综述：拉曼光谱在死后间隔时间估算中的应用：系统性文献综述

《International Journal of Legal Medicine》：Applications of Raman spectroscopy in the post-mortem interval estimation: a systematic literature review

这篇系统综述聚焦于法医科学中的热点与难点——死后间隔（PMI）估算。文章循PRISMA指南，通过PICO框架，系统评估了拉曼光谱技术在不同生物检材（如骨骼、牙齿）上应用于PMI估算的研究现状。综述指出，该技术通过分析磷酸盐（PO43-）和胶原蛋白酰胺带等关键生物标志物的化学变化，结合主成分分析（PCA）等统计学方法，在法医人类学中展现出潜力。尽管其具备无损、快速、可手持等优势，但当前其在常规法医工作中的实际应用仍多限于较长PMI的案件，其推广与标准化仍有赖于更多研究。

　　

引言

准确评估死亡时间，即死后间隔（PMI），始终是法医学检验者面临的主要挑战之一，在刑事与民事案件中具有重要意义。传统方法如基于直肠温度的Henssge列线图通常仅限于死后早期阶段（如前24小时）。近年来，基于分析各种人体生物基质及其死后生化标志物（BPMs）浓度变化的新方法被提出。光谱学技术，如核磁共振、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱，已被引入作为PMI估算的创新工具。

其中，拉曼光谱是一种非侵入性分析技术，可提供有关分子振动和样品结构的信息。其原理是，当单色光照射样品时，一小部分光会发生非弹性散射（拉曼散射），其光子能量的变化与特定分子振动的激发相关，可作为识别物质的独特“指纹”。该技术具有高选择性、无需样品前处理、非破坏性、可便携现场分析等优点，并因其广泛的同行评议出版物、可评估的错误率、科学界的广泛接受以及既定标准程序，满足了Daubert标准，已被美国法院认可为可采信的科学证据。拉曼光谱在法医学中已有多种应用，如鉴别生物体液、爆炸物、枪弹残留物和毒品，并能通过独特的光谱特征区分血液、唾液等的来源者性别、年龄和种族。然而，尽管该技术应用广泛，但其在PMI估算中的具体作用，在法医病理学家中仍知之甚少，应用并不普遍。为此，本研究遵循PRISMA指南，对相关科学文献进行了全面、批判性的综述，旨在阐明拉曼光谱在PMI评估中的应用现状、方法学优势、局限及法医学适用性。

材料与方法

本综述遵循PRISMA（系统综述和Meta分析的首选报告项目）指南。通过检索PubMed、Scopus、Web of Science和Cochrane Library数据库，使用检索式：（“Raman” or “Raman spectroscopy”）AND （“postmortem interval” or “post-mortem interval” or “PMI” or “time of death” or “time since death” or “time from death” or “time after death”），旨在回答PICO（人群、干预、比较、结局）问题：“在人类尸体/遗骸中，拉曼光谱在死后间隔估算中扮演什么角色，应用于何种生物基质，目前采用何种分析技术？”。文献筛选过程标准化，经过去重、标题摘要筛选和全文评估，最终有五篇原创性研究文章被纳入本综述。

结果

数据提取

初检获得1331篇文章，经过去重和筛选，最终有五篇文章被纳入。这些研究分别在意大利、奥地利、美国、西班牙和法国进行。

生物基质与供体尸体特征

所选研究检查了不同类型的生物基质及其大小。Bertoluzza等人和Baide等人研究了牙釉质，Bertoluzza还考虑了牙本质。其他研究则聚焦于骨骼样本，包括股骨和肋骨。样本量从6个到超过12个不等。仅有Baide等人和Falgayrac等人的研究报告了供体的年龄，且后者供体年龄显著更大。Baide等人和Ortiz-Herrero等人的研究区分了性别，显示供体以男性为主。Falgayrac等人的研究是唯一详细报告了疾病、死因和种族等生物学与人口学信息的，强调了样本间的个体差异。

生物基质的环境暴露条件与评估的PMI/埋葬时间

有四篇论文明确了分析前生物基质所处的环境条件，包括环境温度。Baide等人和Ortiz-Herrero等人报告了年降水量，而只有Falgayrac等人明确说明了湿度水平。尽管土壤特性可能对PMI期间的光谱变化有影响，但仅有Ortiz-Herrero等人和Falgayrac等人对此进行了说明。Ortiz-Herrero等人是唯一在两种不同地理和气候条件下进行研究的研究者。

所评估的埋葬时间/PMI跨度很广，从几天（Bertoluzza, Woess, Baide）、几个月（Falgayrac）到数十年（Ortiz-Herrero）甚至数千年（Bertoluzza, Woess）。Bertoluzza和Falgayrac关注“埋葬时间”，而Woess、Ortiz-Herrero和Baide则使用更广义的“PMI”。Woess的研究是唯一使用累积度日数（ADD）来表达结果的，强调了温度对分解过程的影响。

分析前样本处理与拉曼光谱采集

Ortiz-Herrero等人和Falgayrac等人在拉曼光谱采集前对样本进行了预处理，如用次氯酸钠清洗以去除真菌和细菌污染，或进行光漂白以减少荧光背景。Falgayrac等人的研究设计是每月重复测量埋藏的肋骨碎片，持续12个月，从而可以精确观察随时间的变化。

光谱分辨率在三项研究中被明确，范围从6 cm^-1到3.24 cm^-1。光谱采集时间仅由Falgayrac等人明确说明，而光谱分析范围仅由Woess等人和Ortiz-Herrero等人指定，后者探索的光谱范围更宽。

分析的拉曼光谱峰与谱带

综述总结了用于估算埋葬时间/PMI的最具信息性的谱带和峰。

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  磷酸盐谱带：最常分析的是位于约957–960 cm^-1的磷酸根离子（PO₄^3-）A₁对称伸缩振动模式（ν₁PO₄^3-）。其他重要峰包括位于427–433 cm^-1（ν₂PO₄^3-对称弯曲模式）和577–590 cm^-1（ν₄PO₄^3-不对称弯曲模式）的谱带。
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  碳酸盐谱带：所有研究都考虑了与碳酸盐相关的峰。位于约1070 cm^-1的碳酸根离子（CO₃^2-）对称伸缩振动模式（ν₁CO₃^2-）是唯一被一致报告的碳酸盐峰。其他研究中还分析了位于约756 cm^-1的B型碳酸盐谱带（ν₂面外弯曲模式）以及位于1402 cm^-1的ν₃CO₃^2-不对称伸缩振动谱带。
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  胶原蛋白酰胺谱带：涉及胶原蛋白的研究关注了不同的光谱特征。酰胺I带（1600–1700 cm^-1，与C=O伸缩相关）和酰胺III带（与C–N伸缩和N–H弯曲相关，位于1243–1260 cm^-1）被分析。其他与胶原相关的谱带包括约1450 cm^-1处的CH₂基团谱带，以及位于1675 cm^-1和1645 cm^-1的谱带。Bertoluzza等人分析了约2941 cm^-1处的亚甲基对称伸缩振动谱带。
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  基于峰强度的指数：几项研究基于峰强度比开发了特定指数，以研究其与PMI的关系。Bertoluzza等人的I₂₉₄₁/I₉₆₀指数（有机/无机）以及Woess等人的ν₄（PO₄^3-）/酰胺I指数（无机/有机）均显示随时间呈现规律性变化。Ortiz-Herrero等人则引入了多种不同指数，如“矿物-基质比”（1605 cm^-1/1720 cm^-1）、碳酸盐-磷酸盐比（1979 cm^-1/960 cm^-1）和胶原交联比（1675 cm^-1/1645 cm^-1）。

所分析生物基质与PMI/埋葬时间相关的主要特征

Bertoluzza等人和Woess等人的研究显示了一致的趋势，即随着埋葬时间推移，有机成分逐渐减少，而无机成分相对增加。这一趋势通过I₂₉₄₁/I₉₆₀指数的下降或ν₄（PO₄^3-）/酰胺I比值的上升得以体现。

Baide等人根据有机成分（1402 cm^-1处CO₃^2-谱带）的强度，以42天为界定义了骨骼分解的两个阶段。Ortiz-Herrero等人则报告了更长时间尺度上的光谱变化，如15年后磷酸盐谱带（ν₂和ν₄PO₄^3-）的变化，以及CH₂、酰胺I和酰胺III谱带的持续变化直至埋葬后80年。

Falgayrac等人的主成分分析（PCA）支持了埋葬时间导致主要与有机成分相关的光谱谱带（概括为SC2）普遍减少的观点。然而，占主导地位的ν₁PO₄^3-谱带（SC1）随时间呈正弦趋势变化，表明埋葬时间与骨骼成分之间的关系可能更为复杂，可能受到稳定阶段或不同PMI阶段影响骨基质的次级过程的影响。

统计分析

Woess、Ortiz-Herrero和Falgayrac的研究应用了主成分分析来处理和解释拉曼光谱数据。Woess等人使用PCA主要是为了降低数据复杂性，而Ortiz-Herrero和Falgayrac等人则将其用于根据PMI对样本进行区分和分类。Falgayrac等人还使用了偏最小二乘回归来模拟光谱数据与埋葬时间之间的关系，并评估模型的预测性能。