Identificação de vestígios de sangue humano depositados em diferentes substratos e envelhecidos em tempos distintos utilizando espectroscopia e imagens no infravermelho e ferramentas quimiométricas

Abstract

Manchas de sangue são vestígios comuns em investigações forenses e evidências essenciais, pois podem revelar informações críticas para auxiliar na resolução de crimes. Frequentemente encontradas em superfícies como pisos e tecidos, essas manchas podem ter sido depositadas em momentos variados. Consequentemente, desenvolver métodos analíticos que possam identificar manchas de sangue humano e estimar seu tempo de deposição é crucial para a ciência forense. O presente trabalho propõe o uso combinado de tecnologias baseadas espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e ferramentas quimiométricas, para identificar e estimar a idade de manchas de sangue humano depositadas em diferentes intervalos de tempo. Para o problema voltado em distinguir manchas de sangue humano e animal depositadas em diferentes pisos e tempos de deposição, foi utilizado um espectrômetro NIR portátil (região espectral entre 908 e 1676 nm), e modelos hierárquicos de classificação foram construídos combinando métodos quimiométricos, como Modelagem Independente e Flexível de Analogia de Classe (SIMCA) e Análise Discriminante por Mínimos Quadrados Parciais (PLS-DA). Esses modelos foram aplicados a amostras de sangue humano e animal, envelhecidas em intervalos variados (0, 1, 9, 20, 30 e 162 dias para sangue humano; e 0, 1, 10, 13, 20, 29, 105 e 176 dias para sangue animal), depositadas em nove diferentes pisos. O modelo com melhor desempenho alcançou sensibilidade superior a 0,92 e especificidade acima de 0,7 para amostras envelhecidas entre 0 e 30 dias. Para o segundo problema, manchas de sangue também foram depositadas nos nove tipos de pisos e submetidas a envelhecimento por até 15 dias, com coleta de espectros NIR diretamente nas superfícies usando um outro equipamento portátil que abrange outra região espectral (1350 a 2500 nm). Foram testadas diferentes ferramentas de pré-processamento, e modelos hierárquicos foram desenvolvidos, combinando PLS-DA e Regressão de Mínimos Quadrados Parciais (PLSR). O melhor modelo estimou a idade das manchas de sangue depositadas em um intervalo de 2 a 10 horas com um erro quadrático médio de predição (RMSEP) próximo de 1 hora, e para manchas depositadas em intervalos de 1 a 15 dias, com um RMSEP de aproximadamente 2 dias. Além disso, foram comparadas duas abordagens para construção dos modelos, uma global, desenvolvida para ser utilizada em qualquer local de crime, e uma caso-específica, desenvolvida baseada nas condições em que a mancha foi encontrada. Para o terceiro problema, foram estudadas manchas de sangue depositadas em oito tecidos diferentes (quatro tecidos sintéticos e quatro tecidos de algodão, todos com cores distintas). Foram coletadas imagens hiperespectrais durante o intervalo de 0 a 15 dias e modelos de regressão foram construídos utilizando PLSR. Também foram comparadas duas abordagens, a global e a caso-específica. Os modelos específicos construídos para as manchas de sangue depositadas em um único tipo de tecido obtiveram RMSEP de 44 h (menos de dois dias) para as manchas de sangue depositadas em algodão, e RMSEP de 39 h para as manchas de sangue depositadas em tecido sintético, enquanto o modelo que englobava as manchas depositadas em ambos os tipos de fibra de tecido obteve um valor de RMSEP de 51 h.