陳憶九（司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，上海200063）

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法醫(yī)病理數(shù)字化新技術(shù)的發(fā)展及在鑒定實(shí)踐中的應(yīng)用

陳憶九
（司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，上海200063）

摘要：尸體解剖與組織病理學(xué)檢查是法醫(yī)病理學(xué)傳統(tǒng)的、經(jīng)典的技術(shù)手段，目前已不能完全滿足于法醫(yī)學(xué)證據(jù)科學(xué)性、客觀性等方面的需求。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了虛擬解剖、多剛體仿真與有限元分析等數(shù)字化新技術(shù)，為法醫(yī)病理學(xué)提供了非侵入性、直觀、高精度的檢驗(yàn)方法與研究手段，基本可實(shí)現(xiàn)人體損傷致傷方式重建與致傷機(jī)制分析，并可以圖像及動(dòng)畫(huà)的形式再現(xiàn)損傷過(guò)程，為訴訟活動(dòng)提供科學(xué)、客觀的法庭證據(jù)。在綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)之上，并結(jié)合近期的研究成果，闡述數(shù)字化新技術(shù)的發(fā)展及在法醫(yī)病理鑒定實(shí)踐中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；法醫(yī)病理學(xué)；虛擬解剖；多剛體仿真；有限元方法

在涉及損傷或死亡的案件中，法醫(yī)病理學(xué)鑒定意見(jiàn)無(wú)疑是科學(xué)證據(jù)中的一項(xiàng)重要組成部分。傳統(tǒng)的法醫(yī)學(xué)鑒定手段主要依靠鑒定人在尸體解剖與組織病理學(xué)檢查過(guò)程中的肉眼觀察和經(jīng)驗(yàn)判斷，據(jù)此形成的鑒定意見(jiàn)的公正性和科學(xué)性屢受質(zhì)疑，常會(huì)因證據(jù)瑕疵而引起當(dāng)事方之或與辦案方間的矛盾、沖突。

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，法醫(yī)病理學(xué)與醫(yī)學(xué)影像學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真學(xué)等多學(xué)科融合形成了一系列數(shù)字化新技術(shù)，正在為法醫(yī)鑒定技術(shù)帶來(lái)革命性的突破。相比傳統(tǒng)的技術(shù)手段，法醫(yī)病理數(shù)字化技術(shù)具有非侵入性、可重復(fù)性、直觀性、客觀性等優(yōu)勢(shì)，更有利于解決案件中的關(guān)鍵問(wèn)題，并提供科學(xué)、客觀的訴訟證據(jù)，目前已經(jīng)成為司法鑒定技術(shù)中的重要組成部分［1-2］。本文將立足于法醫(yī)病理數(shù)字化技術(shù)的研究成果，并結(jié)合實(shí)際案例，介紹目前發(fā)展較為成熟的虛擬解剖、多剛體仿真與有限元分析等技術(shù)，以期為法醫(yī)病理學(xué)發(fā)展提供支撐，使法醫(yī)學(xué)證據(jù)更趨科學(xué)、嚴(yán)密、公正。

1　基于現(xiàn)代影像學(xué)的法醫(yī)虛擬解剖技術(shù)

在刑事犯罪、民事糾紛、工傷事故等一切涉及法律、訴訟責(zé)任劃分的死亡案件中，查明死亡原因是一切工作的立足點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)。法醫(yī)學(xué)尸體解剖是公認(rèn)明確死亡原因的根本手段與金標(biāo)準(zhǔn)。然而由于受各種客觀條件的限制，某些病變通過(guò)尸體解剖并不一定能夠獲得足夠有力的信息，并且傳統(tǒng)的尸體解剖屬于破壞性檢查，數(shù)個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直受到死者家屬的抵制和反對(duì)，尤其受到一些宗教文化傳統(tǒng)的排斥與拒絕［3］。隨著CT、MRI等醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其為法醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)提供了一種非侵入性/極小侵入性的尸體檢驗(yàn)途徑——即法醫(yī)虛擬解剖技術(shù)，該技術(shù)可以清楚觀察到尸體器官、骨骼的病變和損傷情況，并可保存尸體各部位的器官圖像數(shù)據(jù)，有利于后期復(fù)檢和會(huì)診，對(duì)法醫(yī)學(xué)損傷探測(cè)及死因鑒定有著極大的應(yīng)用價(jià)值。

法醫(yī)虛擬解剖技術(shù)是指借助于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合解剖學(xué)原理及技術(shù)要求，對(duì)尸體進(jìn)行CT/MRI掃描，以非侵入性技術(shù)或微創(chuàng)手段獲取人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器官組織的圖像，探測(cè)人體損傷、疾病等形態(tài)學(xué)變化，為明確死亡原因及死亡方式提供依據(jù)的一種新型“解剖”手段。CT和MRI是虛擬解剖最主要的應(yīng)用技術(shù)。20世紀(jì)90年代，瑞士伯恩大學(xué)法醫(yī)研究所Thali博士等［1］首次提出虛擬解剖技術(shù)的概念并形成了理論體系，之后該技術(shù)受到了全球法醫(yī)學(xué)界高度的關(guān)注與重視，引入了多種新興掃描及成像技術(shù)，在法醫(yī)學(xué)多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了探索性研究，取得了豐富的成果。目前虛擬解剖技術(shù)包括光學(xué)三維表面掃描、3D攝影、CT掃描、MRI掃描等，充分利用新技術(shù)與多技術(shù)融合的優(yōu)勢(shì)致力于死亡原因、法醫(yī)病理形態(tài)學(xué)探測(cè)、生活反應(yīng)、損傷重建、再現(xiàn)與顯像等法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容。瑞士、美國(guó)、日本、英國(guó)、澳大利亞等諸多國(guó)家在損傷探測(cè)、致傷方式推斷及死因鑒定方面均取得了一定的研究成果［1-2，4-6］。作為虛擬解剖技術(shù)的分支，尸體血管造影技術(shù)在法醫(yī)學(xué)和病理學(xué)中同樣得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)將對(duì)比劑灌注入尸體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，采用特定技術(shù)進(jìn)行成像，可探測(cè)尸體內(nèi)血管畸形、病變以及血管破裂的形態(tài)、大小、部位，用于指導(dǎo)尸體解剖路徑，輔助判斷死亡原因［1，6］。

虛擬解剖技術(shù)相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)起步較晚，筆者所在的司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“司鑒所”）是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展系統(tǒng)性虛擬解剖研究的機(jī)構(gòu)。司鑒所自2005年起即開(kāi)始進(jìn)行虛擬解剖、虛擬人體生物力學(xué)研究及其他數(shù)字化技術(shù)手段的探索工作，目前已完成虛擬解剖并收集尸體影像學(xué)資料共計(jì)數(shù)百例，類(lèi)型涵蓋了高墜、交通事故、故意傷害（機(jī)械性損傷、機(jī)械性窒息）、燒死、溺死、電擊死和醫(yī)療糾紛等多個(gè)方面，初步建立了尸體影像學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，并致力于推動(dòng)國(guó)內(nèi)虛擬解剖技術(shù)的發(fā)展［7-8］。此外，部分國(guó)內(nèi)公安鑒定機(jī)構(gòu)及醫(yī)學(xué)院?；谑w槍彈損傷探測(cè)及解剖學(xué)教學(xué)等目的亦開(kāi)展了虛擬解剖研究工作［9-11］。目前虛擬解剖技術(shù)已被應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多起特（重）大交通事故及疑難復(fù)雜案件的死亡原因鑒定與人體損傷檢驗(yàn)中，順利完成了死亡原因判定與致傷方式推斷，科學(xué)、準(zhǔn)確、客觀的鑒定意見(jiàn)順利解決了辦案單位的需求，解答了死者家屬的疑問(wèn)，并避免了社會(huì)問(wèn)題與民族問(wèn)題的激化。

【虛擬解剖技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的案例】：刁某于2014年某日發(fā)生道路交通事故致頭部外傷，造成額骨及蝶骨左側(cè)骨折，后于兩個(gè)月內(nèi)反復(fù)左側(cè)鼻腔出血達(dá)十余次，出血量較大，常規(guī)鼻腔填塞等止血措施效果不佳，后因突發(fā)鼻腔大出血致失血性休克死亡，本案需查明刁某鼻腔出血的確切原因。本機(jī)構(gòu)在尸體解剖前對(duì)死者進(jìn)行虛擬解剖及尸體血管造影術(shù)，自左側(cè)頸總動(dòng)脈向頭部注射對(duì)比劑后，對(duì)尸體進(jìn)行頭頸部及全身MSCT掃描及三維重建。虛擬解剖結(jié)果顯示死者左頸內(nèi)動(dòng)脈C3段造影劑漏出，左側(cè)蝶竇內(nèi)存在動(dòng)脈瘤樣結(jié)構(gòu)。隨后根據(jù)虛擬解剖探測(cè)到的病變定位，進(jìn)行尸體解剖及組織病理學(xué)檢查，確定了蝶竇內(nèi)血管病變?yōu)榧傩詣?dòng)脈瘤，與交通事故所致頭部外傷存在因果關(guān)系，死者系假性動(dòng)脈瘤破裂致失血性休克死亡。本例死者血管病變位于蝶竇內(nèi)，蝶竇為顱底蝶骨內(nèi)部的天然腔隙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，解剖難度大，且并非尸體解剖中的常規(guī)檢查部位。而外力破壞蝶骨暴露蝶竇易損傷毗鄰血管，對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)造成破壞，影響觀察。虛擬解剖技術(shù)可在不破壞人體組織的情況下，直觀、完整、多角度的對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，顯示效果與尸體解剖實(shí)際所見(jiàn)幾乎無(wú)異（圖1），有助于明確死亡原因，并進(jìn)行責(zé)任判定。

圖1　虛擬解剖與尸體解剖結(jié)果對(duì)比

2　基于多剛體動(dòng)力學(xué)的法醫(yī)學(xué)道路交通事故重建技術(shù)

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、交通工具種類(lèi)及數(shù)量的增多，交通事故的發(fā)生率及死傷人數(shù)亦呈上升趨勢(shì)，成為影響社會(huì)發(fā)展以及人民生活的重要因素，交通事故鑒定也逐漸上升為一項(xiàng)法醫(yī)病理學(xué)的重點(diǎn)鑒定項(xiàng)目。交通事故現(xiàn)場(chǎng)重建是通過(guò)對(duì)交通事故進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查、人體損傷檢驗(yàn)、車(chē)輛勘驗(yàn)等，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、目擊者證詞等綜合分析以還原交通事故發(fā)生的過(guò)程。傳統(tǒng)的交通事故重建依賴于事故分析者的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和空間想象力，事故再現(xiàn)過(guò)程僅停留于專家的判斷推理，對(duì)交通參與方的交通行為方式及人體致傷過(guò)程難以進(jìn)行客觀、量化的還原。且由于交通事故現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)信息存在不確定性、可移動(dòng)性和信息量大等特點(diǎn)，用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法對(duì)事故進(jìn)行定量分析精確度較低，諸多事故現(xiàn)場(chǎng)提供的信息不能得到有效分析和綜合利用［11-12］。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，使通過(guò)數(shù)字化重構(gòu)方法進(jìn)行交通事故重建在技術(shù)上成為可能。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)及多剛體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)可對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重建，并對(duì)事故中發(fā)生的碰撞、致傷過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化仿真、模擬與可視化再現(xiàn)，從而輔助交通傷法醫(yī)學(xué)鑒定工作的開(kāi)展，提高事故鑒定的準(zhǔn)確性、客觀性和事故責(zé)任處理的公正性、科學(xué)性。

多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是近20年來(lái)在經(jīng)典剛體力學(xué)、分析力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的力學(xué)分支。它以多剛體為研究對(duì)象，采用平面、柱面、橢球或超橢球剛體作為單位，剛體間由各種動(dòng)態(tài)鉸鏈進(jìn)行連接，并對(duì)它們進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析。基于多剛體動(dòng)力學(xué)的交通事故重建主要是對(duì)交通事故進(jìn)行碰撞軌跡分析及運(yùn)動(dòng)學(xué)的模擬，運(yùn)用相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，通過(guò)對(duì)交通事故中車(chē)輛、人員等元素進(jìn)行多剛體建模，進(jìn)行碰撞仿真試驗(yàn)，并求解仿真系統(tǒng)內(nèi)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)，研究事故發(fā)生前、后車(chē)輛及人員的運(yùn)行速度與軌跡，預(yù)測(cè)涉事人員與車(chē)輛在交通事故中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)［13］。

自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，美國(guó)、歐洲、日本和澳大利亞等地的研究機(jī)構(gòu)利用多剛體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行車(chē)輛碰撞試驗(yàn)和乘員保護(hù)裝置的沖擊試驗(yàn)，對(duì)車(chē)輛在碰撞事故中的結(jié)構(gòu)變形、耐撞性以及安全性等問(wèn)題展開(kāi)仿真分析，揭示車(chē)內(nèi)人員的損傷機(jī)制，制定損傷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)車(chē)輛設(shè)計(jì)提出改進(jìn)意見(jiàn)。自21世紀(jì)初期起，歐美研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始利用多剛體行人和車(chē)輛模型重建真實(shí)道路交通事故，模擬汽車(chē)-行人碰撞，再現(xiàn)交通傷致傷過(guò)程，判斷行人姿勢(shì)、車(chē)輛的碰撞速度和制動(dòng)狀態(tài)等，并分析車(chē)型、行人體形、初始姿態(tài)、車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)等因素對(duì)碰撞后行人拋距、拋落位置及人體損傷的影響［14-7］。

國(guó)內(nèi)多剛體交通事故仿真模擬研究起步較晚，有關(guān)汽車(chē)-行人碰撞事故的數(shù)字化再現(xiàn)研究主要在2002年以后展開(kāi)，清華大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)通過(guò)自主構(gòu)建或應(yīng)用商業(yè)模型，進(jìn)行真實(shí)案例的汽車(chē)-行人碰撞事故再現(xiàn)，研究?jī)?nèi)容包括車(chē)速與人體拋距之間的關(guān)系，不同車(chē)速、不同車(chē)型結(jié)構(gòu)造成車(chē)外人員損傷的特點(diǎn)，并結(jié)合人體損傷指標(biāo)探討了車(chē)外人員防護(hù)的可能性［18-21］。

2007年司鑒所與上海交通大學(xué)合作，率先在國(guó)內(nèi)利用多剛體動(dòng)力學(xué)法進(jìn)行多種類(lèi)型的法醫(yī)學(xué)交通事故重建研究。利用MADYMO、PC-CRASH、LSDYNA等碰撞軟件，對(duì)事故中涉案的人、車(chē)、道路等建立符合實(shí)際尺寸的數(shù)字模型，結(jié)合事故現(xiàn)場(chǎng)有效參數(shù)和專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)事故發(fā)生過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)再現(xiàn)。重建的交通事故中，涉事車(chē)輛包括汽車(chē)、摩托車(chē)、自行車(chē)等，事故類(lèi)型包括車(chē)-車(chē)碰撞、車(chē)-人碰撞及單車(chē)事故等［22-3］。將研究成果應(yīng)用于鑒定實(shí)踐，目前司鑒所已完成了40起不同交通事故碰撞過(guò)程的可視化再現(xiàn)，通過(guò)重建還原事故發(fā)生時(shí)各涉事人員所處的位置和交通狀態(tài)，對(duì)汽車(chē)內(nèi)人員的駕乘關(guān)系、摩托車(chē)類(lèi)兩輪車(chē)上人員的司乘關(guān)系、行人交通狀態(tài)的認(rèn)定、自行車(chē)騎行狀態(tài)的認(rèn)定、車(chē)輛是否碾壓人體等關(guān)鍵事實(shí)進(jìn)行認(rèn)定，從而幫助交警、法院等辦案單位更為準(zhǔn)確、細(xì)膩地進(jìn)行責(zé)任劃分。

【多剛體仿真技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的案例】：兩男子合騎一輛二輪摩托車(chē)在行駛過(guò)程中追尾一行駛中的小客車(chē)，致摩托車(chē)上兩人一死一傷，本案需對(duì)摩托車(chē)上兩人的駕乘關(guān)系進(jìn)行鑒定。首先進(jìn)行車(chē)輛勘驗(yàn)及人體損傷檢驗(yàn)，根據(jù)車(chē)輛損壞部位及人體損傷部位、性質(zhì)初步確定摩托車(chē)上兩人與小客車(chē)的接觸部位。隨后利用多剛體動(dòng)力學(xué)分析軟件，構(gòu)建包括人、車(chē)、道路在內(nèi)的仿真模型，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后模擬碰撞全過(guò)程，并依據(jù)車(chē)輛、人體損傷情況及事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)人、車(chē)位置等信息對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行迭代修正。最終依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)、人、車(chē)檢驗(yàn)所見(jiàn)及多剛體仿真結(jié)果綜合分析判斷，傷者為摩托車(chē)駕駛員，死者為后座乘員（圖2）。本例摩托車(chē)上兩人一死一傷，需鑒定駕乘關(guān)系，考慮到傷者可能存在推卸責(zé)任的情況，其口供的真實(shí)性存疑，故需借助一種科學(xué)的鑒定手段，依據(jù)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的客觀信息對(duì)碰撞過(guò)程進(jìn)行還原，確定駕乘位置，劃分事故責(zé)任。運(yùn)用多剛體仿真技術(shù)對(duì)交通事故在時(shí)-空-力上進(jìn)行重建，從受力-變形-損傷的角度闡明交通傷致傷方式及損傷機(jī)制，所形成的證據(jù)在科學(xué)性、直觀性及說(shuō)服力方面都有較大的突破。

圖2　交通事故多剛體動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果

3　基于有限元方法的法醫(yī)損傷生物力學(xué)分析技術(shù)

人體損傷是法醫(yī)病理實(shí)踐中最常見(jiàn)的內(nèi)容。鑒于損傷的致傷物種類(lèi)繁多、機(jī)械作用力的形式各異以及人體組織結(jié)構(gòu)的差別，使得人體損傷的鑒定始終是法醫(yī)學(xué)鑒定中最困難、最復(fù)雜的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)法醫(yī)病理學(xué)對(duì)于人體損傷的分析，主要憑肉眼觀察、尸體解剖、光學(xué)顯微鏡觀察加上經(jīng)驗(yàn)判斷等方法，主觀隨意性較強(qiáng)，對(duì)于損傷的認(rèn)識(shí)多局限于損傷形態(tài)學(xué)［13］。

隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，法醫(yī)病理數(shù)字化新技術(shù)為探討損傷形態(tài)和碰撞損傷生物力學(xué)開(kāi)辟了一條新途徑。與上述虛擬解剖、多剛體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)一同發(fā)展的還有有限元分析技術(shù)。該技術(shù)方法的基本思想是將需計(jì)算的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限單元?jiǎng)澐?，通過(guò)對(duì)各個(gè)單元內(nèi)的場(chǎng)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果通過(guò)方程組整合后用來(lái)描述整個(gè)結(jié)構(gòu)的情況。人體組織器官通過(guò)三維建模和單元離散，最終形成人體有限元模型，在給定邊界條件、載荷和材料屬性后，模擬人體組織受到外力作用，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算后得到人體模型的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等生物力學(xué)指標(biāo)的大小、分布與變化情況，從而重建和預(yù)測(cè)可能發(fā)生的損傷部位、損傷形態(tài)及損傷程度，進(jìn)行損傷鑒別與致傷方式推斷，為法醫(yī)損傷鑒定提供參考依據(jù)。

自20世紀(jì)70年代起有限元方法便被應(yīng)用于人體頭部、脊柱等部位的建模與損傷生物力學(xué)研究中，研究范圍逐漸擴(kuò)展至骨盆、胸廓、四肢骨關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)。除骨骼系統(tǒng)外，心血管、眼球、胃腸道、肺、肝、腎、甚至胎盤(pán)等部位均已構(gòu)建了有限元模型并進(jìn)行了損傷分析。目前有限元建模與分析方法在下列常見(jiàn)損傷的生物力學(xué)研究中已取得了一定的成果，包括頭部發(fā)生加速/減速及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的損傷，胸腹部受到外力作用時(shí)造成的體內(nèi)臟器及血管的損傷，以及外界暴力作用導(dǎo)致的胸廓、脊柱、骨盆、四肢骨關(guān)節(jié)及附屬結(jié)構(gòu)的損傷［13，24-27］。

有限元建模與人體損傷相關(guān)研究國(guó)內(nèi)起步較晚，近年來(lái)才陸續(xù)有研究成果報(bào)道，主要集中在工程與材料力學(xué)領(lǐng)域、交通傷防范和臨床創(chuàng)傷研究領(lǐng)域。南方醫(yī)科大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)、上海交通大學(xué)等開(kāi)展數(shù)字化虛擬人計(jì)劃，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究、臨床治療及教學(xué)，取得了相應(yīng)的研究成果。湖南大學(xué)、天津科技大學(xué)等各自開(kāi)展了人體生物力學(xué)模型研究計(jì)劃，用于模擬交通事故中車(chē)輛與人體不同部位的碰撞，進(jìn)行數(shù)值響應(yīng)分析及人體損傷致傷機(jī)制研究［28-9］。此外，基于武器損傷保護(hù)研究需要，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)在胸部有限元建模與損傷分析方面亦開(kāi)展了相關(guān)研究［30-1］。但上述研究工作的關(guān)注重點(diǎn)與法醫(yī)學(xué)研究中注重的損傷形態(tài)、損傷機(jī)制及損傷生物力學(xué)分析等存在一定的差距。

自2009年起，司鑒所在國(guó)內(nèi)率先將有限元方法應(yīng)用于法醫(yī)損傷學(xué)研究，組建了自影像學(xué)數(shù)據(jù)采集至有限元建模與計(jì)算的一站式軟硬件工作平臺(tái)，并根據(jù)人體MSCT掃描數(shù)據(jù)自主構(gòu)建了包括顱骨、胸廓、肝臟、骨盆、膝部、下肢及軀干部等多部位有限元模型。模型經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后加載不同類(lèi)型的外力載荷，模擬法醫(yī)學(xué)實(shí)踐中常見(jiàn)的撞擊、摔跌、碾壓等機(jī)械性損傷，采集人體結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)信息，結(jié)合損傷指標(biāo)，從生物力學(xué)角度對(duì)損傷形態(tài)、損傷成因進(jìn)行論證與解釋。目前相關(guān)研究成果在實(shí)際案件鑒定中發(fā)揮了重要的作用，利用有限元模型對(duì)案件中可疑的致傷方式進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)損傷發(fā)生的部位、形態(tài)，經(jīng)與真實(shí)人體損傷進(jìn)行比對(duì)并結(jié)合法醫(yī)學(xué)專家經(jīng)驗(yàn)判斷，做出傾向性與排除性意見(jiàn)，進(jìn)行損傷鑒別，并為法庭科學(xué)舉證，已順利完成多起國(guó)內(nèi)重大、疑難案件中致傷方式的認(rèn)定［32-4］。

【有限元分析技術(shù)應(yīng)用于鑒定實(shí)踐的案例】：老年女性王某在翻越馬路中央隔離帶后跌倒在車(chē)道上，造成膝部損傷。王某稱跌倒前曾遭小轎車(chē)撞擊，司機(jī)稱轎車(chē)未與王某發(fā)生接觸，王某系自行摔倒，雙方各執(zhí)一詞。王某下肢損傷致傷方式的法醫(yī)學(xué)鑒定意見(jiàn)即成為本案的關(guān)鍵證據(jù)之一。由于缺乏明確的體表?yè)p傷檢驗(yàn)及車(chē)輛勘驗(yàn)信息，僅有事發(fā)后王某雙下肢的CT數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)的法醫(yī)病理學(xué)鑒定手段無(wú)法明確致傷方式，案件雖經(jīng)多次訴訟仍懸而未決。根據(jù)王某健側(cè)下肢CT數(shù)據(jù)構(gòu)建直立位人體膝部有限元模型，設(shè)定保險(xiǎn)杠從正外側(cè)、側(cè)后方及側(cè)前方以不同速度撞擊膝部，模擬人-車(chē)碰撞過(guò)程；構(gòu)建屈曲位人體膝部有限元模型，設(shè)定小腿正前方與外側(cè)方分別以不同速度與地面接觸撞擊。依據(jù)接觸部位的應(yīng)力、接觸力等響應(yīng)情況分析損傷機(jī)制，預(yù)測(cè)損傷形態(tài)、范圍與程度。模擬結(jié)果顯示，保險(xiǎn)杠于后外側(cè)及正外側(cè)直接撞擊作用下更易形成脛骨平臺(tái)及腓骨小頭的損傷，與王某實(shí)際損傷形態(tài)較為一致。脛骨前側(cè)與前外側(cè)直接摔跌形成的損傷部位與形態(tài)與王某實(shí)際損傷不一致（圖3～5）。本例在案發(fā)時(shí)間久、案件客觀信息缺乏的情況下，運(yùn)用有限元建模與分析技術(shù)對(duì)下肢損傷的致傷方式進(jìn)行鑒定，給出了傾向性意見(jiàn)，解決了由于缺乏證據(jù)多年來(lái)懸而未決案件的關(guān)鍵技術(shù)性問(wèn)題，對(duì)案件審判起到了推動(dòng)作用，對(duì)維護(hù)社會(huì)和諧、實(shí)現(xiàn)司法公正起到了促進(jìn)作用。

圖3　傷者CT數(shù)據(jù)三維重建結(jié)果

圖4　屈曲位與直立位膝部有限元模型

圖5　膝部遭車(chē)輛撞擊與摔跌有限元模擬結(jié)果

4　展望

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，由此催生出的法醫(yī)病理數(shù)字化新技術(shù)為人體死亡原因及損傷致傷方式的鑒定與研究開(kāi)辟了一條新途徑，極大的促進(jìn)了法醫(yī)學(xué)的發(fā)展。通過(guò)虛擬解剖技術(shù)，可以清楚地探測(cè)到人體損傷，并對(duì)損傷情況進(jìn)行有效評(píng)價(jià)；通過(guò)多剛體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，可以有效地進(jìn)行道路交通事故重建，還原真實(shí)事故的發(fā)生情況與人體損傷致傷方式；通過(guò)有限元建模與分析技術(shù)，可以從生物力學(xué)角度對(duì)損傷進(jìn)行動(dòng)態(tài)、定量地分析，預(yù)測(cè)損傷部位，并觀察損傷的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程。所形成的電子化證據(jù)可以圖像的形式、動(dòng)態(tài)的效果展現(xiàn)，清晰明了、通俗易懂，便于訴訟過(guò)程中涉及的非法醫(yī)學(xué)人員進(jìn)行理解，極大地提升了案件的鑒定品質(zhì)。鑒于上述多種數(shù)字化技術(shù)的原理、設(shè)備及關(guān)注點(diǎn)存在差異，聯(lián)合應(yīng)用多種數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，已成為國(guó)際法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。

目前法醫(yī)病理數(shù)字化技術(shù)仍處于發(fā)展階段，本文介紹的虛擬解剖、多剛體仿真及有限元分析等技術(shù)均存在一定缺陷與技術(shù)盲點(diǎn)，數(shù)字化技術(shù)尚不能完全替代傳統(tǒng)的法醫(yī)學(xué)鑒定與研究手段。但不容置疑的是數(shù)字化方法在法醫(yī)學(xué)鑒定與研究中的重要性將越來(lái)越突出，將數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)鑒定手段相結(jié)合，形成包括專家體系、數(shù)據(jù)信息體系及計(jì)算機(jī)體系的損傷分析新模式，保障法醫(yī)學(xué)鑒定及所形成的科學(xué)證據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性、客觀性和準(zhǔn)確性。

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（本文編輯：秦志強(qiáng)）

The Development and Application of New Digital Techniques in Forensic Pathology

CHEN Yi-jiu
（Shanghai Key laboratory of Forensic Medicine，Shanghai Forensic Serrice Platform，Institute of Forensic Science，Ministry of Justice，P.R. China，Shanghai 200063，China）

Abstract:The traditional methods of forensic pathology，such as autopsy and histopathological examination，sometimes can not provide completely scientific and objective forensic evidence. With the development of computer and medical imaging technology，some emerging digital techniques，such as virtopsy，multi-body dynamic simulation and finite element method，have made the body examination and research of forensic pathology to be non-invasive，easily observed and more accurate. These techniques could help to achieve human body injury re-construction and injury mechanism analysis，and represent the damage process by graphics and animation，thus providing scientific and objective forensic evidence. In this paper，the development and application of these new techniques in forensic pathology are elaborated，according to the literature and the research results of the Institute of Forensic Science，Ministry of Justice，China.

Key words:digital technology；forensic pathology；virtopsy；multi-body dynamic simulation；finite element method

中圖分類(lèi)號(hào):DF795.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

doi:10.3969/j.issn.1671-2072.2016.03.011

文章編號(hào)：1671-2072-（2016）03-0064-08

收稿日期：2016-04-03

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（81273338，81571851）；上海市科技攻關(guān)項(xiàng)目（14231202500）；上海市法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目（14DZ2270800）；上海市司法鑒定專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)資助項(xiàng)目（16DZ2290900）

作者簡(jiǎn)介：陳憶九（1962—），男，研究員，博士研究生導(dǎo)師，主要從事法醫(yī)病理學(xué)研究。E-mail:chenyj@ssfjd.cn。