Трехмерное сканирование судебно-медицинских объектов: приборное обеспечение и особенности технологии

Современной общемировой тенденцией является междисциплинарная интеграция знаний и накопленного опыта для разработки принципиально новых критериев, которые станут базисом для решения сложных медико-биологических задач. Судебно-медицинская наука и экспертная практика в силу естественного междисциплинарного положения всегда отличались эффективным использованием методов, практикуемых в различных медицинских и немедицинских отраслях знаний. Углубленное изучение судебными медиками методов, которые были адаптированы к использованию в экспертной практике из других наук, бережное отношение к их основам нередко служили толчком к их развитию и превращению в новые научные судебно-медицинские направления, отличающиеся существенной практической значимостью.

Работы С.С. Абрамова и соавт. [1—3] стимулировали исследования объектов и процессов в судебной медицине с использованием компьютерной техники. В дальнейшем это позволило установить новые возможности компьютерной диагностики 2D-изображений: разработать методологию и методику съемки судебно-медицинских объектов [4—11], применить их для диагностики рубцов [12—15], повреждений половых органов при сексуальном насилии [16—23], кровоподтеках [18—27], а также для совершенствования идентификации травмирующих орудий [28].

По мере расширения исследований в сфере судебно-медицинской диагностики 2D-изображений стала очевидной возможность получения и исследования объемных 3D-изображений, которые оказались виртуальными копиями, приближенными к реальным судебно-медицинским объектам [29, 30]. Получение таких объектов не только могло бы обеспечить существенно более высокий уровень иллюстративности и обоснованности экспертных выводов, но совпадало со стремлением правоохранительных органов к повышению достоверности, доказательности, объективности и убедительности экспертиз как основы для обвинительного заключения и приговора в условиях возросшей гласности и доступности суда для общественного контроля. Важное качество объемных электронных копий – возможность их архивирования и безопасного сохранения на неопределенно длительный срок в противовес быстрому распаду биологических объектов.

Практика экспертной регистрации объектов и процессов по схеме: описание — фото (рисунок) — видео не полностью устраивает участников уголовного и гражданского процессов. Такая регистрация отличается субъективным подходом, невозможностью быстрого и значительного увеличения изображений с одновременным изучением объектов, различающихся по размеру [31, 32]. Получение и архивирование «виртуальных копий» трупа и иных экспертных объектов достаточно высокого качества важны не только для судебных медиков, но и для судебно-следственных работников. Возможности данной методики убеждают, что она может быть важна для сокращения времени контакта эксперта с трупным материалом и контроля его работы у секционного стола.

Компьютерные технологии позволяют получать и анализировать самые различные изображения. Этот положительный опыт не может оставаться без внимания судебных медиков, поскольку возможность получения зрительных образов, максимально соответствующих реальным, является важнейшим средством объективизации экспертного заключения.

Цель исследования — разработка и обоснование практического применения 3D-технологий для исследования объектов судебно-медицинской экспертизы.

В течение нескольких лет в бюро судебно-медицинской экспертизы Ивановской области и на кафедре судебной медицины Ивановской государственной медицинской академии проводилась работа по практическому применению 3D-технологий для исследования самых различных судебно-медицинских объектов. Решали следующие задачи:

1. Оценить идентификационную информативность 3D-сканированных изображений биологических объектов.

2. Проверить возможность использования цифрового анализа 3D-изображений в сравнительных исследованиях при идентификации травмирующего предмета и его следов.

3. Разработать технические приемы и алгоритмы.

4. Предложить методику идентификации травмирующих предметов и их следов с помощью современных цифровых технологий обработки 2D- и 3D-изображений.

5. Определить основные направления использования возможностей 3D-сканирования и моделирования для решения судебно-медицинских задач.

Изучали комплексы устройств применительно к задачам судебно-медицинской практики. При разработке метода получения высококачественных 3D-изображений необходимо было критически оценить производительность и технологические возможности серийных 3D-сканеров и средств программного обеспечения. Оценка маркетинговых характеристик 3D-оборудования и использования его для сканирования судебно-медицинских объектов (труп, внутренние органы и др.) показала следующее:

а) серийные 3D-сканеры можно применять для сканирования либо малых (до 5 см), либо крупных объектов (до 250 см и более), что определило необходимость поиска универсального сканера;

б) стандартное программное обеспечение 3D-сканеров не позволяет получить результат, приемлемый для судебно-медицинской практики (возникла проблема совмещения фрагментов отсканированных изображений);

в) с помощью методики сканирования крупных объектов невозможно многократное увеличение выбранных участков в полученных изображениях для их быстрого и детального исследования.

Указанные проблемы потребовали проведения работы по двум направлениям:

1. Разработка технологии универсального сканирования (Universal Scanning Technology — UST).

2. Разработка комплекса устройств для сканирования с усовершенствованием применяемых для этого программно-технических средств.

Обе поставленные задачи удалось решить, а разработанную технологию на основе использования лазерного сканера 3D Laser scaner David и оригинального устройства UST (рис. 1)

1) возможность сканирования самых различных объектов в широком диапазоне размеров и расстояний (от 1 мм до 2 м);

2) мобильная и легкая конструкция, позволяющая быстро осуществлять сборку и демонтаж;

3) быстрая настройка с загрузкой данных калибровки и сохраненными настройками;

4) прочность конструкции прибора, состоящего из алюминиевых компонентов с покрытием, устойчивым к атмосферным воздействиям;

5) возможность сканирования без дополнительного освещения, в том числе в темноте;

6) высокое качество получаемых 3D-моделей с цветной текстурой, сочетанием векторной и растровой графики и сохранением изображений в стандартных форматах;

7) печать высококачественных 2D-фотографий с их обработкой в графических редакторах;

8) возможность выполнения необходимых измерений по ходу формирования 3D-модели или при ее окончательном создании;

9) автоматизированное сравнение поверхностей с визуализацией результатов сравнения;

10) низкая стоимость при высоких технических характеристиках.

Технические параметры прибора: физическая матрица 2 мегапикселя; разрешение (видео, 3D-текстуры) Full HD 1920×1080; максимальная частота кадров 30 Гц; интерполированное разрешение (2D) 8 мегапикселей; увеличение до 1000; подключение устройств регистрации (2USB); cовместимые операционные системы Windows XP/Vista/7/9/10; стандартное крепление объектива к устройству регистрации (резьба М42, М39)^​1​᠎; три удлинительных кольца для объектива; проектор.

Для достижения оптимального результата важным этапом работы явилось усовершенствование UST-технологий на различных судебно-медицинских объектах для доработки устройств, программного обеспечения, условий съемки и т. д. Работа продолжается и в настоящее время.

Высокое качество полученных изображений, достаточно несложная технология и большие возможности для детализации и измерений самых разных судебно-медицинских объектов обнадеживают (рис. 2, 3,

Возможность исследовать любую поверхность виртуальной модели объекта под любым углом и с различным увеличением позволяет судебно-медицинскому эксперту выявить необходимые морфологические характеристики повреждений, следов и др. на любом этапе экспертного исследования, в том числе и в ходе судебного заседания (в зале суда). Печать 3D-изображений идентична плоским высококачественным 2D-изображениям.

Предлагаемый оригинальный комплекс для универсального 3D-сканирования является эффективным средством для получения трехмерных копий самых различных судебно-медицинских объектов.

Разработанная технология может быть использована в судебно-медицинской и клинической практике для детализации морфологии объектов и анализа полученных 3D-изображений.

Широкие перспективы использования UST-технологии в судебно-медицинской практике авторы намерены более подробно изложить в следующих публикациях.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

^1,2e-mail: sva00011@rambler.ru; https://orcid.org/0000-0002-6617-632X