FTIR显微光谱技术在损伤时间推断中的应用研究

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目的:
  利用傅里叶变换红外显微光谱技术结合化学计量学方法分析挫伤骨骼肌组织光谱差异性与损伤时间的关系,为损伤时间推断提供新的方法。
  方法:
  选健康成年雄性SD大鼠78只,随机分成正常对照组和损伤组(4h-、8h-、12h-、16h-、20h-、24h-、28h-、32h-、36h-、40h-、44h-和48h-),每组6只。损伤组经麻醉后,用500g金属锤从70cm的高度自由坠落,形成SD大鼠右后肢骨骼肌重度挫伤。正常对照组采取相同麻醉方法,但不进行打击。各组分别于规定损伤时间点取损伤区域组织,制备冰冻切片。采集样本FTIR光谱检测数据并应用化学计量学方法分析,建立损伤时间推断模型。根据上述方法,另外选择SD大鼠24只,损伤时间同样在4h至48h之间,用于预测验证所构建的模型。再选SD大鼠18只,分别于伤后8h、24h、40h将大鼠颈椎脱臼处死,并于死后24h取材,用于研究死亡时间对损伤时间推断的影响。
  结果:
  (1)随着损伤时间推移,大鼠肌肉组织光谱吸光度产生变化。(2)主成分分析和偏最小二乘法判别分析显示可明显区分正常对照组和损伤组,且不同损伤时间点光谱有聚类趋势,主要与组织中的蛋白质、脂质、碳水化合物等成分的差异性有关。(3)利用多种算法建立损伤时间分类模型,其中支持向量机建立的早期(4h-24h)和晚期(28h-48h)损伤时间二分类模型表现突出,内部验证准确率达91.7%,外部验证准确率达83.3%,受试者工作特征曲线下面积为0.92;随机森林建立的判别模型对早期损伤时间(4h-24h)分类有优势,4h、8h、12h、16h、20h和24h时间点判别的内部验证准确率达83.3%,外部验证准确率达75%,受试者工作特征曲线下面积为0.82。(4)对于8h、24h和40h损伤时间点,分别在死后0h取材和死后24h取材,各损伤时间点样本光谱在不同死亡时间均有明显区分;损伤时间8h、24h和40h样本在死后24h取材,不同损伤时间样本光谱亦有明显区分。
  结论:
  傅里叶变换红外显微光谱技术可全面反映不同损伤时间骨骼肌挫伤组织的成分信息,结合化学计量学方法对光谱数据的深入挖掘分析,可以有效建立损伤时间推断模型,预测能力优异,为法医学准确推测损伤时间提供了新的研究思路和方法。
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