法医学的革命：虚拟解剖的研究现状及前景展望

沈春宇 陈正莲 陈新山

法医学的革命：虚拟解剖的研究现状及前景展望

沈春宇 陈正莲 陈新山

虚拟解剖具有无创（微创）性、原位性、保存性、客观性、科学性和便捷性的特点。随着其技术的逐渐成熟，虚拟解剖被应用于法医学实践是大势所趋。但其要想完全取代传统的解剖技术，其还需要克服在CT和MRI技术、血管检查、病理组织检查以及技术和经济支撑等方面的局限性。

虚拟解剖；传统解剖；法医学

一、虚拟解剖简介

“虚拟解剖”（virtual autopsy）是指利用影像学技术（CT、MRI）获取尸体表面及内部详细影像学信息，构建人体器官组织的图像，为判断死亡原因和死亡方式等提供线索的一种非侵入性（微创）的新型“解剖”技术。[1]瑞士伯恩大学的Dirnhofer和Thali等人对虚拟解剖技术的确立及其在法医学中应用潜力的发掘作出了开创性贡献。2000年，Dirnhofer教授提出了虚拟解剖技术，并带领研究小组致力于将影像学技术与法医学实践相结合：依赖已有较大提高的螺旋CT和MRI技术，获取清晰的尸体图像资料，并进行远程传输和建立“数字陈尸室”。[2]2002年，Thali等利用高速照相技术及螺旋CT对人造颅骨枪弹创模型进行研究，研究结果与传统解剖所见完全相同，且不会造成任何损伤。[3]2003年，Thali又将该项技术应用于10名头颅枪弹创的真实案例中。[4]由伯恩大学主导的这几项研究开启了虚拟解剖技术兴起的大门，也为此后挑战甚至超越传统解剖技术的研究提供了契机。

二、虚拟解剖在法医学应用上的优势

沿用数百年的传统解剖技术一直被视为法医学死亡调查的金标准。但随着社会的不断进步，传统解剖在宗教伦理和人文关怀上让受害者家属难以接受，而这又不可避免地引起尸检率的降低，[5]削弱了法医学对司法审判的重要作用。同时，传统法医解剖对尸体破坏性的取材既影响其复核，又给保存原始资料带来了困难。而虚拟解剖技术的出现恰能较好地弥补传统解剖技术的上述缺点，更好地服务于司法审判和调处纠纷。

（一）虚拟解剖的无创（微创）性和原位性

虚拟解剖与传统解剖最大的迥异之处在于，其利用影像学技术无创或微创地对尸体进行检查，获取原位的病变和损伤信息。因此，虚拟解剖技术不仅能很好地解决宗教伦理与传统解剖之间的冲突，[6]更能在不改变病变损伤与机体器官组织关系的情况下客观地记录原始信息，不会因此产生不必要的人工产物。虚拟解剖无创（微创）性和原位性的技术优势是传统解剖所无法比拟的，尤其在骨折和枪弹创的法医学检验鉴定中，其能清晰地展现出骨折的原位状况和枪弹运行的轨迹。[7]

（二）虚拟解剖的保存性

虚拟解剖利用影像学技术对尸体进行全面检查之后所形成的三维图像资料，可通过图片和数据的形式长期保存，能做到全面真实地保存尸体信息，而且其以电子版形式保存资料既节约又环保。与传统解剖相比，虚拟解剖能有效避免尸体解剖后，因记录不全或描述不准确而使本应保存的尸检信息遗漏或失实的情况，也能很好地避免解剖者的主观因素和不同解剖者之间的判断差别。同时，在法医实践中，因首次尸检不细致、仅通过尸表检查或/和不完全系统地解剖（“局解”）而造成的误诊误鉴情况偶有发生，导致再次尸检或复核；从首次尸检到再次尸检或复核之间有一时间过程，尸体在这段时间必然要发生进一步的死后变化，这在一定程度上会影响到尸检结果。而通过虚拟解剖，能保存全面、原始而真实的尸检资料，不会出现这些问题；无须进行再一次的侵入性解剖，也避免了因尸体火化或检材丢失以及尸体腐败等因素给复检带来困难。

（三）虚拟解剖的客观性

传统解剖在很大程度上依赖于法医解剖人员的知识背景和工作经验，而在这些“先见”下进行的尸表检查或“局解”，有“先入为主”之虞。且在描述过程中，不同检验人员遣词造句的差异也给尸检信息的传递和保存掺入了一定的主观成分，损害了法医学检验的客观性。虚拟解剖则能在检验和信息的传递过程中，最大限度地保证法医学尸体解剖的客观性，并且有利于复检在保真的原始资料上进行。

（四）虚拟解剖的科学性

目前，CT和MRI等影像学技术已达肉眼直接观察病变的水平，但凡在传统法医学尸体解剖中所能发现的病变和损伤在虚拟解剖下都无所遁形，且此技术能精确反映其部位、大小及形态等详细信息。随着MSCT及MRI分辨率和对比度的提高，虚拟解剖对空气栓塞的敏感度远高于传统尸体解剖时的肉眼所见，能精准定位和量化心、脑、肝及静脉中的气体。Helliwig就曾利用MSCT精确地定位了一名四个月大死婴右下肢静脉的空气栓塞，由此解决了一起医疗纠纷。[8]

（五）虚拟解剖的便捷性

CT和MRI扫描一具尸体的时间大约只需20秒，而将扫描数据编译为三维图像也只需1分钟。因此，虚拟解剖能以高效、便捷的方式获取尸体信息，大大减少了法医的工作量。[9]

正是基于虚拟解剖的以上优点，世界各地的科学家对其在法医弹道、病理、病理组织及法医人类学方面的应用展开了广泛而深入的研究。[10]随着近年来影像学和计算机科学的不断进步，科学家已不再满足将虚拟解剖只视为传统解剖的补充和辅助工具，他们正在积极探索让虚拟解剖彻底取代传统解剖的地位。由此，施行数百年之久的法医学尸体解剖的传统将被改变，法医学将迎来一次革命。

三、虚拟解剖在实践中的局限性

虽然虚拟解剖有上述优点，但它仍然存在一些局限性，而目前要在法医学实践中应用这一技术也有不少困难。

（一）CT和MR I技术在法医学检验中的局限性

CT作为虚拟解剖技术理论体系中最重要的组成部分，是X线与计算机科学结合而成的成像分析技术。应用于法医学检验时，CT在死因分析、致伤方式的判断、个体识别及高度腐败尸体的解剖等方面较之传统解剖都有明显的技术优势。[11]但另一方面，现阶段CT在法医学检验中的应用也存在许多不足。

2012年，Kasahara等通过对339例不同死因案例的回顾性研究发现：（1）死后CT检查无法完全评估重要的生命反应，如脑挫伤或颈髓损伤内的小出血灶，CT很难区分这些究竟是死后还是生前造成的结果。（2）死后CT检查不能显示血管详细的病理学信息，而此信息是必需的，它用以确定是内源性或外源性的因素引起了病变。（3）死亡前治疗期间所采取的治疗措施，可能会对原始的病灶或创伤产生影响，而死后进行CT的检查对此无法判别。（4）CT难以检测如肌内血肿等软组织损伤。他们还发现，38%的案例中CT检查既无诊断意义也不能提供重要线索，其中包括无骨损伤的脊髓损伤、窒息、烧死、冻死、药物中毒、引起自然死亡的无心脏破裂的AMI、哮喘和肺血栓栓塞症等。这些结果表明，在CT无显著性表现的情况下，不能排除非正常死亡。而溺亡也是一个十分突出的问题。CT检查的溺亡案件大多报道了发现诸如鼻窦内液体蓄积、气管液、肺部磨玻璃影和胸腔积液等非特异性变化；而这些非特异性变化，在因心力衰竭死亡的案例中也能发现。此外，蛛网膜下腔出血和心包积血在CT的扫描检测下也容易与内源性疾病混淆。[12]

虽然MRI在某些方面较CT更敏感，但它也存在与CT扫描相类似的不足。例如，MRI对心肌缺血具有较好的敏感性，但对于冠状动脉病变的检测则是一个盲点。

（二）虚拟解剖在血管检查方面的局限性

Ruder等认为，微创或虚拟解剖对传统解剖具有广泛的替代性，但全面代替传统解剖的时机尚未成熟；其最大的阻碍来源于该技术对冠状动脉的探查能力有限，不能获取详细的冠脉信息，这使其在法医学检验中的实用性大打折扣。[13]

Sarah等人此前也提出过相同的看法。较之临床实践，由于缺乏循环血管内造影能力提供装置，血管腔和完整的血管信息难以获取。但他们也提出解决的可能途径，那就是将CT与血管造影技术结合起来。这项技术的施行分作两个步骤：首先，在未进行静脉注射造影剂前，以CT获得的心脏图像用以评估伴钙化的动脉粥样硬化负荷，即所谓的“钙得分”。临床上，通过半自动化软件量化分析钙化斑块的数量可以对患者未来心脏事件的发生进行风险评估；但这并不能提供任何关于非钙化斑块和冠脉狭窄的信息，为了进一步评估这些信息，再静脉注射造影剂，当造影剂到达冠脉循环以后，利用多排螺旋CT进行扫描。与传统血管造影相比，MDCT除了可以量化血管容积外，还能对血管壁的相关信息进行分析。其实，早在1899年，也就是X线被发现的3年以后，Baumgarten便在一次解剖中将造影剂注入过分离的心脏冠脉里面。[14]

虽然CT造影术能够有效地揭示冠脉的狭窄，为冠心病的诊断提供可靠依据，但因其耗时长且需要专门的设备，在现阶段要在法医学检查中普及是不可能的；[15]况且，该技术目前只能针对单个器官进行静脉注射造影剂，要进行全身的血管检查则还需进一步研究全体的静脉注射造影剂的问题——当然，这对于CT检查获取血管详细信息也提供了一条可供选择的途径。

（三）虚拟解剖在病理组织检查方面的局限性

Donoghue等认为，与传统解剖相比，死后的图片成像技术不能进行常规的组织取样，从而不能进行组织病理学分析。[16]对此，Aghayev则在早些时候提出，可以通过CT引导下的微创解剖技术解决这一难题。他将这种利用影像学技术、在最小侵入的情况下解决细胞水平问题的技术称之为“虚拟组织学”（Virtual Histology）：首先，通过CT引导的穿刺取样可以将对尸体的损坏降到最低；然后，可利用X线信号的不同，判断电流斑中凝固性坏死、炭化和皮肤水肿的不同病理改变，以替代光学显微镜进行病理观察。而“虚拟组织学”的实践应用则依赖于显微CT、MRI的进一步发展。[17]

（四）虚拟解剖在技术和经济支撑方面的局限性

虚拟解剖主要依赖于CT和MRI等先进的技术设备才能进行，因此，与传统解剖相比，其必然对人力、物力和财力有巨大的依赖，不可能全面推行：首先，虚拟解剖需要投入大量资金以购买先进设备，并要构建房产安装设备，这就增加了经济负担；其次，虚拟解剖是专门技术，必须由受过系统训练的专门技术人员进行操作，这也增加了人员的编制、培训与开支。

四、虚拟解剖的前景及展望

随着虚拟解剖这一技术的逐渐成熟，其被应用于法医学实践是大势所趋。目前，科学家们已不满足于将传统的影像学技术单纯地应用于虚拟解剖，而是积极利用不断发展的高新技术成果，拓展虚拟解剖的应用面，期望以此绝对的技术优势弥补传统解剖中的不足，甚至取代传统解剖在法医学检验中的“金标准”地位。但为了攻克上述虚拟解剖尚存的技术局限，除了以CT、MRI为代表的影像学技术需要进一步的提升外，虚拟解剖往后的发展还需广泛地兼容其他学科的研究成果。例如，有限元分析法的发展使利用数学模型计算颅脑损伤的生物力学成为常规手段，[18]而3D成像技术的成熟则赋予了虚拟解剖与传统解剖相同的识别能力，并能在法庭上提供一目了然的视觉证据。[19]此外，死后通气技术的使用也进一步提高了虚拟解剖对肺部评价和小细胞肺癌的检测的价值。[20]这些新技术的涌现让我们看到虚拟解剖发展的新前景。另外需要注意的是，如同2005年美国以法律的形式将X光引入对无名尸的法医学检查一样，虚拟解剖的法医学检验地位的确立也需以法律形式加以确定，才能形成体系完整、操作性强的检验标准。

[1]Dirnhofer R,Jackowski C,Vock P,et al.VIRTOPSY: minimally invasive imaging-guided virtual autopsy[J].Radiography,2006,26(5):305-1333.

[2]Takatsu A,suzuki N,Hattori A,et a1．The concept of the digitalmorgue as a 3D database[J].Leg Med(Tokyo),1999,(1):29-33．

[3]ThaIi MJ,Yen K,Plattner T,et al.Charred body:virtual autopsy with multi-slice computed tomography and magnetic resonance imaging[J].Forensic Sci,2002,47(6):1326-1331.

[4]ThaliMJ,Yen K,Vock P,et al.Image-guided virtual autopsy findings of gunshot victims performed with multi-slice computed tomography and magnetic resonance imaging and subseguent correlation between radiology and autopsy findings [J].Forensic Sci Int,2003,138(1-3):8-16.

[5][6]刘晓辉,吕军权,王慧鹏，等.虚拟解剖技术在解决法医尸检结论准确性和伦理学矛盾中的作用[J].中国医药指南, 2010,8(28):114.

[7][9]蒿自睿,吴敬东,刘小山，等.虚拟解剖技术在法医学中的应用[J].Journal of Forensic Medicine,2007,23(2):142;144.

[8]Hillewig E,Aghayev,et a1．Gas embolism following intraosseousmedication application Proven by post-mortem multislice computed tomography and autopsy[J]．Resuscitation, 2007,72:149-153．

[10]高冲,左芷津,袁雅洁等.虚拟尸检的研究进展[J].Journal of Chinese People's Public Security University(Science and Technology),2010,1:36-38.

[11]郑剑,刘宁国,陈忆九.CT技术在尸体检验中的应用[J].Journal of Forensic Medicine,August2009,25(4):286-289.

[12]Shiori Kasahara,Yohsuke Makino,et al.Diagnosable and non-diagnosable causes of death by postmortem computed tomography:A review of 339 forensic cases[J].Legal Medicine, 2012(14):239-245.

[13]Thomas D.Ruder,Gary M.Hatch,Michael J.et al. One small scan for radiology,one giant leap for forensic medicine——Post-mortem imaging replaces forensic autopsy in a case of traumatic aortic laceration[J].Legal Medicine,2011(13): 41–43.Thomas D.Ruder,Regula Bauer-Kreutz,Garyfalia Ampanozi,et al.Hatch.Assessment of coronary artery disease by post-mortem cardiac MR[J].European Journal of Radiology,2012 (81):2208-2214.

[14]Roberts WT,Bax JJ,Davies LC.Cardiac CT and CT coronary angiography:technology and application[J].Heart, 2008,94:781-792.

[15]Saunders SL,Morgan B,Raj V,Rutty GN.Post-mortem computed tomography angiography:past,present and future[J]. Forensic SciMed Pathol,2011,7:271-277.

[16]Keelin O’Donoghuea,Kevin N.O’Reganb,Carmel P. Sheridana,Owen J,et al.Investigation of the role of computed tomography as an adjunct to autopsy in the evaluation of stillbirth[J].European Journal of Radiology,2012(81):1667-1675.

[17]Aghayev E,ThaIi MJ,Sonnenschein M,et al.Postmortem tissue sampling using computed tomography guidance [J].Forensic Sci Int,2007,166(2-3):199-203.

[18]陈琼.三维有限元建模方法的研究现状[J].口腔医学, 2006,26(2):154-155.

[19]Jackowski C,Thali M,Sonnenschein M,et a1．Visualization and quantification of air embolism structure by processing postmortem MSCT data[J]．J Forensic Sci,2004,49:1339-1342．Michael J,Bolliger,Ursula Buck,Michael J,Thali,et al.Reconstruction and 3D visualisation based on objective real 3D based documentation[J].Forensic SciMed Pathol,2012(8):208-217.

[20]Tanja Germerott,Patricia M.Flach,Ulrich S.Preiss, et al.P ostmortem ventilation:A new method for improved detection of pulmonary pathologies in forensic imaging[J].Legal Medicine,2012(14):223-228.

（责任编辑：刘世彧）

Forensic Science Revolution:On the Research Status and Prospect of Virtual Anatom y

Shen Chunyu Chen Zhenglian Chen Xinshan

Virtual autopsy is characterized with(minimal)noninvasion,conservation,objectivity,scientificity, and convenience.With the gradual mature of its technology,the trend for the application of virtual autopsy in forensic practice is irreversible.While in order to completely replace the traditional anatomy,its limitations in CT and MRI technology,vascular examination,pathology examination,and technical and economic support should be overcome.

virtual autopsy;traditional anatomy;forensicmedicine

沈春宇，华中科技大学同济医学院法医学系2012级在读硕士研究生，主要研究方向为法医病理。陈正莲，华中科技大学同济医学院法医学系2013级在读硕士研究生，主要研究方向为法医病理。陈新山，本文通讯作者，华中科技大学同济医学院教授，主要研究方向为法医病理。