虛擬尸檢的研究進(jìn)展

高 沖, 左芷津, 袁雅潔, 張 敏

(1.中國(guó)人民公安大學(xué),北京 100038;2.北京人民警察學(xué)院,北京 102202)

近年來,多層面斷層掃描(Multidetector Row or Multislice Spiral Computer Tomography,MSCT)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不但在臨床醫(yī)學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用,而且在法醫(yī)病理學(xué)和法醫(yī)彈道學(xué)等方面也發(fā)揮了巨大作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所提供的可視化服務(wù)在法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中有其重要的應(yīng)用價(jià)值,并且隨之誕生了一個(gè)新的名詞—— “虛擬尸檢(virtopsy)”[1-2]。

1 虛擬尸檢技術(shù)概述

虛擬尸檢最早是由瑞士伯恩大學(xué)的 Dirnhofer教授及其研究小組在 2000年提出的,它是一門綜合運(yùn)用法醫(yī)病理學(xué)、法醫(yī)放射學(xué)、現(xiàn)代影像學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科知識(shí)而提出的新技術(shù)。其主要是研究應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不破壞尸體完整性的前提下完成部分傳統(tǒng)尸檢工作[3]。Dirnhofer教授還嘗試建立一個(gè)“數(shù)字化的太平間(digitalmorgue)”來存儲(chǔ)利用MSCT和 MRI技術(shù)進(jìn)行虛擬尸檢和三維重建所得到的數(shù)據(jù)信息[4],之后他們的研究小組繼續(xù)就這一問題進(jìn)行了深入的研究。與此同時(shí),各國(guó)的法醫(yī)學(xué)家和相關(guān)方面的專家也就該問題做了大量的討論和研究,為虛擬尸檢技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 虛擬尸檢在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

2.1 虛擬尸檢在法醫(yī)彈道學(xué)中的應(yīng)用

國(guó)外最早利用 MSCT和 MRI技術(shù)進(jìn)行的虛擬尸檢主要集中在對(duì)槍彈損傷的檢驗(yàn)方面[5]。這一技術(shù)可以解決涉槍案件中的一系列問題,比如確定槍彈創(chuàng)的射入口和射出口,對(duì)子彈或者子彈殘片在體內(nèi)的位置進(jìn)行定位,顯現(xiàn)射創(chuàng)管的形態(tài)、走向特征以及確定致死性損傷的位置等[6]。最早利用 CT研究槍彈損傷問題的是 Wullenweber,1977年,德國(guó)的Wullenweber第一次通過CT掃描描述了一個(gè)槍擊頭部致死的案例,但是由于當(dāng)時(shí)的影像圖片質(zhì)量較差,不能清晰地反映死者頭部的損傷,因此效果并不理想[7]。

隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展、圖像分辨率和對(duì)比度的不斷提高以及二維技術(shù)和三維技術(shù)的改進(jìn),人們對(duì) MSCT和 MRI技術(shù)在槍彈損傷方面的應(yīng)用做了更深入的研究并且取得了更大的進(jìn)步。美國(guó)的放射學(xué)家 Harck和 Levy利用虛擬尸檢技術(shù)對(duì)大量的外傷致死案例做了實(shí)際研究,闡述了 CT在外傷評(píng)估和高速槍擊致死過程中確定槍彈軌道的應(yīng)用價(jià)值。他們根據(jù)子彈運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量和人體內(nèi)器官致傷的敏感性,系統(tǒng)地闡述了槍彈傷的形成機(jī)制和形態(tài)改變[8]。為了確證虛擬尸檢技術(shù)在研究槍彈傷方面的可行性,Andenmatten MA等利用虛擬尸檢技術(shù)對(duì) 22例槍彈傷致死的尸體進(jìn)行了研究。首先,他們用 MSCT對(duì) 22具尸體進(jìn)行了全身系統(tǒng)掃描,然后對(duì)尸體進(jìn)行傳統(tǒng)尸檢。通過對(duì) MSCT掃描結(jié)果和傳統(tǒng)尸檢進(jìn)行比較,Andenmatten MA證實(shí)利用 MSCT進(jìn)行虛擬尸檢能夠較好地解決槍彈損傷中的各種問題[9]。2002年,Thali等利用顱骨模型對(duì)槍彈傷進(jìn)行了研究。他在 10米遠(yuǎn)的地方對(duì)顱骨模型開槍并進(jìn)行高頻攝像,然后對(duì)模型進(jìn)行 MSCT掃描、解剖,并與傳統(tǒng)解剖進(jìn)行對(duì)照。高頻攝像對(duì)顱骨骨折的整個(gè)過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)記錄,而通過 MSCT掃描得到的三維圖像則清楚地顯示了射創(chuàng)管的特征以及骨折的具體情況,其結(jié)果與傳統(tǒng)解剖所見相同[10]。后來,Thali又利用 MSCT和 MRI技術(shù)對(duì)八例槍彈射擊致死的受害者進(jìn)行了掃描,用電腦工作站處理圖像數(shù)據(jù)從而得出了槍彈損傷導(dǎo)致的顱骨骨折和腦組織損傷的清晰三維圖像,并且與傳統(tǒng)的解剖所見及結(jié)論相印證。

總結(jié)以上研究,在槍彈損傷致死的法醫(yī)學(xué)案例中,MSCT和 MRI技術(shù)能夠回答以下問題:(1)利用合成的三維圖像數(shù)據(jù)重建死者的面貌、體表特征以及全身骨骼形態(tài)。(2)骨折形態(tài),包括射入口的內(nèi)在角度和射出口的外在角度。(3)根據(jù)不同子彈類型與其特征性的動(dòng)能動(dòng)量模擬出其形成的骨骼破損的基本情況。(4)導(dǎo)致腦組織撞擊傷、撕裂傷以及挫傷的能量。(5)射創(chuàng)管的基本特征以及槍彈損傷痕跡。(6)三維重建子彈停留體內(nèi)的位置。(7)顯示循環(huán)系統(tǒng)的栓塞氣體以及實(shí)質(zhì)臟器內(nèi)的氣體。(8)顯示肺血腫[11]。

2.2 虛擬尸檢在法醫(yī)病理學(xué)中的應(yīng)用

虛擬尸檢技術(shù)同樣可以用于法醫(yī)病理學(xué)診斷,而且具有與傳統(tǒng)法醫(yī)病理學(xué)不同的特點(diǎn)。Jackowski等通過對(duì) 80具尸體的研究,認(rèn)為對(duì)心臟進(jìn)行原位掃描時(shí),不用考慮電離輻射,而且靜止的心臟不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影,因而可以使用較高的分辨率和照射條件,以獲得更為清晰的圖像。同時(shí)他們還探討了高度腐敗的尸體產(chǎn)生的氣泡與栓塞氣體的區(qū)別[12]。Schnider J通過利用 MSCT對(duì) 12例因銳器傷致死尸體的檢查,確定了死者的體表傷、創(chuàng)道、骨骼、內(nèi)臟傷的情況以及致命傷的位置等,并且與傳統(tǒng)解剖進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果顯示,利用 MSCT進(jìn)行虛擬尸檢對(duì)這類損傷的內(nèi)部檢查以及評(píng)估具有重要的價(jià)值。他們還提出,如果利用 MSCT進(jìn)行虛擬尸檢能夠在影像學(xué)引導(dǎo)下輔助組織學(xué)檢查和化學(xué)分析,就能夠避免一些損傷情況的遺漏[13]。Thayyil S利用 MSCT掃描技術(shù)、MRI技術(shù)以及半自動(dòng)三維容積重建軟件對(duì) 36例動(dòng)物器官和 65例尸體采用不侵入器官內(nèi)部的方法測(cè)量胎兒、新生兒和兒童器官的重量。經(jīng)研究,利用此方法得出的數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量的器官精確重量具有良好的相關(guān)性。這表明聯(lián)合利用 MSCT掃描技術(shù)、MRI技術(shù)以及半自動(dòng)的三維容積重建軟件進(jìn)行的器官重建是一種快速、精確、非侵入性并且可以重復(fù)操作的方法,可以用于推測(cè)實(shí)質(zhì)性器官的重量[14]。

另外,虛擬尸檢同樣可以用于皮下組織損傷的鑒定。2008年,Emin Aghayev MD對(duì) 18例頭顱打擊傷的 CT樣本進(jìn)行了研究,研究表明可以通過作用力方向、對(duì)沖傷以及顱骨骨折形態(tài)區(qū)分損傷是由顱骨撞擊造成還是外力打擊顱骨造成[15]。同年,Weilemann Y利用 MSCT對(duì)骨折損傷機(jī)制進(jìn)行了研究,他通過對(duì) 20例高墜致死尸體的 MSCT研究來計(jì)算高墜骨折的受力以及沖擊力的分布,他認(rèn)為大約20KJ或者更少的力量就可以造成多處身體損傷,而顱骨骨折只需要 10～20 kJ[16]。

隨著 MSCT和 MRI技術(shù)的分辨率和對(duì)比度的提高,其對(duì)空氣栓塞的敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)尸檢,甚至可以精確地定位和量化心臟、大腦、肝臟以及靜脈血管中的氣體。Hillewig E等利用 MSCT對(duì)一個(gè)四個(gè)月大的嬰兒尸體進(jìn)行虛擬尸檢,并且確定其死因是進(jìn)行搶救做心外按壓時(shí)氣體進(jìn)入靜脈進(jìn)而導(dǎo)致空氣栓塞致死。然后,他們通過三維重建確定了其右下肢栓塞氣體的位置,較好地解決了一起醫(yī)療糾紛[17]。

虛擬尸檢在確定死因方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值,并且能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)重建提供充分依據(jù)。2007年,Oesterhelweg L利用 MSCT技術(shù)對(duì)一具頭部遭重?fù)糁滤赖氖w進(jìn)行了分析,確定了死因是由于顱內(nèi)壓過高導(dǎo)致腦疝而死。同時(shí),還根據(jù) MSCT掃描結(jié)果推測(cè)出了搏斗過程中刺擊的速度,刺擊的角度,兇器的形狀,以及骨骼的厚度和受害人當(dāng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況等。因此,作者認(rèn)為利用 MSCT進(jìn)行虛擬尸檢還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重建[18]。

此外,利用 MSCT技術(shù)進(jìn)行虛擬尸檢可以確定心肌梗死的位置和范圍;利用相關(guān)軟件處理并且保存尸體體表的全身 3D掃描影像可以進(jìn)行傷情比對(duì),比較肺的體積,表面衰減度,密度影,生前和死后的不同以及肺內(nèi)水量的多少可以確定是否為溺死等等[19]。

2.3 虛擬尸檢在法醫(yī)組織病理學(xué)中的應(yīng)用

隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展,MSCT和 MRI的分辨率已達(dá)到微米水平,顯微影像技術(shù)如 microscopy CT,m icroscopy MRI隨之產(chǎn)生。顯微 CT、MRI可以看到組織和細(xì)胞的結(jié)構(gòu),可以在不損傷尸體的情況下得到病理診斷的結(jié)果,避免了傳統(tǒng)的組織病理學(xué)制作病理切片的繁雜。隨著顯微 CT、MRI的發(fā)展和應(yīng)用,法醫(yī)組織病理學(xué)診斷將會(huì)發(fā)生一次大的變革。

2.4 虛擬尸檢在法醫(yī)人類學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的法醫(yī)人類學(xué)通過測(cè)量人體骨骼來推算死者生前的身高、性別、年齡,后來發(fā)展到利用 X線對(duì)長(zhǎng)骨拍照來推測(cè)身高、性別、年齡[20]。隨著虛擬尸檢的發(fā)展,MSCT和 MRI技術(shù)迅速被引入法醫(yī)人類學(xué)領(lǐng)域。Dedouit F等第一次將利用 MSCT技術(shù)進(jìn)行虛擬尸檢應(yīng)用于法醫(yī)人類學(xué)實(shí)踐,他們利用MSCT對(duì)一例燒死尸體進(jìn)行骨骼掃描,精確地推算出受害者的性別、年齡、生前身高和種族[21]。Verhoff AM等使用傳統(tǒng)的國(guó)際通用測(cè)量方法對(duì)四個(gè)不同的顱骨進(jìn)行了多項(xiàng)測(cè)量,同時(shí)利用 MSCT技術(shù)對(duì)這些顱骨進(jìn)行超薄掃描,然后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行三維重建并且進(jìn)行比較。另外,他們對(duì)同一具尸體進(jìn)行了傳統(tǒng)解剖,在解剖過程中測(cè)量顱骨的部分參數(shù),并與三維重建和 MSCT獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,利用三維重建和 MSCT掃描獲得的結(jié)果同傳統(tǒng)手工測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)具有同樣的價(jià)值。這為我們利用虛擬尸檢得到的數(shù)據(jù)推斷性別、年齡、身高奠定了科學(xué)基礎(chǔ)[22]。Pfaeffli M等通過利用生前 X線片與死后 CT的比對(duì),進(jìn)行了法醫(yī)學(xué)同一認(rèn)定的研究。作者選取額竇和骨盆作為對(duì)照部位,利用“Saysum”工作站對(duì)尸體進(jìn)行 CT掃描并進(jìn)行三維圖像重建,與生前 X線片進(jìn)行比對(duì),做出了同一認(rèn)定的結(jié)論。從形態(tài)學(xué)上通過比對(duì)生前和死后不同放射學(xué)資料,進(jìn)而做出同一認(rèn)定的理論和實(shí)踐開拓了法醫(yī)人類學(xué)研究的新思路[23]。

2.5 虛擬尸檢在法醫(yī)學(xué)其他領(lǐng)域的應(yīng)用

在災(zāi)害事故以及群體性死傷案件中,虛擬尸檢技術(shù)更是發(fā)揮著重要的作用。Sidler M等經(jīng)過研究和分析證實(shí),國(guó)際刑警組織成員利用 MSCT掃描而不必直接觀察遇難者的尸體就可以完成 DVI中失蹤人員 PM粉頁的填寫。作者的目的旨在展示他的研究在災(zāi)難事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中的價(jià)值,利用 MSCT收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)可以幫助填寫遇難者 PM粉頁,幫助 DVI的進(jìn)程,尤其在不能對(duì)遇難者尸體進(jìn)行解剖以及特殊環(huán)境下不能對(duì)遇難者進(jìn)行檢查的情況下。事實(shí)證明,MSCT可以作為一項(xiàng)重要的工具在災(zāi)難事故調(diào)查中聯(lián)合應(yīng)用,為幫助確定遇難者身份和獲得遇難者死后數(shù)據(jù)節(jié)約時(shí)間[24]。

此外,為了防止虛擬尸檢數(shù)據(jù)的丟失,Aghayev E等提出了利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立一個(gè)集中的虛擬尸檢數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣既可以使法醫(yī)學(xué)的虛擬尸檢技術(shù)達(dá)到資源共享,又能為法醫(yī)放射學(xué)的工作和研究提供數(shù)據(jù)支持[25]。

3 國(guó)內(nèi)研究情況及展望

目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于虛擬尸檢的研究和報(bào)道還較少。2006年,肖堅(jiān)通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)利用虛擬尸檢推斷死亡時(shí)間具有可行性。他利用磁共振波譜技術(shù)對(duì) 6例空氣栓塞致死的大鼠的腦組織成分在死后不同時(shí)間的變化進(jìn)行了分析,同時(shí)用 MSCT掃描大鼠的腦組織、腹腔和肝臟在死后不同時(shí)間的變化,研究并證實(shí)了虛擬尸檢對(duì)于推測(cè)腐敗尸體尤其是晚期腐敗尸體的死亡時(shí)間具有較好的應(yīng)用價(jià)值[26]。

4 結(jié)語

隨著 MSCT和 MRI等影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展,虛擬尸檢不僅展現(xiàn)了其廣闊的發(fā)展前景,而且為法醫(yī)學(xué)研究提供了一種新的思維理念,并且已經(jīng)能夠和傳統(tǒng)尸檢相媲美。另外,利用 MSCT和 MRI技術(shù)三維重建得到的影像圖片可以作為客觀證據(jù)呈現(xiàn)于法庭之上。這些非血腥的圖片能夠更好地被法律工作者和一些有宗教信仰者或不愿意尸體解剖的地區(qū)、民族以及死者家屬所接受。對(duì)于一些可能具有高度傳染性的尸體,利用虛擬尸檢技術(shù)還可以有效地保護(hù)法醫(yī)工作者,減少被傳染的機(jī)率[27]。同時(shí),虛擬尸檢技術(shù)具有非侵入性、客觀、準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存的優(yōu)點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)的教育和培訓(xùn)中,并且極有可能是未來法醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個(gè)方向。但是,虛擬尸檢技術(shù)作為一種新興技術(shù),同樣也存在一些不足。其中最主要的是由于軟條件以及硬條件成本費(fèi)用的限制,使得這一技術(shù)要真正應(yīng)用到法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

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