О новом методе моделирования объектов с помощью компьютерных и лазерных технологий

Объективная регистрация свойств объектов является одной из основных задач в судебно-медицинских исследованиях. И, если достижения науки позволяют сегодня изучить тонкие химические, физические, биологические параметры предмета исследования, то выявление и объективная регистрация таких его признаков, как его форма и размеры, выполняются все еще методами, резко ограничивающими возможности наиболее полной регистрации этих свойств.

Так, обычный измерительный метод реально позволяет определить взаиморасположение очень ограниченного числа точек на поверхности объекта, фотографически и рентгенографически фиксируются только его двумерные отображения, представляющие собой проекцию трехмерного тела на одну плоскость. И даже добившись при фотосъемке или рентгенографии стереоэффекта, нельзя говорить о полной регистрации всех параметров его физической формы и тем более воспроизвести их в объемной копии-модели.

С использованием опыта зарубежных ученых, совместно с сотрудниками НИЦ по технологическим лазерам РАН и Российского научного центра "Курчатовский институт" нами разрабатывается экспериментальный технический проект по получению трехмерных моделей судебно-медицинских объектов с использованием рентгеновских (и ЯМР), компьютерных и лазерных технологий. В рамках этого проекта впервые в России в сентябре 1995 г. изготовлена точная экспериментальная копия черепа.

В основу проекта положен метод лазерной стереолитографии, который начали применять в технике для получения объемных моделей различных деталей механизмов и технических устройств. Метод заключается в том, по созданной на ЭВМ математической модели воспроизводимой детали с помощью лазерной установки, управляемой компьютером, последовательно воздействуют на различные точки в объеме жидкого полимера, который в местах воздействия лазерного луча кристаллизуется и затвердевает. После окончания действия лазерной установки из жидкости извлекают твердую копию детали. Точность (дискретность) отображения детали в полимере (зависит от дискретности компьютерной модели детали, технических характеристик лазерной установки и свойств полимера) может достигать тысячных долей миллиметра.

Для получения экспериментальной полимерной копии черепа исследования проводились в несколько этапов:

1) Получение полной томограммы экспериментального черепа. По заданным условиям эксперимента для проведения томографических работ был выбран ренгеновский томограф SOMATOM CR фирмы SIMENS. В данной модификации томографа возможны: получение томографических срезов с разрешением 2 мм в сечении при прецизионном шаге координатного стола в 1 мм; реконструкция цифрового изображения каждого среза с разрешением 256 * 256 элементов разложения и 1024 уровнями квантования. В качестве управляющей ЭВМ в томографе используется компьютер PDP 11 (аналог ЭВМ "СМ 4"). В данном эксперименте было принято решение о получение томограммы с шагом 2 мм. Получено 100 томографических срезов черепа.

2) Преобразование томограммы в цифровые изображения (срезы) для персонального компьютера. На этом этапе решалась задача о переносе информации на компьютер типа IBM PC, для чего использована разработанная в РНЦ Курчатовский институт аппаратно-программная система интерфейса между двумя разнотипными ЭВМ. В результате получены 100 файлов цифровых изображений в формате IBM PC. Визуализация изображений позволила определить порог квантования для сегментации фона и костных тканей.

3) Создание трехмерной математической модели по цифровым изображениям. В НИЦТЛ РАН разработано программное обеспечение создания трехмерных компьютерных моделей черепов по томографическим данным.

4) Получение копии черепа на лазерной стереолитографической установке.

Результаты реализации данного проекта, несмотря на начальную дороговизну способа, могут в дальнейшем эффективно использоваться в различных научных и прикладных областях - в антропологии, криминалистике, в челюстно-лицевой хирургии, травматологии и протезировании. Метод перспективен для судебно-медицинской идентификации личности, для диагностики огнестрельных повреждений, идентификации орудий травмы и определения механизма травматизации по повреждениям у живых лиц.