Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Одним из самых надежных способов установления времени смерти человека в судебной медицине давно признана термометрия мертвого тела с оценкой динамики температур в глубоких его отделах в зависимости от комплекса внешних и внутренних условий, определяющих индивидуальные особенности каждого конкретного наблюдаемого случая [1].

Естественно, что ряд последовательных замеров температуры трупа, произведенных через фиксированные интервалы времени, после термометрической процедуры должен быть проанализирован и оценен с позиций актуальных научных достижений. В современной судебной медицине наиболее востребованными являются подходы, основанные на математическом моделировании постмортального теплообмена трупа с окружающей средой, либо на основе решения краевой задачи теплопроводности [2], либо на основе феноменологических моделей охлаждения трупа [3]. Первый подход, безусловно, являясь более объективным, поскольку построен на учете теплофизических характеристик конкретного изучаемого трупа в сочетании с его персональными антропометрическими данными, активно развивается в последние годы, демонстрируя свою перспективность в плане возможного повышения точности определения давности смерти. Однако и второе направление термометрической диагностики, традиционно используемое в судебной медицине, не потеряло своей актуальности, поскольку возможности повышения точности этих методик еще не до конца исчерпаны [4].

В частности, ранее представляло определенную сложность математическое описание динамики температур мертвого тела, находящегося в условиях воздействия на него такого фактора внешней среды, как прямая солнечная радиация. Однако модификация существующих математических выражений, переход к варианту конечно-разностного моделирования температур в трупе, введение дополнительных коэффициентов уравнения с возможностью приращения температуры в узле моделирования, соответствующем поверхности тела при ее нагреве прямыми солнечными лучами, создали принципиальную возможность термометрического определения давности смерти человека в случаях, когда мертвое тело находилось в зоне инсоляции [5].

Однако при этом возникает другая проблема [6], появление которой обусловлено необходимостью учета индивидуальной способности поверхности мертвого тела к отражению либо поглощению солнечных лучей. Естественно, что в абсолютном большинстве случаев труп, обнаруженный на месте происшествия, имеет на себе одежду, яркость цвета которой будет непосредственно определять величину солнечной энергии, поглощаемой телом и расходуемой на нагрев его поверхностных слоев. Соответственно, для максимально точного учета влияния количества энергии солнца, переданной трупу в условиях инсоляции, необходимо разработать способ, который позволит конкретизировать указанную индивидуальную особенность, описав ее математически. Решению данного вопроса и посвящена настоящая научная статья.

Цель исследования

Создание способа объективной оценки величины яркости цвета текстильной ткани для количественного учета способности поверхностных слоев мертвого тела поглощать солнечную энергию при определении давности смерти человека термометрическим способом в случае нахождения трупа в условиях воздействия на него прямых солнечных лучей.

Материал и методы исследования

Основным методом настоящего научного исследования явился эксперимент, проводимый на объектах, в качестве которых последовательно применялись фрагменты хлопчатобумажной ткани размерами от 5×5 до 10×15 см различных цветов (черный, белый, синий, желтый, зеленый, красный), заменяющие труп объекты (полиэтиленовые мешки, заполненные черноземом умеренной влажности), мертвые тела людей, различающихся по антропометрическим параметрам.

Проведение исследований на мертвых телах предварительно было согласовано с комитетом по медицинской и биологической этике ФГБОУ ВО ИГМА Минздрава России, с получением соответствующего разрешения (протокол от 21.10.2021 г. № 09-21).

Для исследования фрагментов ткани применен офисный сканер марки Epson Perfection 2480 Photo. Его использование обусловлено доказанным положением, что после соответствующей калибровки обычный офисный планшетный сканер может быть применен в качестве прибора для измерения цвета текстильной ткани.[7]

Использованы следующие параметры сканирования:

· режим сканирования – профессиональный;

· тип изображения – цветной 24 бита;

· разрешение – 300 dpi;

· размер изображения – в пределах от 150×150 до 250×250 точек;

· выбрана опция «без коррекции цвета» во вкладке «цвет» конфигурации сканирования.

Сканированные изображения тканевых объектов сохранялись в виде графических файлов в формате Bitmap (*.bmp). Количественную оценку яркости образцов ткани (условно обозначенную как переменная «W») было решено производить путем перевода цвета в градации серого и выражением ее в процентах шкалы, минимальным значением которой (W=0) является яркость абсолютно черного цвета, а максимальным (W=100) – яркость абсолютно белого.

Эксперименты на замещающих труп объектах (ЗТО) произведены на ЗТО массой 22 кг, последовательно оборачиваемом в ткань различных цветов, с размещением объекта в зоне инсоляции и контролем его температуры высокоточными термоизмерителями (точность фиксации температуры 0,001°С). Температура ЗТО контролировалась в точке, соответствующей геометрическому центру поперечного сечения объекта.

Исследования на мертвых телах выполнялись аналогичным образом, с тем принципиальным отличием, что выбор конечной точки для термометрирования объекта осуществлялся на основе рекомендаций методики П.И. Новикова и Е.Ф. Шведа [8, с. 107–108] в глубине печени трупа.

Влияние температуры окружающей среды (воздуха) оценивалось путем ее регистрации на уровне объекта исследования и учета при математическом моделировании его охлаждения.

Моделирование охлаждения объекта в условиях инсоляции производилось на основе конечно-разностной математической модели [5]:

(1)

где t1-t10 – расчетные значения температур в узлах модели на момент начала интервала времени ∆τ;

∆t1-∆t10 – изменение температур в узлах модели за период времени ∆τ (повышение температуры принимается за положительное изменение, снижение температуры – за отрицательное изменение);

n – номера узлов (с 2-го по 9-й);

под индексами (1...10, n) обозначены номера узлов модели;

tвозд. – температура воздуха;

Δτ – продолжительность одного шага моделирования (0,01 часа);

C – коэффициент, отражающий теплообменные параметры трупа;

S – «солнечный фактор».

В ходе моделирования последовательно оценивалось влияние величины яркости ткани на значение коэффициента С, отражающего индивидуальные теплообменные параметры объекта (ЗТО, трупа), и значения «солнечного фактора» (S) в каждом случае исследования.

Результаты исследования и их обсуждение

Для обработки данных изображения, полученного в ходе сканирования объекта ткани, была специально разработана оригинальная компьютерная программа (условно названная «Яркость»), написанная в среде визуального программирования Delphi на языке Object Pascal. В окне программы, соответственно отсканированному изображению ткани, манипулятором «мышь» выделяется участок изображения прямоугольной формы произвольного размера. Изображение внутри этого прямоугольника автоматически преобразовывается программой из цветного режима в режим градаций серого с оценкой среднего значения яркости на отмеченном участке. Величина яркости отображается в поле программы «Яркость» в процентном выражении (рис. 1).

В таблице 1 приведены результаты исследования использованных в эксперименте образцов текстильных тканей различных расцветок по вышеописанной методике, где для каждого цвета получено значение яркости (W).

Рис. 1. Окно программы для количественной оценки величины

яркости отсканированных образцов текстильных тканей

Таблица 1

Результаты определения величины яркости (W) образцов текстиля различных расцветок установленных в ходе эксперимента

В экспериментах на ЗТО, обернутом в ткани указанных цветов, произведены моделирование охлаждения объекта в условиях инсоляции и установление влияния величины коэффициента W на значение «солнечного фактора». Указанное исследование осуществлялось сериями экспериментов (по три определения для каждого из цветов). Результаты исследования представлены в таблице 2.

В ходе проведенной статистической обработки полученных результатов подтверждено наличие тесной взаимосвязи между значением «солнечного фактора» и величиной яркости ткани, определенной на первом этапе работы.

Коэффициент корреляции Пирсона 0,924

Стандартная ошибка 6,337

Статистика Фишера (F) 93,061

Значимость F 4,519E-8

Таблица 2

Результаты определения величины яркости образцов текстиля различных расцветок (W) и экспериментально полученные для них значения «солнечного фактора» (S)

Для данных рассчитаны параметры уравнения линейной регрессии, получено выражение, позволяющее установить зависимость между указанными параметрами (2):

(2)

где S – «солнечный фактор»;

W – значение яркости ткани.

Графически указанная зависимость представляется следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость «солнечного фактора» от величины яркости ткани

Изучение влияния величины яркости ткани одежды трупа на динамику постмортальной температуры произведено в серии последовательных экспериментов на 9 мертвых телах в условиях воздействия на них прямой солнечной радиации.

По результатам каждого из исследований были построены графики, один из которых отражал процесс изменения температуры в глубоких отделах трупа, другой – результаты математического моделирования и подбора параметров C и S выражения (1). Критерием адекватности величины параметров C и S являлось максимально полное совпадение реально измеренной и расчетной температурных кривых (рис. 3, в качестве иллюстрации приведены результаты исследования 2 тел).

Тело № 1	Тело № 2
– реальные термоизмерения; – расчетная кривая t° трупа; – t° воздуха.

Рис. 3. Результаты исследования двух тел

Статистический анализ информации, полученной в ходе экспериментов на мертвых телах, подтвердил заключение о существенном влиянии на значение «солнечного фактора» (S) яркости цвета текстильной ткани, покрывающей труп (одежды) (табл. 3, приведены статистические оценки для двух цветов).

Таблица 3

Влияние цвета ткани на величину «солнечного фактора» (эксперимент на трупах)

Цвет	Кол-во исследований	Оценка среднего значения S	Дисперсия
Черный	6	100,5	29,9
Белый	3	60,7	8,3
Критерий Фишера (F)	133,7 (критическое значение (p=0,05) – 5,59)
Вероятность нулевой гипотезы об отсутствии различий				8,16Е-06

 

Значение яркости цвета одежды трупа, влияние которой на посмертную термодинамику подтверждено в ходе приведенных выше экспериментов, позволило рассчитать коэффициенты линейной зависимости между параметрами S и W для применения ее в ходе термометрического определения давности наступления смерти в случаях пребывания мертвого тела в условиях инсоляции:

(3)

где S – солнечный фактор;

W – значение яркости ткани.

По мнению авторов настоящей статьи, использование указанной формулы (3) линейной зависимости совместно с методикой оценки световоспринимающих свойств текстильной ткани посредством сканера является единственно приемлемым и доступным для практического использования вариантом учета влияния свойств одежды трупа при математическом моделировании температуры его глубоких отделов в условиях воздействия на мертвое тело прямой солнечной радиации.

Выводы

1. В ходе экспериментов на замещающих труп объектах и на реальных объектах судебно-медицинской экспертизы (9 мертвых телах) подтверждено влияние цвета одежды на трупе на процесс поглощения поверхностью объекта солнечной радиации при нахождении его в условиях инсоляции.

2. Создана методика количественного определения значения яркости цвета ткани, на основе офисного сканера реализующая индивидуальный подход к учету влияния свойств одежды трупа на процесс его посмертного охлаждения.

Для облегчения практического использования созданного метода разработана компьютерная программа «Яркость», применимая для анализа сканированных изображений тканевых объектов с целью установления яркости их цвета.

3. Предложено выражение (3) на основе уравнения линейной регрессии, позволяющее учесть индивидуальность световоспринимающих свойств одежды трупа и ее влияние на величину «солнечного фактора», используемого в расчете давности смерти по тепловому методу на базе конечно-разностной математической модели, применяющейся в случаях воздействия на поверхность трупа солнечного излучения.