虛擬解剖在法醫(yī)學(xué)死因鑒定中的應(yīng)用

趙 建,杜宇坤,牛 勇

( 1.廣州市刑事科學(xué)技術(shù)研究所,法醫(yī)病理學(xué)公安部重點實驗室,廣州 510442;2.南方醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院,廣州 510515;3.公安部刑事偵查局,北京 100741 )

虛擬解剖(Virtopsy)是由“Virtual”和“Autopsy”兩詞合并組成的。Thali 等[1]提出此概念時，對其描述為“旨在利用現(xiàn)代成像技術(shù)建立一種獨立于觀察者、客觀且可重復(fù)的法醫(yī)學(xué)檢驗方法，對尸體特征和證據(jù)進(jìn)行客觀記錄和分析，最終實現(xiàn)‘虛擬’解剖”。國內(nèi)學(xué)者將其定義為“利用影像學(xué)技術(shù)，如電子計算機斷層掃描(computed tomography, CT)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)等，獲取尸體表面及內(nèi)部影像學(xué)信息，構(gòu)建人體器官組織三維圖像，為判斷死因和死亡方式提供線索的非侵入性解剖方式”[2]。該方法已在國內(nèi)部分單位應(yīng)用，在死因鑒定中發(fā)揮了重要的作用。

本文對虛擬解剖在法醫(yī)學(xué)死因鑒定中的應(yīng)用相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，旨在為同行提供參考。

1 虛擬解剖的儀器設(shè)備和技術(shù)方法

1.1 儀器設(shè)備

虛擬解剖目前主要采用CT、MRI 兩種設(shè)備。CT利用X 射線對人體進(jìn)行斷層掃描，因人體組織的厚度和密度不同導(dǎo)致對射線的吸收程度不同，然后由計算機根據(jù)探測器接收的信號進(jìn)行重建，可得到不同組織的解剖影像[3]。

CT 的突出優(yōu)點是具有很高的空間、密度分辨率。隨著后處理軟件的不斷研發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴大。通過造影等增強掃描能夠更清晰地顯示組織和病變。CT 的不足之處是對軟組織、韌帶等成像效果欠佳，受輻射劑量限制其使用范圍受到一定影響[3]。

MRI 利用人體內(nèi)的氫原子核在磁場中受到射頻脈沖的激勵產(chǎn)生共振，其信號經(jīng)計算機處理形成重建圖像。MRI 對人體組織斷面圖像分辨率和對照率更佳，為疾病診斷和組織結(jié)構(gòu)的解剖辨別提供了清晰的根據(jù)[3]。MRI 在軟組織或?qū)嵸|(zhì)器官上具有良好的對比度，可清晰顯示腦、心臟、皮下脂肪和腹部器官的詳細(xì)病變和病理變化[4]。

1.2 技術(shù)方法

1)死后血管造影

死后血管造影(postmortem angiography)是一類較常見的增強掃描，利用造影劑對X 射線的不透性，縮短周圍水質(zhì)子的弛豫時間，可使血管與組織的對比更明顯，從而完整呈現(xiàn)血管軌跡和形態(tài)。鑒于常規(guī)的虛擬解剖影像學(xué)方法對心血管系統(tǒng)損傷的檢出率較低，利用死后血管造影技術(shù)可增強CT 和MRI 對心腦血管系統(tǒng)及腹部臟器病變及損傷的檢測能力[5-6]。

2)多平面重建

多平面重建(multiplanar reconstruction, MPR)可以將掃描范圍內(nèi)所有軸位圖像疊加起來再對某些標(biāo)線標(biāo)定的重組線所指定的組織進(jìn)行冠狀位、矢狀位、任意角度斜位圖像重組[7-8]。

3)容積再現(xiàn)

容積再現(xiàn)(volume rendering, VR)主要根據(jù)CT容積掃描所得的每一個體素的CT 值和其表面特征，使容積內(nèi)每一個體素形成不一樣的顏色和透明度，再經(jīng)過圖像的重組及模擬光源，使組織以三維立體的方式全貌清晰展現(xiàn)出來[7-8]。

2 虛擬解剖在法醫(yī)學(xué)死因鑒定中的應(yīng)用

2.1 機械性損傷死亡

機械性損傷死亡是法醫(yī)病理學(xué)實踐中最常見的死亡類型。損傷的形態(tài)、位置、數(shù)量和程度等特征對死亡原因及死亡方式的認(rèn)定具有重要意義。

2.1.1 鈍器和銳器致死

鈍器和銳器造成的損傷是最常見的機械性損傷。虛擬解剖在顱腦損傷、心腦血管損傷、骨折診斷方面已有較多應(yīng)用。

CT 和MRI 已被廣泛用于臨床顱腦損傷診斷。在虛擬解剖的應(yīng)用中，其檢查結(jié)果與傳統(tǒng)尸體檢驗具有良好的一致性。CT 在頭皮撕裂傷、腦內(nèi)血腫以及顱底和面部骨折等診斷方面具有較高的檢出率[9]。MRI 也適用于檢測體腔內(nèi)的液體和氣體，如腦內(nèi)出血、硬膜外和硬膜下血腫、彌漫性腦水腫、廣泛的蛛網(wǎng)膜下腔出血等，能夠更清晰地展示腦梗死區(qū)域范圍[10]。

虛擬解剖在較為常見的主動脈、頸動脈、腦內(nèi)血管等血管損傷檢驗方面也具有一定的優(yōu)勢[11-12]，能夠較好地顯示心包或心臟主要血管損傷引起的心包積血和血胸[11]，在結(jié)合死后血管造影技術(shù)情況下，可提高血管損傷的檢出率[5]。此外，還可以精確量化和定位心臟、大腦、肝臟、血管等部位的氣體，用于診斷空氣栓塞[1]。

在骨骼損傷的診斷方面，虛擬解剖比傳統(tǒng)尸體檢驗更敏感，能檢測出更多的骨骼損傷，尤其是面部、骨盆和四肢等部位的骨折[9-11]。結(jié)合3D 重建可視化和生物力學(xué)分析，可以更清晰地顯示骨骼的解剖結(jié)構(gòu)和骨折碎片等細(xì)微損傷[13]，評估導(dǎo)致骨折的力的方向，如楔形骨折底部指示力的方向[14]。

2.1.2 火器致死

虛擬解剖在火器損傷檢查方面具有較高的價值，可清晰顯示并重建人體受到槍擊時形成的空腔狀射創(chuàng)管，快速、準(zhǔn)確、完整地顯示子彈、子彈碎片和碎骨片的位置、數(shù)量以及射創(chuàng)道、人體損傷等重要信息[15-17]，有助于發(fā)現(xiàn)和提取彈片。通過發(fā)現(xiàn)的彈片的膛線特征，識別彈藥和使用的武器類型[16]。根據(jù)子彈和彈片分布，結(jié)合虛擬解剖提供的組織損傷情況可推斷槍彈創(chuàng)的射入口和射出口，分析彈道路徑、特征和死者受傷位置等，重建犯罪現(xiàn)場[15-17]。

2.1.3 交通損傷致死

交通事故形成的人體損傷具有多發(fā)性、復(fù)合性等特征，損傷嚴(yán)重程度與交通工具接觸作用的強弱有關(guān)。

虛擬解剖以非侵入、非破壞性的方式獲得受害者損傷數(shù)據(jù)并進(jìn)行三維重建，可對損傷形態(tài)進(jìn)行動態(tài)復(fù)原，評估其與疑似致傷物之間的關(guān)聯(lián)[18-20]。CT顯著增強了骨骼損傷和氣體積聚的檢測能力，如顱底骨折、頸椎骨折，顱內(nèi)、肺部積聚氣體的診斷。這些征象在傳統(tǒng)尸體檢驗中通常難以發(fā)現(xiàn)，CT 檢查不僅可以發(fā)現(xiàn)此類損傷，還可直觀展示損傷的范圍。隨著生物力學(xué)、計算機技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，三維測量技術(shù)和有限元法被越來越多地應(yīng)用于交通損傷鑒定[21]。對車輛和人體參數(shù)、車輛損壞及人體損傷情況進(jìn)行詳細(xì)測量和分析可以確定碰撞點、碰撞區(qū)域，計算涉及的物理因素，例如受力情況、車速，并以三維動畫的形式還原事故過程[19]。虛擬解剖能夠獲取更多數(shù)據(jù)信息，可提高交通損傷法醫(yī)學(xué)鑒定準(zhǔn)確性、多樣性和客觀性。

2.2 機械性窒息死亡

2.2.1 一般窒息死亡

機械性窒息主要包括捂死、勒死和哽死等。此類案件，頸部骨折、軟組織損傷和氣管內(nèi)異物是判斷機械性窒息的重要依據(jù)。傳統(tǒng)尸體檢驗需要細(xì)致分離頸部皮膚和肌肉，暴露骨折等損傷，實踐操作中易造成血管破裂引起死后出血或異物移位，導(dǎo)致與原發(fā)性損傷混淆或誤判。

虛擬解剖在尸體檢驗前可獲取損傷、異物的原位信息，有助于鑒別或排除解剖操作導(dǎo)致的骨折、損傷和異物移位。CT 在檢測舌骨、甲狀軟骨骨折方面均優(yōu)于傳統(tǒng)尸體檢驗，可發(fā)現(xiàn)許多傳統(tǒng)尸體檢驗無法發(fā)現(xiàn)的細(xì)微骨折[22]，此外，還可檢測出氣管腔內(nèi)的異物[23]。MRI 可顯示骨折附近的軟組織出血，可用作新鮮骨折診斷的依據(jù)[24]。

2.2.2 溺死

虛擬解剖是診斷溺死的方法之一[25-29]。研究發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)溺死尸體存在鼻竇積液，常見于上頜竇和蝶竇，積液量顯著多于非溺死尸體，積液密度顯著低于非溺死尸體[28-29]。溺死尸體氣管及支氣管中還可見積液和泥沙沉積物形成的高密度影，顯示出大量的積液集中在主支氣管。非溺死者的積液則集中在細(xì)小的支氣管腔。雖然從影像學(xué)上并不能有效區(qū)分心源性肺水腫與溺液，但根據(jù)肺部變化，并結(jié)合氣管內(nèi)的沉積物時，可作為排除或診斷溺死的依據(jù)[29]。溺死者由于支氣管痙攣，肺部吸入液體的影像表現(xiàn)為多灶性、區(qū)域性，非彌漫性。肺動脈高低灌注區(qū)彼此相鄰，使肺實質(zhì)呈現(xiàn)出馬賽克征或毛玻璃樣改變[27]。毛玻璃樣改變不是溺死的特征性改變，但存在全肺分布均勻的毛玻璃影和肺間隔增厚等特征時，在一定程度上仍可提示為溺死[28]。

溺死尸體具有胃和十二指腸擴張、胃內(nèi)容物稀釋等表現(xiàn)。鑒于個體差異及生前胃內(nèi)狀態(tài)未知，胃腸道的影像學(xué)表現(xiàn)不具有特異性[27]。溺液可通過肺泡毛細(xì)血管進(jìn)入左心，導(dǎo)致血液稀釋和心力衰竭。一些學(xué)者認(rèn)為當(dāng)血液密度CT 值低于55 HU 時可考慮存在血液稀釋[25]，是溺死的診斷依據(jù)之一。在應(yīng)用虛擬解剖診斷溺死時，還需要留意尸體腐敗程度，高腐尸體影像學(xué)表現(xiàn)可能會存在變化，影響溺死診斷[28]。

2.3 疾病死亡

缺血性心臟病和卒中是全球疾病死亡的主要原因，虛擬解剖可快速診斷冠狀動脈和心臟瓣膜的鈣化、心肌肥大和萎縮等改變[30]，有助于疾病診斷。虛擬解剖在結(jié)合死后血管造影技術(shù)的情況下，可有效診斷心肌梗死、肺血栓栓塞、胃腸道出血等[6]。對于腦梗、心梗后存活半小時以上的尸體，MRI 可清晰顯示梗死區(qū)域，其影像學(xué)表現(xiàn)為梗死區(qū)呈低信號，邊界呈高信號[14]。

虛擬解剖可用于肺部死后血液墜積與肺挫傷、血液吸入、胃內(nèi)容物吸入等的鑒別診斷，還可較好地顯示張力性氣胸、支氣管擴張和肺動脈塌陷等征象。新生兒肺部未擴張是死產(chǎn)的重要標(biāo)志，虛擬解剖能夠輕松發(fā)現(xiàn)肺不張[1]。對于懷疑肺動脈栓塞的死亡案例，還可通過右心穿刺肺動脈造影技術(shù)進(jìn)行診斷[29]。此外，死后CT 檢查還可用于篩查新冠病毒感染者，能夠顯著降低檢查人員的感染風(fēng)險[31]。

2.4 高低溫?fù)p傷死亡

虛擬解剖在高溫與低溫?fù)p傷方面具有一定局限性，但可作為傳統(tǒng)尸體檢驗的重要補充。

虛擬解剖在評估被焚燒尸體的軟組織損傷和缺失、骨骼損傷、氣體積聚和異物位置等方面具有一定價值，能夠顯示被焚燒尸體的典型改變，如星芒狀顱骨骨折、新月形硬腦膜外熱血腫、肌肉收縮與缺失、關(guān)節(jié)脫位、骨骼中的骨髓因產(chǎn)生氣泡而呈斑駁透光區(qū)等[32-33]。

目前，虛擬解剖難以檢測出氣道中是否存在煙塵，但氣道檢查結(jié)合碳氧血紅蛋白飽和度檢驗結(jié)果，對于證明是否為生前燒死具有重要意義[32-33]。在凍死尸體檢驗方面，MRI 可發(fā)現(xiàn)背部肌肉的出血，這一征象被認(rèn)為可能是凍死的一種征象[34]。

3 虛擬解剖在法醫(yī)學(xué)死因鑒定中的優(yōu)勢和不足

3.1 虛擬解剖的優(yōu)勢

1)無創(chuàng)性和原位性

相較于傳統(tǒng)尸體檢驗的破壞性、侵入性，虛擬解剖的首要優(yōu)勢在于無創(chuàng)性或微創(chuàng)性。在死者家屬因宗教、倫理、習(xí)俗觀念等原因拒絕尸體解剖檢驗的情況下，虛擬解剖可替代傳統(tǒng)解剖，幫助法醫(yī)對死亡原因和損傷機制進(jìn)行分析。虛擬解剖不易造成二次損傷，保持了原有的骨折、軟組織損傷、臟器間的位置關(guān)系，結(jié)果相對客觀和真實。

2)客觀性和便捷性

虛擬解剖獲取的信息較為客觀，能夠較好地保存原始信息，通常不受檢查者主觀判斷的影響。其結(jié)果便于專家對疑難復(fù)雜案件進(jìn)行遠(yuǎn)程會診，易于法庭上非醫(yī)學(xué)專業(yè)人員理解、接受和采納。

3)保存性和安全性

虛擬解剖結(jié)果以原始數(shù)據(jù)形式存儲，保存時間長、占用空間小，不受檢驗次數(shù)限制。該方法可有效降低法醫(yī)暴露在感染性條件下的風(fēng)險，有助于保障法醫(yī)工作者的健康安全。

4)指向性和針對性

虛擬解剖可作為傳統(tǒng)尸體檢驗的輔助工具。先期開展的虛擬解剖，可對后續(xù)尸體解剖提供參考和指引，有助于提高解剖檢驗的質(zhì)量和效率。實踐證明，虛擬解剖在展示隱蔽、細(xì)微骨折，體內(nèi)積氣、積液，異物嵌頓等等方面具有顯著優(yōu)勢。

3.2 虛擬解剖的不足

1)虛擬解剖在推廣方面受到諸多限制。該技術(shù)需要較高的條件保障，如價值不菲的儀器設(shè)備、專業(yè)的實驗環(huán)境、專門的技術(shù)人才、持續(xù)的經(jīng)費投入等。

2)虛擬解剖現(xiàn)階段尚缺少針對性的操作、診斷標(biāo)準(zhǔn)。使用該技術(shù)進(jìn)行死因、損傷檢驗鑒定的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，限制了虛擬解剖在法醫(yī)學(xué)實踐中的應(yīng)用。

3)虛擬解剖受尸體腐敗程度影響。高腐尸體組織器官自溶、降解嚴(yán)重，對診斷具有較大影響[35]。

4)虛擬解剖基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)匱乏。國內(nèi)外有關(guān)科研院所進(jìn)行虛擬解剖研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較少，對死后影像的認(rèn)識尚不充分，限制了虛擬解剖在死因鑒定中的應(yīng)用。

4 展望

虛擬解剖是當(dāng)前法醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用的熱點之一，為法醫(yī)學(xué)死因鑒定提供了新的思路和方法。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，虛擬解剖已在顱腦損傷、心血管損傷、溺死等多種死亡原因鑒定中展示出獨特的優(yōu)勢，但在國內(nèi)仍處于起步階段，僅有北京、上海等少數(shù)城市的法醫(yī)學(xué)實驗室進(jìn)行了相關(guān)研究和應(yīng)用，尚未形成規(guī)模。

虛擬解剖作為傳統(tǒng)尸體檢驗的重要補充，可顯著提高尸體檢驗的效率和質(zhì)量，為死因鑒定提供有力的技術(shù)支撐。傳統(tǒng)的大體檢驗、組織病理檢驗，再結(jié)合虛擬解剖將有望成為死因鑒定的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，有必要增加不同死因虛擬解剖的數(shù)據(jù)積累，加強虛擬解剖與血管造影等成像增強技術(shù)的結(jié)合，拓展虛擬解剖與生物力學(xué)、人工智能等結(jié)合應(yīng)用的深度；同時，還應(yīng)加強頂層設(shè)計，推動虛擬解剖實驗室的建設(shè)，形成區(qū)域性虛擬解剖中心；此外，還應(yīng)加大虛擬解剖領(lǐng)域的研發(fā)投入，編制相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不斷推動虛擬解剖在我國法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用，更有效地服務(wù)于打擊違法犯罪、捍衛(wèi)司法公正、保障人民權(quán)益。