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    利用熱敏成像法和蒸汽開展法醫檢測

    日期:2022-08-11 07:09
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    摘要:

    向沾有血跡的布料噴灑蒸氣如何使熱成像成為可能

    研究人員一直在尋找檢測織物上極低濃度血液的替代方法,*近他們在熱成像技術中找到了答案。血液在其自身的紅外光譜中不可見,他們發現在沾有血跡的樣品上噴灑水蒸氣能創建一種熱信號。盡管對天然纖維而言面臨一些挑戰,這種熱成像方法不失為法醫檢測中采用魯米諾的方法的一種更可取的替代解決方案。

    當犯罪電視連續劇中的檢測者需要找到血跡證據時,他們所做的**件事往往是向相關區域噴灑魯米諾并關燈。這為故事增添了一定的喜劇效果,但是對需要在不太理想情形下找到具體血跡證據的現實檢測者而言并不是*佳方案。這對檢測沾有極低濃度血跡的衣物而言尤為如此,因為血跡極易受噴灑的液體魯米諾的影響?;瘜W研究員Michael Myrick博士和Stephen Morgan博士及其南卡羅來納大學的團隊正研究在法醫應用領域將紅外熱像儀用作檢測和記錄生物液體(如犯罪現場的血跡)證據的替代方案。


    圖1.腈綸織物上的完整血印。
    左側:蒸汽暴露于濕氣期間的熱圖像。
    右側:暴露后蒸發冷卻。對比度足以辨別指紋紋脊圖案。


    圖2.滌綸織物上的完整血印。
    左側:蒸汽暴露于濕氣期間的熱圖像。
    右側:暴露后蒸發冷卻。


    圖3.滌綸上的10倍稀釋血印顯示指紋紋脊圖案和由血液凝固物芯吸作用引起的暈圈。Myrick和Morgan的團隊注意到紋脊比外暈吸收水分的速度更快,而且冷卻速度也不一樣,因此可在動力學上區分兩種圖案。


    圖4.血的吸水/解吸水特性類似于棉花的吸水/解吸水特性,因此即使全血印跡在棉花上也模糊不清。

    魯米諾的問題

    魯米諾本身是一種粉末,在混合了雙氧水后用于織物表面進行測試。如果存在血,血紅蛋白中的鐵會催化魯米諾和雙氧水之間的反應,將電子釋放為對藍光可見的光子。遺憾的是,魯米諾能與鐵之外的其它物質反應,導致錯誤判斷。

    正如Myrick博士解釋的那樣,魯米諾“會與芳香胺、銅鹽、漂白劑等物質反應,例如,它也可能與織物中或您在場景中留意到的多種物質反應?!?/p>

    魯米諾的另一個問題是,它可能會對DNA測試產生潛在影響:雖然它不會直接破壞DNA,但是它可能會影響某些遺傳標記。

    *終,當向血跡上噴灑魯米諾時可能會模糊或沖掉血跡?!叭绻嬖谝粋€脊紋圖案,如指紋,然后您用一種液體浸泡它,那么您可能會完全失去它,”Myrick博士說道。這樣就會失去識別織物上指紋的所有機會。過度稀釋血跡還會導致隨后的樣本DNA測試成為泡影。

    紅外成像的挑戰

    Myrick博士和他的團隊一直在尋找可視化血跡和用于法醫檢測的其它生物流體的更好方式。Myrick對能進行不止數秒鐘觀察、可重復且不會破壞樣品的檢測方法尤其感興趣。他和他的團隊開始研究利用紅外反射可視化血跡。雖然紅外反射的確奏效,但是血跡在熱圖像中總是模糊不清。

    “熱圖像是一種極好的可視化化學對照物的方式,”Myrick博士坦承道。他和他的團隊正尋找增加對血的靈敏度的方式,并確定將蒸汽作為在紅外光譜窗口中創建強吸收譜帶的方法。然而,在試圖改進方法的過程中,該團隊偶然發現一種更好的方法。

    研究生Wayne O’Brien的任務是將一塊棉布浸在由旅行噴汽熨斗噴出的氧化氘中并測量反射率。O’Brien只是碰巧記錄了蒸汽噴到棉布上的紅外視頻,并有了驚喜發現。

    “在打開蒸汽那一刻,他向我展示的紅外視頻中的100倍稀釋血跡就像一只被點亮的燈泡。這驚人的現象在之前是如此難以得見,剎那之間在圖像中點亮,”Myrick說道。

    此外,與魯米諾會立即褪色不同,他們發現水蒸氣在沾有血跡的織物上的作用是持續的。Myrick稱:“如果您取一塊布料,并讓其進入溫度升高的濕潤環境中,您可以無限期地看到血跡,它不會時而出現時而消失,只要您將其置于濕潤環境中,就可以永遠看到它?!?/p>

    將方法投入試驗

    Myrick的團隊將他們的發現用于研究三種類型布料上的血指紋?!爸讣y”來自一塊定制的橡皮章,這些“指紋”被弄濕且印到三塊三重染色織物。每塊織物印上兩個指紋老鼠血印,其中一個指紋印稀釋10倍,另一個指紋印未稀釋。然后,該團隊讓血印風干24小時。

    在到了對血印成像的時候,研究人員讓樣本接觸來自蒸汽掛燙機的去離子水蒸氣。他們在長時間每隔3秒對血印噴蒸汽的情況下記錄布塊上的血印變化,在每次噴蒸汽間隔中暫停記錄。

    向樣本噴水蒸氣會直接產生熱量。Myrick博士將這一過程比作是走出干燥的空調房來到濕熱的戶外。您穿的每一件衣服會立即吸收水蒸汽,溫度略微上升。這種升溫在紅外圖像中顯而易見。

    正像增加水分產生熱量一樣,撤去蒸汽源會導致冷卻。但是,像腈綸或滌綸這樣的疏水性織物保持極少量水分并很快達到平衡。因此,血斑區域將比布料其它區域冷卻得更慢。這會引起極易在紅外圖像中識別的溫差。

    “您會在吸水物體上獲得正反差和負反差,這取決于該物體的吸水速度和解吸速度,并且您可以反復重復這一過程,”Myrick解釋道。

    在**組記錄中,他們為FLIR A6751sc SLS熱像儀安裝了一個50 mm鏡頭,以便對整個血印進行成像。FLIR A6751sc具有快幀頻和480 ns積分速度,使研究人員能夠記錄快速熱暫態。**組記錄使用13 mm鏡頭,使Myrick的團隊能夠觀測單張放大的“指紋”脊紋圖案。在兩種情況下,該團隊通過FLIR的ReasearchIR軟件操作熱像儀。

    腈綸布和滌綸布上的完整血印圖像都清晰地顯示了經稀釋的全血印。腈綸布上的血跡還提供足夠的對比度,以辨別‘指紋’紋脊圖案。在滌綸布上,該團隊在10倍稀釋血印周圍觀測到一個由血液凝固物芯吸到織物內引起的熱‘暈圈’。當研究熱數據隨時間變化的情況時,該團隊注意到滌綸布上的紋脊比外暈吸收水蒸氣的速度更快。這使團隊能夠很容易區分紋脊和暈圈。

    Myrick的團隊發現對棉布上的血印進行成像有些困難。這是因為水分占總重量的比率高達20%,棉布吸收的水分與血跡本身吸收的水分相當。相比之下,腈綸和滌綸等合成纖維吸水性較弱。

    “這與纖維的化學組成和纖維本身的結構有很大關系,”來自Myrick團隊的一名研究生Raymond Belliveau如此解釋道。

    “棉布是一種復雜的織物,充滿松散的纖維,”Myrick補充道?!安⑶揖€吸水的速度不一樣,單根纖維的反應極快?!?/p>

    因此,該團隊非常成功地對棉布上的放大紋脊進行了成像。他們注意到,棉布浮絲上的全血和其它區域的全血之間存在明顯對比。該對比僅在浮絲能夠吸收蒸汽的30 ms期間可見。

    “FLIR A6751sc使我們能夠進行高速測量,事實上,纖維僅會在熱視頻中的其中一幀發亮,”Myrick解釋道。之后,大部分布料已吸收足夠的水蒸氣,因而消除了全血和棉布之間的熱力差異。

    圖5.全血印內的單根線與棉布其余位置形成鮮明對比。

    腈綸布上整個血跡的紋脊清楚可見,盡管在紋脊斷裂位置,織物組織阻止血印接觸整個表面。

    圖6.紋脊斷裂出現在腈綸布組織防止血印與織物完全接觸的位置。

    全血印僅在噴蒸汽期間模糊可見,像腈綸樣本一樣,有一個織紋阻止織物與血印完全接觸。但是,與緯紗(水平方向)相比,經紗(垂直方向紗線)凸起,所以經紗上的血液凝固物更明顯。

    圖7.血印紋脊僅在織物上凸起的經紗上可見。

    下一步

    根據Myrick的研究結果,當確定織物上是否沾有血跡時,熱成像技術是魯米諾法的可行替代方案。熱成像可能是更可取的——因為輔助成像的水蒸氣不會進一步稀釋血跡,也不存在毀掉證據的可能性。雖然使用水蒸氣會對棉布上血跡成像帶來一些挑戰,但是高速、高分辨率紅外熱像儀可提供一種變通方案。FLIR A6751sc等科研熱像儀具有記錄松散棉纖維快速升溫或冷卻所需的幀頻和積分速度,這可通過放大鏡頭得到加強。Myrick和他的團隊將繼續研究棉線上高速成像的應用,以期改善這一過程。

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