傅里叶变换红外光谱术用于急性及陈旧性心肌梗死的法医病理学诊断

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2023.430317

法医学杂志 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (6): 535-541.DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2023.430317

• 论著 •

傅里叶变换红外光谱术用于急性及陈旧性心肌梗死的法医病理学诊断

田甜¹^,²(), 廖信彪³, 张付³, 邓恺飞¹, 张吉¹, 黄平¹, 陈忆九¹, 张建华¹()

^1.司法鉴定科学研究院上海市法医学重点实验室司法部司法鉴定重点实验室上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063
^2.山西医科大学法医学院，山西晋中 030600
^3.广东省公安厅刑事技术中心法医病理学公安部重点实验室，广东广州 510050

收稿日期:2023-03-26 发布日期:2024-01-17 出版日期:2023-12-25
通讯作者: 张建华
作者简介:田甜（1993—），女，博士研究生，主要从事法医病理学研究；E-mail：13620619303@163.com
基金资助:
国家重点研发计划资助项目(2022YFC3302002);国家自然科学基金资助项目(82072115);中央级公益性科研院所资助项目(GY2022G-3);上海市法医学重点实验室资助项目(21DZ2270800);上海市司法鉴定专业技术服务平台资助项目;法医病理学公安部重点实验室开放课题资助项目(GAFYBL202206)

Forensic Pathological Diagnosis of Acute and Old Myocardial Infarction Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy

Tian TIAN¹^,²(), Xin-biao LIAO³, Fu ZHANG³, Kai-fei DENG¹, Ji ZHANG¹, Ping HUANG¹, Yi-jiu CHEN¹, Jian-hua ZHANG¹()

^1.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine, Key Laboratory of Forensic Science, Ministry of Justice, Shanghai Forensic Service Platform, Academy of Forensic Science, Shanghai 200063, China
^2.School of Forensic Medicine, Shanxi Medical University, Jinzhong 030600, China
^3.Key Laboratory of Forensic Pathology, Ministry of Public Security, Criminal Technology Center of Guangdong Provincial Public Security Department, Guangzhou 510050, China

Received:2023-03-26 Online:2024-01-17 Published:2023-12-25
Contact: Jian-hua ZHANG

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摘要/Abstract

摘要：

目的利用傅里叶变换红外光谱术（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）对不同病理变化阶段的心肌梗死组织进行光谱分析，以实现对急性和陈旧性心肌梗死的法医病理学诊断。方法以苏木精-伊红（hematoxylin-eosin，HE）染色和免疫组织化学（immunohistochemistry，IHC）染色结果为参考依据，采集冠状动脉粥样硬化性心脏病猝死组左心室前壁的早期缺血心肌、坏死心肌、心肌纤维化组织以及正常对照组心肌的FTIR数据，使用多元统计分析方法进行数据分析。结果对照心肌、早期缺血心肌和坏死心肌的平均归一化光谱较为相似，但平均二阶导数光谱存在较大差异，早期缺血心肌中各蛋白质二级结构的峰强度均明显高于其他类型心肌，坏死心肌α-螺旋的峰强度最低。心肌纤维化组织平均归一化光谱的酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ峰位明显向高波数方向移动，酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ的峰强度高于其他各类型心肌，平均二阶导数光谱在1 338、1 284、1 238和1 204 cm^-1处峰强度明显增强。主成分分析（principal component analysis，PCA）和偏最小二乘-判别分析（partial least square-discriminant analysis，PLS-DA）结果显示，FTIR可区分不同类型的心肌组织。结论 FTIR技术具有对急性和陈旧性心肌梗死诊断的潜力，为心脏性猝死的死因分析提供了一种新的依据。

关键词: 法医病理学, 傅里叶变换红外光谱术, 急性心肌梗死, 陈旧性心肌梗死, 主成分分析, 偏最小二乘-判别分析

Abstract:

Objective Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR） was used to analyze myocardial infarction tissues at different stages of pathological change to achieve the forensic pathology diagnosis of acute and old myocardial infarction. Methods FTIR spectra data of early ischemic myocardium, necrotic myocardium, and myocardial fibrous tissue in the left ventricular anterior wall of the sudden death group of atherosclerotic heart disease and the myocardium of the normal control group were collected using hematoxylin-eosin （HE） and immunohistochemistry （IHC） staining as a reference, and the data were analyzed using multivariate statistical analysis. Results The mean normalized spectra of control myocardium, early ischemic myocardium and necrotic myocardium were relatively similar, but the mean second derivative spectra were significantly different. The peak intensity of secondary structure of proteins in early ischemic myocardium was significantly higher than in other types of myocardium, and the peak intensity of the α-helix in necrotic myocardium was the lowest. The peaks of amide Ⅰ and amide Ⅱ in the mean normalized spectra of myocardial fibrous tissue significantly shifted towards higher wave numbers, the peak intensities of amide Ⅱ and amide Ⅲ were higher than those of other types of myocardium, and the peak intensities at 1 338, 1 284, 1 238 and 1 204 cm^-1 in the mean second derivative spectra were significantly enhanced. Principal component analysis （PCA） and partial least square-discriminant analysis （PLS-DA） showed that FTIR could distinguish different types of myocardium. Conclusion FTIR technique has the potential to diagnose acute and old myocardial infarction, and provides a new basis for the analysis of the causes of sudden cardiac death.

Key words: forensic pathology, Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）, acute myocardial infarction, old myocardial infarction, principal component analysis, partial least square-discriminant analysis

中图分类号:

田甜, 廖信彪, 张付, 邓恺飞, 张吉, 黄平, 陈忆九, 张建华. 傅里叶变换红外光谱术用于急性及陈旧性心肌梗死的法医病理学诊断[J]. 法医学杂志, 2023, 39(6): 535-541.

Tian TIAN, Xin-biao LIAO, Fu ZHANG, Kai-fei DENG, Ji ZHANG, Ping HUANG, Yi-jiu CHEN, Jian-hua ZHANG. Forensic Pathological Diagnosis of Acute and Old Myocardial Infarction Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy[J]. Journal of Forensic Medicine, 2023, 39(6): 535-541.

图/表 6

图1 对照心肌和早期缺血心肌的病理学改变

Fig. 1 Pathological changes of the control myocardium and early ischemic myocardium

图2 坏死心肌和心肌纤维化组织的病理学改变（HE染色）A：坏死心肌；B：心肌纤维化组织。

Fig. 2 Pathological changes of the necrotic myocardium and myocardial fibrous tissue （HE staining）

图3 不同类型心肌组织的平均归一化光谱和平均二阶导数光谱A：平均归一化光谱；B：平均二阶导数光谱。

Fig. 3 The mean normalized spectra and the mean second derivative spectra of different types of myocardium

图4 不同类型心肌组织二阶导数光谱的PCA得分图、PC2载荷图和PLS-DA得分图A：PCA得分图；B：PC2载荷图；C：PLS-DA得分图。

Fig. 4 PCA scores plot， PC2 loading plot and PLS-DA scores plot of the second derivative spectra ofdifferent types of myocardium

图5 对照心肌、早期缺血心肌和坏死心肌二阶导数光谱的PCA得分图、PC2载荷图和PLS-DA得分图A：PCA得分图；B：PC2载荷图；C：PLS-DA得分图。

Fig. 5 PCA scores plot， PC2 loading plot and PLS-DA scores plot of the second derivative spectra ofcontrol myocardium， early ischemic myocardium and necrotic myocardium

图6 对照心肌、早期缺血心肌和坏死心肌二阶导数光谱两两分组的PCA得分图和PLS-DA得分图A、B、C：PCA得分图；D、E、F：PLS-DA得分图。

Fig. 6 PCA scores plots and PLS-DA scores plots for two-by-two subgroups of the second derivative spectra ofcontrol myocardium， early ischemic myocardium and necrotic myocardium

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傅里叶变换红外光谱术用于急性及陈旧性心肌梗死的法医病理学诊断

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