与人工识别硅藻数之间差异无统计学意义(P>0.05);不同阈值下硅藻AI搜索系统检测硅藻的召回率差异具有统计学意义(P<0.05);不同阈值下硅藻AI搜索系统检测硅藻的查准率差异具有统计学意义(P<0.05),高可达53.15%;不同阈值下硅藻AI搜索系统的图片排除比例差异具有统计学意义(P<0.05),高可达99.72%。对于同一样品,硅藻AI搜索系统识别硅藻所用时间仅为人工识别的1/7。结论硅藻AI搜索系统在溺死案例诊断中具有良好的应用前景,其搜索硅藻能力与经验丰富的法医相当,同时可以极大地减少人工观察图片的工作量。

肺血液坠积现象判断溺死的辅助作用

目的研究溺死和非溺死尸体中肺血液坠积现象,评估该现象在辅助溺死法医病理学死因判断中的价值。方法收集广州市2011年1月—2021年6月以来经系统尸体检验明确死因的案件235例,按照尸体发现位置分为水中尸体组(97例)和非水中尸体组(138例),水中尸体组又分为水中溺死组(90例)和水中非溺死组(7例),非水中尸体组分为非水中溺死组(1例)、非水中非溺死组(137例),经3名资深法医病理学家独立对案件尸体解剖照片进行阅片,判断肺组织是否出现血液坠积,统计肺血液坠积现象的检出率。结果水中溺死组(90例)肺血液坠积现象检出率为0,阴性率为100%;水中非溺死组(7例)肺血液坠积现象检出率为100%,阴性率为0,两组检出率差异有统计学意义(P<0.05);水中尸体组肺血液坠积现象检出率为7.22%,非水中尸体组(剔除2例后剩余136例)肺血液坠积现象检出率为87.50%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论肺血液坠积现象阴性是溺死的特征性尸体征象,可辅助溺死的法医病理学诊断。

MD-VF-Auto SEM法与浮游生物基因复合扩增体系在溺死诊断中的应用比较

目的比较微波消解-真空抽滤-自动扫描电子显微镜(microwave digestion-vacuum filtration-automated scanning electron microscopy,MD-VF-Auto SEM)法与浮游生物基因复合扩增体系在溺死诊断中的应用效果。方法采用MD-VF-Auto SEM法和浮游生物基因复合扩增体系分别对10例非溺死案例和50例溺死案例的肺、肝、肾组织进行检测分析,比较两种方法在各组织中的阳性检出率。结果溺死案例使用MD-VF-Auto SEM法检验的硅藻阳性率为100%,在6例非溺死案例的肝、肾组织中检出少量硅藻。浮游生物基因复合扩增体系的阳性率为84%,非溺死案例的肺、肝、肾组织结果均为阴性。两种方法检测结果相比,肝、肾组织的阳性率和总阳性率差异均具有统计学意义(P<0.05),而肺组织阳性率差异无统计学意义(P>0.05)。结论MD-VF-Auto SEM法对硅藻检验具有较高的灵敏度,而浮游生物基因复合扩增体系还可检出硅藻外的其他浮游生物。两种方法相结合,可为溺死诊断提供更可靠的依据。

硅藻定量分析在溺死诊断中的应用

目的对水中尸体硅藻检验案例进行回顾性分析,探讨硅藻定量分析在溺死诊断中的应用价值。方法收集水中尸体共490例,根据死因分为溺死组和死后入水组,采用微波消解-真空抽滤-自动扫描电子显微镜法对肺、肝、肾组织及水样进行硅藻定量分析,并计算肺组织与水样硅藻含量的比值(CL/CD值)。结果溺死组肺、肝和肾组织同时检出的有400例(85.5%),肺、肝、肾组织和水样中硅藻含量分别为(113235.9±317868.1)、(26.7±75.6)、(23.3±52.2)和(12113.3±21760.0)个/10 g,硅藻种类数分别为(7.5±2.8)、(2.6±1.9)、(2.9±2.1)、(8.9±3.0)种。溺死组和死后入水组CL/CD值分别为(100.6±830.7)、(0.3±0.4)。结论硅藻定量分析可为溺死诊断提供支持性证据,引入CL/CD值这一参数进行分析,能更准确地作出溺死的诊断。

消解温度与时间对硅藻检验结果的影响

目的探索硅藻检验过程中组织消解温度和消解时间的合理条件。方法取肝组织80份,每份2g,将每份肝组织分别加入2 mL珠江水样混合。设置消解温度为100℃、120℃、140℃、160℃、180℃和消解时间为40、50、60、70、80 min对所取肝组织和水样混合物进行分组,每组8份。使用微波消解-真空抽滤-扫描电子显微镜法对上述检材进行硅藻检验,检测硅藻回收数量和滤膜上的残留物质量。结果消解时间设置为60 min时,不同温度下硅藻的回收数量之间差异有统计学意义(P<0.05),140℃时硅藻回收数量最高,可达(28797.50±6009.67)个,滤膜上的残留物质量在180℃时最低,为(0.60±0.28)mg。消解温度设置为140℃时,不同消解时间的硅藻回收数量之间差异具有统计学意义(P<0.05),40 min时硅藻回收数量最高,可达(20650.88±1950.29)个,各组滤膜上的残留物质量在不同消解时间组之间差异无统计学意义(P>0.05)。结论硅藻消解效果与温度、时间有关,当消解温度为140℃,消解时间为40、50、60 min时利于硅藻检出。