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。     

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（20 000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InceptionResNet-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;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。     

上海地区水域中硅藻的基本分布调查

在法医检案中,水中尸体的检验是工作中的难点。硅藻检验作为水中尸体检验的必须手段,因其操作简便,被广泛应用。通过实际案例,对上海地区水样中硅藻的分类、分布进行了疏理。以期为上海地区溺水死亡案件落水地点判断提供参考。     

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（artificial intelligence,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。     

498例水中尸体硅藻检验分析

准确、有效地对水中尸体进行生前或死后入水鉴定,组织器官中硅藻的定性和定量检验被认为是较好的一种实验室检验方法[1]。为进一步证明硅藻检验在水中尸体鉴定中的实用价值及其实践意义,本文作者对10年间(1994~2003)498例水中尸体硅藻检验结果进行了回顾性分析,现报道如下。1案例资料1.1一般资料统计10年间(1994~2003)法医室受理的498例水中尸体的硅藻检验案例,根据尸体检验和调查访问,明确为生前入水者124例(24.9%),死后入水者44例(8.8%);不能明确生前或死后入水者330例(66.3%)。男性尸体293例(58.8%),女性205例(41.2%);年龄最小为出生1天,…     

基于YOLOv3的硅藻电子显微镜图像识别模型的构建及应用

目的 基于YOLOv3模型构建硅藻电子显微镜图像识别模型,测试在实际案例中的应用效果,探讨该模型在法医学硅藻鉴定中的优势。方法 选取25 000张1 500×的硅藻电子显微镜图像作为初始图像集,经专家标注和图像处理后,输入YOLOv3网络训练识别模型。收集8例溺死案例肺、肝、肾组织样本的硅藻电子显微镜图像,分别在0.4、0.6、0.8的阈值下利用该模型识别硅藻,同时进行人工识别,以识别速度、召回率和查准率评价该模型的实际应用效果。结果 模型在验证集和测试集上的平均精度均值分别为94.8%和94.3%,平均召回率分别为81.2%和81.5%。实际应用中,该模型识别速度是人工识别速度的9倍以上。阈值为0.4时,肺组织硅藻总体召回率均值达89.6%、总体查准率均值达87.8%;肝、肾组织硅藻总体召回率达100%、查准率低于5%。随着阈值的增加,各组织硅藻召回率下降、查准率上升;模型在肺组织的F1分数随着阈值升高而降低,在肝、肾组织的F1分数随着阈值升高而升高。结论 基于YOLOv3的硅藻电子显微镜图像识别模型能够快速识别硅藻图像,并能在一定的阈值下取得良好的硅藻召回率和肺组织较高的硅藻查准率...     

淡水硅藻种群及数量变化的影响因素及其法医学意义

江河、湖泊等淡水系统中,硅藻种群及数量变化与环境、水文的改变有着极其密切的关系。本文针对近年来淡水硅藻种群及数量变化影响因素的研究进行综述,以期为通过硅藻检验结果合理分析水中尸体死因、案件性质及判断落水点提供参考依据。     

微波消解-扫描电镜联用法在溺死诊断中的应用

目的探讨微波消解-扫描电镜联用法在溺死诊断中的应用价值。方法收集已知死因的尸体标本105例,其中水中尸体85例(生前溺死70例,死后抛尸入水15例),陆地自然死亡尸体20例。水中死亡案例同时收集落水处水样。分别用微波消解-扫描电镜联用法(方法 A)和硝酸破机-光镜联用法(方法 B)对上述尸体的离体肺、肝、肾、骨髓组织及水样进行硅藻定性、定量检测。结果①溺死尸体的肺、肝、肾、骨髓中及落水处水样硅藻检出率:A法分别为100%、94.3%、92.9%、82.9%、100%,硅藻检验阳性率为100%;B法分别为90%、62.9%、51.4%、28.6%、92.9%,硅藻检验阳性率为65.7%。②两种方法检出的硅藻种类与落水处水样中硅藻的种类均一致。③两种方法在死后入水尸体离体的肺中也检出少量硅藻(<3个/2g肺组织),但在死后入水尸体的其它脏器及陆地自然死亡尸体脏器中均未检出硅藻。结论微波消解-扫描电镜联用法较硝酸破机-光镜联用法对尸体离体组织脏器中的硅藻检出率高,方法灵敏,定性准确。     

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。     

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（postmortem submersion interval,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。     

深度学习在图像识别及骨龄评估中的优势及应用前景

深度学习以及神经网络模型是近年来机器学习及人工智能领域新的研究方向及热点问题。深度学习在图像识别、语音识别应用中已取得了突破性进展,在人脸识别、信息检索等领域也展示出独特优势,得到了广泛应用。骨骼X线图像显示黑白灰不同阶度的变化,具有黑白对比、层次差异的图像特征,基于深度学习在图像识别中的优势,我们将其与骨龄评估研究有机结合,旨在为构建法医学骨龄自动化评估系统提供基础性数据。本文综述了深度学习的基本概念及其网络结构,阐述了近年来深度学习在国内外不同研究领域图像识别中的研究进展,以及深度学习在骨龄评估中的优势及应用前景。     

基于深度学习的人体肋骨骨折智能检测技术

目的将人工智能中的深度学习技术应用到人体肋骨骨折识别,实现人体肋骨骨折智能检测,提高法医肋骨骨折诊断效率。方法采集3143例人体胸部X线数字影像(2602例用于训练,541例用于测试),标注肋骨骨折特征点,通过多层网络堆叠,分层、分级主动学习原始数据高度抽象的特征表述,并将此特征反馈至检测器进行骨折检测,输出骨折位置及相应置信度。结果基于深度学习的人体肋骨骨折检测准确率在90%以上。结论基于深度学习的人体肋骨骨折检测准确率较高,可用于辅助法医进行肋骨骨折识别诊断、检验鉴定等,本研究可为人体其他部位骨骼损伤智能检测提供参考。     

人工智能与事实认定

人工智能与司法的深度融合,既体现在案件的法律适用环节也体现在事实认定环节,而事实认定是法律适用的前提。人工智能对案件事实认定的介入,需要将证据数据化、对数据进行运算整合、输出人可以理解的结论。在证据数据化环节,需要对证据进行结构化的数据改造,并克服语言障碍。在数据整合环节,人工智能主要以概率推理而不是因果推理作为逻辑推理方式,其算法也需要面对可计算性与复杂性两大难题。在结论输出环节,需要解决机器学习如何深化、信念如何建立与机器如何表达等难题。人工智能融入案件事实认定所面临的这些主要难题,可以尝试通过“小数据”训练,逐步构建人工智能“心智微结构”去慢慢攻克。     

The Diagnostic Value of Quantitative Assessment of Diatom Test for Drowning: An Analysis of 128 Water‐related Death Cases using Microwave Digestion‐Vacuum Filtration‐Automated Scanning Electron Microscopy

The value of diatom test for the diagnosis of drowning remains controversial. The conventional forensic diatom test with low sensitivity is not a useful tool to provide accurate information about diatom in the tissues and organs. To improve the sensitivity of the diatom test, we developed a novel method called the Microwave Digestion‐Vacuum Filtration‐Automated Scanning Electron Microscopy (MD‐VF‐Auto SEM) method which resulted in a high recovery of diatoms. In this article, we analyzed 128 water‐related death cases. Our results showed that the MD‐VF‐Auto SEM method could achieve a much higher positive rate (0.97) in drowning cases. Large amounts of diatoms are retained, even concentrated, in the lung tissues during the intense breathing movement in drowning process. This might be useful for the diagnosis of drowning. Our research indicates that the MD‐VF‐Auto SEM method would be a valuable methodology in the study of diatom test for the forensic community.     

辽宁省主要河流冰封期及开河后浮游硅藻变化规律

目的观察分析辽宁3条河流中浮游硅藻数量及种群构成在冰封期及开河后的变化规律,探讨其在法医学应用中的意义。方法于2012年1～4月中旬分别在辽河、浑河沈阳段及太子河本溪段布点取水,逐月观测硅藻数量及种群构成的变化规律,计算3条河段各月水样中硅藻数量平均值（个／10mL）以及主要硅藻属种及其构成比。结果3条河流冰封期及开河后硅藻种属数量和构成比均有明显变化。在冰封期（1～3月）硅藻种属数量趋于稳定,中心纲硅藻为优势种群,仅见少量羽纹纲硅藻,各月之间硅藻数量变化缺乏统计学差异;初春开河后（4月）硅藻种属数量显著增加,与冰封期差异明显（P〈0．01）,中心纲及羽纹纲硅藻混杂存在。结论辽宁主要河流在冰封期及开河后水中硅藻种群构成及数量变化大,春季水中浮尸的死因鉴定及落水点判断应合理分析现场水样与脏器中硅藻种群及数量差异。     

Detection of Diatoms by a Combination of Membrane Filtration and Transparentness,

Diagnosis of drowning remains a difficult issue in current forensic sciences. A large number of diatoms were lost by removing the supernatant after centrifugation in the conventional forensic diatom test. We developed a novel membrane filtration method to enrich diatoms from samples. A new solution using different ratios of acetic acid and eugenol is prepared to make the membrane transparent. These processes allow the diatom‐containing membrane to be visualized and identified easily by light microscopy. The tissues contaminated by water rich in diatoms were detected by the new method for the recovery of diatoms. Eleven drowning cases were analyzed by both the new method and the conventional method to compare the sensitivity of both methods. The recovery of the novel diatom test method was 54.2 ± 23.1%. The positive rate of the novel method has been proven to be superior to the conventional method in the diagnosis of drowning.     

溺死鉴定中硅藻检验的应用

在法医学检案中,溺死诊断以及入水地点的判定一直是重点和难点之一,硅藻检验被认为是一种相对可靠的诊断溺死的方法,而根据硅藻的群落特征推断其入水区域具有一定的可信度。对不同水域内硅藻进行研究,可为溺死鉴定及入水区域的判定提供参考。本文就硅藻相关的生物学特性、检验方法等相关的国内外研究进展进行综述,供法医学工作者在相关科研和检案实践中参考。     

Limbs found in water: investigation using anthropological analysis and the diatom test

We report the investigation, using a multi-disciplinary approach, of five cases of dismembered limbs which were recovered from Lake Ontario, Lake Erie and the Niagara River, and examined at the Office of the Chief Coroner for Ontario. In all cases, postmortem examination revealed that the limbs had been disarticulated in the postmortem period, by non-human taphonomic processes. In addition to routine gross examination, the femur and/or tibia were assessed using anthropological methods to give estimates of the sex, age, race and stature of the individual. The anthropologic data facilitated the identification of one of the cases. In all cases, nitric acid extracts of the femoral bone marrow were prepared and examined for the presence of diatoms. In all instances, diatom frustules were recovered from marrow extracts, indicating that drowning was the cause of death or at least a significant contributing factor in the cause of death. The use of the diatom test was helpful in excluding the possibility that the limbs were dismembered from individuals who had died by means other than drowning, and had been subsequently 'dumped' into water. The application of anthropological methods and the diatom test for drowning may significantly enhance the medico-legal investigation of body parts recovered from water, and we present an overview of useful techniques here. Anthropological data may facilitate identification, and the diatom test may establish a cause of death.     

数字虚拟切片技术在武汉市中心城区水域春季硅藻调查中的应用

目的建立武汉市中心城区水域春季的硅藻形态及相对构成比数据库。方法2012年3、4月期间,在武汉市中心城区的主要河流、湖泊、公园水域中共选取32个采水点并进行水样采集,利用数字虚拟切片工作站（OLYMPUS-DotSlide）采集图像,对硅藻进行种属鉴别和计数。结果共检见14种硅藻藻属,各水域所含硅藻种类及相对构成比有所差异。结论本研究结果提高了硅藻的阳性检出率、计数的准确率以及溺死诊断的效率,可为溺死案件中相应水域的硅藻比对提供基础检测平台,为溺死地点的推断提供依据。