法醫(yī)學(xué)的革命：虛擬解剖的研究現(xiàn)狀及前景展望

沈春宇 陳正蓮 陳新山

法醫(yī)學(xué)的革命：虛擬解剖的研究現(xiàn)狀及前景展望

沈春宇 陳正蓮 陳新山

虛擬解剖具有無創(chuàng)（微創(chuàng)）性、原位性、保存性、客觀性、科學(xué)性和便捷性的特點。隨著其技術(shù)的逐漸成熟，虛擬解剖被應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)實踐是大勢所趨。但其要想完全取代傳統(tǒng)的解剖技術(shù)，其還需要克服在CT和MRI技術(shù)、血管檢查、病理組織檢查以及技術(shù)和經(jīng)濟支撐等方面的局限性。

虛擬解剖；傳統(tǒng)解剖；法醫(yī)學(xué)

一、虛擬解剖簡介

“虛擬解剖”（virtual autopsy）是指利用影像學(xué)技術(shù)（CT、MRI）獲取尸體表面及內(nèi)部詳細(xì)影像學(xué)信息，構(gòu)建人體器官組織的圖像，為判斷死亡原因和死亡方式等提供線索的一種非侵入性（微創(chuàng)）的新型“解剖”技術(shù)。[1]瑞士伯恩大學(xué)的Dirnhofer和Thali等人對虛擬解剖技術(shù)的確立及其在法醫(yī)學(xué)中應(yīng)用潛力的發(fā)掘作出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。2000年，Dirnhofer教授提出了虛擬解剖技術(shù)，并帶領(lǐng)研究小組致力于將影像學(xué)技術(shù)與法醫(yī)學(xué)實踐相結(jié)合：依賴已有較大提高的螺旋CT和MRI技術(shù)，獲取清晰的尸體圖像資料，并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和建立“數(shù)字陳尸室”。[2]2002年，Thali等利用高速照相技術(shù)及螺旋CT對人造顱骨槍彈創(chuàng)模型進(jìn)行研究，研究結(jié)果與傳統(tǒng)解剖所見完全相同，且不會造成任何損傷。[3]2003年，Thali又將該項技術(shù)應(yīng)用于10名頭顱槍彈創(chuàng)的真實案例中。[4]由伯恩大學(xué)主導(dǎo)的這幾項研究開啟了虛擬解剖技術(shù)興起的大門，也為此后挑戰(zhàn)甚至超越傳統(tǒng)解剖技術(shù)的研究提供了契機。

二、虛擬解剖在法醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢

沿用數(shù)百年的傳統(tǒng)解剖技術(shù)一直被視為法醫(yī)學(xué)死亡調(diào)查的金標(biāo)準(zhǔn)。但隨著社會的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)解剖在宗教倫理和人文關(guān)懷上讓受害者家屬難以接受，而這又不可避免地引起尸檢率的降低，[5]削弱了法醫(yī)學(xué)對司法審判的重要作用。同時，傳統(tǒng)法醫(yī)解剖對尸體破壞性的取材既影響其復(fù)核，又給保存原始資料帶來了困難。而虛擬解剖技術(shù)的出現(xiàn)恰能較好地彌補傳統(tǒng)解剖技術(shù)的上述缺點，更好地服務(wù)于司法審判和調(diào)處糾紛。

（一）虛擬解剖的無創(chuàng)（微創(chuàng)）性和原位性

虛擬解剖與傳統(tǒng)解剖最大的迥異之處在于，其利用影像學(xué)技術(shù)無創(chuàng)或微創(chuàng)地對尸體進(jìn)行檢查，獲取原位的病變和損傷信息。因此，虛擬解剖技術(shù)不僅能很好地解決宗教倫理與傳統(tǒng)解剖之間的沖突，[6]更能在不改變病變損傷與機體器官組織關(guān)系的情況下客觀地記錄原始信息，不會因此產(chǎn)生不必要的人工產(chǎn)物。虛擬解剖無創(chuàng)（微創(chuàng)）性和原位性的技術(shù)優(yōu)勢是傳統(tǒng)解剖所無法比擬的，尤其在骨折和槍彈創(chuàng)的法醫(yī)學(xué)檢驗鑒定中，其能清晰地展現(xiàn)出骨折的原位狀況和槍彈運行的軌跡。[7]

（二）虛擬解剖的保存性

虛擬解剖利用影像學(xué)技術(shù)對尸體進(jìn)行全面檢查之后所形成的三維圖像資料，可通過圖片和數(shù)據(jù)的形式長期保存，能做到全面真實地保存尸體信息，而且其以電子版形式保存資料既節(jié)約又環(huán)保。與傳統(tǒng)解剖相比，虛擬解剖能有效避免尸體解剖后，因記錄不全或描述不準(zhǔn)確而使本應(yīng)保存的尸檢信息遺漏或失實的情況，也能很好地避免解剖者的主觀因素和不同解剖者之間的判斷差別。同時，在法醫(yī)實踐中，因首次尸檢不細(xì)致、僅通過尸表檢查或/和不完全系統(tǒng)地解剖（“局解”）而造成的誤診誤鑒情況偶有發(fā)生，導(dǎo)致再次尸檢或復(fù)核；從首次尸檢到再次尸檢或復(fù)核之間有一時間過程，尸體在這段時間必然要發(fā)生進(jìn)一步的死后變化，這在一定程度上會影響到尸檢結(jié)果。而通過虛擬解剖，能保存全面、原始而真實的尸檢資料，不會出現(xiàn)這些問題；無須進(jìn)行再一次的侵入性解剖，也避免了因尸體火化或檢材丟失以及尸體腐敗等因素給復(fù)檢帶來困難。

（三）虛擬解剖的客觀性

傳統(tǒng)解剖在很大程度上依賴于法醫(yī)解剖人員的知識背景和工作經(jīng)驗，而在這些“先見”下進(jìn)行的尸表檢查或“局解”，有“先入為主”之虞。且在描述過程中，不同檢驗人員遣詞造句的差異也給尸檢信息的傳遞和保存摻入了一定的主觀成分，損害了法醫(yī)學(xué)檢驗的客觀性。虛擬解剖則能在檢驗和信息的傳遞過程中，最大限度地保證法醫(yī)學(xué)尸體解剖的客觀性，并且有利于復(fù)檢在保真的原始資料上進(jìn)行。

（四）虛擬解剖的科學(xué)性

目前，CT和MRI等影像學(xué)技術(shù)已達(dá)肉眼直接觀察病變的水平，但凡在傳統(tǒng)法醫(yī)學(xué)尸體解剖中所能發(fā)現(xiàn)的病變和損傷在虛擬解剖下都無所遁形，且此技術(shù)能精確反映其部位、大小及形態(tài)等詳細(xì)信息。隨著MSCT及MRI分辨率和對比度的提高，虛擬解剖對空氣栓塞的敏感度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)尸體解剖時的肉眼所見，能精準(zhǔn)定位和量化心、腦、肝及靜脈中的氣體。Helliwig就曾利用MSCT精確地定位了一名四個月大死嬰右下肢靜脈的空氣栓塞，由此解決了一起醫(yī)療糾紛。[8]

（五）虛擬解剖的便捷性

CT和MRI掃描一具尸體的時間大約只需20秒，而將掃描數(shù)據(jù)編譯為三維圖像也只需1分鐘。因此，虛擬解剖能以高效、便捷的方式獲取尸體信息，大大減少了法醫(yī)的工作量。[9]

正是基于虛擬解剖的以上優(yōu)點，世界各地的科學(xué)家對其在法醫(yī)彈道、病理、病理組織及法醫(yī)人類學(xué)方面的應(yīng)用展開了廣泛而深入的研究。[10]隨著近年來影像學(xué)和計算機科學(xué)的不斷進(jìn)步，科學(xué)家已不再滿足將虛擬解剖只視為傳統(tǒng)解剖的補充和輔助工具，他們正在積極探索讓虛擬解剖徹底取代傳統(tǒng)解剖的地位。由此，施行數(shù)百年之久的法醫(yī)學(xué)尸體解剖的傳統(tǒng)將被改變，法醫(yī)學(xué)將迎來一次革命。

三、虛擬解剖在實踐中的局限性

雖然虛擬解剖有上述優(yōu)點，但它仍然存在一些局限性，而目前要在法醫(yī)學(xué)實踐中應(yīng)用這一技術(shù)也有不少困難。

（一）CT和MR I技術(shù)在法醫(yī)學(xué)檢驗中的局限性

CT作為虛擬解剖技術(shù)理論體系中最重要的組成部分，是X線與計算機科學(xué)結(jié)合而成的成像分析技術(shù)。應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)檢驗時，CT在死因分析、致傷方式的判斷、個體識別及高度腐敗尸體的解剖等方面較之傳統(tǒng)解剖都有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。[11]但另一方面，現(xiàn)階段CT在法醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用也存在許多不足。

2012年，Kasahara等通過對339例不同死因案例的回顧性研究發(fā)現(xiàn)：（1）死后CT檢查無法完全評估重要的生命反應(yīng)，如腦挫傷或頸髓損傷內(nèi)的小出血灶，CT很難區(qū)分這些究竟是死后還是生前造成的結(jié)果。（2）死后CT檢查不能顯示血管詳細(xì)的病理學(xué)信息，而此信息是必需的，它用以確定是內(nèi)源性或外源性的因素引起了病變。（3）死亡前治療期間所采取的治療措施，可能會對原始的病灶或創(chuàng)傷產(chǎn)生影響，而死后進(jìn)行CT的檢查對此無法判別。（4）CT難以檢測如肌內(nèi)血腫等軟組織損傷。他們還發(fā)現(xiàn)，38%的案例中CT檢查既無診斷意義也不能提供重要線索，其中包括無骨損傷的脊髓損傷、窒息、燒死、凍死、藥物中毒、引起自然死亡的無心臟破裂的AMI、哮喘和肺血栓栓塞癥等。這些結(jié)果表明，在CT無顯著性表現(xiàn)的情況下，不能排除非正常死亡。而溺亡也是一個十分突出的問題。CT檢查的溺亡案件大多報道了發(fā)現(xiàn)諸如鼻竇內(nèi)液體蓄積、氣管液、肺部磨玻璃影和胸腔積液等非特異性變化；而這些非特異性變化，在因心力衰竭死亡的案例中也能發(fā)現(xiàn)。此外，蛛網(wǎng)膜下腔出血和心包積血在CT的掃描檢測下也容易與內(nèi)源性疾病混淆。[12]

雖然MRI在某些方面較CT更敏感，但它也存在與CT掃描相類似的不足。例如，MRI對心肌缺血具有較好的敏感性，但對于冠狀動脈病變的檢測則是一個盲點。

（二）虛擬解剖在血管檢查方面的局限性

Ruder等認(rèn)為，微創(chuàng)或虛擬解剖對傳統(tǒng)解剖具有廣泛的替代性，但全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)解剖的時機尚未成熟；其最大的阻礙來源于該技術(shù)對冠狀動脈的探查能力有限，不能獲取詳細(xì)的冠脈信息，這使其在法醫(yī)學(xué)檢驗中的實用性大打折扣。[13]

Sarah等人此前也提出過相同的看法。較之臨床實踐，由于缺乏循環(huán)血管內(nèi)造影能力提供裝置，血管腔和完整的血管信息難以獲取。但他們也提出解決的可能途徑，那就是將CT與血管造影技術(shù)結(jié)合起來。這項技術(shù)的施行分作兩個步驟：首先，在未進(jìn)行靜脈注射造影劑前，以CT獲得的心臟圖像用以評估伴鈣化的動脈粥樣硬化負(fù)荷，即所謂的“鈣得分”。臨床上，通過半自動化軟件量化分析鈣化斑塊的數(shù)量可以對患者未來心臟事件的發(fā)生進(jìn)行風(fēng)險評估；但這并不能提供任何關(guān)于非鈣化斑塊和冠脈狹窄的信息，為了進(jìn)一步評估這些信息，再靜脈注射造影劑，當(dāng)造影劑到達(dá)冠脈循環(huán)以后，利用多排螺旋CT進(jìn)行掃描。與傳統(tǒng)血管造影相比，MDCT除了可以量化血管容積外，還能對血管壁的相關(guān)信息進(jìn)行分析。其實，早在1899年，也就是X線被發(fā)現(xiàn)的3年以后，Baumgarten便在一次解剖中將造影劑注入過分離的心臟冠脈里面。[14]

雖然CT造影術(shù)能夠有效地揭示冠脈的狹窄，為冠心病的診斷提供可靠依據(jù)，但因其耗時長且需要專門的設(shè)備，在現(xiàn)階段要在法醫(yī)學(xué)檢查中普及是不可能的；[15]況且，該技術(shù)目前只能針對單個器官進(jìn)行靜脈注射造影劑，要進(jìn)行全身的血管檢查則還需進(jìn)一步研究全體的靜脈注射造影劑的問題——當(dāng)然，這對于CT檢查獲取血管詳細(xì)信息也提供了一條可供選擇的途徑。

（三）虛擬解剖在病理組織檢查方面的局限性

Donoghue等認(rèn)為，與傳統(tǒng)解剖相比，死后的圖片成像技術(shù)不能進(jìn)行常規(guī)的組織取樣，從而不能進(jìn)行組織病理學(xué)分析。[16]對此，Aghayev則在早些時候提出，可以通過CT引導(dǎo)下的微創(chuàng)解剖技術(shù)解決這一難題。他將這種利用影像學(xué)技術(shù)、在最小侵入的情況下解決細(xì)胞水平問題的技術(shù)稱之為“虛擬組織學(xué)”（Virtual Histology）：首先，通過CT引導(dǎo)的穿刺取樣可以將對尸體的損壞降到最低；然后，可利用X線信號的不同，判斷電流斑中凝固性壞死、炭化和皮膚水腫的不同病理改變，以替代光學(xué)顯微鏡進(jìn)行病理觀察。而“虛擬組織學(xué)”的實踐應(yīng)用則依賴于顯微CT、MRI的進(jìn)一步發(fā)展。[17]

（四）虛擬解剖在技術(shù)和經(jīng)濟支撐方面的局限性

虛擬解剖主要依賴于CT和MRI等先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備才能進(jìn)行，因此，與傳統(tǒng)解剖相比，其必然對人力、物力和財力有巨大的依賴，不可能全面推行：首先，虛擬解剖需要投入大量資金以購買先進(jìn)設(shè)備，并要構(gòu)建房產(chǎn)安裝設(shè)備，這就增加了經(jīng)濟負(fù)擔(dān)；其次，虛擬解剖是專門技術(shù)，必須由受過系統(tǒng)訓(xùn)練的專門技術(shù)人員進(jìn)行操作，這也增加了人員的編制、培訓(xùn)與開支。

四、虛擬解剖的前景及展望

隨著虛擬解剖這一技術(shù)的逐漸成熟，其被應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)實踐是大勢所趨。目前，科學(xué)家們已不滿足于將傳統(tǒng)的影像學(xué)技術(shù)單純地應(yīng)用于虛擬解剖，而是積極利用不斷發(fā)展的高新技術(shù)成果，拓展虛擬解剖的應(yīng)用面，期望以此絕對的技術(shù)優(yōu)勢彌補傳統(tǒng)解剖中的不足，甚至取代傳統(tǒng)解剖在法醫(yī)學(xué)檢驗中的“金標(biāo)準(zhǔn)”地位。但為了攻克上述虛擬解剖尚存的技術(shù)局限，除了以CT、MRI為代表的影像學(xué)技術(shù)需要進(jìn)一步的提升外，虛擬解剖往后的發(fā)展還需廣泛地兼容其他學(xué)科的研究成果。例如，有限元分析法的發(fā)展使利用數(shù)學(xué)模型計算顱腦損傷的生物力學(xué)成為常規(guī)手段，[18]而3D成像技術(shù)的成熟則賦予了虛擬解剖與傳統(tǒng)解剖相同的識別能力，并能在法庭上提供一目了然的視覺證據(jù)。[19]此外，死后通氣技術(shù)的使用也進(jìn)一步提高了虛擬解剖對肺部評價和小細(xì)胞肺癌的檢測的價值。[20]這些新技術(shù)的涌現(xiàn)讓我們看到虛擬解剖發(fā)展的新前景。另外需要注意的是，如同2005年美國以法律的形式將X光引入對無名尸的法醫(yī)學(xué)檢查一樣，虛擬解剖的法醫(yī)學(xué)檢驗地位的確立也需以法律形式加以確定，才能形成體系完整、操作性強的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

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（責(zé)任編輯：劉世彧）

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，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系2012級在讀碩士研究生，主要研究方向為法醫(yī)病理。陳正蓮，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系2013級在讀碩士研究生，主要研究方向為法醫(yī)病理。陳新山，本文通訊作者，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院教授，主要研究方向為法醫(yī)病理。