Use of computed tomography data for forensic identification of an individual

Full Text

Обоснование

Актуальность

Рентгенология в судебной медицине достаточно хорошо себя зарекомендовала при проведении различных исследований, в частности в определении механизма травмы костей скелета, установлении биологического возраста, идентификации личности, изучении рентгеновских снимков в рамках экспертиз по живым лицам, проведении сложных комиссионных экспертиз и др. В настоящее время в отношении идентификационной значимости рентгеновских снимков в судебной медицине имеется немало научных работ, подтверждающих целесообразность их использования при идентификации личности. Так, была доказана возможность применения рентгеновских снимков черепа для краниофациальной идентификации [1], а рентгеновских особенностей грудной клетки — для идентификации личности [2]. Выполнено большое число научных исследований в отношении идентификации по анатомическим особенностям отдельных зубов и в целом зубных рядов, отобразившихся на рентгеновском снимке [3, 4]; доказана важность изучения по рентгеновскому снимку отдельных анатомических образований, таких, например, как лобная пазуха [5], а также комплексов костных структур — кистей, стоп [6]. Кроме этого, описанные в литературе случаи идентификации по рентгенограммам связаны с обнаружением на них каких-либо анатомических особенностей или следов травм [7].

При выполнении идентификации личности с помощью рентгенограмм эксперты используют стандартные методики наложения, совмещения изображений, чаще всего по контурам самой кости, суставных поверхностей или целого комплекса костей (кисти, стопы, таза и т. п.), что выглядит в экспертизе достаточно объективно и наглядно. Вместе с тем при сравнении объектов важное значение имеют условия выполнения рентгенографии: использование стандартных установленных проекций при лучевом исследовании тех или иных областей тела, расстояния съёмки.

Из лучевых методов исследования, помимо рентгенографии, наиболее активно развивается компьютерная томография. Найдя применение в судебной медицине для исследования трупа, она получила название «виртопсия» [8]. В последнее время появились также сообщения и разработки по идентификации личности с использованием данных компьютерной и магнитно-резонансной томографии костей и мягких тканей [9–11].

Стандартно результаты компьютерной томографии представляются в виде файла формата DICOM, что позволяет осуществлять только их просмотр и изучение в специализированных компьютерных программах, а также оценку и измерение интересующих областей. Для специалистов компьютерной томографии круг их исследований ограничен обнаружением патологического процесса и его оценкой для выбора клиническими специалистами правильного лечения и постановки корректного диагноза. Вместе с тем данные компьютерной томографии открывают и иные возможности исследований, непосредственно для судебно-медицинских экспертов. Развитие компьютерных технологий позволило на основании срезов компьютерной томографии строить виртуальную трёхмерную модель с использованием различных уровней сканирования (мышцы, кости, кожа и т. д.), получая твердотельную модель [12]. И в этом случае открываются возможности работы с трёхмерными объектами. Требовалось только решить вопрос об изменении формата исходных данных, поскольку формат DICOM многочисленными программами трёхмерной графики не поддерживается.

При анализе существующих компьютерных программ обработки графических файлов нами была определена свободно распространяемая компьютерная программа InVesalius, позволяющая экспортировать построенную модель из формата данных DICOM в другие распространённые форматы, такие как OBJ и STL, поддерживаемые большинством графических редакторов трёхмерных объектов.

Поскольку наиболее ценными и максимально достоверными объектами при идентификации личности считаются элементы лица и череп человека, нами на основании практических заведомо известных случаев была изучена возможность проведения идентификации личности по трёхмерной компьютерно-томографической модели головы человека.

Цель исследования — решение вопроса о возможности выполнения идентификационного исследования по трёхмерной модели, полученной из данных компьютерной томографии головы.

Результаты

При исследовании использовался метод фотосовмещения фотографии лица и трёхмерного объекта головы заведомо известного человека. Создание модели осуществлялось в программе InVesalius, куда импортировались данные компьютерной томографии в формате DICOM. Шаг срезов, из которых были построены трёхмерные модели головы, используемые для проведения идентификации, составил 1,23–1,25 мм (более 100 срезов на объект, выполненных в поперечной и аксиальной поекциях). В ходе эксперимента изучены 40 объектов.

При реконструкции трёхмерной модели были воспроизведены костные структуры и мягкие ткани головы, создана их общая модель в формате OBJ.

Все последующие сравнительные исследования проводились в компьютерной программе Autodesk 3ds Max, куда помещали цифровую фотографию известного лица с сохранением исходного размера и созданную трёхмерную модель. При необходимости на модели были удалены лишние элементы — подголовник аппарата, медицинские трубки, перевязочный материал. В ходе экспериментального исследования на фотографии и трёхмерной модели осуществлялись расстановка стандартных реперных точек и контуров по аналогии с краниофациальным совмещением и по возможности с добавлением точек, используемых в портретных исследованиях [13, 14], наложение объектов с измерением прозрачности фотографии, подбор необходимого ракурса путём вращения виртуальной модели в трёх плоскостях декартовой системы координат. В результате сопоставления отмечено полное совпадение контуров и точек (рис. 1).

 

Рис. 1. Совмещенение изображения лица и трёхмерной модели головы, полученной по данным компьютерной томографии: a — модель с реперными точками; б — изображение лица с реперными точками; в— наложение объектов

 

Более детально методика описана в наших предыдущих работах [15–17].

Подобные идентификационные исследования возможно провести и с черепом, модель которого создаётся совместо с мягкими тканями в случае выбора «костного режима» при реконструкции. Совмещённая модель (кости и мягкие ткани) после разметки на ней реперных точек позволит сохранить сразу точки и для модели черепа, для этого необходимо скрыть слой мягких тканей после разметки. Реперные точки останутся видимыми и будут спозиционированы применительно к костям черепа, при этом сохранится толщина мягких тканей, которую теперь возможно определить не эмпирически, а индивидуально в отношении каждого идентифицируемого лица (рис. 2).

 

Рис. 2. Разметка реперных точек на модели: a — с учётом мягких тканей; б — сохранение точек на модели черепа

 

Кроме этого, при анализе получаемых трёхмерных моделей установлено, что на трёхмерной копии в режиме «мягких тканей» воспроизводятся элементы ушной раковины. Проведённый контурный репераж ушной раковины по двум объектам (фотография и трёхмерная модель) установил сходство контуров анатомических образований (рис. 3).

 

Рис. 3. Сравнение элементов ушной раковины: a — общий вид; б — контурный репераж

Заключение

Указанное сравнение позволяет дополнить идентификационные исследования с помощью описательных и графических алгоритмов по особенностям анатомии наружного уха и сделать более достоверными проводимые исследования.

Таким образом, проведённое исследование установило возможность использования данных компьютерной томографии при судебно-медицинской идентификации личности, что делает целесообразным их применение в рамках практической и научной деятельности.

About the authors

Sergey V. Leonov

FSGI «111 Chief state center for medical forensic and criminalistical examination» of the Ministry of Defense Russian Federation; Moscow State University of Medicine and Dentistry named after A.I. Evdokimov

Email: sleonoff@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4228-8973

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Moscow; Moscow

Julia P. Shakiryanova

FSGI «111 Chief state center for medical forensic and criminalistical examination» of the Ministry of Defense Russian Federation; Moscow State University of Medicine and Dentistry named after A.I. Evdokimov

Author for correspondence.
Email: tristeza_ul@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1099-5561

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 3, Gospitalnaya square, Moscow, 105229; Moscow

References

Supplementary files