Цифровые технологии исследования изображений как средство судебно-медицинской диагностики повреждений кожи
Категория: Авторефераты диссертаций
Библиографическое описание:
Шишкин Юрий Юрьевич
Аннотация:
Цифровые технологии исследования изображений как средство судебно-медицинской диагностики повреждений кожи / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук, 14.00.24 – «Судебная медицина». - М., 2005.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В Российской Федерации в 2000 году проведено свыше 1 млн. экспертиз и освидетельствований живых лиц, которые более чем в 70 процентах случаев имели повреждения. За этот же период времени выполнено свыше 500 тыс. экспертиз и исследований трупов, которые также в большинстве случаев имели повреждения, требующие судебно-медицинской оценки (Кузнецов Л.Е., 2002). Кожа человека является первым барьером организма, который встречает травмирующий агент, поэтому повреждения кожи занимают значительное место в судебно-медицинской практике. Оценка характера повреждений кожи имеет важное значение для диагностики при огнестрельных ранениях (Молчанов В.И., Попов В.Л., Калмыков К.Н., 1990; Попов В.Л., Шигеев В.Б., Кузнецов Л.Е., 2002; Лаврентюк Г.П., 2002; Макаров И.Ю., 2005), при воздействиях тупыми предметами (Муханов А.И., 1974; Гурочкин Ю.Д., 1976; Акопов В.И., 1978; Филипчук О.В., 1968; Касатеев А.В., 1991; Пурдяев Ю.С., 1973, Гедыгушев И.А., 1986; Плаксин В.О., 1996), при воздействиях острыми орудиями (Абрамов С.С., 1989; Иванов И.Н., Зимина Ю.В., 1996; Фурман М.А., 1973; Иванов И.Н., 2002; Исаков В. Д., Дыскин Е. А., Панчук Ю. П., Злодеев Н. А., 2004), при механической странгуляционной асфиксии (Молин Ю.А., 1996, 2000), при дорожно-транспортных происшествиях (Солохин А.А., 1972), при электротравме (Николаенко Л.П., 1987), при падениях с высоты и на плоскости (Авдеев А.И., 2001). Кроме того, оценка состояния кожных покровов важна для установления давности смерти (Жаров В.В., 1997).
Применяемые в судебной медицине традиционные методы, заключающиеся в выявлении, анализе и субъективной оценке повреждений или иных объектов исследования, при резко возрастающем объеме информации становятся все менее продуктивными и доказательными. Огромное количество фактов, полученных судебно-медицинскими экспертами, уже не поддается объективному и быстрому учету, аргументированному обобщению в памяти человека (Солохин А.А., Киселев А.С.,1992). Развитие судебной медицины стимулирует поиск наиболее рациональных и доступных методов, приемов и научно-технических средств, повышающих эффективность судебно-медицинской диагностики (Гедыгушев И.А., 2000). Качество судебно-медицинской диагностики зависит как от опыта судебно-медицинского эксперта, так и от степени детализации при описании повреждений. Какой бы метод исследования ни применялся при решении экспертных вопросов, в большинстве случаев он сводится к визуальной оценке экспертом морфологических изменений. Так, эксперт оценивает цвет повреждения, его форму, характер контуров и другие признаки. В зависимости от условий исследования (различное психо-функциональное состояние эксперта, разная степень освещенности объектов) оценка человеком одних и тех же явлений может заметно отличаться. С другой стороны, даже при наличии детального описания повреждения и целостного восприятия его, эксперту необходим достаточно большой опыт, чтобы сделать правильный вывод в отношении травмирующего предмета. Поэтому стремление судебно-медицинских экспертов получить объективную информацию о характере повреждений всегда являлось мощным стимулом в поиске новых методов исследования.
Таким образом, в судебно-медицинской практике назрела необходимость в создании средства, способного унифицировано фиксировать морфологические особенности повреждений, анализировать их для формирования объективных и обоснованных выводов. Таким средством может явиться автоматизированный дифференциально-диагностический комплекс, основанный на применении математических методов и достижений в таких областях знаний, как цифровая обработка сигналов, создание систем управления и принятия решений (Дуда Р., Харт П., 1976; Василенко Б.И., Тараторин А.М., 1986; Даджион Д., Мерсеро Р., 1988; Хорн Б.К., 1989; Карнаухов А.В., Мерзляков Н.С., Милюкова О.П., 2000; Рубанов Л.И., Карнаухов В.Н., Кузнецов Н.А. и др., 2000). Необходимым этапом в создании такого комплекса должна быть разработка метода объективной оценки внешнего вида повреждений с установлением диагностических критериев. Единственным способом получения объективного описания повреждений, минуя зрительно-аналитическую систему человека, является получение цифрового изображения объекта с последующим его компьютерным анализом.
Актуальным является вопрос о морфологической оценке состояния кожи при массовой гибели людей для целей идентификации личности (Тучик Е.С., 1993, 1997; Колкутин В. В., Абpамов С. С., Ляненко В. А. и др., 2003).
Отличительной особенностью всех существовавших методов оценки внешнего вида повреждений является их субъективизм, который обусловлен, в частности, индивидуальной оценкой цвета отдельных компонентов повреждений исследователем. В судебно-медицинской литературе накоплена значительная база информации о методах диагностики давности кровоподтеков и ссадин, об оценке характера травмирующего предмета по внешнему виду ран и т.д. Но из-за субъективности в оценке цвета, отсутствия методики регистрации условий при оценке внешнего вида, диагностика характера повреждений по внешнему виду оказывается неточной, а иногда и противоречивой. В настоящее время отмечается активное развитие технических средств фиксации изображений, и назрела необходимость разработки критериев оценки качества изображения, достаточного для оценки характера повреждений. Актуальной является разработка методики анализа изображений для установления давности и механизма образования повреждений. Стремительное развитие технологий программирования сделало возможным создание сложных систем обработки компьютерной графики и манипулирования объемными базами данных. В технической литературе появились публикации о разработке целых направлений и подходов к анализу изображений. Выделение, описание, классификация, группирование объектов являются основными задачами систем распознавания образов (Jain A.K., Duin R. P.W., Mao J. C., 2000). Данные задачи существенно усложняются при обработке цветных изображений. Цвет предоставляет дополнительную информацию об объекте, которую следует использовать в процессе распознавания (Shih F.Y., Pu C.C., 1995; Jang J.H., Hong K.S., 2001). Единичные публикации об успешных попытках применения цифровой фотографии для решения экспертных вопросов, связанных с диагностикой травмирующего предмета, появились как в России (Новоселов В. П., Федоpов С. А.,1999; Абрамов С.С., Гедыгушев И.А., Звягин В.Н. и др., 2000; Никитин С. А., Демидов И. В., 2000), так и за рубежом (John C., 2001). В настоящее время в литературе подробно освещены технические вопросы, связанные с принципами формирования цифровых изображений и приемов их редактирования (Стоун М.Д., Гладис Р., 2004; Данилова Т., 2005; Симонович С. В., Мураховский В. И., 2005).
Массовое производство цифровой аппаратуры привело к значительному снижению ее стоимости, что обусловило доступность цифровых фотокамер практически в каждом бюро судебно-медицинской экспертизы. В то же время, в судебно-медицинской практике отмечается неоднозначное отношение экспертов к цифровой фотографии как самостоятельному объекту судебно-медицинского исследования с технических и правовых позиций. Ряд экспертов воспринимают цифровую фотографию лишь как удобное средство иллюстрации (Сопнев А.В., Нагорнов М.Н., 2003; Karen T., 2001). Поэтому разрешение вопроса о возможности использования цифровой фотографии с диагностической целью требует научного обоснования.
Изложенное позволило убедиться в актуальности и востребованности практикой технологий анализа цифровых изображений и сформулировать цель и задачи исследования.
Цель исследования - разработка научного обоснования цифровых технологий исследования изображений для судебно-медицинской диагностики повреждений кожи и определение наиболее эффективных методов диагностики повреждений кожи по цифровым фотографиям с помощью компьютерных средств.
Задачи исследования
1. Разработать критерии качества изображения поверхности кожи, пригодного для судебно-медицинской оценки.
2. Создать методику формализации изображений повреждений.
3. Разработать методы диагностики повреждений кожи по цифровым фотографиям.
4. Создать аппаратно-программный регистрационный комплекс, формирующий базу данных цифровых изображений и числовых значений участков изображений, характерных для различных элементов повреждений кожи.
5. Установить основные закономерности распределения числовых значений пикселей, характерных для различных морфологических элементов повреждений кожи и кожных проявлений некоторых заболеваний.
6. Создать специализированный аппаратно-программный комплекс диагностики повреждений кожи по цифровым морфологическим характеристикам с автоматизацией основных этапов анализа изображений.
ВЫВОДЫ
1. Цифровая фотография является самостоятельным информативным объектом судебно-медицинского исследования. Изучение цифровой фотографии, выполненной в ходе судебно-медицинского исследования, технически и юридически обосновано.
2. Цифровое изображение, представляемое для судебно-медицинской оценки, должно соответствовать ряду критериев: адекватная передача цветового градиента, достаточная яркость, контрастность, наличие эталона масштаба и цветности.
3. При диагностике характера повреждений кожи по цифровой фотографии может использоваться визуальная оценка и объективный математический анализ числовых значений элементов изображений. Визуальная оценка цифровой фотографии с объективным математическим анализом являются эффективным инструментом для идентификации травмирующего предмета.
4. Создан и апробирован аппаратно-программный регистрационный комплекс, формирующий базу данных цифровых фотографий и числовые значения элементов изображений, характерных для различных частей повреждений кожи.
5. Распределение числовых значений пикселей цифровых фотографий кожи коррелирует с характером изображенных повреждений и кожных проявлений заболеваний и несет объективную информацию о их морфологических свойствах.
6. Созданный специализированный аппаратно–программный комплекс диагностики повреждений кожи по цифровым морфологическим характеристикам способен формализовать анализируемое изображение, установить объективную информацию о числовых характеристиках элементов изображений, сопоставить данные анализируемого изображения со статистической информацией об изображениях, ранее исследованных и хранящихся в базе, а также способен сам пополнять базу, тем самым, проводя цифровой эвристический анализ изображений.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. При судебно-медицинской экспертизе целесообразно использовать цифровую фотографию с целью иллюстрирования, выявления скрытых и малозаметных повреждений и следов, создания математической и графической модели повреждений для последующего многократного исследования; с целью визуальной оценки характера повреждений, объективного анализа числовых характеристик элементов изображений, идентификации травмирующего предмета.
2. При выполнении цифровых фотографий следует использовать цифровые фотоаппараты с разрешением матрицы не менее 2 мегапикселей.
3. Цифровая фотография для эффективного анализа может быть получена в результате как непосредственной съемки объекта на цифровой фотоаппарат, так и в результате оцифровки изображения, выполненного классическим способом фотопроцесса. При сканировании фотографий, выполненных пленочным способом фотопроцесса, оптимальным для анализа повреждений кожи является разрешение в 600 пикселей на дюйм и низкая степень сжатия файлов.
4. Представляемое для анализа повреждений кожи изображение должно соответствовать ряду критериев: достаточная яркость, контрастность, разрешение, наличие цветового эталона и масштаба. Основным критерием достаточной яркости, контрастности, четкости является различимость на изображении папиллярного рисунка кожи и волос.
5. При оценке цветности на изображении по отношению к эталону, следует учитывать, что искажения цветности в зависимости от уровня расположения эталона и расстояния до эталона делятся на 3-и зоны. В первой зоне искажений нет, во 2-й зоне искажения носят линейный характер, в 3-й зоне искажения могут носить непредсказуемый характер. Величина зон, степень искажений во 2-й зоне, направление и степень искажений в 3-й зоне зависят от конкретной модели цифрового фотоаппарата и характера освещения объекта. Для точного установления степени искажений и величины зон необходимо представление на экспертизу данного цифрового фотоаппарата с выполнением экспериментальной съемки в условиях аналогичного освещения и установление цифровых характеристик изображений.
6. Первичный анализ достоверности представленного на экспертизу цифрового снимка может включать: сопоставление метаданных изображения, зафиксированных фотокамерой в изображении с реальными условиями съемки; сопоставление метаданных с датой и временем создания файла, зафиксированных операционной системой компьютера.
7. При анализе повреждений кожи по цифровым фотографиям следует учитывать, что числовые значения элементов изображений несут объективную информацию о характере изображенных объектов.
8. Для эффективного визуального и компьютерного анализа цифровое изображение должно быть формализовано.
9. Для формализации и получения числовых значений элементов изображений может использоваться разработанная компьютерная программа Sim_pix.
10. Для формирования базы данных числовых значений элементов изображений может использоваться разработанная компьютерная программа Reg_pix.
11. Для статистического анализа числовых значений элементов изображений может использоваться разработанная компьютерная программа Stat_pix.
12. Для цифрового анализа повреждений кожи может использоваться пакет Dam_skin, состоящий из вышеназванных программ в сочетании с базой данных числовых значений пикселей и аналитическим блоком.
13. Для оперативного и эффективного использования цифровых технологий необходимо в бюро судебно-медицинской экспертизы постоянно формировать базу данных формализованных цифровых изображений повреждений.
14. В практической работе эксперту следует учитывать, что анализ цифровой фотографии, выполненной в рамках исследования (экспертизы) технически и юридически обоснован. Анализ случайно выполненной цифровой фотографии и фотографии, выполненной в ходе осмотра места происшествия, пока представляется не имеющим достаточного правового обоснования.